Глобальные изменения в биосфере. Урок-конференция Человек и природа: сегодня и завтра - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Цели: познакомить учащихся с основными экологическими проблемами; показать зависимость всего живого от деятельности человека; помочь осознать роль биологии в решении глобальных проблем современности.

Оборудование: статьи из периодической печати; фотографии из журналов, газет, иллюстрирующие хозяйственную деятельность человека; выставка книг “Природа не прощает ошибок”, “Редкие и исчезающие виды растений и животных” и т.п.; набор открыток “Сохраним природу на Земле”.

Ход урока

I. Организационный момент

В самом начале урока учащимся раздаются листки с заданиями, по которым они должны в ходе работы конференции подготовить ответ.

1. Подумайте, почему глобальное духовное воспитание человечества выдвигается сегодня в качестве одного из серьезнейших направлений в решении экологических проблем?

2. Один из ученых-экологов сказал, что мы не унаследовали землю от своих родителей, а взяли ее взаймы у своих детей. Как бы понимаете эту мысль?

3. Объясните, каким образом загрязнению окружающей среды способствуют: нерациональное использование ископаемого топлива, сельскохозяйственная деятельность, чрезмерное расширение химического производства. Назовите основные виды загрязнителей, образующиеся в результате деятельности человека, перечисленной выше.

4. Подтвердите фактами огромное разнообразие видов живых организмов, обитающих на нашей планете. Какие меры необходимы для сохранения биологического разнообразия жизни на Земле? Почему?

5. Расскажите, какой природоохранной деятельностью вы занимаетесь или планируете заняться.

II. Изучение новой темы

Ведущий. Уважаемые дамы и господа! Мы собрались сегодня для того, чтобы обсудить воздействие человека на окружающую среду, которое приняло угрожающие масштабы. На нашей конференции присутствуют ведущие специалисты-экологи.

(Представляет участников конференции — биологов, химиков, астрофизиков, технологов, экологов, почвоведов, лесоводов и т.д.)

Ведущий. Изменения биосферы в результате человеческой деятельности стали стремительными. Человек выступает в качестве могучей геологической силы, преобразующей лик Земли, на что еще в ранних своих работах указывал В.И. Вернадский. В связи с этим с середины XX века обострились проблемы, которые принято считать экологическими.

Проблемы глобального характера, которые осознаны как первоочередные и которым в значительной мере посвящена наша конференция, широко освещаются в средствах массовой информации и, наверно, не будут новыми для наших слушателей. Кто перечислит основные экологические проблемы биосферы?

Ответы из зала. Это, прежде всего, проблемы загрязнения воздуха, воды и почв. Сюда же можно отнести проблемы температурного режима Земли, озонового экрана и сохранения видового разнообразия жизни, причем последняя проблема менее других обсуждается в широкой печати.

Ведущий. Но, чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. А это возможно только в том случае, если мы накопим надежные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов. Хотелось, хотя бы кратко, ознакомиться с некоторыми проблемами. Кто начнет выступления?

Эколог-1. Человек издавна влиял на климат своей деятельностью. На климате сказывались вырубка лесов, орошение засушливых земель, создание искусственных каналов и плотин и многое другое. Правда, до определенного времени изменения не были существенными. В результате хозяйственной деятельности в последние десятилетия в атмосферу выбрасывается огромное количество химических соединений. Ежегодное их поступление оценивается величинами от 1000 до 2600 млн т.

Деятельность человека, приобретая глобальный характер, оказывает весьма ощутимое влияние на биогеохимические циклы многих элементов, в том числе и на круговорот углерода. Увеличение содержания углекислого газа, образующегося при сжигании всевозрастающих количеств углеродного топлива, и атмосферных аэрозолей, выделяющееся тепло от ТЭЦ и АЭС вызывают так называемый парниковый эффект. Углекислота поглощает инфракрасное излучение, поэтому она не влияет на приток к поверхности планеты световой энергии, но препятствует излучению тепла в пространство. Эта роль углекислого газа аналогична роли стеклянной крыши теплицы или парника, поэтому нагревание поверхности Земли из-за повышения его содержания в атмосфере и названо “парниковым эффектом”.

Подобным свойством обладают и другие газы, в частности, газообразные углеводороды. Но угроза развития парникового эффекта связана в основном, минимум на 80%, с углекислым газом.

