чем определяется специфика экосистемы человек окружающая среда
1.2 Система «человек – окружающая природная среда»
Человечество, являясь биологическим видом, в то же время представляет собой сложную социально-политико-экономичес-кую систему. Жизнь есть непрерывный обмен веществом, энергией и информацией со средой обитания.
Основную массу веществ и энергии для своей жизни и деятельности человек получает от других животных и синтезирующих органическое вещество растительных организмов. Используя вещество и энергию из природной среды, человек в свою очередь выделяет в нее другие вещества и преобразованную энергию. Процесс обмена между человеком и природой непрерывен и приводит к изменению и развитию, как самого человека, так и сферы его обитания. Конечно, этот процесс усложняется, когда человечество выступает не просто как вид, но как общество.
На заре развития человечества обмен веществом и энергией имел характер непосредственного прямого потребления человеком созданных природой веществ (воды, растительной и животной пищи, воздуха). Ущерб природе был минимален, серьезных последствий, как человека, так и для самой природы быть не могло. На протяжении многих тысячелетий численность древних людей регулировалась естественными процессами: наличием доступной пищи, укрытий, болезнями, хищниками, паразитами и т.д. Дальнейшее историческое развитие человечества знаменательно появлением орудия труда, производства, сначала пищи, а затем и других предметов, необходимых для все более усложняющейся жизни человека. Развитие производящего хозяйства было важнейшим достижением человека и фундаментом дальнейшего развития человечества. Появились главнейшие отрасли сельского хозяйства: земледелие и животноводство, сохранившиеся в основе до настоящего времени. Производство и производственные отношения привели к образованию общественной организации – человеческого общества.
На данном этапе развития человечества существует система «человек – окружающая среда» и созданная длительным историческим развитием подсистема «человеческое общество – производство – природа». Изучение системы «человек – окружающая среда» актуально и связано с тем, что на современном этапе развития человечество переживает эпоху бурного демографического роста, научно-технического и социально-экономического развития.
Наиболее существенные изменения в природе человек стал производить именно с развитием промышленности. Промышленное производство требовало вовлечения в хозяйственный оборот все новых и новых природных ресурсов. В связи с интенсивной эксплуатацией традиционных природных ресурсов увеличилась степень использования земель не по прямому их назначению, а для промышленных разработок полезных ископаемых, строительства дорог, населенных пунктов, создания водохранилищ. Стихийная и, все возрастающая по своим темпам и масштабам эксплуатация природных ресурсов, приводит к быстрому их истощению и нарастающему загрязнению окружающей среды.
Если до 20 в. воздействия хозяйственной деятельности человека на природу имели локальный и региональный характер, то к середине 20 в. они уже были глобальными. К этому времени на Земле почти не сохранилось районов, на которых не сказывались бы последствия хозяйственной деятельности. На современном историческом этапе развития человека уже можно говорить о воздействии его на природу в планетарном масштабе. Учитывая современное мощное техногенное воздействие человека на природу, можно считать, что почти все современные ландшафты Земли представляют собой природно-антропогенные образования, которые различаются по степени техногенного влияния. Характер и сила антропогенной трансформации естественных природных ландшафтов зависят от плотности населения, технической вооруженности общества, длительности и интенсивности воздействия.
Стихийное использование, в капиталистическом обществе даже хищническое, природных ресурсов без соответствующих мер по их защите и возможности восстановления, интенсивное и все возрастающее загрязнение окружающей среды приводят к непоправимым изменениям в природе, катастрофам в биосфере.
Не следует забывать о том, что деньги не всегда могут исправить экологическую ситуацию, сложившуюся на данной территории, тем более на планете Земля.
Закон развития природной системы за счет окружающей ее среды определяет, что любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Следовательно:
– абсолютно безотходное производство невозможно;
– любая более высокоорганизованная биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем;
– биосфера Земли, как система, развивается не только за счет ресурсов планеты, но и за счет воздействия космоса.
