10% Составляют потери на отражение;
50% Расходуется на испарение воды;
40% Улавливается живыми организмами.
Только около 1% солнечной энергии улавливается растениями и превращается в живое вещество биосферы, которое является пищей для всех биосистем. Таким образом, состояние биосферы и процессы материально-энергетического обмена чувствительны к антропогенным воздействиям:
приток солнечной энергии к биосистемам и механизм фотосинтеза существенно зависят от чистоты атмосферы (наличия механических и химических примесей, пылей и газов);
круговороты химических элементов и веществ подвержены воздействию на всех стадиях преобразования.
98% массы живого вещества состоит из кислорода О (70%), углерода С (18%), водорода Н (10%).Большая часть О и Н входит в состав воды. 10 других элементов вместе составляют 1,5% (азот N, натрий Nа, магний Mg, кремний Si, фосфор Р, сера S, калий К, кальций Са, железо Fe, хлор Cl). Среди них выделяются так называемые “лимитирующие элементы”. При их недостатке или отсутствии ограничивается или прекращается рост живого вещества. Этот эффект подчиняется закону или принципу минимума Ю. Либиха- выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологический потребностей, т.е. жизненные возможности лимитируют экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму; дальнейшее их снижение ведет к гибели организма или деструкции экосистемы.
Таким образом, в соответствии с принципом минимума Либиха скорость роста живого вещества определяется не всеми элементами, а только тем из них, который находится в наибольшем относительном дефиците, т.е. в экологическом минимуме. В наибольшей степени к лимитирующим элементам относится фосфор Р.
Круговорот Р относится к осадочным круговоротам. Содержание Р в земной коре не превышает 1%. Основными источниками неорганического Р являются изверженные или осадочные породы.
Круговорот Р в природе несовершенен. На суше он протекает при минимуме потерь.
Рис.2. Круговорот фосфора на суше
В водоемах происходят значительные потери Р. Это связано с тем, что на дне водоемов осаждаются и накапливаются отмершие организмы. Вследствие недостатка кислорода процесс разложения замедлен и минерализованный Р находится в осадке в виде нерастворимых соединений, содержащих фосфор и недоступных для усвоения водными организмами.
Рис.3. Круговорот фосфора Р в воде
Ежегодный вынос фосфора в Мировой океан составляет 1,4107 т, скорость обратного процесса переноса птицами и с продуктами рыбного промысла составляет 105 т в год. Поскольку запасы фосфора малы и круговорот его чувствителен к воздействию техногенных факторов среды, то их неблагоприятные изменения могут привести к серьезным и необратимым последствиям.
2.2. Преобразование биосферы Основными причинами преобразования и разрушения биосферы являются:
демографический взрыв;
урбанизация населения;
НТП, рост потребления энергии, промышленной продукции и использования транспорта;
интенсификация с/х производства на основе химизации и мелиорации;
экологически нерациональное ведение хозяйственной деятельности, ошибки планирования;
аварии, катастрофы, военные учения, испытания, войны.
Демографический взрыв. За тысячу лет до новой эры на Земле было около 10 млн. людей, в 1900 г. - 1,7 млрд., в 2000 г. - 6,25 млрд.. Население Земли удваивалось в периоды: с 1650 по 1850 г. (200 лет), с 1850 по 1950 г. (100 лет), с 1950 по 1975 г. (25 лет). В настоящее время на Земле проживают 6,4 млрд. человек.
Демографический взрыв происходит из-за увеличения средней рождаемости и продолжительности жизни.
Увеличению продолжительности жизни и соответственно среднего возраста населения способствует повышение ее комфортности. По данным «Международной исторической статистики 1750- 1980г.г.» эти процессы имеют следующую тенденцию по годам:
Годы |
1900 |
1995 |
2025 |
2200 |
Средняя продолжительность жизни в мире |
36,2 |
64,5 |
72,5 |
84,9 |
Средний возраст населения Земли |
15 |
25 |
31 |
43 |
Примечание. Продолжительность жизни москвичей сейчас составляет 68,2 года (у мужчин- 62,8 года, у женщин- 73,4 года)
Однако в странах с высоким уровнем жизни рождаемость снижается, например, согласно теории депопуляции в 2006 году Япония войдет в период отрицательного прироста населения и через 50 лет население сократится на 20 млн.человек. Но сокращение прироста в развитых странах компенсируется одновременным существенным увеличением рождаемости в менее развитых странах, особенно Азии и Африки.
