4. Кислотные осадки
Экологической проблемой для нашей страны стало увеличение кислотности дождей, снега, тумана в результате выброса в атмосферу окислов серы и азота, образующихся после сжигания топлива. Кислотные осадки снижают урожай, губят растительность, разрушают здания, уничтожают жизнь в пресных водах. В Западной Европе от этих осадков пострадало до половины лесов. Они вызвали тяжелые поражения лесов в Белоруссии, на Урале, в некоторых районах Сибири вокруг крупных промышленных центров. Кислотные осадки переводят нерастворимые соединения, находящиеся в почве, в растворимые. В результате закисления почв соединения алюминия, кобальта и других металлов могут попадать в выращиваемые растения и в воду в концентрациях, представляющих опасность для здоровья.
5. Сокращение биологического разнообразия
Это одна из самых сложных проблем, поскольку исчезнувший вид восстановить невозможно. У нас в стране исчезает примерно один вид млекопитающих за 3–5 лет, ежегодно мы теряем несколько видов во всех группах животных и растений. Наиболее тревожное положение сложилось в наших центрах видового разнообразия – на оз. Байкал, Кавказе, на юге Дальнего Востока, в Средней Азии.
Генофонд планеты включает генофонды разных систематических групп. Необходимо сохранить генофонд каждого вида в целом и всех его популяций. Вид представляет собой наименьшую генетически закрытую систему. В каждой популяции особи одного вида взаимосвязаны. У них имеются сходные признаки приспособленности к окружающей среде. Каждый вид и его популяции имеют собственную «эволюционную судьбу». При сохранении определенных условий вид и составляющие его популяции могут существовать неограниченно долго.
Вследствие генетической неповторимости каждого вида его уничтожение может иметь последствия, которые пока трудно представить.
Основные факторы, угрожающие позвоночным животным:
• 67% – разрушение или деградация местообитания;
• 37% – переэксплуатация;
• 19% – влияние интродуцированных видов, т.е. видов, которые преднамеренно или случайно были перенесены за пределы ареала;
• 4% – потеря, сокращение или ухудшение кормовой базы;
• 3% – уничтожение с целью защиты с/х растений, домашних животных, объектов промысла;
• 2% – случайная добыча.
(Цифры – число видов (в %), находящихся под угрозой исчезновения (сумма превышает 100% из-за того, что ряду видов угрожает более одного фактора)
Количество видов животных, находящихся под угрозой
Международная Красная книга:
• 236 видов млекопитающих;
• 287 видов птиц;
• 119 видов рептилий;
• 36 видов амфибий.
Литература
1. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967
2. Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1976
3. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, М.: Наука, 1965
4. Биосфера: Сб./под ред. М.С. Гилярова. М.: Мир, 1972
5. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983
Лекция № 11
Тема: Глобальные изменения земного климата
Цель: Дать основные понятия и определения учения о биосфере; сформировать у студентов представления о строении биосферы Земли
Изменения климата – длительные (свыше 10 лет) направленные или ритмические изменения климатических условий на Земле в целом или в ее крупных регионах. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, в огромной степени, деятельность человека. По данным Всемирной метеорологической организации, в последние десятилетия среднегодовая температура увеличивается аномально быстро.
Проблема глобального изменения климата является одной из ключевых экологических проблем Земли. Причиной изменения климата являются динамические процессы на планете, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, в огромной степени, деятельность человека.
