 |
тельно ухудшается. Загрязнение воздуха – самая опасная форма загрязнения окружающей среды.
|
|
|
|
тельно ухудшается. Загрязнение воздуха – самая опасная форма загрязнения окружающей среды.
Контрольные вопросы:
1. Почему принято говорить о единстве организма и среды?
2. Что такое абиотические факторы среды?
3. Что такое лимитирующий фактор?
4. Что общего в приспособлениях к среде у таких разных животных, как белый медведь и верблюд?
5. Какие потоки энергии получает живой организм?
6. Почему живые существа не испытывают губительного воздействия ультрафиолетовых лучей?
7. Какие прогрессивные изменения строения тела (ароморфозы) обеспе-чивают постоянную температуру тела у птиц и млекопитающих?
8. Укажите формы приспособления растений к условиям освещения.
9. Почему в глубоководных зонах океана и в глубине тропического леса поток излучения может на протяжении суток оставаться практически постоянным, а в пустоте и высокогорной тундре дневной поток энер-гии во много раз больше ночного?
Лекция 4. Вода в природе. Водная среда обитания
- Распределение воды в гидросфере: виды, формы, запасы воды,
- Вода как компонент внутренней среды организмов и свойства воды как среды обитания;
- Круговорот воды и использование её человеком;
- Загрязнение водоемов и пути охраны водных ресурсов
Виды, формы, запасы воды. Вода-одно из самых распространенных ве-ществ на Земле. Ее мировые запасы составляют жидкая (соленая и пресная), твердая (пресная)и газообразная (пресная)вода. Все воды Земли образуют гидро-сферу, площадь которой занимает70%всей поверхности Земли. В состав гидро-сферы входят: Мировой океан, подземные воды, ледники, озера, почвенная влага, пары атмосферы, речные воды. Наибольшие запасы соленой воды сосредоточе-ны в Мировом океане, пресной - в ледниках.
|
|
|
Вода непрерывно перемещается по Земле. Пути ее перемещения - общая циркуляция в атмосфере, морские течения и речной сток. Скорость водообменаколеблется в различных частях гидросферы. Медленнее всего возобновляются подземные воды (около 5000 лет), а обмен речных происходит 32 раза в течение года. Поэтому очень важна проблема загрязнения подземных вод (например, в ре-зультате подземных ядерных взрывов). Загрязнив один раз, мы не сможем их обновить раньше чем через 5000 лет.
Доступная пресная вода, необходимая для растительного и животного ми-ра, физиологических потребностей и хозяйственной деятельности людей, со-ставляет лишь 2% гидросферы, при этом распределена она по континентам крайне неравномерно - ее много в ледниках и мало в засушливых районах Африки и Азии.
Вода - это специфическая среда обитания для большой группы живых ор-ганизмов. Жизнь возникла в воде, вода входит в состав живых тел и является той средой, где в любом организме протекают все биохимические реакции. Вода составляет основную часть цитоплазмы клеток, растительных соков, жидких тканей животных (табл. 2).
Концентрация солей в воде определяет осмотическое давление тканей, че-рез водную среду происходят контроль и регуляция содержания макро- и мик-роэлементов в цитоплазме. Укажем физиологическое значение некоторых мик-роэлементов, ионы которых растворены в воде:
Са, Si - образуют основу скелетных структур; S - составная часть амино-кислот; Со - входит в состав витаминов (В12); Сu, Fе, Мg - входят в состав ды-хательных ферментов и хлорофилла; J, Zn и др. - необходимы для работы неко-торых гормонов.
