Экология и охрана природы

Охрана природы, экологии, окружающей среды и здоровья человека – близкие понятия. Наиболее широкое определение предполагает, что природа – это всё, созданное без участия человека. Экология же – наука об окружающей среде, а окружающая среда – часть природы, окружающая живые организмы, к которым как раз относится и человек.

Живые организмы в экологической и биологической науке подразделяются на царства, типы, классы, семейства, роды и виды. Группа особей одного вида называется популяцией. В экологии охрана природы и окружающей среды включает изучение численности популяции на определённой территории. В случае, когда она снижается ниже минимума, популяции угрожает вымирание из-за того, что оставшиеся особи не могут найти пару для размножения.

По словам автора книги "Экология и охрана окружающей среды" О.А. Саблиной, на ограниченной территории популяции объединяются в биоценоз, то есть сообщество живых организмов в определенных условиях среды обитания, которые характеризуются высотой над уровнем моря, величиной солнечного облучения, кислотностью среды и т.д. В совокупности с неорганическими компонентами среды обитания биоценоз образует экосистему, в которой осуществляется круговорот веществ. Более узкое понятие экосистемы, связанное с ограниченным участком земной поверхности – биогеоценоз. Так, к экосистемам относятся аквариум, горшок с цветами, космический корабль, но они не являются биогеоценозами. Еще более укрупненное понятие, чем биоценоз, – биосфера. Это своеобразная оболочка земной среды, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Человек видоизменяет биосферу так, что последствием этого нередко становится загрязнение природы и окружающей среды. Такое загрязнение среды в экологии называется антропогенным, и его источниками могут быть различные виды загрязнителей. Энергетическими загрязнителями в экологии называют тепловую энергию, электрические и электромагнитные поля, шум, вибрацию и т. д. Среди материальных загрязнителей выделяют механические, такие как пыль и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и почве, химические загрязнители – кислоты, щелочи и тяжелые металлы, а также биологические – грибы, бактерии, сине-зелёные водоросли и т. д. В результате охрана природы и окружающей среды от загрязнения становится необходимой для человека.

Следует понимать, что загрязнение природы и окружающей среды приводит к ухудшению глобальной экологической ситуации. Поэтому очень важно принимать меры по снижению загрязнения природы и окружающей среды. Охрана природы и поддержание экологической обстановки в норме имеет большое значение для жизни человека. Проблемы экологии и окружающей среды нужно решать, чтобы избежать экологической катастрофы.

Экологические проблемы атмосферы

В экологии выделяют проблемы загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы. Загрязнение атмосферной среды вызывает такие экологические проблемы, как смог, кислотные осадки, парниковый эффект и нарушение озонового слоя.

Смог представляет собой смесь аэрозолей с частицами в жидком и твердом агрегатном состоянии, которые образуют туманную завесу над промышленными районами и крупными городами.

Кислотные осадки – это осадки с растворенными в них промышленными выбросами оксидов серы, азота и паров хлора и хлорной кислоты, которая сильнее, чем соляная. Оксиды серы и азота образуются в процессе сжигания угля, нефти и газа, а при реакции с парами воды в атмосфере образуются серная и азотная кислоты.

Кислотные дожди разрушают растительный покров Земли и повышают кислотность почвы, в результате чего погибают растения, которые к такой кислотности не приспособлены. Кроме того, при высокой кислотности почвы в ней высвобождаются тяжелые металлы, которые поглощаются растениями и попадают в пищу для человека.

Парниковый эффект возникает из-за нарушения теплового баланса между земной поверхностью и атмосферой. В норме озоновый слой атмосферной среды пропускает лишь меньше половины солнечного тепла, идущего на Землю из космического пространства. Когда же часть земного тепла, напротив, устремляется в космическое пространство, то при столкновении с атмосферой возвращается обратно. Такой процесс называется парниковым эффектом атмосферы. Он необходим для поддержания жизни на нашей планете.

Для того чтобы тепло попадало и удерживалось на Земле, в атмосфере должны присутствовать такие примеси, как углекислый газ, водяные пары, метан, оксиды азота и озон. Чем больше в атмосфере углекислого газа, тем сильнее прогревается земная поверхность. А поскольку количество его выбросов с каждым днём растёт, тепло задерживается на Земле вместо того, чтобы уйти в космическое пространство. Самым тяжёлым последствием такого усиления парникового эффекта является таяние ледников в Гренландии и Антарктиде, которое постепенно увеличивают уровень Мирового океана и истощает запасы пресной воды.

Высокая концентрация углекислого газа ускоряет фотосинтез и повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Однако в комплексе это не имеет значения для урожайности, потому что при высоких температурах снижается плодородие почв и увеличивается распространение вредителей.

