Биосфера и цивилизация

приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей

биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса

океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,

обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная

закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их

вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -

беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -

млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного

вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических

процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы

черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи

воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря

жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10%

биомассы[3].

4.2. Эволюция биосферы.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя

целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним

законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного

излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных

тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е.

оболочки, образованной .веществом Земли, происходило на ранних стадиях

существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли

были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на

поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях

вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие

процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и

их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно

и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой

материи на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к

возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой

системы геологических и биологических тел и процессов преобразования

энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей,

достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию

Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых

растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился

кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет

концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.

Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной

(неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату,

топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.

Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени

относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в

постоянном динамическом равновесии и развитии[2].

В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные

перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,

характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихся

одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью -

количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу

времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический

круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость

миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов

в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой[1].

Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в

биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные

(местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем

(биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.

Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по

безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для

жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние

времена различные жизненные формы и виды растений, животных,

микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество,

можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в

вечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканических

районов.

Такую способность к распространению живого вещества В.И.Вернадский назвал

“всюдностью жизни”[2].

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ,

умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости.

Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования

энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями,

сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический

вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание

(совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность

изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически

искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты

питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в

новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

Биосфера и человек. Ноосфера.

Термин “ноосфера” был предложен в1927 году французским математиком и

философом Э.Леруа. “Noos” - древнегреческое название человеческого

разума[3].

Первая созданная человеком культура-палеолит (каменный век) - продолжалась

примерно 20-30 тысяч лет. Она совпадала с длительным периодом оледенения.

Экономической основой жизни человеческого общества была охота на крупных

животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога, осла,

лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят

многочисленные кости диких животных - свидетельство успешной охоты.

Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно

быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов. Если мелкие

травоядные могли восполнить потери от преследования охотниками высокой

рождаемостью, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены

этой возможности. Дополнительные трудности возникли вследствие изменения

природных условий в конце палеолита. 10-12 тысяч лет назад наступило резкое

потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе, вымерли

крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся

экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития,

характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским

отношением к окружающей среде.

В следующую эпоху - эпоху неолита (новый каменный век) - наряду с охотой,

рыбной ловлей и собирательством все большее значение приобретает процесс

производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и

разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тысяч лет

назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу,

ячмень, чечевицу, кости домашних животных - коз, свиней, овец. Развиваются

зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется

огонь и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и

как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается

металлургия.

Возникновение антропоценозов.

Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние

два столетия, и особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность

человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой

дальнейшей эволюции биосферы. Возникли антропоценозы (от греческого

anthropos - человек, koinos - общий, общность) - сообщества организмов, в

которых человек является доминирующим видом, а его деятельность-

определяющей состояние всей системы. В.И.Вернадский считал, что влияние

научной мысли и человеческого труда обусловили переход биосферы в новое

состояние - ноосферу (сферу разума)[3]. Сейчас человечество использует для

своих нужд все большую часть территории планеты и все большие количества

минеральных ресурсов.

4.3. Природные ресурсы и их использование.

Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают

возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат

основой материального производства человеческого общества. Среди природных

богатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические и

водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом

огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают

атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную

воду уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый. поскольку во многих

регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о

неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за

загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом.

Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии

использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно рассматривать

как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных

программ, направленных на восстановление их качества[3].

Исчерпаемые ресурсы.

Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые.

К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие почв. Из

числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни человека играет

лес. Лес имеет немаловажное значение как географический и экологический

фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают поверхностные воды,

т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержанию уровня грунтовых

вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую

ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. В нашей стране леса

занимают около 30% всей ее суши и являются одним из природных богатств.

К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. Их использование

человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами, которые нашли

применение, были самородные золото и медь. Добывать руды, содержащие медь,

олово, серебро, свинец умели уже за 4000 лет до н.э. В настоящее время

человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности преобладающую часть

известных минеральных ресурсов. Если на заре цивилизации человек

использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале XX

века - около 60, то сейчас более 100 - почти всю таблицу Менделеева.

Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд. т руды,

топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этих ресурсов[2].

Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменного угля, нефти

и газа. В современных условиях значительная часть поверхности Земли

распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные

пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельского

хозяйства потребовало больших площадей для строительства городов,

промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения

коммуникаций. Таким образом к настоящему времени человеком преобразовано

около 20% суши[3].

Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственной

деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и

невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча

полезных ископаемых.

Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник

ресурсов, однако, в течение очень длительного времени его деятельность не

оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия

изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя

внимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились на

человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни

человечество постоянно наращивает темпы материального производства, не

задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от

природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или не

пригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, и

самого человека[2].

4.4. Пределы устойчивости.

Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик нашей

планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические или

физические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.п.).

Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой

существует или когда-нибудь существовала жизнь и которая постоянно

подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.[1]

Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно

мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким

потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и в

конечном счете представляют в своей совокупности особый, глобальных

масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.

Значение организмов обусловлено их разнообразием, повсеместным

распространением, длительностью существования в истории Земли,

избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой

химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Особой категорией является биокосное вещество. Вернадский писал, что оно

"создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами,

представляя системы динамического равновесия тех и других".[1] Организмы в

биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты - это

почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства, которые зависят от

деятельности на Земле живого вещества. Биосфера - это та область Земли,

которая может быть охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций

биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты,

поддерживающую глобальный круговорот веществ.

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема, работающая

в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее

частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых

организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в

поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем

переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на

согласовывании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости

отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей

и зависимостей.

Как показывают исследования, по крайней мере последние 600 млн. лет,

начиная с Кембрия, характер основных круговоротов на Земле существенно не

менялся. Осуществлялись фундаментальные геохимические процессы, характерные

и для современной эпохи: накопление кислорода, связывание инертного натрия,

осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных и

марганцевых руд, сульфидных минералов, накопление фосфора и т. д. Менялись

лишь скорости этих процессов. По-видимому, не менялся существенно и общий

поток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Есть основание считать, что

масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с

карбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме

круговоротов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь

деятельностью самого живого вещества, обеспечивающего определенную скорость

фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов. Таким образом,

жизнь на Земле сама стабилизирует условия своего существования, что дает ей

возможность развиваться бесконечно долго.[1]

Однако стабильность атмосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее

регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.

Выступая как важнейший агент связывания и перераспределения на поверхности

Земли космической энергии, живое вещество выполняет тем самым функцию

космического значения.

Однако в настоящее время на Земле появилась новая сила, по мощности

воздействия не уступающая суммарному действию живых организмов -

человечество с его социальными законами развития и мощной техникой,

позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов. Современное

человечество использует не только огромные энергетические ресурсы биосферы,

но и небиосферные источники энергии (например, атомной), ускоряя

геохимические преобразования природы. Некоторые процессы, вызванные

технической деятельностью человека, направлены противоположно по отношению

к естественному ходу их в биосфере (рассеивание металлов, руд, углерода и

др. биогенных элементов, торможение минерализации и гумификации,

освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушение

крупномасштабных процессов в атмосфере, влияющих на климат и т.п.).[1]

Вернадский считал возможным говорить даже об автотрофной роли человека,

понимая под этим возрастающие масштабы искусственного синтеза органических

веществ, часто даже не имеющих аналогов в живой природе.[1]

Современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденный ущерб

окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитию самого

человечества. Эти изменения на данном этапе еще не являются непоправимыми.

Поэтому одна из задач современной экологии - это изучение регуляторных

процессов в биосфере, создание научного фундамента ее рационального

использования. Основные законы функционирования биосферы уже

вырисовываются, но предстоит еще многое сделать объединенными усилиями

экологов всех стран мира.

4.5. Биопродуктивность экосистем.

Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в

химических связях синтезируемого органического вещества, определяет

продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за

единицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Продукцию

выражают количественно в сырой или сухой массе растений либо в

энергетических единицах - эквивалентном числе джоулей[1].

Валовая первичная продукция - количество вещества, создаваемого растениями

за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции

идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание).

Эта часть может быть достаточно большой, она составляет от 40 до 70%

валовой продукции. Оставшаяся часть созданной органической массы

характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой

величину прироста растений, энергетический резерв для консументов и

редуцентов. Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массы

гетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов -

это вторичная продукция сообщества. Ее вычисляют отдельно для каждого

трофического уровня, т.к. прирост массы на каждом из них происходит за счет

энергии, поступающей с предыдущего. Гетеротрофы, включаясь в трофические

цепи, живут в конечном итоге за счет чистой первичной продукции сообщества.

