Реферат
Тема: История развития экологии. Пестициды - токсический удар по биосфере и человеку
1 История развития экологии.
Ситуации, побудившие развитие экологии в 20 веке.
Экологическая обстановка вашего города в настоящее время
Большое влияние на мировоззрение ученых современной эпохи оказали древнегреческие ученые. Аристотель (384-322 до н. э.) в своей «Истории животных» различал водных и сухопутных животных, плавающих, летающих, ползающих. Его внимание привлекали такие вопросы, как приуроченность организмов к местообитаниям, одиночная или стайная жизнь, различия в питании и т.д. Вопросы строения и жизни организмов рассматривались в трудах таких античных мыслителей и философов, как Теофраст (371-280 до н.э.), Плиний Старший (23-79 н. э.) с его знаменитой «Естественной историей».
Удивительные открытия, которые принесли с собой путешествия в отдаленные страны и великие географические открытия эпохи Возрождения, послужили толчком для развития биологии. Ученые и путешественники не только описывали внешнее и внутреннее строение растений, но и сообщали сведения о зависимости растений от условий произрастания или возделывания. Описание животных сопровождалось сведениями о их поведении, повадках, местах обитания. Известный английский химик Роберт Бойль (1627-1691) оказался первым, кто осуществил экологический эксперимент: он опубликовал результаты сравнительного изучения влияния низкого атмосферного давления на различных животных. Большой вклад в формирование экологических знаний внесли такие выдающиеся ученые, как шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707-1778) и французский исследователь природы Жорж Бюффон (1707-1788), в трудах которых подчеркивалось ведущее значение климатических факторов. Особенно большой интерес представляют сочинения Линнея «Экономия природы» и «Общественное устройство природы». Под «экономией» Линней понимал взаимные отношения всех естественных тел, он сравнивал природу с человеческой общиной, живущей по определенным законам.
Экология же как наука начала формироваться в конце ХVIII веке, и то сначала как один из разделов зоологии. Развитие классической биологии долгое время шло по пути изучения морфологических и функциональных особенностей организмов в их единстве с условиями существования. Предысторией современной экологии являются труды натуралистов и географов XVIII-XIX вв. Большое влияние на развитие экологической науки оказал французский автор первого эволюционного учения Ж.Б.Ламарк (1744- 1829), считавший, что важнейшей причиной приспособительных изменений организмов, эволюции растений и животных является влияние внешних условий среды. В своем труде «Гидрология» он дал первые представления о биосфере как области жизни и о оболочке Земли.
Термин «биосфера» впервые ввел в научный обиход в 1875 году австрийский геолог Э.Зюсс (1831-1914), в работах которого биосферу понимали как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую лик Земли.
Существенной вехой в развитии науки об образе жизни различных живых организмов является труд Т.Мальтуса (1798), в котором приведены уравнения экспоненциального роста популяций как основы демографических концепций. Несколько позже П.Ф.Ферхюльст предложил уравнение «логистического» роста. Эти работы обосновали представления о динамике численности популяций. Тогда же в трудах врача В.Эдвардса, философа О.Конта и биолога И.И.Мечникова было положено начало экологии человека. Социальные аспекты экологии человека отражены в трудах О.Конта, Д.Милля и Г.Спенсера, а также американских социологов Р.Парка и Б.Берджеса.
Важные наблюдения, оказавшие влияние на развитие экологии, были выполнены учеными Российской Академии наук в ходе экспедиционных исследований, проводимых со второй половины XVIII в. Среди организаторов и участников этих экспедиций надо отметить С.П.Крашенинникова (1713-1755) с его «Описанием земли Камчатки», И.И.Лепехина (1740-1802) - автора четырехтомных «Дневных записок путешествия доктора и Академии наук адъюнкта Ивана Лепехина по разным провинциям Российского государства», академика П.С.Палласа (1741-1811), подготовившего капитальный труд «Описание животных российско-азиатских». Профессор Московского университета К.Ф.Рулье (1814-1858) в своих трудах и публичных лекциях настоятельно подчеркивал необходимость изучения эволюции живых организмов и объяснения жизни, развития и строения животных в зависимости от изменений их среды. Большое значение для развития экологии имели труды известного русского зоолога Н.А.Северцова (1827-1885).
