Батенков В.А. Охрана биосферы

около 1300 млрд т. Пары воды и пыль занимают в воздухе дополнительно до 3-4% по объему. Масса паров воды – около 13 000 млрд т.

Атмосфера оказывает регулирующее влияние на температурный режим Земли. Она защищает биосферу от коротковолнового излучения, является средой распространения света и звука, способствует горению. За 200 лет измерений физических параметров атмосферы они колебались в следующих пределах: максимальная температура воздуха – до + 58 °С (Триполь, 1922), минимальная – до – 88,3 °С (Антарктида, станция «Восток», август 1960 г.), максимальное давление – до 100 кПа (Туруханск, декабрь 1968 г.), минимальное – до 85 кПа (тайфун Ненси, сентябрь 1961 г.), максимум осадков – за год 24326 мм (Индия, Чарапунджи, 1947 г.), скорость ветра – до 110 м/сек или 400 км/час (Флорида, 1935 г.).

Жизнь простирается в тропосфере до 6–8 км. Состав чистого, сухого воздуха в этом слое (по объему): азота – 78%, кислорода – 21; аргона – 0,93; диоксида углерода – от 0,02 до 0,04; других газов (водород, озон, гелий, аммиак и т. п.) – около 0,02%. Без воздуха процесс дыхания в биосфере невозможен. Человек без воздуха погибает через 3–5 мин. В сутки он потребляет около 500 л кислорода (до 10 тыс. л воздуха). До 1950 г. населением затрачено на дыхание около 270 млрд т кислорода, за 50 последних лет – около 250 млрд т.

2.2.3. Ресурсы гидросферы

Значение воды. Вода – уникальное вещество. Во-первых,

она уникальна по своим свойствам, обусловленным водородными связями. Если бы не эти связи, то вода замерзала бы при –100 оC, а кипела при 80 оC. Благодаря им она имеет необычно высокую теплоемкость, температуру парообразования, теплопроводность, диэлектрическую проницаемость. В воде растворимы многие жизненно нужные вещества. Аномальна ее плотность, которая максимальна при 4 оC. Лед легче жидкой воды, поэтому в морозы в реках и водоемах он не опускается на дно, а образует верхний защитный слой, предохраняющий воду от полного замерзания. Это очень важно для живых организмов гидросферы.

Во-вторых, благодаря круговороту воды: океан–атмосфера– суша, обеспечивается не только водообмен, но и перераспределение тепловой энергии. Вода то испаряется, на что тратится тепло,

31

то конденсируется, и тепло выделяется. Это способствует стабилизации климата.

В-третьих, и это самое главное, вода – это жизнь, основной компонент живого. Без воды жизнь невозможна. Большинство животных без воды и пищи, содержащей воду, умирают через 5–10 суток.

Классификация вод. Природные воды делят на три вида. Атмосферные воды – это осадки в виде дождя и снега. Они весьма чистые (кроме городов) и содержат лишь растворенные газы. Поверхностные – воды рек, озер, морей, ледников. Они имеют широкий диапазон примесей – от весьма чистых (ледниковые) до соленых (морские). Подземные – воды, находящиеся в колодцах, пещерах, скважинах; их состав может быть разным, но прозрачность высокая.

По содержанию солей различают пресные воды с суммарным количеством солей меньше 1 г/л (0,1%), солоноватые – 1–10 г/л, соленые – 10–50 г/л, рассолы – больше 50 г/л. Воду также различают по ее жесткости. Классификация воды по видам потребителей:

хозяйственно-питьевая – для нужд населения, рыбхозов; промыш-

ленная: технологическая и энергетическая (охлаждение); для нужд сельского хозяйства – на животноводство, растениеводство.

Распределение воды в биосфере. В океанах, морях и соле-

ных озерах имеется около 1,4 млрд км3 соленой воды (97%). На суше свободной пресной воды находится до 40 млн км3 (3%). Эта вода распределяется следующим образом (млн км3): полярные и горные льды и ледники – 29; пресные подземные воды – 10; в озерах – 0,12; болотах и руслах рек мира – 0,12; почве – 0,1; атмосфере в виде пара – 0,013; живых организмах – 0,003.

Для жизни человека, флоры и фауны важно состояние пресных речных и озерных вод. Ежегодно возобновляемый объем пресной воды, равный годовому стоку рек мира, составляет около 0,04 млн км3, т. е. около 40 тыс. км3. Это 0,003% общих запасов воды и около 0,1% пресной воды.