В разных экосистемах они расходуют её с разной полнотой. Если скорость

первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, то

это ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов. Под

биомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всего

сообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетических

единицах.

Недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения имеет

следствием накопление органического вещества, что происходит, например, при

заторфовывании болот, зарастании мелководных водоемов. Биомасса сообщества

с уравновешенным круговоротом веществ остается относительно постоянной,

т.к. практически вся первичная продукция тратится в целях питания и

размножения[1].

Важнейшим практическим результатом энергетического подхода к изучению

экосистем явилось осуществление исследований по Международной биологической

программе, проводившихся учеными разных стран мира начиная с 1969 года в

целях изучения потенциальной биологической продуктивности Земли.

Мировое распределение первичной биологической продукции крайне

неравномерно. Самый большой абсолютный прирост растительного мира достигает

в среднем 25 г в день в очень благоприятных условиях. На больших площадях

продуктивность не превышает 0,1 г/м (жаркие пустыни и полярные пустыни).

Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле составляет

150-200 млрд. тонн. Около трети его образуется в океанах, около двух третей

- на суше. Почти вся чистая первичная продукция Земли служит для

поддержания жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия,

недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органических

осадках водоемов и гумосе почв.

Эффективность связывания растительностью солнечной радиации снижается при

недостатке тепла и влаги, при неблагоприятных физических и химических

свойствах почвы и т.п. Продуктивность растительности изменяется не только

при переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждой

зоны.

Для пяти континентов мира средняя продуктивность различается сравнительно

мало. Исключением является Южная Америка, на большей части которой условия

для развития растительности очень благоприятные.

Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственными культурами,

занимающими приблизительно 10% площади суши (около 1,4 млрд. га). Общий

годовой прирост культурных растений составляет около 16% от всей

продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.

Приблизительно 1/2 урожая идет непосредственно на питание людей, остальная

часть - на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется

в отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли.

Растительная пища обходится для людей энергетически дешевле, чем животная.

Сельскохозяйственные площади при рациональном использовании и распределении

продукции могли бы обеспечить примерно вдвое большее население Земли, чем

существующее. Но это требует больших затрат труда и капиталовложений.

Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион

человека должно входить не менее 30 г белков в день. Имеющиеся на Земле

ресурсы, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в

океане, могут обеспечить ежегодно около 50% потребностей современного

населения Земли. Большая часть населения Земли находится, таким образом, в

состоянии белкового голодания, а значительная часть людей страдает также и

от общего недоедания[1].

Таким образом, увеличение биопродуктивности экосистем, и особенно вторичной

продукции, является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

5. Антропогенные воздействия на биосферу.

5.1. Современное состояние природной среды.

Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере

связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от

чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого

вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и

количество вовлеченного в оборот вещества.

С появлением и развитием человечества процесс эволюции заметно

видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для

земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны

опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ,

истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации,

особенно после промышленной революции конца средних веков, человечество

овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и

использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы

вещества - как органического, живого, так и минерального, косного.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в результате

очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики,

машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая

деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и

материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность

потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет

пропорционально численности населения и даже опережает его прирост.

В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной

изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия

антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в

истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства,

разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли,

изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению

практически всех природных биогеохимических циклов[1].

В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия

человека на окружающую среду. При современном уровне развития

производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на

биосфере в целом.

5.2. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы.

Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы

Земли. Однако роль ее в природных процессах биосферы огромна: она

определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от

вредных воздействий космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция

атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них -

на режим рек, почвенно-растительный покров, процессы рельефообразования.

Современный состав атмосферы - результат длительного исторического развития

земного шара. Состав атмосферы - кислород, азот, аргон, углекислый газ и

инертные газы.

В процессе своей деятельности человек загрязняет окружающую среду. Над

городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация

газов, которые обычно в сельской местности содержатся в очень небольших

количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для

здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и

выпадая в виде кислых дождей, ухудшают качество почвы и снижают урожай.

По данным ученых ежегодно в мире в результате деятельности человека в

атмосферу поступает 25,5 млрд. т оксидов углерода, 190 млн. т оксидов серы,

65 млн. т оксидов азота, 1,4 млн. т фреонов, органические соединения

свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные, большое количество твердых

частиц (пыль, копоть, сажа)[3].

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии

природных экосистем, особенно зеленого покрова нашей планеты.

Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами

азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. От них страдают леса,

особенно хвойные.