На сегодняшний день достоверно установлено, что климат Земли никогда не был постоянным. Причем эти изменения в прошлом были весьма значительными и иногда происходили очень быстро. Поверхность Земли покрывалась ледниками, а затем эти ледники исчезали, и на значительной территории Земли устанавливался тропический климат. В прошлом Земли обнаружено несколько десятков таких ледниковых периодов. Повторялись они нерегулярно, промежутки между ними составляют от 40 тысяч до нескольких сотен тысяч лет. Последний ледниковый период начал отступать всего 20 тысяч лет назад. И сегодня еще 14 миллионов квадратных километров поверхности Земли занято ледниками, т.е. мы живем в так называемом малом ледниковом периоде. Следует отметить, что в эпоху больших оледенений масса льда, собиравшегося в ледниках на суше, была очень велика, его объем вдвое превышал объем современных ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии. Вся эта вода изымалась из мирового океана. Поэтому уровень его многократно опускался более чем на 100 м ниже современного. Это подтверждается независимыми геологическими данными. Сейчас уровень мирового океана меняется очень медленно. За период с 1890 по 1950 г.г. он возрос всего на 10 см, а с 1950 г. остается практически постоянным (колебание ± 3 см).
Каковы же возможные причины таких значительных изменений климата? Наиболее очевидные из них следующие:
1. Изменения интенсивности солнечной радиации, вызванные орбитальным движением Земли. По идее самый главный вклад в формирование климата должен вносить радиационный баланс Земли. Астрономическая теория циклических изменений климата была создана известным югославским астрономом Миланковичем в двадцатых годах ХХ века. Основная причина, влияющая на долговременные колебания климата по теории Миланковича, - это изменение эксцентриситета орбиты Земли вокруг Солнца и прецессия оси вращения Земли. Его теория дала возможность вычислить времена ледниковых периодов прошлого. И геологические возрасты предыдущих оледенений, в общем, совпадают с расчетами Миланковича. Но поскольку эти климатические изменения могут происходить только в долговременной шкале, десятков тысяч и сотен тысяч лет, в данной статье они не рассматриваются.
2. Изменения в циркуляции мирового океана. В глубинах океана накопилась огромная отрицательная тепловая энергия. Отрицательная потому, что средняя температура океана 3,5o С, а земной поверхности 15 oС. Поэтому всякое усиление перемешивания глубинных вод океана с поверхностными приводит к похолоданию климата. Этот эффект может проявляться как в кратковременном масштабе десятков и сотен лет, так и на временном интервале сотен тысяч и миллионов лет. (Изменение в циркуляции океанов, вызванное континентальным смещением (дрейфом) материков согласно известной теории Вегенера). Кроме того, в масштабах тысячелетий океаны контролируют химический состав атмосферы и, следовательно, радиационное равновесие всей климатической системы.
3. Кратковременные вариации (в шкале десятков и сотен лет) в солнечной энергетической освещенности, которые, как показано рядом авторов, коррелируют с вариациями солнечной активности. Этот фактор до последнего времени не достаточно учитывался при разработке климатических моделей.
4. Влияние человеческой деятельности или антропогенный фактор.
5. Наконец, целый ряд исследований, выполненных в последние годы, позволяет предположить, что могут существовать некоторые, пока еще неясные циклические процессы в системе космос (взаимодействие Солнца и планет) - гидросфера - атмосфера.
Все эти вопросы были всесторонне проанализированы в монографии Кондратьева. Однако за последние десять лет получен целый ряд принципиально новых результатов. В связи с этим, необходимо снова вернуться к рассмотрению проблемы динамики глобального климата. Главная проблема, которая в настоящее время вызывает наибольший интерес и тревогу у мировой общественности, - это антропогенное влияние на климат. Насколько оно значительно в сравнении с природными явлениями и в чем проявляется? Что делать, чтобы сохранить устойчивое развитие мировой экономики в условиях изменяющегося климата?
Неклиматические факторы и их влияние на изменение климата
1. Последние исследования показывают, что парниковые газы являются главной причиной глобального потепления. Согласно исследованиям, парниковый эффект, возникающий в результате нагревания атмосферы тепловой энергией, удерживаемой парниковыми газами, является ключевым процессом, регулирующим температуру Земли. Растущий уровень диоксида углерода считается главной причиной глобального потепления, начиная с 1950 года. Согласно данным Межгосударственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) от 2007 года, концентрация СО2 в атмосфере в 2005 году составила 379 чнм3, в доиндустриальный период она составляла 280 чнм3. Чтобы предотвратить резкое потепление в ближайшие годы, концентрация углекислоты должна быть снижена до уровня, существовавшего до индустриальной эпохи - до 350 частей на миллион (0,035%) (сейчас - 385 частей на миллион и увеличивается на 2 миллионные доли (0,0002%) в год, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов).