Недостаток или избыток микроэлементов в воде может вызывать различ-ные эндемические заболевания. Содержание воды и растворенных в ней мине-ральных элементов непостоянно. Организм все время расходует воду и получа-ет ее вновь из окружающей среды.
|
|
|
| Таблица 2 | |||
| Содержание воды в тканях различных организмов | |||
|
| |||
| Организмы, органы, ткани | Вода, % к весу тела | ||
| Водоросли | 96-98 | ||
| Листья салата, плоды томатов и огурцов | 94-95 | ||
| Корни моркови | 87-91 | ||
| Листья трав | 83-86 | ||
| Клубни картофеля | 74-80 | ||
| Стволы деревьев | 40-55 | ||
| Медузы | До 95 | ||
| Речной рак | |||
| Насекомые | 46-92 | ||
| Головастики лягушек | До 93 | ||
| Млекопитающие | 63-68 | ||
| Плазма крови | |||
| Кости | |||
Кроме всего прочего, вода - единственный источник кислорода, обра-зующегося в процессе фотосинтеза: он образуется при фотохимическом разло-жении воды, в котором используется энергия солнечного света.
31 32
Серьезные нарушения в организме может вызвать обезвоживание. Неко-торые растения и животные теряют воду только в периоды покоя. Для боль-шинства же растений и животных потеря значительного количества влаги губи-тельна. Так, у многих млекопитающих, в том числе и у человека, при снижении содержания воды в организме на 10% возникают тяжелые болезненные явле-ния, а потеря 20-30% влаги обычно заканчивается смертью.
Многие животные и растения постоянно живут в воде, и в этом случае для их существования огромное значение имеют физические свойства водной среды.
Свойства водной среды обитания. Рассмотрим факторы водной среды, действующие на водных обитателей.
Прежде всего, это плотность водного слоя. Это фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Дистиллированная вода имеет плотность 1 г/см3 при +4°С. Плотность природ-ных вод, содержащих соли, может быть больше - до 1, 35 г/см3 и более. Плот-ность воды обеспечивает организмам возможность опираться на нее, что осо-бенно важно для бесскелетных форм. Взвешенные, парящие в воде организмы объединяются в особую экологическую группу гидробионтов - планктон. Оби-татели дна образуют особую группу - бентос. Следующие важные показатели для существующих в воде организмов - это подвижность, светопроницае-мость (или мутность), давление, а также кислотность (значение водородного показателя — рН). В глубине температура практически постоянна (+4 °С).
|
|
|
Все эти свойства водной среды во многом определяют форму тела и строение скелета, соответствующее водной среде строение органов чувств и другие особенности анатомии и физиологии водных обитателей.
Еще один фактор, важнейший для водной среды, - кислородный режим. Важное условие существования жизни в воде - растворенный в воде кислород, необходимый для дыхания водных растений и животных. Содержание кисло-рода в воде в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Кислород поступает в основном за счет фотосинтетической деятельности водорослей. Верхние слои водной толщи богаче кислородом, чем нижние.
Некоторые водные обитатели способны переносить значительные коле-бания содержания кислорода в воде (карась, сазан); другие виды (радужная фо-рель, кумжа, гольян) могут существовать только в водоемах, насыщенных ки-слородом.
Нехватка кислорода иногда приводит к катастрофическим явлениям - за-морам -с гибелью гидробионтов. Кроме недостатка кислорода в водоеме, замо-ры могут быть вызваны повышением концентрации токсичных газов - метана, сероводорода, углекислого газа и других, образующихся в результате разложе-ния органических остатков на дне водоема. Таким образом, вода - это и внут-ренняя среда большинства организмов, и внешняя среда для многих из них.
Круговорот воды. Для обеспечения устойчивости экосистем чрезвычай-но важны циклические превращения элементов, а также участие веществ в био-логических и биогеохимических круговоротах. В биосфере в такой круговорот
вовлечена и вода. Происходит это следующим образом. Вода выпадает на по-верхность земли в виде осадков, образующихся в результате испарения Миро-вого океана (рис. 2). При испарении в атмосфере накапливается водяной пар, который, конденсируясь, образует облака и, наконец, дождь или снег, выпа-дающие на землю; затем часть осадков снова испаряется с поверхности земли; часть проникает в почву, поглощается растениями и испаряется ими в процессе транспирации; часть просачивается в глубокие слои почвы и пополняет под-земные воды, а часть осадков стекает в водоемы (реки, озера) и оттуда также испаряется в атмосферу. Растительность на поверхности земли играет роль грандиозного испарителя, имеет водорегулирующее значение, способствует удержанию влаги и препятствует иссушению и эрозии почв.