Ресурсы пресной воды распределены весьма неравномерно. Баланс воды изменяется не только от места к месту, но и с течением времени. Так, в IV тысячелетии до н.э. территория современной пустыни Сахары представляла собой саванну с полноводными реками Ахаггар, Тассилин-Адджер и другими, с разветвленной водной сетью. Дефицит пресной воды наблюдается во многих районах

32

Земли. Недостаток ее уже испытывает 1/3 населения планеты. А потребности в ней удваиваются через каждые 20–30 лет. В России, особенно в Сибири (80% ресурсов воды), обеспеченность водой на высоком уровне.

2.1.4. Ресурсы суши

Суша – это поверхность Земли, не покрытая водой. Биолитосфера – верхний слой литосферы толщиной 2–3 км,

где есть жизнь.

Ресурсы биолитосферы представляют три группы объектов: неживая природа – почвы, льды, снега, пески, глины, камни, скалы, руды; живая природа – леса, луга, нивы, человек, фауна, флора, микроорганизмы; антропогенные объекты – поселения, дороги, бытовые, промышленные и сельскохозяйственные предприятия и зоны, места разработки месторождений.

На Земле из общей площади суши в 13,8 млрд га леса занимают 3,9 млрд га (28%), луга – порядка 2,3 (17%); пашни – 1,4 (10%); ледники и мало пригодные земли – 6,2 млрд га (45%).

В России из 1,71 млрд га территории леса и кустарники составляют 0,78 млрд га (45,5%); сельскохозяйственные угодья, пастбища и болота – 0,66 (38,5%); земли населенных пунктов, предприятий, транспорта и связи – 0,013 (0,8%); земли запаса и охраняемые земли – 0,18 млрд га (10,5%).

Полезные ископаемые. Это природные минеральные вещества, которые могут использоваться человеком для хозяйственных нужд. Их классификация рудные ископаемые – бокситы, хромиты, железная, медная, никелевая и другие руды; строительные материалы и нерудные ископаемые – песок, глины, щебень, известняк, гранит, мрамор, горный хрусталь, яшма, корунд, алмазы и т.д.; гор- но-химическое сырье – апатиты, фосфориты, поваренная соль, сера, барит и т.п.; топливные ископаемые – нефть, уголь, сланцы, торф, руды урана; гидроминеральные ресурсы – подземные пресные и минерализированные воды, ресурсы морской воды.

Запасы невозобновляемого ископаемого топлива, доступного для добычи, по приближенным подсчетам, составляют 7000– 12500 млрд т условного топлива. Из них (млрд т): каменного угля – 5000–11000; жидких углеводородов – 800–1200; природного газа –

600–800.

33

Ресурсы фитоценозов. На Земле из общей площади суши в 13,8 млрд га фитоценозы занимают около 7,6 млрд га (55%), из них пашня площадью в 1,4 млрд га (10% суши), обеспечивает 95–97% продовольственных ресурсов для населения планеты.

В России из 1,71 млрд га суши оленьи пастбища занимают 0,33 млрд га (19%); сельскохозяйственные угодья – 0,22 млрд га

(13%), из них пашня – 0,13 млрд га (8%).

Почвы. Почва – поверхностный плодородный слой земной коры, дающий жизнь растениям. Как составная часть биосферы, почва – особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместном взаимообусловленном воздействии гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов.

Плодородие – способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах и воде. При правильном использовании почвы повышаются качество и количество урожая. Возможности почв давать урожай определяют масштабы развития биосферы и человечества.

Образование почвы. Почва представляет собой природное тело, которое медленно (сотни и тысячи лет) образуется с участием солнечного излучения из поверхностных слоев различных пород при многообразных, совместных физико-химических и биохимических взаимодействиях минеральных веществ, воды, воздуха и различных организмов. Она – многовековой продукт жизнедеятельности живых, прежде всего продуцентов (растений), образующих посредством фотосинтеза органические вещества, и почвенных, перерабатывающих эти вещества, организмов. Сложный, циклический процесс образования почвы определяют следующие основные факторы: климат (интенсивность и продолжительность освещения местности Солнцем, количество и равномерность осадков, температурный режим и т.п.), состав горных пород и рельеф местности (равнина, холмы, горы, ориентация склонов), тип растительности (лес, кустарники, трава) и объемы ее изъятия из экосистемы. Если восстановительная способность плодородия почв (не почв, а только их плодородия!), где есть условия для образования лугового чернозема, составляет 5–10 лет, то, например, в тундре для восстановления продуктивности нарушенного слоя почвы необходимы десятки и сотни лет.