Озоновые дыры образуются в "защитном экране" атмосферной среды, который препятствует проникновению ультрафиолета из космического пространства на Землю. Когда ультрафиолетовое излучение ничем не сдерживается и достигает Земли во всей полноте, это губительно для живых организмов. Жесткое излучение вызывает неизлечимые формы рака кожи, болезни глаз, такие как катаракта и конъюнктивит, нарушения иммунной системы человека, убивает планктонные организмы в Мировом океане и снижает урожайность зерновых культур.

Ученые выделяют две причины появления озоновых дыр. Первая – это низкие температуры в верхних слоях атмосферы, увеличивающие скорость реакций, разрушающих озон. Вторая – использование хлор- и фторсодержащих газов – фреонов, которые применяются в холодильной промышленности и в аэрозольных упаковках.

Охрана атмосферного воздуха от загрязнения

Охрана природы и окружающей среды имеет несколько направлений, таких как охрана атмосферного воздуха, охрана водной среды, охрана суши и охрана животных и растений. Методы охраны природы и окружающей среды от загрязнений имеют общие черты. Так, например, фильтры для очистки воздуха и воды имеют похожий принцип действия. Но загрязнение – не единственная проблема охраны природы и окружающей среды. Проблемы рационального использования природных ресурсов и устойчивого развития тоже требует решения. Одна из важнейших задач охраны природы и окружающей среды – обеспечение чистоты воздуха, которым дышат человек и другие живые организмы.

Охрана атмосферной среды – это в первую очередь охрана воздуха от загрязнения. В воздухе из-за промышленных выбросов образуются, например, оксиды азота, создающие опасность кислотных дождей. В той или иной степени они растворяются в обычной воде, однако к расщеплению до солей, воды и углекислого газа способен только оксид NO₂, поэтому, чтобы разложить оксид NO, необходимо окислить его до нужной степени.

Охрана воздуха от загрязнения состоит в том, чтобы "поймать" и преобразовать вредные пары. В случае с оксидом азота для этого применяют активированные угли, древесный уголь, активированный полукокс бурых углей и торфа, приготовленные из каменноугольного кокса. Они впитывают и удерживают вредные пары. Минералы с азотами калия или натрия в пористой структуре тоже адсорбируют пары азота, создавая своеобразное "молекулярное сито".

При высоких температурах от вредных паров тоже можно избавиться, но при этом нужно добавлять катализаторы, такие как оксиды кобальта, меди, никеля, железа, хрома и цинка.

Охрана воздуха от высокой концентрации пыли включает его очистку, для которой применяют различные пылеуловители. В механических пылеуловителях крупные частицы оседают под действием природных сил тяжести. В инерционных пылеуловителях применяются центробежные силы, за счет которых менее крупные частицы пыли оседают на стенках агрегата, а для мелкодисперсной пыли используют вихревые пылеуловители.

В качестве пылевого фильтра также могут выступать матерчатая ткань, вода, пена и электрическое поле.

Экологические проблемы гидросферы

Причинами обострения экологической ситуации и проблемами водной среды можно назвать использование рек, озёр и морей для грузовых и пассажирских перевозок, добычи полезных ископаемых, рыбного промысла и для захоронения радиоактивных отходов. Наибольшую опасность для экологии водной среды представляют нефть и радиоактивные отходы.

Качество питьевой воды также снижается из-за выбросов сточных вод промышленными, сельскохозяйственными и другими предприятиями. Кроме того, турбины и генераторы на тепловых и атомных электростанциях охлаждаются водой, которая нагревается и отводится в пруды. В теплой воде начинает размножаться фитопланктон, и вода "цветёт".

Методы очистки сточных вод

Еще одна важнейшая задача охраны природы и окружающей среды – охрана водной среды, ведь она является источником питьевой воды и частью природных экосистем. В данном случае необходима охрана от загрязнения промышленными выбросами и разливов нефти.

Нагретая вода, оставшаяся после охлаждения турбин, считается условно чистой, и охрана от загрязнения не применяется. Минеральными и органическими примесями воду загрязняют, в основном, производственные предприятия, поэтому охрана водоёмов от загрязнения лежит в зоне их ответственности.

Охрана водоёмов в части очистки сточных вод включает несколько способов. Среди них выделяют механические фильтры, очищающие воду от крупных взвесей и частиц, физико-химические способы (дистилляция, абсорбция и ионообмен), химические (реагентная очистка), электрохимические (электродиализ и электрофлотация) и биологические – посредством живой биомассы.

Что касается разлитой в воде нефти, то здесь охрана водоёмов включает очистку, для которой применяется механический сбор с помощью плавучих заграждений, шнековые устройства, сжигание нефти и метод сбора с водной поверхности путем рассева и последующего сбора сорбента.

Экологические проблемы литосферы

Для природы и окружающей среды важен баланс внутри экосистемы, в которую входит такая часть природы, как литосфера – поверхность Земли и ее недра.