Эколог-2. Наиболее ярким примером воздействия антропогенного фактора на глобальный климат планеты является и значительное уменьшение содержания озона в атмосфере, возникновение “озоновой дыры” над Антарктидой. Известно, что атмосферный озон образуется в результате сложных фотохимических реакций под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Хотя его содержание невелико (если собрать озон, находящийся в атмосфере, то толщина его слоя составит всего около 3 мм), его значение для биосферы огромно.

Основной причиной истощения озонового слоя является применение фреонов, широко используемых в производстве и быту в качестве хладреагентов, пенообразователей, растворителей. Фреоны, особенно окись хлора, интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно — в течение 50—200 лет. Сокращение производства фреонов в мире позволит сохранить защитный слой биосферы.

Эколог-3. Благодатные капли дождя всегда радовали человека, но в некоторых районах земного шара они превратились в серьезную опасность. Возникла сложная и трудная в своем решении проблема кислотных дождей, что связано с техногенными выбросами сернистых соединений. Кислотные дожди оказывают отрицательное влияние на почву и растительность. Повышение содержания алюминия в почве приводит к снижению жизнестойкости растений, стимулирует процессы гниения, снижает продуктивность лесных экосистем. Кислые осадки усиливают выщелачивание элементов питания из листьев (особенно токсичны они для хвойных пород), усиливают вынос минеральных веществ из почвы. Все это в конечном счете приводит к гибели естественных растительных сообществ или резко снижает их биологическую продуктивность. Губительно влияют кислотные дожди и на органический мир пресноводных водоемов, так как при значениях рН ниже 5 прекращается жизнедеятельность многих организмов. Практически все европейские страны и США подписали соглашения о сокращении выбросов серы в атмосферу.

Почвовед. Человеческая деятельность оказывает существенное влияние и на биологический круговорот, представляющий собой круговую циркуляцию веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами. Открытая разработка полезных ископаемых, эрозия, осушение и орошение, усиленное применение минеральных удобрений и пестицидов приводят к снижению и разрушению плодородия почв. По данным ЮНЕП (“Программа ООН по окружающей среде”), ежегодно в мире безвозвратно теряется около 7 млн гектаров пахотных земель. Во всем мире около 40% орошаемых земель подвержено засолению, что резко снижает урожайность многих культур. Чрезмерное применение удобрений и пестицидов увеличивает степень накопления вредных компонентов в сельскохозяйственных растениях. Поэтому в настоящее время наметилась тенденция к уменьшению доз пестицидов или к их полной отмене.

Эколог-4. Один из грозных глобальных процессов современности — опустынивание. Оно может происходить в разных климатических зонах, но особенно быстротечно протекает в засушливых регионах Земли. Опустыниваются ежегодно в среднем 6 млн гектар обрабатываемых земель, а свыше 20 млн гектаров теряют продуктивность. Особенно интенсивно эти процессы происходят в Африке. Здесь наступление пустынь наблюдается в 100 странах и сказывается на жизни более чем 850 млн человек. Одна из наиболее пострадавших — Мавритания: песок накрыл десятки деревень, причем скорость продвижения пустыни достигла 6 км/год; участились пыльные бури. По линии ООН разработан “План действий по борьбе с опустыниванием”, который поможет в масштабе нашей планеты противостоять распространению пустынь.

Лесовод. Одной из самых сложных глобальных экологических проблем современности является массовое сведение лесов, что приводит к активизации почвенной эрозии, нарушению нормального стока поверхностных вод и снижению уровня грунтовых вод, заиливанию рек, каналов и водохранилищ. Уменьшение площади лесов нарушает баланс кислорода и углерода в атмосфере. Ведь только 1 га леса дает нам в течение года до 20 млн кубометров чистого воздуха. Особенно страдают влажнотропические леса. Помимо прямого воздействия (вырубка, подсечно-огневое земледелие и др.) губительным для лесов оказывается и косвенное — загрязнение окружающей среды, чрезмерное применение пестицидов, вторичное засоление и т.п. Сведение лесов влечет за собой гибель и их богатейшей фауны. Раз-

мышляя над этой проблемой, американский натуралист А.Ньюмен о своей книге “Легкие нашей планеты...” взывает к разуму человека: “Каковы наши намерения — промотать основной капитал своего богатого биологического наследия или, проявив мудрость, сохранить его, чтобы в дальнейшем благополучно жить на щедрые проценты?”. В последние годы во многих странах мира стали успешно проводиться работы по искусственному лесоразведению и организации высокопродуктивных лесных плантаций. Особенно значительных успехов в этом достигли европейские страны.