34

В составе почв различают твердую, жидкую и газообразную фазы. Твердая часть почв на 80–90% состоит из минеральных компонентов: оксидов кремния (песок), алюминия (глина), железа, натрия, калия, магния, кальция, а также их карбонатов, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора и др. По содержанию минеральных компонентов почвы разделяются на песчаные, супесчаные, суглинки, глины.

Органическое вещество состоит из гумуса (лат. почва), т.е. перегноя (от 0,1 до 20%), который содержит лигнин, дубильные вещества, углеводы, белки, органические кислоты, жиры и другие органические соединения.

Важная составная часть почв – почвенные живые организмы: биофаги (грызуны, насекомые, черви, бактерии и др.), которые питаются живыми организмами и их тканями; сапрофаги (черви, грибы, бактерии), питающиеся мертвыми организмами и их тканями; микроорганизмы, разлагающие сложные органические вещества до минеральных веществ.

Пористость твердой фазы почвы обычно составляет 40–60%. У торфяников она достигает 90%, у суглинков снижается до 30%. Поры почвы заполняет раствор и воздух, содержащий до 8% СО2. Соотношение между содержанием раствора и воздуха в порах сильно зависит от влажности почвы.

Классификация почв. Общепринятой классификации почв нет. Самыми плодородными почвами, содержащими высокий процент гумуса, органических веществ и почвенных организмов в толстом поверхностном слое (до 50–80 см), являются луговые черноземы, затем идут каштановые, серые лесные и бурые пустынностепные почвы (30–40 см). Слои торфа толщиной до 20–30 см образуются на болотах. Тонкий (до 5–10 см), не очень богатый гумусом плодородный слой имеют красноземы (тропическая зона), желтоземы, подзолистые, тундровые почвы. Бедные почвы: сероземы, солончаки, пустынные почвы. В России черноземы составляют почти 2/3 обрабатываемых земель, на них получают около 80% выращиваемой на земле продукции.

2.2.5. Ресурсы живой природы

Ресурсы биомассы. В океане имеется 3,9 млрд т общей живой биомассы. Из них криля – от 1 до 3, добываемой рыбы – 0,07 млрд т. Общая биомасса суши (сухой вес), в основном растений,

35

составляет около 2000 млрд т. На биомассу гетеротрофных животных приходится лишь около 20 млрд т, из них людей – 0,2 млрд т,

т.е. 0,01%.

Ресурсы растительности. Значение растительности. Ре-

шающее значение при образовании биосферы имело появление на Земле автотрофных растений. Фотосинтез – это не только процесс обеспечения жизни, но и процесс, преобразующий весь облик Земли. Растительность выполняет в планетарном масштабе средообразующие функции для животного мира. Это – первоисточник жизни, регулятор кислорода и биомассы.

Ресурсы растительных продуктов. На долю растений,

включая леса, приходится до 99% создаваемой биомассы. Они – основа питания всего живого на Земле, в частности людей. Объем производства продуктов питания и некоторых технических культур, по данным конца 70-х гг. XX в., значителен. Так, общее количество зерновых ежегодно составляло 1600 млн т, картофеля – 230, сахара – 100, масел – 50 млн т. Большинство сельскохозяйственной продукции (более 80%) приходится на обрабатываемые земли. Возможности дальнейшего большого и устойчивого прироста всех этих продуктов ограничены, во-первых, из-за сокращения площади пашни и уменьшения их плодородия. Во-вторых, не оправдываются большие надежды, которые возлагались на химизацию сельского хозяйства, на применение минеральных удобрений.

Лесные ресурсы. Значение леса. Лес – великое достояние природы. На Земле леса занимают 3,9 млрд га – 28% площади суши. Обладая самой большой биомассой (60–70%), огромной поверхностью и интенсивностью биологического круговорота, лес определяет энерго- и массообмен в биосфере, ее существование, формирование природной обстановки, преобразование климатических, гидрологических, геохимических и других факторов. Особое значение леса связано с его способностью возрождаться, что способствует восстановлению и стабилизации экологического равновесия в природе и может быть использовано в охране и улучшении природной среды. От состояния леса зависит воспроизводство биомассы на Земле.

Велики климатозащитные, водоохранные и другие защитные функции леса. В лесных фитоценозах уменьшаются перепады температуры, особенно при положительных температурах. Леса и лесные насаждения улучшают климат прилегающих полей, уменьша-

36

ют испарение влаги и способствуют повышению урожаев сельскохозяйственных культур.