2. Тектоника литосферных плит. На протяжении длительных отрезков времени тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают и разрушают горные хребты, т. е. создают поверхность, на которой существует климат. Недавние исследования показывают, что тектонические движения усугубили условия последнего ледникового периода: около 3 млн лет назад северо- и южноамериканская плиты столкнулись, образовав Панамский перешеек и закрыв пути для прямого смешивания вод Атлантического и Тихого океанов.
3. Солнечное излучение. Солнце является основным источником тепла в климатической системе. Солнечная энергия, превращённая на поверхности Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше энергии, т. к. развивается согласно главной последовательности. Это медленное развитие влияет и на земную атмосферу.
4. Изменения орбиты. По своему влиянию на климат изменения земной орбиты сходны с колебаниями солнечной активности, поскольку небольшие отклонения в положении орбиты приводят к перераспределению солнечного излучения на поверхности Земли.
5. Вулканизм. Одно сильное извержение вулкана способно повлиять на климат, вызвав похолодание длительностью несколько лет. Гигантские извержения, формирующие крупнейшие магматические провинции, случаются всего несколько раз в сто миллионов лет, но они влияют на климат в течение миллионов лет и являются причиной вымирания видов.
Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО2, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО2. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО2, эмитированного вулканами.
Антропогенное воздействие на изменение климата
Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат.
1. Сжигание топлива. Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что сейчас уровень СО2 в атмосфере несоизмеримо выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2100 годами.
2. Аэрозоли. Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы.
3. Цементная промышленность. Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО2, на него приходится приблизительно 2.5 % выбросов индустриальных процессов (энергетический и промышленный секторы).
4. Землепользование. Существенное влияние на климат оказывает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо) отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения.
5. Скотоводство. Согласно отчету ООН скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.
По-видимому, основными факторами антропогенного воздействия на климат являются увеличение концентрации парниковых газов, а также увеличение выбросов аэрозолей в атмосферу. Основные парниковые газы - это водяной пар (Н2О), углекислый газ (СО2), метан (СН4), окись азота (N2O), озон (О3) и, в меньшей степени, ряд хлорфторуглеводородных соединений. Увеличение концентрации этих газов приводит к увеличению поглощения излучения от Земли, которое имеет место в инфракрасной области спектра, (максимум излучения в области 8 - 13 мк). Это вызывает подогрев атмосферы и, следовательно, в свою очередь, поверхности Земли.
Рассмотрим влияние главных парниковых газов: водяного пара и углекислого газа, с одной стороны, являющихся главным условием существования жизни на Земле, а с другой стороны, на долю которых приходится более 95 % всего парникового эффекта, подогревающего атмосферу на 33 о С. Между ними есть принципиальная разница. Водяной пар в атмосфере является наименьшей по массе частью свободной воды, находящейся в гидросфере и криосфере в основном в жидкой и твердой форме. Масса водяного пара определяется притоком солнечной радиации и температурой воздуха и не может существенно изменяться при постоянстве этих факторов. Так как в геологическом прошлом происходили заметные изменения климата, количество водяного пара в атмосфере также изменялось в соответствии с колебаниями глобальной температуры. Однако эти изменения массы водяного пара были следствием, а не причиной изменения климата. Вследствие положительной обратной связи водяной пар при каждом очередном похолодании или потеплении климата лишь усиливал этот процесс. Точно так же, водяной пар является следствием, а не причиной существования морей и океанов. Его прямое влияние на биосферу несущественно по сравнению с его косвенным влиянием как источника воды, выпадающей в виде осадков.