Ведущий. Спасибо всем за предоставленную информацию. Серьезный ущерб биосфере наносит и энергетика, ставшая заметным, быстро прогрессирующим явлением, влияющим на тепловой баланс Земли. Каждые 10—12 лет количество потребляемой энергии удваивается, а каждый потребленный (в любой форме) киловатт-час сопровождается выбросом в атмосферу трех с лишним киловатт- часов тепловой энергии. К примеру, теплом, теряемым электростанциями только нашей страны, можно обогреть 300 тыс. га Земли. Все последствия такого явления трудно предсказать, но совершенно очевидно: нагрев атмосферы и, как следствие, таяние материковых льдов, что, в свою очередь, чревато подъемом уровня Мирового океана, а следовательно, сокращением пригодных для жизни территорий.

Мы должны иметь в виду, что на нашей планете развивать энергетику свыше определенного предела нельзя, но развитие человеческой цивилизации невозможно без роста энергопотребления. Прекратить рост энергопотребления — значит вызвать немедленный регресс. Каким же может быть решение энергетической проблемы?

Астрофизик. Полагаю, что человеку остается единственный путь: убрать энергосистемы за пределы атмосферы и подавать энергию в такой форме, которая исключает взаимодействие с атмосферой. К счастью, такая форма известна — это микроволновое электромагнитное излучение. Убрав энергосистемы в космос, мы не только избавим атмосферу от перегрева, но и перейдем к использованию внеземного первичного энергоисточника — Солнца. На геостационарной орбите, где период обращения спутника в точности равен суткам и он как бы “зависает” над заданной точкой, собирается опорная платформа, на которой устанавливают солнечные батареи, микроволновые генераторы и параболическую передающую антенну. На поверхности Земли монтируются приемные устройства. Солнечная энергия трансформируется в поток остронаправленного микроволнового излучения — и энергия течет из космоса к наземным потребителям. При этом становятся ненужными ЛЭП, громоздкие ГЭС, опасные АЭС и коптящие небо ТЭЦ. Космический вакуум обеспечит высокий КПД производства и передачи энергии; приемные антенны обладают неплохими показателями — так что подобная энергосистема обещает быть весьма экономичной.

Ведущий. Проблема окружающей среды — это в первую очередь проблема загрязнения. Из сырья, добываемого человеком, используется пока всего 1%, а 99% в искаженном, чуждом природе виде становятся отходами, загрязняющими среду. Нетрудно представить, чем это грозит в ближайшей перспективе. Вдумайтесь в такой факт: объем промышленной продукции на планете удваивается каждые 8— 10 лет. Соответственно растет и загрязнение. В наши дни проблема отходов стала одной из серьезнейших глобальных проблем современности. Постепенно мусор становится монстром цивилизации. Вопрос “Куда деть мусор?” становится все более актуальным. Обычный в прошлом метод — собирать все отходы на свалках, расположенных, как правило, вблизи населенных пунктов, — уже становится невозможным.

Технолог-1. Все отходы можно разделить на две большие группы: отходы производства и отходы потребления. Отходы потребления включают бытовые отходы и крупногабаритный мусор. За последние годы сильно изменился состав бытового мусора, что создало новые проблемы для тех, кто его вывозит. Важные составные части бытового мусора — кухонные отбросы, печатные материалы, пластмасса, текстиль, дерево, кожа, стекло, камни, металлы. В современном бытовом мусоре основным компонентом является упаковочный материал: бумага, пластик, металл и стекло. Пока что человечество придумало три принципиально разных пути: организация свалок, вторичное использование и сжигание мусора. Для захоронения твердых отходов требуется все больше места, и это даже при том, что часть мусора сжигается. Ведь не всякий мусор горит, и не все, что горит, можно сжигать без риска для окружающей среды. А ведь многое из отходов можно было бы снова пустить в дело, ведь мусор состоит не только из одних ядов и грязи, в нем содержатся многие ценные вещества, не находящие себе применения. Но мы не только выбрасываем ценное сырье, мы еще немало платим: сбор, вывоз и захоронение мусора обходятся ежегодно в кругленькую сумму. Единственным выходом из создавшейся ситуации является ведение кампаний по сокращению отходов потребления, а также вторичное использование сырья на предприятиях по переработке мусора.

В случае промышленных производств, загрязняющих окружающую среду, следует акцентировать внимание на перестройку технологий. Сейчас — приспособление индустриальных процессов к природным; в будущем — превращение природных в индустриальные, моделирование синтезирующей и разрушающей (деструктивной) функций биосферы.