Основная причина загрязнения атмосферы - сжигание природного топлива и

металлургическое производство. Если в XIX и начале ХХ века поступающие в

окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью

ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание

продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб

автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них

выделяется сернистый ангидрид - ядовитый газ, легко растворимый в воде.

Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях

медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие

пыльцевых зерен, засыхание и опадание листьев, хвои.

В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается

около 20 миллиардов тонн углекислого газа. Антропогенные выбросы

углекислого газа превышают естественные и составляют в настоящее время

большую долю его количества, нарушают прозрачность атмосферы, а

следовательно ее тепловой баланс. Половина диоксида углерода, образующегося

при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными

растениями, половина остается в воздухе. Содержание углекислого газа в

атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилась более

чем на 10%. Углекислый газ препятствует тепловому излучению в космическое

пространство, создавая там так называемый “парниковый эффект”, т.е.

увеличение средней температуры атмосферы на несколько градусов, что

способно вызвать таяние ледников полярных областей, повышение уровня

Мирового океана, изменение его солености, температуры и другие

неблагоприятные последствия. Таким образом, изменение содержания

углекислого газа в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли[3].

5.3. Вода - основа жизненных процессов в биосфере. Загрязнение природных

вод.

Вода - самое распространенное неорганическое соединение на планете; вода -

основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном

движущем процессе на Земле - фотосинтезе.

С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, т.к.

к простому явлению испарения добавились более сложные процессы, связанные с

жизнедеятельностью живых организмов, особенно человека.

Масштабы использования водных ресурсов быстро увеличиваются. Это связано с

ростом населения и улучшением санитарно-гигиенических условий жизни

человека, развития промышленности и орошаемого земледелия. Суточное

потребление воды на хозяйственно-бытовые нужды в сельской местности

составляет 50 л на 1 человека, в городах - 150 л. Огромное количество воды

используется в промышленности. На выплавку 1 т стали необходимо 200 м3. На

производство 1 т бумаги требуется 100 м3, на изготовление 1 т

синтетического волокна - от 2500 до 5000 м3. Промышленность поглощает 85%

всей воды, расходуемой в городах, оставляя на хозяйственно-бытовые цели

около 15%[3].

Еще больше воды необходимо для орошения. В течение года на 1 га поливных

земель уходит 12-14 м3 воды. В нашей стране ежегодно расходуется на

орошение более 150 км3, в то время как на все другие нужды - около 50 км3.

При сохранении таких темпов потребления и с учетом прироста населения и

объемов производства к 2100 году человечество может исчерпать все запасы

пресной воды[3].

Постоянное увеличение водопотребления на планете ведет к опасности

“водяного голода”, что обуславливает необходимость разработки мероприятий

по рентабельному использованию водных ресурсов.

Кроме высокого уровня расхода, нехватки воды вызывается ее растущее

загрязнение вследствие сброса в реки отходов промышленности и особенно

химического производства и коммуникационных сточных вод. Бактериальное

загрязнение и ядовитые химические вещества (например, фенол) приводят к

омертвению водоемов. Вредные вещества, поступающие в воды: нефть,

нефтепродукты (в результате нефтедобычи, транспортировки, переработки,

использования нефти в качестве топлива и промышленного сырья), токсичные

синтетические вещества (применяющиеся в промышленности, на транспорте, в

коммунально-бытовом хозяйстве), металлы (ртуть, свинец, цинк, медь, хром,

олово, марганец). Вредные последствия имеет также молевой сплав леса по

рекам, который часто сопровождается заторами.

В реки и озера поступают и вымываемые из почвы дождями минеральные

удобрения - нитраты и фосфаты, которые в больших концентрациях способны

резко изменить вид и состав водоёмов, а также различные ядохимикаты -

пестициды, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-

вредителями.

Одним из видов загрязнения является тепловое загрязнение (электростанции,

промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоем, что

уменьшает количество кислорода, увеличивает токсичность примесей, нарушает

биологическое равновесие). Сброс предприятиями теплых вод служит

неблагоприятным фактором для аэробных организмов, обитающих в пресных

водах. В теплой воде кислород плохо растворяется, и его дефицит местами

приводит многие организмы к гибели.

Загрязнение Мирового океана.

Значительному загрязнению подвергаются воды морей и океанов. С речным

стоком, а также от морского транспорта, в моря поступают болезнетворные

отходы, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, ядовитые органические

соединения, в т.ч. пестициды. ДДТ обнаружен даже в организме пингвинов,

обитающих в Антарктиде. Загрязнение морей и океанов достигает таких

масштабов, что в ряде случаев выловленные рыбы и моллюски оказываются

непригодными для употребления в пищу[3].

