Раздел 3. Экологические проблемы использования и охраны природных ресурсов

Тема 3.1. Природные условия и природные ресурсы. Экологические проблемы землепользования

Экологические системы состоят из следующих компонентов:

- энергии;

- атмосферы;

- гидросферы;

- почвы;

- информации.

Энергия

Фундаментальные законы превращения энергии исследует термодинамика, а преобразование энергии в экологических системах — биоэнергетика.. Биоэнергетика, как научная дисциплина, исследует энергетические процессы в клетках, особях, экосистемах и т. д. Источником первичной энергии для экосистем и биогеоценозов является лучистая и корпускулярная энергия, приходящая от Солнца и падающая на горизонтальную поверхность Земли со средней интенсивностью 8,165 Дж/см² в минуту.

Атмосфера Земли

Атмосфера Земли (от греч. atmos — пар и sphaira — шар) — это газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Масса атмосферы составляет (5,15—5,9) 10¹⁵ тонн. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества.

Атмосфера как компонент биогеоценоза представляет собой слой воздуха в подпочве, почве и над ее поверхностью, в пределах которого наблюдается взаимное влияние компонентов биогеоценоза.

Считается, что современная атмосфера имеет вторичное происхождение и образовалась из газов, выделенных твердой оболочкой Земли после сформирования планеты. В течение геологической истории Земли атмосфера претерпела значительную эволюцию под влиянием ряда факторов: улетучивания атмосферных газов в космическое пространство; выделения газов из Земли в результате вулканической деятельности; расщепления молекул под влиянием солнечного ультрафиолетового изучения; химических реакций между компонентами атмосферы и породами земной коры; захвата межпланетной среды.

Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, а также с деятельностью живых организмов. Атмосфера защищает поверхность Земли от разрушительного действия падающих метеоритов, большая часть которых сгорает при вхождении в плотные слои атмосферы.

Гидросфера является важнейшей составляющей живого вещества, без которой невозможна жизнь на нашей планете.

Вода как окись водорода H₂O является простейшим устойчивым в обычных условиях химическим соединением водорода с кислородом. Соотношение (по весу) составляет 11,11% водорода и 88,89% кислорода, молекулярная масса 18,0160. Вода — это бесцветная жидкость без запаха и вкуса.

Простейшую формулу H₂O имеет водяной пар (гидроль). Молекула жидкой воды состоит из объединения двух простых молекул (Н₂О)₂ (дигидроль) и льда — объединения трех простых молекул (Н₂О)_з (тригидроля).

Общее количество воды на планете оценивается в (1,5—2,5) 10²⁴ г (от 1,5 до 2,5 млрд. км³).

По выражению В. И. Вернадского, вода стоит особняком в истории нашей планеты, но воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли. Вода является одним из факторов формирования физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете, возникновения жизни на Земле.

Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов как сельскохозяйственного, так и промышленного производств. Она выступает то как сырье, то как теплоноситель, то как транспортная система, то как промежуточный этап производства, то как растворитель и почти всегда как среда, удаляющая отходы.

С полным на то основанием можно сказать, что наша планета является планетой воды, а не земли, так как более 3/4 ее занимают водные поверхности океанов, льдов на суше и на море, озер и болот на континентах, а над планетой плывут облака в виде скоплений парообразной воды. При углублении в толщу земной коры всегда обнаруживается вода. Она вездесуща и пронизывает все оболочки Земли, проникает в любые участки того пространства, где обитает человек и все живое. Вода наполняет растения и животных, человек тоже на 70% состоит из воды. Все водные объекты на поверхности планеты связаны между собой и образуют оболочку, называемую гидросферой.

В гидросфере существуют устойчивые структуры, которые противостоят различным антропогенным воздействиям, например возрастанию концентраций углекислого газа в атмосфере от сжигания органических топлив. Поэтому первостепенным экологическим требованием при взаимодействиях в системе "человек — природа" должно быть сохранение гидросферы, как и любого другого экологического компонента экосистем, в устойчивом равновесии.

Почва — это особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, которыми она отличается от материнской (почвообразующей) породы. Она состоит из генетически связанных горизонтов, возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воз духа и организмов. Плодородие почвы, то есть способность обеспечивать растения водой и пищей, позволяет ей участвовать в воспроизведении биомассы. В состав твердой части почвы входит органическое вещество, состоящее из соединений растительного, животного и микробного происхождения, содержащих клетчатку, лигнин, белки, сахара, смолы, жиры, дубильные вещества и т. п. и промежуточные продукты их разложения. Органическое вещество на 80 — 90% представлено сложным комплексом из гумусовых веществ или гумуса (перегноя), образующегося в результате биохимического превращения растительных и животных остатков. В гумусе содержатся основные элементы питания растений. Например, при разложении микроорганизмами органических веществ в почве содержащийся в них азот переходит в доступные формы для растений и является основным источником азотного питания растительных организмов. Органо-минеральные соединения представлены солями, глинисто-гумусовыми комплексами, комплексными и внутрикомплексными соединениями гумусовых кислот с рядом элементов (в их числе AL и Fe). Именно в этих формах последние перемещаются в почвах.

Жидкая часть — почвенный раствор является активным компонентом почвы, который осуществляет перенос веществ внутри нее, вынос из почвы и снабжение растений водой и растворенными элементами питания. Обычно он содержит ионы, молекулы, коллоиды и более крупные частицы, превращаясь иногда в суспензию.