Особую роль в развитии экологических идей сыграли труды великого английского ученого-естествоиспытателя Чарлза Дарвина (1809-1882) - основателя учения об эволюции органического мира. Вывод Дарвина о существующей в природе постоянной борьбе за существование принадлежит к числу центральных проблем экологии.
Термин «экология» в 1866 году предложил немецкий биолог Эрнст Геккель (1834-1919). Он относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе, которых прежде всего интересуют все стороны жизни биологических организмов.
Как самостоятельная наука экология сформировалась к началу двадцатого столетия. Большой вклад в ее развитие в XX веке внесли всемирно известные ученые-ботаники К.А.Тимирязев (1843-1920), В.В.Докучаев (1846-1903), Ф.Клементс (1874-1945), В.Н.Сукачев (1880-1967) и ряд других.
Крупнейший русский ученый XX века Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) создает учение о биосфере. Он показывает, какую огромную роль играют живые организмы в геохимических процессах на нашей планете. В конце жизни Вернадский приходит к выводу, что биосфера тесно связана с деятельностью человека; от этой деятельности зависит сохранность равновесия состава биосферы. Он вводит новое понятие - ноосфера, что означает «мыслящая оболочка», то есть сфера разума.
В 1927 году Ч.Элтон выпустил первый учебник-монографию по экологии. В нем было описано своеобразие биоценотических процессов, дано понятие экологической ниш, обосновано «правило экологических пирамид», сформулированы принципы популяционной экологии. Вскоре были предложены математические модели роста численности популяций и их взаимодействия (В.Вольтерра, А.Лотка), проведены лабораторные опыты по проверке этих моделей (Г.Ф.Гаузе). Таким образом, в 20-30-е годы сформировалось направление экологии популяций, в 30-е годы — понятие экосистемы. Его введение связывают с работами А.Тенсли (1935). Под экосистемой понимали совокупность организмов и неживых компонентов среды их обитания, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот (с участием продуцентов, консументов и редуцентов), в то же время продолжались широкие количественные исследования функциональных особенностей различных экосистем — их структуры, продуктивности, условий их устойчивости, трофических связей в экосистемах.
В начале 40-х годов В.Н.Сукачев (1880-1967) обосновал концепцию биогеоценоза, имевшую большое значение для развития теоретической базы экологии. В 50-е годы сформировалась обитая экология, основное внимание в которой уделяется изучению взаимодействия организмов и структуры образуемых ими систем, к 70-м годам сложились направления, называемые «физиологической» и «эволюционной» экологией. В рамках экологии сформировалось самостоятельное направление физиологии, посвященное исследованию механизмов адаптации. В нашей стране представителями этого направления, достигнувшего расцвета в 60-70-х годах XX столетия были Н.И.Калабухов, А.Д.Слоним, а в последние годы — акад. И.А.Шилов.
В наши дни получили развитие «количественная» экология и математическое моделирование биосферных и экосистемных процессов.
Во второй половине двадцатого столетия происходит своего рода «экологизация» современной науки. Это связано с осознанием огромной роли экологических знаний, с пониманием того, что деятельность человека зачастую не просто наносит вред окружающей среде, но и, воздействуя на нее негативно, изменяя условия жизни людей, угрожает самому существованию человечества. Поэтому необходимо понять, каким образом происходит воздействие человека на окружающую среду, и найти те пределы изменения условий, которые позволяют не допустить экологического кризиса. Таким образом, экология становится теоретической основой для рационального использования природных ресурсов. В изучении многообразных процессов, которые происходят в живой природе, большую помощь оказывают экспериментальные методы. В лабораторных опытах исследуется влияние разных условий на организмы, выясняется их реакция на заданные воздействия. Изучая отношения организмов со средой обитания в искусственных условиях, можно глубже разобраться в происходящих явлениях природы. Если в период своего возникновения экология изучала взаимоотношения организмов с окружающей средой и была составной частью биологии, то современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом смежных наук, прежде всего таких, как биология (ботаника и зоология), география, геология, физика, химия, генетика, математика, медицина, агрономия, архитектура.