По оценкам экспертов ООН, примерно половина ежегодного прироста населения планеты приходится на шесть стран: Индию, Китай, Пакистан, Нигерию, Бангладеш и Индонезию. Прирост населения, например, Индии в настоящее время составляет 1,5 млн. человек в месяц и при такой тенденции к 2045 году по численности она перегонит Китай. 5 января 2005 года в Китае численность населения составила 1,3 млрд. чел. Она могла бы быть больше, но рост был ограничен государственной программой «Одна семья – один ребенок».
Страны с самым большим населением |
|
Китай |
1,298 млрд. |
Индия США |
1.065 млрд. 293 млн. |
Индонезия Бразилия |
238. 4 млн. 184,1 млн. |
Пакистан Россия |
159.1 млн. 143.7 млн. |
Бангладеш |
141.3 млн. |
Ученые установили, что для здорового существования на 1 человека должно приходиться 1 га нетронутой природы, т.е. на Земле должно жить не более 5 млрд. человек. По оптимистическим прогнозам (при стабилизации) численность человечества должна остановиться на 10 млрд. чел., что будет соответствовать достаточно полному удовлетворению потребностей человека и нормальному развитию общества.
Урбанизация. Этот процесс носит объективный характер. Он связан с развитием и ростом городов. Увеличивается удельный вес городского населения, сельская местность приобретает социальные и другие черты, характерные для техносферы, повышается роль городов в развитии общества.
По данным ООН в городах мира проживали или проживают в настоящее время: 1,7% населения (в 1880 г.), 50% (в 1984 г.) и 85% (в 2000 г.).
Население наиболее крупных мегаполисов в 2000 г. (млн. чел.) |
|
Мехико Токио Сан-Паулу Калькутта Сеул Нью-Йорк Бомбей Каир, Джакарта, Карачи Москва |
31 28 25 20 19 16,6 16,8 16 9,5...10 |
Концентрация производства приводит к росту техногенного воздействия как на среду, так и на человека, поэтому для урбанизированных территорий характерен высокий уровень различных видов загрязнения и наличие специфических заболеваний (от стрессов, шума, энергетического воздействия и т.п.)
НТП и рост энергетических и других потребностей. Потребление материальных и энергетических ресурсов идет более высокими темпами, чем растет численность населения, т.е. происходит увеличение среднего потребления на душу населения. В первую очередь это связано с большими непроизводительными военными расходами. После второй Мировой войны на вооружение в мире уже израсходовано более 6 трлн. дол. Военная промышленность стимулирует развитие техники и рост промышленного и энергетического производства.
Во многих странах развитие энергетики достигается за счет все большего использования тепловых электрических станций ТЭС, сжигающих уголь, мазут и природный газ. Выбросы ТЭС весьма губительны для биосферы.
Каждые 12-15 лет объем промышленного производства возрастает в два раза и, соответственно, происходит удвоение выбросов в биосферу загрязняющих веществ. Загрязнение биосферы происходит также из-за массового использования двигателей внутреннего сгорания. Например, с 1960 до 1990 г. численность автомобильного парка в мире возросла со 120 до 429 млн. автомобилей.
В производство уже вовлечено 90 из 104 элементов периодического закона. В окружающей среде накопилось около 50 тыс. видов химических соединений, которые не могут быть преобразованы естественным путем в элементы круговоротов (это отходы пластмасс, пленок, изоляции и т.п.).
Интенсификация с/х производства. За год в почву вносится более 35 млн. тонн удобрений, что оказывает основное воздействие на среду. Применение удобрений необходимо, т.к. с урожаем из почвы уносится огромное количество питательных веществ. Наиболее сильно истощают почву зерновые и картофель. Так, при мировом валовом сборе зерновых, равном ~1 млрд. т, из почвы выносится 33 млн. т азота. Отрицательные последствия связаны также с использованием пестицидов. Мировой ассортимент насчитывает более 100 тыс. препаратов. К ним относятся:
аракциды против клещей;
альгициды от водорослей;
арборициды от нежелательной древесной растительности;
бактерициды против микробов;
гербициды от сорных трав;
инсектициды от насекомых;
фунгициды от грибковых заболеваний;
десиканты для подсушивания растений на корню и ускорения созревания.
Ежегодно на поля поступает более 4 млн. т пестицидов. Эти вещества опасны для человека - от прямого отравления пестицидами за год в мире погибает до 10 тысяч человек.
Стойкие ядохимикаты этой группы включаются в природные круговороты. С атмосферными потоками они разносятся на большие расстояния. Например, в Антарктиде в ледяном панцире накоплено более 2000 т ДДТ.
К этим причинам разрушения биосферы добавляются естественные (природные). Основной из них является эрозия почв. Из-за ветровой и водной эрозии, засоления и других причин в мире ежегодно теряется 5...7 млн. га пашен. За последнее столетие из оборота выведено 2 млрд. га плодородных земель.