Согласно первому следствию, мы можем рассчитывать лишь на малоотходное производство. Создание малоотходного производства предприятия можно представить в три этапа. Первый этап заключается в развитии технологий малой ресурсоемкости незначительными выбросами. На втором этапе создается циклическое производство, в котором отходы одних звеньев могут быть сырьем для других звеньев. На третьем этапе создания безотходного производства организуется разумное захоронение неминуемых остатков и нейтрализация неустраняемых отходов. Таким образом, в любом случае в биосфере накапливаются выбрасываемые из круговорота вещества и формируются осадочные породы.
Согласно второму следствию, воздействие человека на природу требует мероприятий по нейтрализации этих воздействий, так как они могут оказаться разрушительными для всей природы. С другой стороны, ограниченность природных ресурсов вынуждает разрабатывать новые вещества и технологии, их использование в промышленности и сельском хозяйстве позволяет также уменьшить выбросы загрязнений, т.е. осуществляется переход к экологически чистым и малоотходным технологиям. Создание новых технологий, промышленных проектов, строительства, транспорта всегда должно сопровождаться экологической экспертизой.
«Основные научно-исследовательские направления в области защиты окружающей среды от промышленных и транспортных загрязнений направлены на разработку эффективных способов очистки выбросов и создания совершенных способов сжигания топлива и других видов переработки сырья» [2].
Человек стал мощным, социально организованным фактором природы, эффективность воздействия которого на окружающую среду и на самого человека растет в геометрической прогрессии по мере социально-экономического развития. Из этого следует вывод, что связь между социально-экономическим развитием и нарушением окружающей среды не прямая, а опосредованная влиянием социальных факторов.
Следует различать два понятия: окружающая природная среда и окружающая среда. Природная среда – это часть окружающей человека среды его обитания. Система «человек – окружающая среда» приведена на рисунке 21.
 |
Рисунок 21 – Система «человек – окружающая среда»
Текст книги «Гигиена и экология человека»
Автор книги: Коллектив авторов
Жанр: Учебная литература, Детские книги
Текущая страница: 22 (всего у книги 23 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]
12.7. Человеческие экосистемы
Экосистемы, в состав которых входит человек, называются человеческими экосистемами. Человеческая экосистема отражает ценности и цели человеческого общества, основные движущие силы в этих системах имеют социальную природу. Человеческие экосистемы подчиняются законам, присущим природным системам. Функционирование человеческих экосистем зависит от взаимодействия всех элементов, включая живые организмы, неживую природу, понимание ценностей, потребностей и отношений человеческого общества, управляющего этой экосистемой.
Понятие «экосистема» прежде всего ассоциируется с природой. Люди являются неотъемлемой частью той экосистемы, в которой обитают, но при этом человеческие экосистемы обладают несколькими принципиальными отличиями от собственно природных экосистем. Человеческие экосистемы детерминированы деятельностью человека (человек является доминантным видом).
Человеческая деятельность определяется социальными системами и направлена на реализацию целей, имеющих социальное, а не биологическое значение. Без понимания деятельности людей нельзя адекватно воспринимать современный мир. Однако эту деятельность нельзя оценить без рассмотрения общественных целей, которые ее направляют.
Из всех биологических видов только человек обладает способностью к разумному целеполаганию. Человек изобрел множество способов взаимодействия с окружающей средой. Человеческое общество изменяет свою и природные экосистемы, создает и поддерживает существование искусственных систем в соответствии со своими потребностями, но не может изменить основные законы их функционирования.
Все существующее на Земле подчиняется экологическим законам. Поведение любой экосистемы зависит от ее организации:
• характеристик абиотической среды;
Некоторые из этих компонентов человек может контролировать непосредственно, другие – косвенно, третьи (например климатические условия или генетические особенности большинства популяций) – недоступны для вмешательства человека, четвертые – в связи со сложностью экосистем могут быть неизвестны.
Человеческие экосистемы подчиняются следующим законам.
Принцип Ле-Шателье – Брауна: внешнее воздействие, выводящее систему из устойчивого равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия. Если система не может скомпенсировать влияние внешнего воздействия, то она либо разрушается, либо переходит в новое устойчивое состояние (рис. 12.9).
Принцип удаленности событий: явление, удаленное по времени и в пространстве, кажется менее существенным. В природопользовании этот принцип особенно часто становится основой неверных практических действий.