Лес влияет на распределение атмосферных осадков. Он – надежный собиратель, хранитель и распределитель влаги. Ему принадлежит огромная роль в поддержании гидрологического режима рек. В лесах почти нет поверхностного стока. Он составляет не более 5–15% вылившихся осадков, а по открытому лугу потоки уносят 50–65% выпавших осадков. От 20 до 35% летних и весенних осадков, испаряясь с листьев, возвращаются обратно в атмосферу. Весной в лесу снег тает позднее и медленнее, что предотвращает смыв весенними водами почвенного слоя и переполнение водой рек и заливных лугов в половодье. Летом лесные насаждения не только защищают окружающие поля от суховеев, но постепенно отдают им накопленную зимой и весной влагу через грунтовые воды и внутрипочвенный сток, поддерживают полноводность рек.

Под пологом леса обитают многие представители растительного и животного мира, в сотни раз меньше развита эрозия и практически исключена дефляция почвы. Лес, являясь легкими Земли, определяет круговорот кислорода и диоксида углерода в биосфере, их содержание в атмосфере. Так, 1 га леса оптимального возраста поглощает ежегодно 3–6 т СО2 и выделяет при этом 2–5 т О2. Лес, особенно хвойный, выделяет фитонциды, которые убивают болезнетворные микробы, оздоровляют воздух. Зелень существенно снижает солнечную радиацию. Среди зелени людям легче дышится, здесь не досаждают зной и пыль, не утомляют резкие шумы. Большую роль играет лес в рекультивации земель.

Лес – источник древесины, технического и лекарственного сырья, пищи. Он ежегодно дает до 11 млн т ягод, орехов, соков. Из него изготавливают более 20 тысяч разнообразных предметов и веществ.

Лесные ресурсы России. Наша страна – самая лесистая страна мира. На долю России приходится около 20% покрытой лесами площади мира и около 25% мировых запасов древесины, из которых более половины – это ценная хвойная древесина. В России леса занимают половину территории, из них хвойные леса – свыше 78% всей их площади: сосна – свыше 100 млн га

(48–51%), ель (27–29%), кедр (2,5–3,2%). Они составляют 82% за-

пасов древесины.

37

Восточнее Урала сосредоточено 80% всего лесного фонда, на 95% площади преобладают хвойные породы, 62% относится к древостоям, созревшим для рубки. Однако 2/3 древесины заготавливается в европейской части и на Урале и только около 1/3 – на востоке страны. В целом по стране ежегодно потребляется около 400 млн м3 древесины, из них дрова составляют около 40%, кругляк – 40, пиломатериалы – 12, бумага – 5, деревоплиты – 3%.

В лесах России произрастает около 100 видов диких плодовых, ягодных и орехоплодных растений. Всего плодово-ягодными дикорастущими насаждениями занято более 6 млн га лесной площади, в том числе около 5,5 млн га ягодниками. В лесном фонде России 39 млнга кедровых лесов, в том числе 6,6 млн га орехопромысловых зон.

Ресурсы животного мира. Значение животного мира.

Влияние окружающего нас животного мира многообразно. Это и обмен веществ в природе, участие в создании климата, создание своеобразных ландшафтных форм (рифы, атолловые острова, бобровые плотины, кротовые формы и т.п.). Живые организмы образуют осадочные горные породы (мел, известняки, фосфориты), разрыхляют почвы и обогащают их (гуано, удобрения). Они являются кладовой человека: мясо, кожа, пушнина, кости, медицинские препараты. Их используют для испытаний в экстремальных условиях (космонавтика, физиология, медицина), для перевозки грузов и доставки корреспонденции, охраны людей, животных, помещений, территорий, природных объектов. Волки и грифы играют роль санитаров фауны. Комары в тундре, которые со 100 га площади усваивают до 5 кг азота, 9 кг фосфора и 6 кг кальция, образуют «тучи» и переносят неорганические вещества на расстояние до 7 км. Птицы содействуют уничтожению вредителей растений. Одна синица сохраняет от вредителей 20 плодовых деревьев. За год семья скворцов съедает до 8000 жуков и личинок, сова – 1000 мышей. Мухоловка поедает до 1 кг насекомых за 15 дней. Животные выполняют большие воспитательные и эстетические функции.

Ресурсы биомассы животного мира относительно ресурсов флоры невелики, порядка 1%, или около 20 000 млн т. Из них (млн т): насекомых – 2400; крупного рогатого скота – 1600; буйволов, ослов, свиней, верблюдов, коз, овец, лошадей – 1470; людей – 250; промысловых рыб – 200; птиц – 0,7; диких копытных – 0,15. Биомасса диких животных сильно зависит от численности домашних

38

животных, исключая насекомых континентов и криль океана. Масса добываемой рыбы (70 млн т) приближается к вероятной массе промысловых рыб. Человек для своих нужд использует 20% от общей продуктивности биоты на суше и в океане. При этом используется всего 0,02–0,04% видового разнообразия животного мира. Резервы мясных продуктов (около 140 млн т) все более определяются выращиванием скота.