5.4. Почва - важная составляющая часть биосферы. Загрязнение почвы.

Почва - верхний слой суши, образующийся под влиянием растений, животных,

микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он

находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с

другими ее частями[3].

В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве,

находятся в равновесии. Но нередко в нарушении равновесного состояния почвы

повинен человек. В результате развития хозяйственной деятельности человека

происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение.

Плодородный слой почвы формируется очень долго. В то же время ежегодно

вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия,

фосфора - главных компонентов питания растений. Основной фактор плодородия

почв - перегной (гумус) содержится в черноземах в количестве менее 5% от

массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше. При отсутствии

пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-

100 лет. Этого не происходит, поскольку культура земледелия предусматривает

внесение в почву органических и неорганических (минеральных) удобрений.

Внесенные в почву азотные удобрения используются растениями на 40-50%.

Остальная часть (около 20%) восстанавливается микроорганизмами до

газообразных веществ - N2, N2O - и улетучивается в атмосфере или вымывается

из почвы. Таким образом, минеральные азотные удобрения не обладают

длительным действием и поэтому их приходится вносить ежегодно.

Неблагоприятные изменения в почве наступают и в результате неправильных

севооборотов, т.е. ежегодного посева одних и тех же культур, например

картофеля. Включение же в севооборот бобовых культур обогащает почву

азотом. Посевы клевера и люцерны за счет связывания N2 симбиотическими

клубеньковыми бактериями позволяют задержать в почве до 300 кг азота на 1

га. Севообороты необходимы и для борьбы с растительноядными червями

нематодами, которые значительно снижают урожайность. Например, луковично-

чесночные нематоды могут снизить урожай лука на 50%[3].

Загрязнение почвенного покрова ртутью (с ядохимикатами и отходами

промышленных предприятий), свинцом (при выплавке свинца и от

автотранспорта), железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и

другими металлами (вблизи крупных центров черной и цветной металлургии),

радиоактивными элементами (в результате выпадения осадков от атомных

взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий,

атомных станций или научно-исследовательских институтов, связанных с

изучением и использованием атомной энергии), стойкими органическими

соединениями, применяемыми в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в

почве и воде и, главное, включаются в экологические пищевые цепи: переходят

из почвы и воды в растения, в животных, и в итоге переходят в организм

человека с пищей. Неумелое и бесконтрольное использование любых удобрений и

ядохимикатов приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере.

К числу антропогенных изменений почв относится эрозия (от латинского erosio

- разъедать). Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова,

многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводят к

эрозии почвы - разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Широко

распространена и наиболее разрушительная водная эрозия. Она возникает на

склонах и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и

дождевыми водами с полей ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн

почвы.

Ветровая эрозия наиболее сильно проявляется в южных степных районах нашей

страны. Она возникает в районах с сухой обнаженной почвой, c изреженным

растительным покровом. Чрезмерный выпас скота в степях и полупустынях

способствует ветровой эрозии и быстрому разрушению травяного покрова. Для

восстановления слоя почвы толщиной 1 см в естественных условиях требуется

250-300 лет[3].

Значительные территории со сформированными почвами изымаются из

сельскохозяйственного оборота вследствие открытого способа разработки

полезных ископаемых, залегающих на небольшой глубине.

5.5. Влияние человека на растительный и животный мир.

Воздействие человека на живую природу складывается из прямого влияния и

косвенного изменения природной среды. Одна из форм прямого воздействия на

растения и животных - рубка леса. Оказавшись внезапно в условиях открытого

местообитания, растения нижних ярусов леса испытывают неблагоприятное

влияние прямого солнечного излучения. У теплолюбивых растений травянистых и

кустарничковых ярусов разрушается хлорофилл, угнетается рост, некоторые

виды исчезают. На местах вырубок поселяются светолюбивые растения,

устойчивые к повышенной температуре и недостатку влаги. Меняется и животный

мир: виды, связанные с древостоем, исчезают или мигрируют в другие места.

Ощутимое воздействие на состояние растительного покрова оказывают массовые

посещения лесов отдыхающими и туристами. В этих случаях вредное влияние

заключается в вытаптывании, уплотнении почвы и её загрязнении. Древесные

растения засыхают. Прямое влияние человека на животный мир заключается в

истреблении видов, представляющих для него пищевую или другую материальную

пользу.