Принцип внезапного усиления патогенности: неожиданное усиление патогенности возникает при мутации болезнетворного организма, при внедрении нового болезнетворного организма в экосистему, при резком изменении среды жизни для экосистемы.
Принцип разумной достаточности и допустимости риска: расширение любых действий человека не должно приводить к социально-экономическим и экологическим катастрофам.
Рис. 12.9. Изменение геохимической обстановки за время существования биосферы
Правила взаимоприспособленности: виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество представляет собой внутреннюю противоречивую, но единую и взаимно увязанную систему.
Правило интегрального ресурса: чем сильнее отрасли хозяйства, конкурирующие в сфере использования природных систем, изменяют экологический компонент или всю экосистему, тем значительнее они наносят ущерб друг другу.
Принцип меры преобразования природных систем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить пределы, позволяющие сохранять свойство самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции).
Принцип соответствия условий среды генетической предопределенности организма: вид организма может существовать пока окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к колебаниям и изменениям.
Принцип цепных реакций «жесткого» управления природой: в результате технического управления природными процессами возникают цепные реакции, приносящие экологический, социальный и экономический вред.
Сферы экосистемы человека, стресс, пределы и способности экосистемы к самовосстановлению
Экосистему человека можно представить в виде нескольких сфер: сфера окружающей среды, сфера индивидуального управления и сфера политического планирования (табл. 12.2).
Сфера окружающей среды объединяет функционирующие в соответствии с законами природной экосистемы структурные особенности системы:
• геобиологические феномены роста и развития животных и растений;
Таблица 12.2. Сферы человеческих экосистем
• динамику популяций и сообществ;
• обмен питательных веществ и энергии в цепях питания.
Сфера индивидуального управления описывает поведение отдельных людей или организаций, непосредственно контактирующих с окружающей природной средой и целенаправленно или непреднамеренно воздействующих на нее. Поведение отдельных людей предопределяет способы воспроизводства населения, миграционные потоки, формирование экономических явлений.
Сфера политического планирования объединяет механизмы, направляющие развитие отдельных секторов общества с помощью политики или экономики.
Основная особенность человеческих экосистем заключается в двустороннем взаимодействии между обществом и окружающей средой, поддерживающей существование этого общества. Среда включает в себя базу ресурсов для большинства видов человеческой деятельности и удовлетворения собственных потребностей людей. Поведение среды влияет на поведение человека, управляющего ею, и наоборот.
Человеческие экосистемы – это открытые системы. Они требуют поступления ресурсов, топлива, технологий, выхода на рынки и т. д. Для существования одного города, например, необходимо:
• запасы леса для обеспечения строительными материалами и бумагой;
• вода для питья, использования в промышленности и отведения отходов;
• воздух для дыхания и рассеивания выхлопов автомобилей, отходов промышленных предприятий и электростанций;
• поступление энергии и сырья.
Даже маленький город зависит сразу от нескольких видов человеческих экосистем. Некоторые могут располагаться внутри или около города, другие – быть связанными с ним с помощью транспортной сети. Изменения в одной из подсистем обязательно вызовет нарушение в другой или третьей. Оптимальное функционирование всех подсистем возможно только при условии их согласованного действия.
Для оценки человеческих экосистем разработан антропоэкономический подход, который позволяет выделить 5 секторов и 5 функций общественного механизма.
♦ Сектор человекопотребления контролирует эффективность потребления природных, материальных и технологических ресурсов, затраты живого труда, человекоемкость производства.
♦ Сектор учета прогнозирует и минимизирует издержки, загрязнения окружающей среды.
♦ Сектор трансформации преобразует производственный продукт в компоненты систем жизнеобеспечения популяции.
♦ Сектор человекопроизводства формирует резерв популяционного потенциала.
♦ Сектор баланса обеспечивает органы государственного управления и заинтересованные структуры информацией о соотношении человекопотребления и человекопроизводства.
В условиях современной информационной нагрузки человеческие экосистемы подвергаются более мощному экологическому стрессу – основному механизму этиопатогенеза экопатологии.