|
|
|
Рис. 2. Круговорот воды в природе
Вода как среда обитания растений. Вода накладывает отпечаток навнешний облик и внутреннюю структуру растений. Среди растений различают гигрофиты и гидрофиты. Гигрофиты - растения, живущие в условиях повы-шенной влажности, произрастающие на болотах или в мангровых лесах и тре-бующие для нормальной жизнедеятельности большого количества воды (осока, камыш, рогоз, сфагнум, растения влажных джунглей и т. д. ). Гидрофиты - вод-ные растения, живущие либо полностью погруженными в воду (водоросли), либо на ее поверхности находятся листовые пластинки, а остальная часть нахо-дится в воде (кувшинки, элодея, Виктория регия, ряска, водоросли, сальвиния - водяной папоротник и т. д. ). Растения, обитающие в толще воды, используют в процессе фотосинтеза наиболее глубоко проникающие в воду голубые, синие и сине-фиолетовые лучи. Соответственно и цвет водорослей меняется с глубиной от зеленого к бурому и красному.
Вода как среда обитания животных. Животные, постоянно обитающие
в воде, адаптируются к преодолению высокой плотности воды. Для них харак-терна продолговатая форма тела, хорошо развитая мускулатура, наличие слизи и чешуи для уменьшения трения. Для ориентации в условиях недостатка света организмы используют звук. В воде он распространяется намного быстрее, чем
33 34
в воздухе. Для обнаружения различных препятствий и пищи многие организмы используют отраженный звук по типу эхолокации. К водным животным отно-сят рыб, водных млекопитающих (киты, дельфины), водных членистоногих (крабы, омары), моллюсков (кальмары, осьминоги, жемчужницы) и т. д.
Использование воды человеком. Человечество потребляет огромноеколичество пресной воды. Наиболее водоемкие отрасли промышленности: гор-нодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит 70% всей воды, используемой в промыш-ленности. Но все же главный потребитель пресной воды - сельское хозяйство, забирающее 60—80% пресной воды, используемой человеком. Вода - необхо-димый компонент жизнедеятельности человека. Как человек использует воду?
|
|
|
Вода — универсальный растворитель, все биохимические и обменные ре-акции в живом организме протекают с ее участием,
1. В сутки человек должен выпивать от 0, 5 до 2 л воды.
2. Вода необходима для поддержания гигиены тела, жилища, улицы.
3. В теплоцентралях городов и поселков циркулирует вода.
4. Минеральные воды употребляют внутрь и для ванн, используя их це-лебные свойства.
5. Горячая вода термальных источников идет для обогрева жилья, парни-ков, теплиц, выработки электроэнергии.
Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сель-ского хозяйства, расширение площадей орошаемых земель, улучшение куль-турно-бытовых условий все более усложняют проблему обеспечения водой. Потребности в воде огромны, и расходы ее с каждым годом возрастают. Так, если на бытовые нужды в домах без канализации человек потребляет в сутки около 50 л воды, то в современных зданиях расход воды на 1 человека в день составляет 200-500 л.
Большая часть воды после ее использования в хозяйственных нуждах возвращается в реки в виде сточных вод. Дефицит пресной воды уже сейчас становится проблемой, недостаток воды уже ощущают такие страны, как ФРГ, Франция, Англия, Бельгия и другие (всего более 50 стран). Некоторые афри-канские страны импортируют пресную воду в виде айсбергов.
Источники пополнения питьевой воды. Открытые водоемы-реки,
озера, родники. Для получения питьевой воды из этих источников требуется дополнительная очистка.