Углекислый газ, как в климатических условиях геологического прошлого, так и в условиях современного климата может существовать только в газообразном состоянии. При этом его концентрация в атмосфере может меняться в широких пределах вне зависимости от внешней температуры. Наоборот, рост концентрации СО2 вследствие парникового эффекта неизбежно должен приводить к повышению глобальной температуры Земли. Наличие углекислого газа является необходимым условием существования жизни на Земле. Почти все живое вещество, создаваемое в биосфере, возникает из углекислого газа и воды в результате процесса фотосинтеза. Еще большее, чем в атмосфере (2,6 × 1018 г), количество СО2 содержится в водоемах, где масса этого газа достигает 130 × 1018 г. Углекислый газ гидросферы используется в ходе фотосинтеза водных растений. Основная часть углекислого газа, израсходованного автотрофными растениями, возвращается в атмосферу и гидросферу в ходе процессов деструкции органического вещества, которые происходят при участии бактерий и других гетеротрофных организмов. Сравнительно небольшая часть органического углерода, полученного в результате фотосинтеза, сохраняется длительное время в составе почвенного гумуса, сапропеля, торфа и других органических веществ, масса которых частично расходуется в ходе окисления, но частично сохраняется и захороняется в литосфере в виде каменного угля, нефти, горючих газов и рассеянного органического углерода. Еще больший расход углекислого газа атмосферы и гидросферы связан с образованием карбонатных отложений. Процесс формирования карбонатов наиболее активно происходит в мелких водоемах, куда потоки воды выносят с поверхности континентов продукты эрозии, включающие различные соединения углерода. Из этих продуктов образуются отложения известняка, мела, доломита и других минералов, содержащих углерод. Большую роль в процессе карбонатообразования играют водные организмы, скелеты которых создаются из содержащихся в воде соединений углерода. На активное участие живых организмов, выступающих в качестве геологических факторов эволюции земной коры и тропосферы, впервые обратил внимание академик Вернадский. Открытая Вернадским роль биоты как геологической силы была обобщена Перельманом в виде закона Вернадского: суммарный эффект деятельности живого вещества за всю геологическую историю огромен, т.к. живые организмы определили геохимические особенности верхней части земной коры.
Очевидно, что без постоянного притока СО2 из глубоких слоев Земли сохранение более или менее стабильной концентрации атмосферного углекислого газа в течение интервала времени, сравнимого с геологическими эпохами, невозможно. Углекислый газ поступает в атмосферу из глубоких слоев Земли в результате дегазации верхней мантии, а также более высоких слоев земной коры. Значительная часть СО2, получаемого атмосферой, выбрасывается при вулканических извержениях. Наряду с СО2 вулканические газы обычно содержат некоторое количество окиси углерода (СО), которая в относительно короткое время окисляется и превращается в углекислый газ. Из сказанного выше следует, что скорость прихода углекислого газа как для длительных, так и для сравнительно коротких интервалов времени может изменяться в широких пределах главным образом из-за колебаний уровня вулканической активности. Планета Земля стареет, и наряду с ритмическими колебаниями имеется общая тенденция к уменьшению вулканической активности, что должно вызвать, соответственно, снижение количества СО2.
Проблема изменения климата - это сегодня не только научная, но и экономическая, и политическая проблема. Ошибки в динамике изменения климата чреваты крупными экономическими катастрофами. Яркий пример: просчеты 50-60 гг. с прогнозом падения уровня Каспийского моря к 2000 г. Тогда шла война дат и наиболее низких оценок. Через 30 лет, в 80–90–х годах все это обернулось социально-экономической трагедией большого региона. В настоящее время цена ошибки несравнимо больше. Для целого ряда государств грядущие климатические изменения - это уже не вопросы геополитики, а проблема выживания.