Стресс – это неспецифическая реакция организма в ответ на действие интенсивных, биологически значимых факторов. Стресс проявляется фазным изменением состояния физиологических систем и обмена веществ организма, его защитно-приспособительных возможностей. Стресс бывает различного происхождения и может вызывать как приспособительные, так и патологические изменения в разных системах и органах. Стресс разделяют на непсихогенный и психогенный (психоэмоциональный). Непсихогенный стресс формируется под влиянием физических, механических, химических и биологических факторов или при опасном для жизни недостатке необходимых веществ. Психоэмоциональный стресс возникает под влиянием постоянно нарастающих негативных социальных факторов. Длительный психоэмоциональный стресс приводит к снижению функциональных возможностей центральной нервной системы. Клинически проявляется развитием неврозов, неврастений, истерий. Психоэмоциональный стресс является фактором риска в возникновении гипертонической и гипотонической болезни, атеросклероза, ишемической болезни сердца, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, нейрогенных заболеваний кожи, эндокринных заболеваний и др.
Развитие стресса и его исход зависят от состояния нервной, иммунной системы организма, эндокринных органов, особенно гипофиза и надпочечников, кровообращения. Большое значение в развитии стресса имеет интенсивность воздействия фактора и степень адаптации организма (рис. 12.10). Адаптация формируется при многократном воздействии стрессорного агента в оптимальном режиме. Например, жители высокогорья устойчивы к кислородному голоданию (гипоксическому стрессу), спортсмены – к физическому стрессу и т. д.
На формировании устойчивости к стрессорным воздействиям влияют возраст, пол и конституция человека. В частности, новорожденные более легко переносят гипоксию, женщины более резистентны к кровопотере, чем мужчины. Большое значение в развитии стресса у человека имеет чрезмерное физическое напряжение и противоположное состояние – гиподинамия.
При обычном варианте развития стресса наблюдаются три стадии: 1) реакция тревоги; 2) стадия резистентности; 3) стадия истощения.
Первая стадия характеризуется экстренной мобилизацией защитных сил организма, направленной на борьбу с патогенным действием фактора или на устранение уже возникших негативных реакций организма.
Длительное, особенно периодическое, действие факторов вызывает тренирующий эффект. В результате организм вступает во вторую стадию стресса, при которой на смену экстренной приходит долговременная адаптация организма с повышенной устойчивостью к экстремальному фактору.
Рис. 12.10. Взаимосвязь интенсивности действия фактора и включения адаптационных механизмов в организме человека
Вместе с тем стресс может стать фактором развития в организме патологических состояний. В случае интенсивного продолжительного действия стрессорного фактора и недостаточности регулирующих систем формируется третья стадия стресса – истощение. На этой стадии преобладают катаболические процессы, снижается масса органов, развиваются атрофические и дегенеративные изменения. Специфическая и неспецифическая резистентность организма снижается.
Опасные и вредные физические, химические и биологические экологические факторы могут вызывать развитие непсихогенного стресса. При действии непсихогенных экстремальных факторов возникновение различных форм патологии возможно на всех этапах формирования стрессорного состояния.
Во-первых, реакция тревоги, напряжения может не развиваться, если интенсивность вредного фактора превышает возможности систем приспособления организма. Во-вторых, возможна слабая или неадекватно сильная активация гипофизарно-надпочечниковой и симпатоадреналовой систем. В-третьих, при действии интенсивных патогенных факторов среды обитания после реакции тревоги, проявляющейся общим возбуждением, фаза резистентности не развивается, а сразу возникает истощение систем регуляции и угнетение физиологических функций.
Современным способом рассмотрения экосистем с учетом человеческих ценностей является определение способности экосистемы к восстановлению.
Сохранение в течение долгого времени способности человеческих экосистем к самовосстановлению поддерживает баланс между обществом и окружающей средой и сохраняет способность системы противостоять или нейтрализовать возмущающие воздействия.