Обобщая вышесказанное, следует отметить, что развитие общей экологии задержалось и в XX веке. Как отмечают Н.Ф. Реймерс, А.С. Степановских, экология отстала от таких наук, как эмбриология, физиология, генетика на несколько десятилетий. Причины отставания:
- Недооценка потребности в открытии общих законов развития живого вещества; изучение взаимоотношений организмов друг с другом и со средой должно идти с учетом огромного разнообразия животного и растительного мира и их взаимозависимости. Многие направления экологии находятся на аналитической стадии.
- Между науками, а, следовательно, и между учеными, существуют жесткие искусственные, в том числе психологические барьеры. Узкому специалисту удобнее и привычнее рассматривать «свои» предметы и явления вне существующих между ними взаимосвязей. Как сказал небезызвестный Козьма Прутков: «Узкий специалист подобен флюсу»! Но для всестороннего выявления особенностей экосистем необходимо изучение их коллективами разных специалистов. В первую очередь такие барьеры возведены между биологическими и небиологическими науками (социология, политика, экономика).
- Отсутствие реальных перспектив развития общей экологии, существовавшее вплоть до середины прошлого столетия. Недопонимание того, что методы общей экологии отличаются от методов, используемых в смежных науках (так, нельзя в экосистеме измерять физиологические параметры в одном месте, невозможно выделив один фактор в природе, устранить измеряемой характеристикой проявление остальных) и что нельзя лабораторные методы переносить на природу.
Лишь в конце XX произошло осознание того, что деятельность человека часто не только наносит вред окружающей среде, но и угрожает самому существованию человечества. При этом в изменении структуры и динамики экосистем резко возросла роль случайных факторов, нередко приводящих к катастрофам с многочисленными человеческими жертвами. Человечество лишь в последние десятилетия начало всерьез осознавать важность для себя экологических проблем. Ведь вопрос стоит однозначно - быть или не быть на Земле технократической цивилизации. Этим и объясняется повальная экологизация, как самой науки, так и других направлений человеческой деятельности, экологизация всевозможных производств, связанных с потреблением природных ресурсов.
Экологическое состояние на территории Красноярского края можно определить как неблагополучное: по объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Красноярский край постоянно занимает первое место в РФ. По количеству выбросов загрязняющих веществ на одного жителя самыми неблагоприятными городами можно считать Назарово (1,296 тонны в год на одного жителя), Шарыпово (0,774 т), Ачинск (0,557 т), Бородино (0,422 т), Уяр (0,362 т). В атмосферу столицы края в 2007 году было выброшено по 0,298 тонны загрязняющих веществ на каждого красноярца.
По основным источникам выбросов предприятия городов края распределились следующим образом: в Ачинске 78,2% составляют выбросы металлургических предприятий, в Красноярске 45,7% дает также металлургия и 38,4% — энергетика, в Канске — энергетика (54,5%) и химическое производство (26,6%), в Лесосибирске — обработка древесины (54,4%) и ЖКХ (23,3%), в Минусинске — энергетика (61,3%), в Назарово — энергетика (96,4%), в Шарыпово — энергетика (95,6%).
Отдельной строкой в итогах по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу городов и районов Красноярского края стоит Норильский промышленный район (НПР). Там в 2007 году в воздух было выброшено почти 2 млн. тонн. Неблагополучное состояние воздуха в НПР определяют выбросы диоксида серы (40 ПДК и выше).
Можно выделить следующие причины высокого уровня загрязнения населенных мест Красноярского края:
- во-первых, резкое снижение эффективности государственной экологической экспертизы и государственного экологического контроля;
- во-вторых, значительная концентрация предприятий в сложившихся промышленных зонах и их экологически опасное отраслевое сочетание;
- в-третьих, размещение промышленных предприятий 2-4 класса санитарной вредности на территориях жилых зон;
- в-четвертых, отсутствие организованных санитарно-защитных зон промышленных узлов и предприятий.
Кроме того, среди основных причин загрязнения среды обитания красноярцев были названы интенсивное дорожное движение и несвоевременный вывоз мусора на полигоны хранения бытовых
Таким образом, современная экология - универсальная, бурно развивающаяся, комплексная наука, имеющая большое практическое значение для всех жителей нашей планеты. Экология - наука будущего, и возможно, само существование человека будет зависеть от прогресса этой науки.