Заключение
1) Климат Земли в прошлом характеризовался двумя более или менее устойчивыми состояниями: теплым и ледниковым. Эпохи смены этих режимов (что имеет место сегодня – последний ледниковый период начал отступать 20 тыс. лет назад) сопровождались повышенной нестабильностью вследствие заложенной в самой климатической системе нестабильности. Существует положительная обратная связь между глобальной температурой Земли и возмущающими факторами, провоцирующими климатические сдвиги. Палео-климатические записи свидетельствуют о наличии в прошлом больших и быстрых климатических колебаний. Один из наилучшим образом задокументированных примеров резкой смены климата – потепление, произошедшее в конце Позднегляциального периода (Dryas), когда ледники в последний раз начали отступать. Период продолжался с 13000 до 8300 лет до н.э. Согласно анализу ледяных ядер Гренландии в конце позднего Дриаса (YoungerDryas), 8850 – 8300 лет до н.э., температура стала быстро расти и буквально в пределах нескольких десятилетий на смену тундре в Северной Европе и Канаде пришли леса.
2) В ХХ веке глобальная температура начала расти, причем, особенно быстро в два последние десятилетия. Естественный вопрос – не может ли быть потепление климата результатом антропогенного воздействия? Или это просто начало нового естественного цикла потепления? Наиболее вероятно последнее предположение. Ибо в свете всего вышесказанного, можно предположить, что сам по себе антропогенный эффект не может в настоящее время вызвать существенное изменения климата; его прямое воздействие незначительно по сравнению с естественными факторами. Но антропогенный эффект мог спровоцировать климатический сдвиг и вызвать новый цикл потепления. Насколько опасно это потепление климата для мирового сообщества? Ответ далеко неоднозначный. Дело в том, что повышение концентрации углекислого газа в атмосфере, с одной стороны, и рост глобальной температуры, с другой стороны, должны заметно повысить общую биопродуктивность и, в частности, урожайность сельскохозяйственных растений. Если для промышленно-развитых стран существует возможность повышения производства продовольствия путем значительного увеличения затрат, то для развивающихся стран с быстро растущим населением этот путь невозможен. Отсюда следует, что восстановление более благоприятных для живых организмов и всей биосферы природных условий, которые существовали на протяжении многих тысячелетий, - очень серьезная проблема. С другой стороны, необходимо учитывать и возможные негативные последствия потепления климата регионального масштаба (наводнения, увеличение количества ураганов и тайфунов, более засушливый климат в некоторых локальных регионах, ущерб для береговых и островных зон, находящихся на малых уровнях над Мировым океаном и т.д.). В этом случае, будет ли эффективным частичное уменьшение выбросов парниковых газов, предусмотренное Киотским протоколом? Маловероятно. Киотский протокол не является достаточным фактором для уменьшения роста парниковых газов в атмосфере. Относительно небольшое сокращение поступления в атмосферу газов, усиливающих парниковый эффект, окажет незначительное влияние на повышение температуры. Расчеты показывают, что для стабилизации уровня парниковых газов требуется уменьшение их эмиссии на 60-80 % по всему миру. А это привело бы к тяжелейшему ущербу для современной мировой энергетики и потребовало бы расходов, нереальных для большинства современных государств. Поэтому вряд ли стоит сегодня драматизировать ситуацию, предрекая глобальную экономическую катастрофу при глобальном потеплении, вызванным ростом антропогенного воздействия. Тем более, что есть существенные основания сомневаться, что это потепление – результат антропогенного воздействия и что начавшийся цикл потепления не сменится в будущем очередным периодом похолодания.