На способность человеческой экосистемы к восстановлению влияет ряд факторов. Они могут быть природными (восстановление лесов), относиться к сфере индивидуального управления, сфере политического планирования (войны или межнациональные конфликты). Под воздействием общественных изменений в соответствии с традициями и привычками корректируется стратегия управления экосистемами, приводящая к изменениям структуры. Любая коррекция влияет на природную среду, временно снимая экологическую проблему. При этом может возникать новая экологическая проблема, которая потребует новых коррекций в будущем. Такой способ управления сокращает способность экосистем к восстановлению. Когда процесс становится необратимым, наступает понимание того, что состояние экосистемы выходит из-под контроля.
12.8. Этические взгляды на экосистемы. Возможности устойчивого развития человеческих экосистем
Сутью экологической этики является экоэтический императив (нравственное предписание морального отношения человека к природе и ее творениям), который заключается в четырех базовых положениях.
♦ Живая и неживая природа является ценной сама по себе и имеет право на существование и процветание независимо от полезности, бесполезности или вредности для человека.
♦ Взаимодействие человека с природой (дикой флорой и фауной) строится на основе равноценности и равноправия.
♦ Разумность и культура налагают на человека исключительные обязанности по отношению к природе (ее дикой флоре и фауне).
♦ Природоохранная деятельность определяется в первую очередь необходимостью сохранять природу (биоразнообразие) ради нее самой.
Выполнение экоэтического императива может привести к достижению экоэтического идеала, представляющего собой сообщество, где одновременно с удовлетворением человеческих потребностей может быть достигнуто равновесие живых существ и экосистем. Основная функция состоит в том, чтобы показать направление движения человечества по пути морального совершенствования.
Необходимым условием функционирования человеческой экосистемы является его способность решать этические проблемы. Для этого в экологической этике разработаны принципы и правила. Принципы имеют общий характер и говорят, какие действия человек обязан осуществить или воздерживаться от них. Существует пять экоэтических принципов:
• принцип невредительства, запрещающий разрушительные действия со стороны человека в отношении как отдельных биотических сообществ, так и экосистемы в целом;
• принцип невмешательства, требующий воздерживаться от каких-либо вмешательств в функционирование целых экосистем и биотических сообществ;
• принцип порядочности, обязывающий не нарушать доверия, оказываемого нам природой;
• принцип соблюдения прав, основанный на признании и уважении прав природы;
• принцип справедливого возмещения, призванный компенсировать нанесенный природе ущерб.
Сохранение современной цивилизации будет возможно при изменении основы производственной деятельности людей. Необходимо создание экологичных производств, вписывающихся в биогеохимические циклы биосферы и не нарушающих ее равновесия.
Преодоление экологического кризиса невозможно только техническими средствами. Человечество ожидает длительный и трудный процесс преобразования природы и общества. Решающее значение будет иметь формирование цивилизации, отвечающей новым потребностям человека и согласованной с новыми реалиями окружающей природы. Необходимо опираться не только на новую технологическую основу производственной деятельности, но и на понимание места человека в окружающем мире, формирование новой нравственности.
Наряду с новой модернизацией человечеству предстоит создать новую культуру взаимоотношений между людьми и с природой, субъектом которой является человек. В ее основе должно лежать соответствующее воспитание и образование, знание законов биоэтики. Очень важно формирование системы экологических знаний и принципов взаимоотношения человека с природой.
Основная цель экологического образования и воспитания – формирование мировоззрения человека, основанного на направленности деятельности человека не на эксплуатацию природы или сохранение ее в первозданном виде, а на ее развитие, способное содействовать развитию общества.
Принцип современного антропоцентризма основан на понимании факта, что дальнейшее развитие человечества может происходить только совместно с дальнейшим развитием природы. Человечество может существовать в условиях стабильных биогеохимических циклов (как естественных, так и искусственных) только в случае, если его энергетические потребности будут снижены в 10–12 раз.
Способность экосистем к самовосстановлению
Способность экосистемы самовосстанавливаться и саморегулироваться в течение сукцессионного, или эволюционного, отрезка ее существования называется экологической надежностью. Простейшим механизмом поддержания экологической надежности экосистемы является замена выбывшего вида другим, близким экологически, происходящая на уровне различных сообществ вплоть до биогеоценозов. Самовосстановление природной экосистемы – это самостоятельный возврат к состоянию динамического равновесия, из которого она была выведена действием природных и антропогенных факторов. Процесс самовосстановления разделяется на стадии, которые выделяются по доминирующим видам, сложности строения и устойчивости экосистемы. В биосфере имеется большой набор процессов регулирования, позволяющих ей компенсировать изменяющиеся условия.