2.3. Воздействие человека на природные ресурсы

Помимо влияния антропогенных загрязнений на фауну и флору, различают две причины антропогенного истощения природных ресурсов: чрезмерное использование их для собственного пропитания и обеспечения условий жизни человека; нерациональное вовлечение их в сельскохозяйственное и промышленное производство.

Человек – не только пассивный, но и активный субъект биосферы, природы. В связи с его бытовой, сельскохозяйственной и промышленной деятельностью на естественный круговорот веществ в природе ложится дополнительная нагрузка и по используемым природным ресурсам, и по загрязнениям природы. Антропогенное истощение природных ресурсов проявляется тогда, когда потребление этих ресурсов выше способности биосферы к их воспроизводству. Быстрый рост численности людей, объема производства и потребления средств существования все больше, а в последние десятилетия по экспоненте, сокращает природные ресурсы, особенно невоспроизводимые. Сокращаются поля, пригодные для посевов, ухудшается плодородие почв, сокращаются площади лесов, запасы минерального сырья, топлива (нефть, каменный уголь). Особенно губительны последствия необратимого, значительного сокращения генофонда флоры и фауны, т. е. исчезновение отдельных видов живой природы. О степени изменения экологических компонентов биосферы можно судить по нижеприведенным примерам.

Воздействие на ресурсы атмосферы. Потребление кисло-

рода человеком на свои нужды, особенно на сжигание топлива, достигает 20 млрд т/год, что составляет до 25% от его количества, вырабатываемого биосферой. Полагают, что идет потепление Земли за счет повышения концентрации диоксида углерода в атмосфе-

39

ре, что некоторые фреоны разрушающе действуют на озоновый слой.

Энергетика достигла объема 8 млрд кВт, что уже составляет до 25% от энергетики фотосинтеза. АЭС производят 18% энергии; во Франции и Бельгии – до 70%.

Воздействие на ресурсы гидросферы. В развитых странах в сельском хозяйстве на орошение и полив расходуется около 50% воды, в промышленности – 40, на коммунальные нужды – 10%. Среднее потребление воды в мире на эти нужды соответственно составляет около 60, 30 и 10%.

Сельское хозяйство. Площадь орошаемых земель в начале ХХ в. была равна 40 млн га, в 1970 г. – 235 млн га, в 2000 г. – 420 млн га. Затраты воды на производство сельскохозяйственных продуктов составляют (т/ га): зерновые – 2–3; сахарной свеклы – 3–6; многолетние травы – 2–8; хлопок – 5–8; рис – 8–15. Безвозвратные потери воды при орошении достигают 20–60% от водозабора. Суммарное мировое водопотребление сельским хозяйством быстро рас-

тет (км3/год): начало ХХ в. – 350; 1970 г. – 1900; 2000 г. – 3400.

Промышленность. Еще быстрее растет расход воды в промышленности. В 1900 г. она во всем мире расходовала около 30 км3

воды, в 1950 г. – 190, в 1970 г. – 510, в 2000 г. – 1900 км3.

Основной потребитель воды в промышленности – теплоэнергетика. Здесь различают прямоточное и оборотное водопотребление. При прямоточном водопотреблении расходуется большое количество воды, но безвозвратные потери малы. При оборотном потреблении, когда отработанная вода после очистки снова используется в производстве, расход воды резко сокращается, например, тепловая станция при прямоточном водопотреблении расходует 1,5 км3 воды в год, при оборотном – 0,12 км3/год, т.е. в 13 раз меньше. В южных районах расход воды больше, чем в северных. Атомные электростанции расходуют воды в 1,5–2 раза больше, чем тепловые. Однако доля безвозвратных потерь воды в теплоэнергетике невелика – 0,5-2%, при общих потерях 5–10%.

Население. На коммунальные нужды в мире расходуется 5– 10% воды. Непосредственные физиологические потребности человека в воде составляют около 2,5 л в сутки. Однако фактический суточный объем воды, потребляемый одним жителем в селе без водопровода, составляет 30–50 л, с водопроводом – 80–150 л, в городе 200–600 л, т. е. в 20–250 раз больше, чем потреблял дикий чело-

40