2 Пестициды. Категории и природа пестицидов. Польза и вред пестицидов. Пути попадания пестицидов в организм человека
Два понятия — «пестициды» и «окружающая среда» — неразрывно связаны между собой с момента появления первых химических средств защиты растений.
Пестициды (от лат. pestis — зараза и caedd — убиваю) - химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящейся сельскохозяйственной продукции, бытовыми вредителями и внешними паразитами животных, а также для регулирования роста растений, предуборочного удаления листьев (дефолианты), предуборочного подсушивания растений (десиканты) (ФЗ «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами»).
Пестициды - собирательный термин, охватывающий химические соединения различных классов, применяемые для борьбы с вредными организмами в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности, нефтедобыче и многих других случаях. Пестициды начали использовать еще в войсках Александра Македонского для борьбы с паразитами человека (порошок долматской ромашки). В здравоохранении пестициды применяют для борьбы с членистоногими - переносчиками таких опасных заболеваний, как малярия, чума, туляремия, энцефалит, сонная и слоновая болезнь, многие кишечные заболевания. В здравоохранении и ветеринарии, кроме того, пестициды используют в качестве дезинфицирующих средств, в промышленности - для предохранения неметаллических материалов (полимеров, древесины, текстильных изделий), борьбы с обрастанием морских судов, особенно в южных морях, для борьбы с сероводородобразующими бактериями, для предохранения труб от коррозии.
В наибольших масштабах пестициды используют в сельском хозяйстве для борьбы с членистоногими (инсектициды и акарициды), нематодами (нематоциды), грибными (фунгициды) и бактериальными (бактерициды) заболеваниями растений и животных, а также для борьбы с сорняками (гербициды). К пестицидам относят также регуляторы роста растений (ретарданты), используемые для борьбы с полеганием различных культур, для дефолиации (удаления листьев) и десикации (подсушивания растений на корню), чтобы облегчить уборку урожая, а также для предохранения от заморозков и засухи. Во многих странах с помощью пестицидов ведется химическая борьба с вредителями лесов, а также переносчиками заболеваний человека и домашних животных (например, с малярийными комарами).
Пестициды по своей природе и химической структуре делятся на
- органические (фосфорорганические, хлорорганические, ртутьорганические, мышьяксодержащие препараты, производные уксусной и масляной кислот, мочевины, карбаматы и др.),
- неорганические (препараты, содержащие медь, цинк и др.)
- растительные (пиретрум, анабазин и др.).
Неорганические, в частности соединения фтора, не очень эффективны и накапливаются в почве. Природные органические инсектициды, такие, как алкалоид никотин, в основном уже вышли из применения; впрочем, пиретрумом до сих пор широко пользуются и в доме, и в саду, поскольку он не опасен для теплокровных животных. Чаще всего сейчас употребляются синтетические органические соединения, особенно фосфорорганические, сероорганические, карбаматы и пиретроиды. Почти все хлорорганические инсектициды, в т.ч. ДДТ, запрещены в большинстве стран, поскольку отравляют окружающую среду.
По токсичности пестициды делятся на: высокотоксические вещества— ЛД50 до 50 мг/кг, токсичные — ЛД50 50—200 мг/кг, среднетоксичные — ЛД5о 200—1000 мг/кг, малотоксичные — ЛД50 более 1000 мг/кг.
Пестициды в зависимости от объекта подразделяются на гербициды - для уничтожения сорной растительности; инсектициды - против вредных насекомых; зооциды - для борьба с грызунами; фунгициды - с возбудителями грибковых заболеваний. К пестицидов относят и репелленты и антифиданты - вещества, способные отпугивать вредные организмы; аттрактанты - привлекающие вещества, которые используют для дезориентации, контроля или последующего уничтожения определенных видов животных; гормональные инсектициды и хемостерилизаторы - препятствуют нормальному развитию и размножению, а также вещества, по механизму действия родственные гербицидам: регуляторы роста растений влияют на процессы роста и развития растений, дефолианты - удаляют листья, дефлоранты - для удаления цветков, десиканты - подсушивают растения.