Считается, что с 1600 года человеком было истреблено более 160 видов и

подвидов птиц и не менее 100 видов млекопитающих. В длинном списке

исчезнувших видов значится тур - дикий бык, живший на территории Европы. В

XVIII веке была истреблена описанная русским натуралистом Г.В. Стеллером

морская корова - водное млекопитающее, относящееся к разряду сиреновых.

Немногим более 100 лет назад исчезла дикая лошадь тарпан, обитавшая на юге

России. Многие виды животных находятся на грани вымирания или сохранились

только в заповедниках. Такова судьба бизонов, десятками миллионов

населявших прерии Северной Америки и зубров, прежде широко распространенных

в лесах Европы. На Дальнем Востоке почти полностью истреблен пятнистый

олень. Усиленный промысел китообразных привел на грань уничтожения

несколько видов китов: серого, гренландского, голубого. На численность

животных оказывает влияние и хозяйственная деятельность человека, не

связанная с промыслом. Резко сократилась численность уссурийского тигра - в

результате освоения территорий в пределах его ареала и сокращения кормовой

базы. В Тихом океане ежегодно погибает несколько десятков тысяч дельфинов:

в период лова рыбы они попадают в сети и не могут из них выбраться[3].

Исчезновение сравнительно небольшого числа видов животных и растений может

показаться не очень существенным. Однако главная ценность живущих ныне

видов заключается не в их единственном значении.

Каждый вид занимает определенное место в биоценозе, в цепи питания, и

заменить его не может никто. Исчезновения того или иного вида ведет к

уменьшению устойчивости биоценозов[3].

5.6. Радиоактивное загрязнение биосферы.

Проблема радиоактивного загрязнения возникла в 1945 году после взрыва

атомных бомб, сброшенных на японские города Хиросиму и Нагасаки. Испытания

ядерного оружия, производимое в атмосфере, вызвали глобальное радиоактивное

загрязнение[3]. Радиоактивные загрязнения имеют существенное отличие от

других. Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов,

испускающих заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные

излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человека,

разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том

числе и лучевая[2]. При взрыве атомной бомбы возникает очень сильное

ионизирующее излучение, радиоактивные частицы рассеиваются на большие

расстояния, заражая почву, водоемы, живые организмы. Многие радиоактивные

изотопы имеют длительный период полураспада, оставаясь опасными в течение

всего времени своего существования. Все эти изотопы включаются в круговорот

веществ, попадают в живые организмы и оказывают губительное действие на

клетки. Очень опасен стронций, вследствие своей близости к кальцию.

Накапливаясь в костях скелета, он служит постоянным источником облучения

организма. Радиоактивный цезий (137Cs) сходен с калием, его много в мышцах

пораженных животных. Исследования показали, что в организме эскимосов

Аляски, питающихся мясом оленей, в значительных количествах содержится

цезий 137. Халатное отношение к хранению и транспортировке радиационных

элементов приводит к серьезным радиационным загрязнениям[3].

При ядерном взрыве образуется громадное количество мелкой пыли, которая

долго держится в атмосфере и поглощает значительную часть солнечной

радиации. Расчеты ученых показывают, что даже при ограниченном, локальном

применении ядерного оружия образовавшаяся пыль будет задерживать большую

часть солнечного излучения. Наступит длительное похолодание (“ядерная

зима”), которое неизбежно приведет к гибели все живое на Земле[3].

5.7. Экологические проблемы биосферы.

Экологические проблемы биосферы - это парниковый эффект, истощение

озонового слоя, массовое сведение лесов, которое нарушает процесс

круговорота кислорода и углерода в биосфере, отходы производства, сельского

хозяйства, производство энергии (ГЭС наносят урон природе и людям -

затопление огромных территорий под водохранилища, непреодолимые препятствия

на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в

верховья рек, застой вод, замедление проточности, что сказывается на жизни

всех живых существ, обитающих в реке и у реки; местное повышение воды

влияет на грунт водохранилища, приводит к подтоплению, заболачиванию,

эрозии берегов и оползням; существует опасность от плотин в районах с

высокой сейсмичностью). Все это ведет к глобальному экологическому кризису

и требует незамедлительного перехода к рациональному природопользованию.

6. Охрана природы и перспективы рационального природопользования.

Рациональное природопользование - единственный выход из ситуации.