Газообразная часть, или почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Количество и состав почвенного воздуха, в который входят N₂, O₂, СО₂. летучие органические соединения и прочие, не постоянны и определяются характером множества протекающих в почвах химических, биохимических, биологических процессов.

Совокупность различных групп микроорганизмов, для которых естественной средой обитания служит почва, называется почвенными микроорганизмами. Почвенные микроорганизмы играют важную роль в почвообразовании, формировании плодородия почвы и в круговороте веществ в природе. Почвенные микроорганизмы могут развиваться не только непосредственно в почве, но и в разлагающихся растительных ос татках. В почве встречаются также некоторые болезнетворные микробы, водные микроорганизмы и другие, которые случайно попадают в почву, например, с трупами, из желудочно-кишечного тракта животных и человека, с поливной водой, со сбросными водами и отходами различных производств. Но они, как правило, быстро погибают в почве. Однако некоторые из них сохраняются в почве длительное время, например сибиреязвенные бациллы, возбудители столбняка и др., и могут служить источниками инфекции для растений, животных и человека.

По общей массе почвенные микроорганизмы составляют большую часть микроорганизмов нашей планеты: в 1 г чернозема их содержится до 10 млрд. или до 10 т/га. Почвенные микроорганизмы представлены прокариотами (бактерии, актиномицеты, сине-зеленые водоросли) и эукариотами (грибы, микроскопические водоросли, простейшие).

Почвенные микроорганизмы очень разнообразны по своим свойствам и функциям. Среди них есть гетеротрофы и автотрофы, аэробы и анаэробы. Резко различаются почвенные микроорганизмы по оптимуму рН, отношению к температуре, осмотическому давлению, используемым источникам органических и неорганических веществ. Многие почвенные микроорганизмы, несмотря на различные, а иногда и прямо противоположные потребности, развиваются в одной и той же почве, состоящей из множества резко различающихся микросред. Изменение числа почвенных микроорганизмов существенно зависит от времени года, уровня слоя в почве и др. факторов.

Обработка почвы, внесение удобрений, изменение водных режимов почвы также существенным образом влияют на число почвенных микро организмов, приводя как к их увеличению, так и уничтожению.

Важнейшая планетарная функция, которую выполняют почвенные микроорганизмы, состоит в круговороте веществ, в том числе в процессе ' превращения важнейших биогенных элементов O, C, N, P, S, Fe и др. Почвенные микроорганизмы способны разрушать все природные органические соединения, а также ряд непригодных органических соединений.

Информацией называется совокупность сведений, данных, знаний. В экологическом же аспекте под информацией, как экологическом компоненте экосистемы, понимается энергетически слабое воздействие, которое воспринимается организмом как закодированное сообщение о возможности многократно более мощных влияний на него со стороны других организмов или факторов среды и вызывающее его ответную реакцию.

Информация выступает и как один из важнейших видов природных ресурсов и одновременно общественных достояний, поскольку все развитие человечества —результат освоения и переработки информации, получаемой из окружающей среды и накапливаемой обществом.

Информация, содержащая совокупность данных о количественном, качественном и динамическом (прошлом, настоящем и будущем) состоянии природных ресурсов и систем, их взаимосвязи, о потребности для существующей, а также прогнозируемой формы хозяйства, развития культуры и жизни человечества, является ключевым компонентом гармоничного развития человека на Земле в рамках природопользования. Но для правильного использования ее необходимо моделирование экосистем и всевозможных экологических ситуаций, которые могут возникнуть на Земле в результате взаимодействий в системе "человек — природа".. Здесь неизбежно при исследовании сложных объектов, явлений и процессов проводить упрощенное их имитирование (натурное, математическое, логическое). В связи с особенностями необходимой информации в природопользовании ее объем очень велик. Они превышает по количеству бит экономическую и техническую информацию, а объем базы и банка данных для целей природопользования чрезвычайно ёмок в глобальных масштабах.

Природные ресурсы (Прыродныя рэсурсы) - компонента природы, которые при данном уровне развития производительных сил используются или могут быть использованы как средства производства н предметы потребления. П.р. имеют двойственный характер. По своей материальной форме это вещества и силы природы, генезис, качество н размещение которых обусловлены природными закономерностями; по своему экономическому содержанию это потребительные стоимости, ценность которых определяется уровнем изученности, технической возможностью, экономической и социальной целесообразностью использования. По принадлежности к определенным компонентам природы выделяют отдельные группы и виды природных ресурсов: биологические, земельные, водные, климатические, минеральные и др. В связи с проблемой ограниченности запасов П.р. возрастает значение их классификации по признаку исчерпаемости: исчерпаемые, в том числе возобновляемые (биологические, земельные, водные) и невозобновляемые (минеральные), и неисчерпаемые (климатические, энергия бегущей воды, внутриземное тепло) П.р. Кроме того, П.р, классифицируют по ведущим признакам и характеру использования в производстве (промышленные ресурсы, сельскохозяйственные, энергетические, топливные, строительного сырья и др.) и непроизводственной сфере (рекреационные, заповедные, ландшафтно-курортные, оздоровительные и др.). Распределение П.р. по территории отличается, как правило, чрезвычайно большой неравномерностью, что в значительной степени определяет территориальное разделение труда и хозяйственную специализацию тех или иных районов.