Самовосстановление и саморегуляция являются природными свойствами экосистем, поэтому почва, воздух и вода в природных экосистемах способны к самоочищению. Самоочищение – естественное разрушение загрязнителя в среде в результате процессов, происходящих в экосистеме. Потенциал самовосстановления свойств окружающей среды связан с поглощением водными поверхностями до 50 % природных и техногенных загрязнителей. То же происходит на поверхности зеленых насаждений: 1 га городских зеленых насаждений поглощает в течение часа такое же количество СО2, которое выдыхают 200 человек.
Однако из-за вымирания многих биологических видов (звень ев трофических цепей) под натиском деятельности человека экосистемы теряют способность к восстановлению и начинают разрушаться сами.
Биологическое разнообразие экосистем
Одним из факторов оптимального функционирования экосистем и биосферы в целом является биологическое разнообразие, которое обеспечивает устойчивость экосистем к внешним стрессовым воздействиям и поддерживает в них подвижное равновесие.
Живое от неживого отличается большим разнообразием и способностью сохранять и существенно увеличивать это разнообразие. Эволюцию жизни на Земле можно рассматривать как процесс структурирования биосферы, процесс увеличения разнообразия живых организмов, форм и уровней их организации, процесс возникновения механизмов, обеспечивающих устойчивость живых систем и экосистем в постоянно изменяющихся условиях нашей планеты. Способность экосистем поддерживать равновесие, используя для этого наследственную информацию живых организмов, делает биосферу и экосистемы вещественно-энергетическими системами в полном смысле.
Биоразнообразие является результатом эволюции. Чем старее экологическая система, тем более разнообразный видовой состав она имеет. Биологическое разнообразие обеспечивает устойчивость биосферы через взаимосвязи и взаимодействия между собой и неживым веществом.
Биоразнообразие обеспечивает нас новыми источниками питания, энергии, сырья, химических и лекарственных продуктов. Его снижение нарушает энергетические потоки и пищевые цепи экосистемы, что может привести к их деградации.
Стабильность и устойчивость экосистем
Важнейшими показателями динамики экосистем являются устойчивость и стабильность. Устойчивость экосистем – это способность экосистемы и ее отдельных частей противостоять колебаниям внешних факторов. Под стабильностью экосистемы понимают ее способность сохранять свою структуру и функциональные свойства при воздействии на нее внешних факторов.
Выделяют два типа устойчивости экосистем.
Резистентная устойчивость – это способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменной свою структуру и функцию.
Упругая устойчивость – это способность системы восстанавливаться после того, как ее структура и функция были нарушены.
Системы с высокой резистентной устойчивостью способны воспринимать значительные воздействия, существенно не изменяя своей структуры, т. е. практически не выходя за пределы равновесного состояния. Если внешнее воздействие превышает определенные критические значения, то такая система обычно разрушается. Предельные значения внешних воздействий, которые система способна выдержать без разрушения, соответствуют запасу ее жесткости.
Системы с малой резистентной устойчивостью для нормального существования должны обладать высокой упругой устойчивостью. Они более чувствительны к внешним факторам, под действием которых частично деформируют свою структуру, но после снятия или ослабления действия этих факторов возвращаются в исходное равновесное состояние. При превышении пороговых воздействий такая система теряет устойчивость. Резистентная и упругая устойчивости взаимоисключают друг друга. Например, многие леса очень часто горят (низкая резистентная устойчивость), но быстро восстанавливаются (высокая упругая устойчивость).
Стабильность глобальной экосистемы обеспечивается избыточностью ее функциональных компонентов. Устойчивость динамической системы и ее способность к самосохранению зависит от преобладания внутренних взаимодействий над внешними. Поскольку основной объединяющий фактор в биогеоценозах – это пищевые цепи, то чем более многообразен состав, тем устойчивее экосистема.