И все же применение пестицидов было и остается одним из основных путей интенсификации сельскохозяйственного производства. Однако, будучи чужеродными химическими веществами, вносимыми в окружающую среду, пестициды могут представлять собой известную опасность для природы и человека. Многие пестициды способны длительно сохраняться в среде обитания людей, попадая из одного объекта среды в другой и превращаясь в более токсичные соединения. Согласно мировой экологической статистике пестициды входят в группу экотоксикантов, составляющих так называемую «грязную дюжину».
Пестициды различаются по своей специфичности, то есть по диапазону поражаемых ими организмов. ДДТ, например, характеризуется широким спектром действия, убивая многие виды животных. У пиримикарба спектр действия намного уже — он действует на тлей и двукрылых, но не влияет на жуков и многих других насекомых. Аналогичным образом, далапон губит однодольные растения, но щадит двудольные, а гербициды на основе феноксиуксусной кислоты характеризуются прямо противоположным действием.
Пестицидное отравление губительно действует на многих плотоядных, особенно птиц. Например, сокол сапсан полностью исчез на востоке США в результате применения там ДДТ. Птицы особенно чувствительны к этому ядохимикату, поскольку он индуцирует гормональные изменения, влияющие на метаболизм кальция, а это приводит к истончению скорлупы откладываемых яиц, которые в большом количестве начинают биться даже при простом насиживании.
Свойства пестицидов значительно различаются между собой, поэтому и различна их потенциальная способность загрязнять окружающую среду. К таким свойствам пестицидов относятся испарение, растворение в воде и других растворителях, а также сопротивляемость разрушению. Последнее свойство особенно важно при определении степени воздействия пестицида на окружающую среду. Это свойство характеризует стойкость, которая равна времени, необходимому для того чтобы пестицид потерял не менее 95% своей активности при нормальных условиях и обычной интенсивности применения.
Попадая в различные объекты окружающей среды, пестициды накапливаются в них либо включаются в различные миграционные цепи (рис. 1). При этом в каждом из объектов окружающей среды пестициды подвергаются всевозможным процессам разложения.
Рисунок 1 - Накопление и миграция пестицидов в окружающей среде
Дезактивация пестицидов с помощью химических или биологических процессов может длиться в течении от 1-12 недель до 2 и более лет. Многие пестициды очень устойчивы и распространяются далеко от мест применения. Например, в середине 1960-х гг. ДДТ был обнаружен в печени пингвинов в Антарктике — очень далеко от тех мест, где применялся этот химикат. ДДТ сейчас запрещен во всех развитых странах, однако он сравнительно дешев и до сих пор считается хорошим средством в определенных ситуациях, например при борьбе с малярийными комарами - с помощью ДДТ во многих странах удалось полностью искоренить малярию. Решая вопрос о применении того или иного пестицида, часто приходится из двух зол выбирать меньшее.
Долговременные эффекты пестицидов, особенно в низких дозах, и возможный синергизм их с другими загрязнителями среды и переносчиками болезней, изучены слабо в связи с относительной новизной большинства ядохимикатов. Растут опасения, что «безвредные» следы их метаболитов, сохраняющиеся в пище, хотя и не оказывают токсического, а тем более летального действия, могут тем не менее снижать сопротивляемость болезням и постепенно накапливаться в организме до опасного уровня.
Общий эффект использования пестицидов — снижение видового разнообразия. Обычно пестициды также повышают продуктивность на нижних трофических уровнях и понижают на верхних.
Растущее беспокойство по поводу злоупотребления пестицидами привело к разработке правил их применения, принятых в США и других индустриальных странах. Они охватывают все аспекты обращения с этими средствами: их перевозку, хранение, ликвидацию пустых емкостей, предельно допустимые остаточные количества и многое, многое другое. Из-за опасности, которую они представляют, постепенно изымаются из употребления хлорорганические инсектициды (хлорированные углеводороды), такие, как хлордан, ДДТ и другие, хотя они, несомненно, принесли определенную пользу и здравоохранению, и сельскому хозяйству. Запрещены и некоторые фумиганты, применявшиеся ранее для газового обеззараживания почвы и хранящегося зерна.