Литература
1. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967
2. Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1976
3. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, М.: Наука, 1965
4. Биосфера: Сб./под ред. М.С. Гилярова. М.: Мир, 1972
5. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983
6. Каталог биосферы. М.: Мысль, 1991
7. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рандерс И. За пределами роста – М.: Прогресс Пангея, 1994
Лекция № 12
Тема: Изменение биосферы человеком
Цель: Рассмотреть самые негативные воздействия человека на биосферу
В процессе исторического развития человек постепенно терял связки с природой. На определенном этапе развития цивилизации человек начал активно превращать природу и ее влияние в окружающую среду рос с каждым столетием, пока не стал ведущим экологическим фактором. Эти проблемы поставили человечество на границу всеобъемлющего биосферного кризиса, который угрожает его существованию.
Человек и изменения биосферы. Современный человек сформировался по эволюционным меркам совсем недавно, не более 50 тыс. лет назад. Тем не менее, только одному единственному виду — человеку разумному, да ещё за исторически короткий период, удалось получить такую власть над процессами, происходящими на Земле. В наше время деятельность человека стала силой планетарного масштаба, одним из решающих факторов эволюции биосферы. В результате человек сумел так изменить среду своего обитания и жизнь на планете в целом, что поставил под угрозу факт своего существования как биологического вида и биосферы в её нынешнем виде. Особенно негативные изменения произошли за последние 100 лет — в период научно-технической революции. Они привели к изменению климата, загрязнению среды обитания, нарушению состава атмосферы, вымиранию сотен видов и поставили на грань существования ещё тысячи и тысячи видов организмов.
Вымирания организмов, обитающих на Земле, достаточно часто случались и в прошлом. Крупнейшей катастрофой биосферы считается Великое пермское вымирание, которое произошло примерно 251,4 млн лет назад. По данным палеонтологов тогда вымерло 96 % всех морских видов животных, 70 % наземных видов позвоночных и 83 % насекомых. Причинами катастрофы, вероятнее всего, были изменения газового состава атмосферы, резкое увеличение сухости климата, подъём уровня моря, а также изменения океанических течений. Симптоматично, что похожие нарушения наблюдаются и в современной биосфере и возникли они в результате деятельности человека.
Существует несколько проблемных точек взаимоотношений человека и биосферы. Каждая из них может стать причиной серьёзных катаклизмов биосферного характера.
Проблема ограниченности природных ресурсов и всё возрастающих потребностей человека. Как и любой биологический вид, человек не может жить без источников вещества и энергии, обеспечивающих его жизнедеятельность и промышленное производство необходимыми материалами. Такими источниками главным образом выступают природные ресурсы Земли и биосферы. Их можно разделить на две группы: абиотические ресурсы неживой природы и биотические — ресурсы живой природы.
Наиболее важны для человека абиотические ресурсы — излучение Солнца, нагревающее Землю и необходимое для фотосинтеза, пресная вода, чистый воздух, почва, полезные ископаемые, служащие для производства и получения энергии. С каждым годом человек использует всё больше минеральных ресурсов (полезных ископаемых), осваивает всё большую часть планеты. Это достигается благодаря новым технологиям, открывающим всё новые области применения чёрных и цветных металлов, различного неметаллического сырья. В результате расширяется разработка руд, увеличивается добыча нефти и газа, в том числе и со дна моря.
Одни абиотические ресурсы возобновляемы, например солнечная радиация, энергия ветра и морских приливов. Другие можно исчерпать только теоретически — кислород в атмосфере, а пресную воду на суше. Третья категория ресурсов однозначно относится к исчерпаемым: почва, минеральные ресурсы и полезные ископаемые. Если потерю многих минеральных ресурсов можно компенсировать (железо можно заменить деревом или полимерными материалами), то кислород и пресная вода — незаменимы. Очевидно, человечеству следует создавать производство, которое не поглощало бы безвозвратно абиотические ресурсы, превращая какую-то их часть в отходы, а использовало бы последние, подобно тому, как это происходит в круговороте вещества в биосфере.