Создать полностью безотходные технологии вряд ли когда-либо удастся. Поэтому проще всего убрать в космос те производства, которые особенно загрязняют атмосферу.

Технолог-2. Прогресс человеческого общества неизбежно приводит к увеличению масштабов использования многих видов природных ресурсов, необходимых для обеспечения разнообразных потребностей человека. Следствием этого является истощение полезных ископаемых, главным образом руд черных и цветных металлов, запасов нефти и угля, воды и древесины. Именно поэтому в настоящее время остро встала проблема рационального использования (от лат. “rationalis” — разумный) природных ресурсов.

Эколог-5. Американский ученый Барри Коммонер в книге “Замыкающийся круг” сформулировал четыре основных закона экологии.

1. Все связано со всем. Вред, наносимый одному компоненту экосистемы, может привести к большим неблагоприятным последствиям в функционировании всей экосистемы.

2. Все должно куда-то деваться. Все химические элементы и вещества биосферы включены в хорошо отлаженные циклы — круговороты. Многие же вещества, созданные человеком, попадая в окружающую среду, не исчезают бесследно — они не включаются в естественные круговороты и постепенно накапливаются в воде, почве, живых организмах.

3. Природа знает лучше. Это такой же закон, как и первый, о биосфере. Нельзя покорять природу, с ней надо сотрудничать.

4. За все надо платить. Все, что было извлечено из глобальной системы человеческим трудом, должно быть возмещено.

Человечество нарушает эти законы, поэтому это неизбежно приводит к тому, что экологические проблемы, имевшие в прошлом местный, локальный характер, приобретают в наши дни глобальные масштабы.

Ведущий. На предыдущем уроке мы убедились в том, что биосфера — экологическая система Земли первого порядка. Она является главным регулятором жизни на планете. Устойчивость и жизнеспособность биосферы во многом зависит от своеобразия и богатства разнообразных живых организмов, образующих ее. Полагают, что за время существования биосферы на Земле было не менее I млрд видов. Каковы число и распределение видов, составляющих биологическое разнообразие планеты? Каково их значение? Предоставим слово биологам.

Биолог- 1. Судя по всему, в настоящее время существуют миллионы видов живых организмов, хотя описано только 1,7 млн. По оценкам специалистов, их не менее 5 млн, но последние данные позволяют предполагать, что одних только насекомых в тропических лесах может достигать 30 млн. Кроме того, известно, что распределены виды по планете неравномерно. По крайней мере 2/3, а возможно и 90% их сосредоточены в тропиках. Если мы не сможем сохранить природу тропиков, то рано или поздно погибнем вместе с ней.

Когда мы называем мотивы, которые могут убедить человечество и каждого человека в необходимости сохранения всех живых существ, то первое, что приходит в голову, — это их польза.

Географ. Говоря о ценности генофонда, его изумительном разнообразии, нельзя ограничиваться лишь его полезностью. Велика роль живых существ в культурных традициях народов планеты, становления их нравственных ориентиров. В действительности, ценность каждого живого организма имеет универсальное значение

— научное, эстетическое, нравственное, экономическое и т.д. Открытие многих загадок и тайн живой природы имеет большое значение для человека. Например, относительно недавно мы узнали, что волосы полярного медведя совсем не белые. Эти лишенные пигмента тонкие полые трубочки кажутся белыми из-за того, что имеют неровную внутреннюю поверхность, которая отражает ультрафиолетовые лучи, что позволяет белому медведю использовать их для согревания собственного тела. Используя эту особенность, мы научились делать специальную одежду для работы в холодном климате. Подобные знания помогают нам и в области медицины.

Ведущий. Спасибо за интересную информацию. Такие примеры все более убеждают нас в наличии тесных связей между человеком и живой природой. Какие же существуют способы сохранения и восстановления видового разнообразия?

Биолог-2. Очевидно, что наиболее целесообразно сохранение достаточно больших, богатых видами экосистем, в составе которых сохранятся и все входящие в них виды. Это — генеральная линия в борьбе за сохранение видового разнообразия жизни — создание территорий, на которых частично или полностью запрещается хозяйственная деятельность, а присутствие людей ограничивается штатом охраны и исследователей. Такие территории называются заповедниками. Возможны более “мягкие” формы охраны, при которых разрешаются одни формы деятельности (например, сельское хозяйство) и запрещаются другие (охота, рыбная ловля, лесозаготовки). Такие территории с ограниченным хозяйственным использованием называют заказниками.