Атмосферные осадки -почти дистиллированная вода, в которой нет не-обходимых микроэлементов. Кроме того, при прохождении над населенными пунктами осадки загрязняются пылью, грязью, газами, различными микроорга-низмами. В результате для питья такая вода не годится.
Артезианские воды, образующиеся из подземных вод, -как правило, эточистая вода, но отличающаяся повышенной жесткостью. Даже артезианская во-да может быть загрязнена через трещины в земных породах, заброшенные шах-ты и т. д.
Человека волнует проблема качества воды, которую он употребляет, так как это одна из составляющих экологического здоровья населения. Основные «средовые» болезни идут от загрязнения атмосферы и воды. Через воду могут передаваться возбудители инфекционных заболеваний (брюшного тифа, холе-ры, дизентерии, туляремии). Вода также может быть источником заражения гельминтами и малярией. Если в какой-то местности в воде не хватает йода, то жители местности страдают эндемическим зобом. Избыток фтора в воде вызы-вает эндемический флуороз, т. е. зубы и кости человека становятся хрупкими, поражается костно-связочный аппарат, а недостаток фтора увеличивает пора-жаемость зубов кариесом, в основном у детей.
Загрязнение морских вод. Качество используемой человеком воды резкоснизилось из-за сбросов химических предприятий, бытовых отбросов и других загрязнителей в пресные и морские, воды. В результате поступления в воды морей и Мирового океана значительного количества ядовитых и антропоген-ных отходов уменьшаются самоочистительные свойства морских вод, снижает-ся их биологическая продуктивность. Различают три вида загрязнения морских вод: химическое, загрязнение бытовыми отбросами, радиоактивное.
Химические загрязнители — это в основном нефть и нефтепродукты, по-павшие в море в результате бурения скважин или аварий танкеров.
Загрязнение бытовыми отбросами приводит к возникновению инфекци-онных заболеваний у купальщиков, изменению водной флоры и фауны.
Радиоактивное загрязнение — это такое загрязнение, при котором кон-центрация радионуклидов, накапливаемая планктонными организмами, в не-сколько раз превышает радиоактивность воды; источники загрязнений: отходы атомных подводных лодок, заводы для очистки урановой руды, атомные элек-тростанции,
Загрязнение внутренних водоемов. Вследствие бурного развития про-мышленности исчезают полноводные реки, озера, резко меняется их солевой состав. Так, воду Рейна нельзя использовать для питья, этой водой опасно даже чистить зубы, так как концерны Германии и Франции сбрасывают туда неочи-щенные отходы. В сточную канаву превращена река Везер, насыщены отрав-ляющими веществами воды Эльбы. В Англии загрязнены почти все реки. Ни одна из рек Москвы не соответствует санитарным нормам.
Вредными загрязнителями внутренних вод являются фенол и его произ-водные, а также поверхностно-активные вещества, содержащиеся в современ-ных моющих средствах. Вызывает серьезное беспокойство загрязнение водо-емов пестицидами и минеральными удобрениями, поступающими с полей с дождевыми и талыми водами.
Пути охраны водных ресурсов - внедрение новых технологическихпроцессов, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где сточные воды не сбрасываются, а используются многократно.
В настоящее время очистка сточных вод проводится механическими, хи-мическими и биологическими методами.
35 36
При механическом методе используют систему отстойников и разногорода ловушек (сита, решетки, песколовки, жироловки и т. д. ).
При химическом методе в сточные воды добавляют реагенты, образую-щие с загрязнителями нерастворимый осадок.
При биологическом методе для минерализации органических загрязните-лей используют аэробные (т. е. протекающие в кислородной среде) биологиче-ские процессы, осуществляемые микроорганизмами. Так, на сахарных заводах сточные воды очищают с помощью одноклеточной зеленой водоросли хлорел-лы. Создаются специально подготовленные участки - поля орошения, биологи-ческие фильтры. Этот метод дает наилучший результат.
На земледельческих полях орошения загрязненная вода фильтруется че-рез почву, при этом накапливается значительное количество ценных органиче-ских удобрений.
|
|
|