Биотические ресурсы (животный и растительный мир), которые являются пищевой базой человека, считают возобновляемыми. Действительно, растения и животные размножаются, а потому, если какой-то их частью разумно пользоваться, то через определенный период времени они смогут полностью восстановиться. Но не всё так просто. Прежде всего, следует чётко знать, сколько можно взять, чтобы всё это потом восстановилось. Кроме того, необходимо исключить браконьерство — не разрешённую законом добычу и охоту. И самое главное: всякое изъятие -- это разрушение природной среды обитания, в результате которого изменяются условия существования, а потому восстановление популяций животных и растений после интенсивного промысла, вырубки леса, распашки лугов или степей, зарегулирования рек может оказаться процессом очень долгим и не всегда успешным.
Особую проблему представляет противоречие между необходимостью расширять производство, с каждым годом увеличивая материальные блага ,и тем, что ресурсов на Земле становится меньше. Очевидно, необходимы принципиально новые решения, связанные с построением экологически чистого производства. Кроме того, чтобы избежать безвозвратных потерь природных ресурсов, необходимы новые исследования по биологии, прежде всего экологии, зоологии и ботанике.
Самые негативные воздействия человека на биосферу. Загрязнение воздуха. Основной причиной загрязнения атмосферы является сжигание топлива и выбросы тяжёлой промышленности. В XIX ст. все поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля полностью усваивались растительностью. В настоящее время растения всей Земли с этой задачей не справляются. Более того, с каждым годом из-за вырубки лесов, прежде всего тропических, из-за того, что биомасса продуцентов с каждым годом уменьшается, растительность перестаёт справляться с огромным количеством постоянно накапливающегося углекислого газа. Около половины диоксида углерода, образующегося при сгорании топлива, в настоящее время поглощают океан и зелёные растения, другая же половина остаётся в атмосфере.
В результате состав атмосферы постоянно изменяется. И всё больше в ней содержится продуктов сгорания, прежде всего углекислого газа. В результате сжигания топлива в атмосферу ежегодно поступают миллиарды тонн СО.,. По подсчётам учёных, за последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере увеличилось более чем на 10 %. В результате того, что накопившийся в атмосфере диоксид углерода мешает тепловому излучению Земли, возник парниковый эффект, при котором из года в год растёт средняя температура на поверхности Земли. Это приводит к таянию ледников и засушиванию климата.
Взвешенные в воздухе жидкие и твёрдые частицы (пыль), рассеивая световые лучи, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Сейчас характерным явлением всех мегаполисов стал смог (от англ. smoky fog — дымовой туман) — смесь из тумана, пыли и дыма. Из-за смога только в городах солнечная радиация уменьшилась на 15 %, а ультрафиолетовое излучение — на 30 %.
Загрязнение пресных вод. Больше всего пресной воды расходуется на орошение. Огромное её количество использует промышленность, меньшая её часть идёт непосредственно на удовлетворение физиологических нужд населения. С каждым годом потребности в пресной воде возрастают. При этом всё более опасным становится неравномерное распределение ресурсов пресной воды на Земле.
Загрязнение пресных вод вызывает не только сброс в реки отходов производства, но и смыв с полей пестицидов и минеральных удобрений. В результате этого гибнут многие водные организмы, прежде всего моллюски, раки, рыба, повышается концентрация в воде макро- и микроэлементов. Последнее приводит к «цветению» водоёмов — вспышкам численности цианобактерий в жаркий период, что делает воду прудов, рек и водохранилищ непригодной не только для питья, но и для обитания животных.
Проблема пресной воды особенно актуальна для Казахстана. Пресная вода — один из самых дефицитных природных ресурсов нашей страны. Согласно расчётам ООН достаточной считается величина 10000—15000 кубических метров. Именно поэтому промышленные и коммунальные предприятия пропускают воды больше, чем её вообще есть на территории страны. Этот парадокс значит, что та же самая вода используется в промышленности неоднократно.