Для добычи полезных ископаемых в горных породах высекают шахты, из-за которых нарушается режим подземных вод, а также происходят провалы, обвалы, проседания, оползни и смещения блоков горных пород. На поверхности дна подземных пустот и галерей образуются воронки, просадки и полья (замкнутые котловины, свойственные карстовым областям).

В сельском хозяйстве из-за применения сельхозтехники и бесконтрольного выпаса скота усиливаются поверхностная и боковая эрозии, возникает сеть оврагов. В результате уничтожается плодородный почвенный покров и дерновый слой.

В черте городов, где много теплотрасс, нефтяных и газовых труб, нарушается тепловой режим грунтов. В результате тают замерзшие подземные воды, грунт разжижается и меняется ландшафт. Кроме того, из-за хозяйственной деятельности человека в почву попадает много солей, она высыхает и теряет плодородие.

Методы хранения и утилизации отходов

Опасность для природы и экологии представляют отходы хозяйственной деятельности человека. Их разделяют на промышленные и бытовые. К промышленному мусору относят остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, которые не нашли применения в процессе производства, а к бытовому – все изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства.

Охрана природы от отходов состоит в том, чтобы их правильно хранить и перерабатывать. Твердые бытовые отходы хранят на полигонах, а для их переработки используют различные методы утилизации. Как минимум их прессуют или измельчают механическим способом, но есть и более сложные процедуры.

Например, автомобильные покрышки и другие полимерные отходы перерабатывают при помощи физико-химических технологий в резиновую крошку, которая идёт на коврики и покрытия для спортивных площадок. Для природы это двойная выгода – охрана от отходов и экономия ресурсов природы.

Трудногорючие и негорючие соединения перерабатываются в плазмохимическом реакторе. Органические массы при высоких температурах преобразуются в газообразное состояние методом газификации. Есть также термический способ разложения вещества без кислорода – пиролиз – и сложная система прессования и нагревания отходов – термоселект. Однако сжигание мусора имеет недостаток – загрязнение атмосферной среды. К тому же, оставшиеся шлаки и золу всё равно нужно захоранивать на полигонах.

Альтернативой сжиганию отходов можно считать биотехнологии, то есть переработку с применением бактерий, и компостирование – технологию, основанную на естественном биоразложении отходов.

Сокращение биоразнообразия

Деятельность человека приводит к исчезновению популяций животных и растений. Для их добычи зачастую используются варварские методы, а объемы добычи превышают допустимое для выживания популяции и сохранения природы значение. Кроме того, браконьеры с коммерческой или эстетической целью охотятся на изчезающие виды, за которыми законом установлена охрана. В сельском и лесном хозяйстве растения и животные гибнут, потому что их считают сорняками или вредителями.

В результате этого происходит разрушение природных экосистем: люди осушают болота, вырубают леса, уничтожают малые реки, создают искусственные водохранилища, а на их месте появляются жилые комплексы, шахты и объекты энергетики. На экосистемы губительно влияют различные факторы, такие как загрязнение природы и окружающей среды – почв, воды и воздуха, высокий уровень шума, интродукция (то есть изъятие из естественной среды обитания и перенос на территорию другой среды) растений и животных, генная модификация организмов, уничтожение пищевых ресурсов животных.

Охрана биоразнообразия

Охрана природы – это задача, важная для выживания человека не только потому, что он использует растения и животных в пищу и в быту, но и потому, что они – часть его среды обитания. С 1600 года в мире зарегистрировано исчезновение 484 видов животных и 654 видов растений. Среди них печально известные дронт, морская (стеллерова) корова, странствующий голубь, моа, сумчатый волк и другие виды. Мировое сообщество давно озабочено этой экологической проблемой и пришло к выводу, что исчезающим видам нужна охрана. Сегодня охрана исчезающих видов имеет в своем арсенале Красную книгу МСОП (Международный союз охраны природы), а также Красную книгу России.

Охрана исчезающих видов животных Красной книги России распространяется на такие виды, как даурский еж, тарбаган (монгольский сурок), красный волк, белый медведь, калан, кавказский камышовый кот, амурский тигр, леопард, снежный барс, сивуч, беломордый дельфин, черноморская афалина, лошадь Пржевальского, кулан, степной орел, беркут, стерх и другие виды.

Охрана краснокнижных растений включает такие виды, как подснежник широколистный, женьшень настоящий, левкой душистый, полынь солянковидную, смолевку меловую, рябчик русский, тюльпан Шренка, венерин башмачок настоящий и т.д.

По данным на 2022 год в мире около 269667 особо охраняемых природных территорий. В России в настоящее время действует 110 государственных природных заповедников, 49 национальных парков, 59 заказников федерального значения и 36 государственных биосферных особо охраняемых природных территорий. В России заповедник представляет собой еще и научное учреждение, а не только относится к числу охраняемых природных территорий.