В истории мировой регламентации и управления поведением пестицидов в окружающей среде наибольший удельный вес занимает гигиена питания.
Контактные препараты - попадают в организм вредителя при контакте с любой частью его тела.
Кишечные пестициды - попадающие в организм вредителя через органы питания.
Фумиганты - попадающие в организм вредителя через органы дыхания
Системные препараты - поступающие во все части растения и делающие их ядовитыми для вредителей.
Это наиболее эффективные средства защиты растений, но и наиболее опасные для человека ввиду накопления стойких пестицидов внутри растительных продуктов.
Установленные закономерности поведения пестицидов объясняются специфической особенностью применения препаратов, предусматривающей распыление веществ над полями, садами и водоемами, в силу чего создаются условия для взаимодействия многочисленных факторов — в результате остаточные количества пестицидов загрязняют природные среды и поступают в организм человека. Оценка характера негативного действия, установление причинно-следственных связей рассматриваемой сложной многопараметрической системы «пестицид - окружающая среда - человек» является фундаментом для определения принципов и путей управления с целью минимизации вредного действия пестицидов. Основу профилактики составляют принятые во всем мире нормативы содержания пестицидов во всех объектах окружающей среды.
Большинство пестицидов поступает в организм человека через органы дыхания, кожу, желудочно-кишечный тракт.
Основной путь попадания пестицидов в организм - это пища. В продуктах питания, в плодах растений, в мясе животных содержится остаточное количество пестицидов, причем в мясе может содержаться их даже больше, чем в плодах растений. Так как животные питаются в основном растительными кормами, естественно, количество пестицидов в мясе увеличивается - это пищевая цепочка.
Многие пестициды имеют свойство накапливаться в жировой ткани. Если человек потребляет животные жиры, то он получает достаточно большое количество хлорорганических пестицидов, потому что они накапливаются в первую очередь в животных жирах. Это, например, ДДТ, гексахлоран.
Некоторую часть человек получает с питьевой водой, но очень небольшую, так как растворимость многих пестицидов в воде очень низкая.
В определенных случаях человек получает большие дозы пестицидов из воздуха, с пылью. Это возможно, если человек живет в зоне, прилегающей к складам ядохимикатов, просроченных пестицидов, которые не были утилизированы.
Для предупреждения попадания пестицидов в организм человека разработаны оптимальные сроки обработки сельскохозяйственных культур. Соблюдение указанных сроков приводит к тому, что к моменту употребления продуктов пестициды успевают разложиться. Запрещается широкое использование наиболее стойких и вредных пестицидов.
Весьма эффективной профилактикой вредного действия пестицидов является выдержка сроков употребления загрязненных продуктов, так как при определенных сроках хранения значительная часть пестицидов разлагается и вредного действия не оказывает. При невозможности длительного хранения вредное действие пестицидов может быть устранено путем тщательного мытья, очистки и кулинарной обработки.
Список использованной литературы
1. Горелов А.А. Экология. Учебник / А.А. Горелов. – М.: Academia, 2006. – 400 с.
2. Комов С.В. Введение в экологию: десять общедоступных лекций. Учебное пособие / С.В.Комов. - Екатеринбург: УрГУ, 2001. – 82 с.
3. Николайкин Н.И. Экология. 3-е изд., стереотип. / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. - М.: Дрофа, 2004. - 624 с.
4. Постановление правительства СанПиН 1.2.1077-01 «Гигиенические требования к хранению, применению и транспортировке пестицидов и агрохимикатов», утв. гл. гос. сан. врачом РФ 31.10.01.
5. Ревич Б.А. Основы оценки воздействия загрязненной окружающей среды на здоровье человека. Пособие по региональной экологической политике / Б.А. Ревич, С.Л. Авалиани, Г.И. Тихонова. – М.: Центр экологической политики России, 2004. – 268 с.
6. Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов / А.С. Степановских. - М.: ЮНИТИ, 2001. - 510 с.
7. Федоров Л.А. Пестициды - токсический удар по биосфере и человеку / Л.А.Федоров, А.В.Яблоков. - М.: Наука, 1999. - 462 с.