Общая задача рационального управления природными ресурсами состоит в

нахождении наилучших или оптимальных способов эксплуатации естественных и

искусственных (например, в сельском хозяйстве) экосистем. Под эксплуатацией

понимается сбор урожая и воздействие теми или иными видами хозяйственной

деятельности на условия существования биогеоценозов.

Решение задачи по созданию оптимальной системы управления природными

ресурсами существенно осложняется наличием не одного, а множества критериев

оптимизации. К ним относятся: получение максимального урожая, сокращение

производственных затрат, сохранение природных ландшафтов, поддержание

видового разнообразия сообществ, обеспечение чистоты окружающей среды,

сохранение нормального функционирования экосистем и их комплексов[2].

Охрана окружающей среды и задачи восстановления природных ресурсов должны

предусматривать:

рациональную стратегию борьбы с вредителями, знание и соблюдение

агротехнических приемов, дозировку минеральных удобрений, хорошее знание

экологических агроценозов и процессов, происходящих в них, а также на их

границах с природными системами;

cовершенствование технологии и добычи природных ресурсов;

максимально полное и комплексное извлечение из месторождения всех полезных

компонентов;

рекультивацию земель после использования месторождений;

экономичное и безотходное использование сырья в производстве;

глубокую очистку и технологии использования отходов производства;

вторичное использование материалов после выхода изделий из употребления;

использование технологий, позволяющих извлечение рассеянных минеральных

веществ;

использование природных и ископаемых заменителей дефицитных минеральных

соединений;

замкнутые циклы производства (разработку и применение);

применение энергосберегающих технологий;

разработку и использование новых экологически чистых источников энергии.

В целом охрана окружающей среды и задачи восстановления природных ресурсов

должны предусматривать:

локальный и глобальный логический мониторинг, т.е. измерение и контроль

состояния важнейших характеристик состояния окружающей среды, концентрации

вредных веществ в атмосфере, воде, почве;

восстановление и сохранение лесов от пожаров, вредителей, болезней;

расширение и увеличение числа заповедников, зон эталонных экосистем,

уникальных природных комплексов;

охрану и разведение редких видов растений и животных;

широкое просвещение и экологическое образование населения;

международное сотрудничество в деле охраны окружающей среды.

Такая активная работа во всех областях человеческой деятельности по

формированию отношения к природе, разработка рационального

природоиспользования, природосберегающие технологии будущего смогут решать

экологические проблемы сегодняшнего дня и перейти к гармоничному

сотрудничеству с Природой.

В наши дни потребительское отношение к природе, изъятие ее ресурсов без

осуществления мероприятий по их восстановлению уходит в прошлое. Проблема

рационального использования природных ресурсов, охрана природы от

губительных последствий хозяйственной деятельности человека приобретает

государственное значение.

Охрана природы и рациональное природопользование - проблема комплексная, и

ее решение зависит как от последовательного осуществления государственных

мероприятий, направленных на сбережение экосистем, так и от расширения

научных знаний, которые обществу для собственного благополучия рентабельно

и выгодно финансировать.

Для вредных веществ в атмосфере законодательно установлены предельные

допустимые концентрации, не вызывающие у человека ощутимых последствий. С

целью предотвращения загрязнения атмосферы разработаны мероприятия,

обеспечивающие правильное сжигание топлива, переход на газифицированное

центральное отопление, установку на промышленных предприятиях очистных

сооружений. Помимо предохранения воздуха от загрязнения, очистные

сооружения позволяют экономить сырье и возвращать в производство многие

ценные продукты. Например, улавливание серы из выделяющихся газов дает

возможность увеличить выпуск серной кислоты, улавливание цемента сберегает

продукцию, равную производительности нескольких заводов. На алюминиевых

заводах установка фильтров на трубах предотвращает выброс в атмосферу

фтора. Помимо строительства очистных сооружений ведутся поиски технологии,

при которой образование отходов было бы сведено к минимуму. Этой же цели

служит улучшение конструкций автомобилей, переход на другие виды топлива

(сжиженный газ, этиловый спирт), при сжигании которого образуется меньше

вредных веществ. Разрабатывается автомобиль с электродвигателем для

передвижения в пределах города. Большое значение имеет правильная

планировка города и зеленых насаждений. Деревья очищают воздух от

взвешенных в нем жидких и твердых частиц (аэрозолей), поглощают вредные

газы. Например, сернистый газ хорошо поглощается тополем, липой, кленом,

конским каштаном, фенолы - сиренью, шелковицей, бузиной[3].