Еще одна возможность сохранения редких видов заключается в увеличении числа зоопарков и ботанических садов, разведении исчезающих видов в условиях неволи с последующим возвращением вида в природную среду. Одним из примеров успешного сохранения является восстановление численности европейского зубра.

“Последняя линия обороны” в борьбе с уменьшением видового разнообразия жизни на Земле — генетические криобанки, создание которых только начинается. Еще в начале XX века, после того, как научились получать сжиженные газы с очень низкими температурами кипения, было обнаружено, что многие семена растений и даже некоторые животные (тихоходки) не теряют жизнеспособности после замораживания в жидком азоте. Возникла новая отрасль биологии — криобиология. Преимущество криобанков в том, что при температуре жидкого азота генетические материалы могут храниться без нарушений в течение десятков лет.

Таким образом, задача сохранения видового разнообразия жизни может быть решена при одновременном использовании всех перечисленных методов.

Ведущий. Благодарим за предоставленную информацию. Итак, человек по-прежнему полностью зависит от биосферы, так как черпает из нее все необходимые продукты питания и первичное сырье

для промышленности, не говоря уже о таких незаменимых вещах, как кислород и вода. В то же время сейчас уже нельзя пробовать “преобразовывать” природу сначала одним способом, а затем переходить к испытанию другого способа. Последствия непродуманных действий могут быть столь печальными, что у людей все более уменьшается право на риск для действия “вслепую”, методом проб и ошибок. Что же остается?

Химик-1. Остается научное предвидение, которое может быть обеспечено многочисленными исследованиями. У каждого руководителя в центре и на местах должны быть карты экологической обстановки — в глобальном масштабе и в регионе. Это требует организации картографической службы особого рода, которая должна базироваться на комплексных исследованиях. Большое значение имеет мониторинг окружающей среды. Мониторингом называется система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей природной среды. Цель мониторинга — выявление антропогенных загрязнений. Мониторинг охватывает наблюдения за источниками и факторами антропогенных воздействий — химическими, физическими (излучение, механические воздействия), биологическими — и за эффектами, вызываемыми этими воздействиями в окружающей среде, и, прежде всего, за реакцией биологических систем на эти воздействия. Создание глобальной системы мониторинга окружающей среды позволит оценить современное фоновое состояние биосферы. Биосферу познать необходимо, от этого зависит наше завтрашнее благополучие.

Химик-2. Важным фактором в решении экологических, да и не только экологических, проблем должно стать глобальное воспитание. Одна из причин того, что человек и окружающая среда оказались в конфронтации — экологическое невежество, непонимание, неинформированность и широкой общественности, и тех, кто отвечает за экономическую и научно-техническую политику, за индустриальные проекты, связанные с воздействием на биосферу.

Важнейшей составляющей современной комплексной эколо- I и и является экологическое сознание, без которого не будет никаких сдвигов в решении экологических проблем. Экологическое воспитание нужно начинать с раннего детства. Страшно подумать, к чему может привести невежественное использование могущества цивилизации. Но ускоряющаяся под воздействием человека деградация природы — тоже своего рода “экологическая бомба”, только замедленного действия. Вот почему знания об этом нужны миллионам и миллионам людей. Нужны новые способы экологической информации и пропаганды — от печатных изданий до телемостов.

Ведущий. Заканчивая нашу конференцию, хочется сказать о том, что глобальные проблемы как бы стягивают наш противоречивый и чрезвычайно многообразный мир в единое целое, рождая новые идеи и проекты. Сегодня нас должна объединять новая задача —

разработка согласованных проектов по преодолению наиболее грозных проявлений экологического кризиса, сохранению систем жизнеобеспечения человека, в первую очередь генетического разнообразия биосферы. Давайте, подведем итог нашей дискуссии: как нам нужно жить сегодня, чтобы получить шанс увидеть завтра?

Ответы из зала.

Снизить уровень загрязнения.

Добиваться экономии ресурсов, так как большинство из них исчерпаемо.

Решить проблему экологически чистой энергетики.

Преодолеть потребительский подход к природе во многих странах.

Стабилизировать рост народонаселения.

Ведущий. Спасибо всем принявшим активное участие в нашей конференции.

III. Закрепление

Организуется беседа по заданиям, полученным в начале конференции.

Домашнее задание

Подготовиться к контрольно-обобщающему уроку.