Деградация почвы. Плодородный слой почвы формируется столетиями, тогда как разрушить его можно за несколько лет. Причиной деградации почвы, прежде всего, является её истощение. Каждый год вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора — главных компонентов питания растений. Если почву не пополнять соединениями азота, то запас плодородия может быть исчерпан за 50—100 лет. Однако поэтому земледелие предполагает внесение в почву органических и минеральных удобрений. Даже при правильном внесении только 40—50 % их используется растениями. Остальная часть улетучивается в атмосферу или вымывается из почвы, что опять же приводит к загрязнению и «цветению» водоёмов.
Ещё одним фактором деградации почвы является эрозия (от лат. erozio — разъедание) — разрушение и снос почвенного покрова потоками воды или ветром. Эрозия возникает вследствие распашки, особенно проведенной не по правилам. Талые и дождевые воды ежегодно уносят с полей в реки и моря миллионы тонн почвы. Если размыву ничто не препятствует, мелкие промоины превращаются в более глубокие, а те — в овраги.
Снижение биологического разнообразия. Под биологическим разнообразием обычно понимают всю совокупность "видов живых организмов, обитающих в целом на планете Земля или на какой-то определённой её части. Производственная деятельность человека и непосредственное истребление многих видов, которые были пищевыми объектами, однозначно приводят к снижению численности и биологического разнообразия, вымиранию видов животных и растений, а это чревато отрицательными последствиями для биосферы. Каждый вид организмов занимает определённую экологическую нишу, имеет своё место в биосфере. Его исчезновение не проходит для экосистем бесследно, так как ведёт к упрощению трофической цепи, уменьшает стабильность экосистем.
За последние два столетия с лица Земли исчезло несколько сотен видов животных. Прежде всего, это виды млекопитающих: их вымерло уже более 100 видов), птиц и рептилий. Под реальной угрозой существование ещё 2 тыс. видов животных.
Сейчас стало совершенно очевидным, что очень многие виды, особенно ценные промысловые, в изменившихся условиях никогда не восстановят свою прежнюю численность.
Сохранению животного и растительного мира способствует организация систем заповедников и заказников, которые должны образовывать экологическую сеть по всей территории страны. Заповедники охраняют в нетронутом виде популяции и сообщества организмов, служат базой для одомашнивания диких животных, обладающих ценными хозяйственными свойствами.
Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов.
Охрана природы — это комплекс последовательно осуществляемых государственных мероприятий, включающих поиск новых научных решений, расширение имеющихся знаний.
Государственные мероприятия — это, прежде всего, различные законы и законодательные акты, которые должны неукоснительно выполняться правительством, административными органами и местным самоуправлением. На практике сначала нужно перейти к рациональному использованию природных ресурсов, к экологически обоснованному использованию недр земли, водных ресурсов, растительного и животного мира. Необходимо сделать ряд неотложных шагов для сохранения в чистоте воздуха и воды. Можно выделить два стратегических направления. Первое — научиться обеспечивать энергетические потребности человечества из возобновляемых источников, не разрушая среду обитания. Такими источниками могут быть энергия ветров, использование биологического топлива и искусственный фотосинтез. Второе направление — создание безотходного производства, поскольку отходы в любой их форме неизбежно будут загрязнять окружающую среду.
В настоящее время человечество стало мощным экологическим фактором, влияющим на биосферу. За короткий период времени (100—200 лет) хозяйственная деятельность человека привела к изменениям планетарного масштаба. Их последствия в будущем могут иметь катастрофический характер, привести к массовым вымираниям представителей флоры и фауны, разрушению существующей цивилизации и поставить под сомнение возможность выживания человека как биологического вида.
Литература
1. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967
2. Вернадский В.И. Живое вещество. М.: Наука, 1976
3. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения, М.: Наука, 1965
4. Биосфера: Сб./под ред. М.С. Гилярова. М.: Мир, 1972
5. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М.: Наука, 1983
6. Каталог биосферы. М.: Мысль, 1991
7. Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Рандерс И. За пределами роста – М.: Прогресс Пангея, 1994