Бытовые и промышленные сточные воды подвергаются механической, физической и

биологической обработке. Биологическая очистка заключается в разрушении

растворенных органических веществ микроорганизмами. Вода пропускается через

специальные резервуары, содержащие только так называемый активный ил, в

который входят микроорганизмы окисляющие фенолы, жирные кислоты, спирты,

углеводороды, и т.д.

Очистка сточных вод не решает всех проблем. Поэтому все больше предприятий

переходит на новую технологию - замкнутый цикл, при котором очищенная вода

вновь поступает в производство. Новые технологические процессы позволяют в

десятки раз сократить количество воды, необходимое для промышленных целей.

Охрана недр заключается прежде всего в предотвращении непроизводительных

затрат органических ресурсов в комплексном их использовании. Например,

много каменного угля теряется при подземных пожарах, горючий газ сгорает в

факелах на нефтепромыслах. Разработка технологии комплексного извлечения

металлов из руд позволяет получать дополнительно такие ценные элементы, как

титан, кобальт, вольфрам, молибден и др.[3]

Для повышения продуктивности сельского хозяйства громадное значение имеет

правильная агротехника и осуществление специальных мероприятий по охране

почвы. Например, борьба с оврагами успешно ведется путем посадки растений -

деревьев, кустарников, трав. Растения защищают почвы от смыва и уменьшают

скорость течения воды. Окультуривание оврагов позволяет использовать их в

хозяйственных целях. Посев завезенной из Америки аморфы, имеющей мощную

корневую систему, не только эффективно предотвращает смыв почвы: само

растение дает бобы, имеющие высокую кормовую ценность. Разнообразие посадок

и посевов по оврагу способствует образование стойких биоценозов. В зарослях

поселяются птицы, что имеет немаловажное значение для борьбы с вредителями.

Защитные лесонасаждения в степях препятствуют водной и ветровой эрозии

полей. Развитие биологических методов борьбы с вредителями позволяет

сократить использование в сельском хозяйстве пестицидов. В настоящее время

в охране нуждаются 2000 видов растений, 236 видов млекопитающих, 287 видов

птиц. Международным союзом охраны природы учреждена специальная Красная

книга, в которой сообщаются сведения об исчезающих видах и даются

рекомендации по их сохранению. Многие виды животных, находящиеся под

угрозой исчезновения, сейчас восстановили свою численность. Это относится к

лосю, сайгаку, белой цапле, гаге[3].

Сохранению животного и растительного мира способствует организация

заповедников и заказников. Помимо охраны редких и исчезающих видов

заповедники служат базой для одомашнивания диких животных, обладающих

ценными хозяйственными свойствами. Заповедники являются также центрами по

расселению животных, исчезнувших в данной местности, помогают обогащению

местной фауны. В России успешно прижилась северноамериканская ондатра,

дающая ценный мех. В суровых условиях Арктики успешно размножается овцебык,

завезенный из Канады и Аляски. Восстановлена численность бобров, почти

исчезнувших в начале века[3].

Подобные примеры многочисленны. Они показывают, что бережное отношение к

природе, основанное на глубоких знаниях биологии растений и животных, не

только сохраняет ее, но и дает значительный экономический эффект.

Список литературы.

1. Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для

педагогических институтов, М., Просвещение, 1988;

2. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М.,

Издательский дом "Дрофа", 1995;

3. Общая биология. Справочные материалы, Составитель В.В.Захаров, М.,

Издательский дом “Дрофа”, 1995.

Оглавление

1. Уровни организации живой материи.

1.1. Популяции, сообщества, экосистемы. Принципы их организации.

2. Формы биологических отношений в сообществах.

2.1. Позитивные отношения.

2.2. Негативные отношения.

2.3. Нейтральные отношения.

3. Круговороты вещества и энергии.

4. Биосфера и ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости,

биопродуктивность.

4.1. Структура биосферы.

4.2. Эволюция биосферы.

4.3. Природные ресурсы и их использование.

4.4. Пределы устойчивости.

4.5. Биопродуктивность экосистем.

5. Антропогенные воздействия на биосферу.

5.1. Современное состояние природной среды.

5.2. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы.

5.3. Вода - основа жизненных процессов в биосфере. Загрязнение природных

вод.

5.4. Почва - важная составляющая часть биосферы. Загрязнение почвы.

5.5. Влияние человека на растительный и животный мир.

5.6. Радиоактивное загрязнение биосферы.

5.7. Экологические проблемы биосферы.

6. Охрана природы и перспективы рационального природопользования.

Список литературы.

Страницы: 1, 2