А. В. Гаврилов «Биосфера. Проблемы использования природных ресурсов. Экологические законы». Лекция № 2.

Вопросы: Состав атмосферы. Состав и границы биосферы. Круговорот веществ в природе. Пищевые цепи. Устойчивость экосистем. Эколого-экономические проблемы использования природных ресурсов. Источники и экологические последствия загрязнения атмосферы. Основные загрязнители атмосферы. Нормирование качества атмосферного воздуха. Экологические последствия загрязнения атмосферы. Возможное потепление климата («парниковый эффект». Нарушение озонового слоя. Кислотные дожди. Водные, земельные, лесные, минеральные и рекреационные ресурсы. Экологические Законы. Экологическая сукцессия. Эвтрофикация.

1. Биосфера — глобальная экосистема земли

Биосфера (экосфера) — область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу (от греч. Нуdõr — вода) и верхнюю часть литосферы (земной коры) (от греч. lithos— камень). Это область существования живых организмов. Впервые понятие «биосфера» ввел в язык науки в 1875 году австрийский геолог Э.Зюсс. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказались настолько велики, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании — учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский, который полвека спустя (1926) создал учение о биосфере как планетарном сообществе живых организмов. В биосфере живые организмы, или живое вещество — биота, и среда их обитания находятся в нерасторжимом органическом взаимодействии, составляя динамическое целое. Биосфера существует прежде всего благодаря этому динамическому равновесию в ней между биотой и косной, неживой материей. Между ними существует динамическое равенство притока и оттока энергии. Это держит биосферу в качественно устойчивом состоянии, а различные изменения в ней являются закономерными сукцессиями для какого-либо географического места или какого-либо геологического времени, не колеблющими ее равновесие.

В биоте животворящая роль принадлежит растениям. Благодаря фотосинтезу они из абиотического, неживого вещества — углекислого газа, воды и минеральных растворов в почве создают с помощью энергии солнечного излучения живое вещество своего организма, то есть выводят органическое из неорганического, живое — из мертвого. Колоссальное количество солнечной энергии, взятое растениями для своей жизни, не пропадает, а передается другим организмам через питание или идет на образование кислорода, непрерывно обогащающего атмосферу. Благодаря бактериям одновременно с фотосинтезом в биосфере идет разложение, распад органических веществ и превращение их в минеральные соединения, углерод, азот, обогащающие почву; углекислый газ, уходящий в атмосферу, а все это — составляющие для нового, непрерывно появляющегося живого вещества. Круговорот веществ в биосфере идет с совершенно невообразимой интенсивностью. Для жизни в этом могучем движении главными являются кислород, углерод и азот.

Биота - живое вещество биосферы — в свою очередь, неустанно влияет на се абиотические составляющие — атмосферу, гидросферу и литосферу. Она обогащает их. Установлено, например, что большая часть углекислого газа и кислорода в атмосфере и гидросфере биогенного (от живых организмов) происхождения.

За один год на Земле образуется до 175 млрд. тонн углерода. При усвоении растениями одной тонны углерода в ходе поглощения ими углекислого газа в атмосферу выделяется 2,7 тонны чистого кислорода. Живые организмы накапливают и перемещают в воде, донных осадках и почве углерод, кислород, кальций, фосфор, серу, йод, железо, марганец и многие другие элементы. Живые организмы, вымирая, образуют многие полезные ископаемые: уголь, нефть, горючий газ, яшмы, известняки, мел, фосфориты, торф и др.

Взаимодействие живых организмов и их среды образует экосистемы разного масштаба:

микроэкосистемы — например, ствол гниющего дерева; мезоэкосистемы (от греч. теsos - средний) — лес, озеро и т.п. макроэкосистемы — океан, континент и т. п., а в целом — единую глобальную экосистему — биосферу.

Биота меняет химический состав атмосферы. Прежде эти изменения происходили за миллионы лет, теперь — несоизмеримо быстрее. Вернадский считал научную мысль социального существа — человека новой геологической силой, придавшей иной характер и темп эволюции биосферы. Лик нашей планеты за одно только наше столетие удивительно изменился. Человек действует сознательно или бессознательно, но чаще не заботясь о последствиях, — меняется физически и химически воздух, вода, почва, верхняя часть земной коры, рельеф земли и многое-многое другое. Более того, прибегая к «чудесам» изобретенной им «генной инженерии», он выводит, не останавливаясь, все новые и новые породы животных и разновидности растений. Человек становится главной эволюционной силой в биосфере. И куда пойдет эволюция — во вред или на пользу всему живому на Земле — это зависит теперь только от разума и воли человечества.

По новейшим данным, масса Земли составляет 6 ^. 10²¹ т, объем — 1,083 ^.10¹² км³, площадь поверхности — 510,2 млн км². Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) — внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним — литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли — биосфера.

Литосфера (греч. «литос» — камень) — каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы). Земная кора сложена горными породами. Доля различных горных пород в земной коре неодинакова — более 70% приходится на базальты, граниты и другие магматические породы, около 17% — на преобразованные давлением и высокой температурой породы и лишь чуть больше 12% — на осадочные.

Земная кора — важнейший ресурс для человечества. Она содержит горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, горючие сланцы), рудные (железо, алюминий, медь, олово и др.) и нерудные (фосфориты, апатиты и др.) полезные ископаемые, естественные строительные материалы (известняки, пески, гравий и др.).

Гидросфера (греч. «гидор» — вода) — водная оболочка Земли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную.

Поверхностная гидросфера — водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды постоянно или временно располагаются на земной поверхности и носят название поверхностных. Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8%.

Подземная гидросфера — включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры. По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан (табл.). На долю подземных вод приходится 23,4 млн км³, или 1,69% от общего объема гидросферы, остальное — воды рек, озер и ледников.

Таблица. Распределение вод на Земле

	Площадь	Объем воды,	Доля от общих
Части гидросферы	распространения,	тыс. км3	мировых запасов
	тыс. км2		воды, %
Мировой океан	361 300	1 138500	96,53
Ледники и снега	16227	24064	1,74
(полярные и горные области)
Подземные воды	134 800	23400	1,69
Подземные льды в зоне
вечной мерзлоты	21000	300	0,023
Озера	2058	176	0,014
Почвенная влага	82000	16,5	0,001
Пары атмосферы	510000	12,9	0,001
Болота	2682	11,4	0,0007
Речные воды	148 800	2,1	0,0002

Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на Земле равен 28,25 млн км³, или около 2% общего объема гидросферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится 4,2 млн км³ воды, или всего лишь 0,3% объема гидросферы.

Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет и на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой, и т. д.).

Атмосфера (греч. «атмос» — пар) — газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Общая масса атмосферы — 5,15 ^. 10¹⁵ т. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20—25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Атмосфера физически, химически и механически воздействует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги.

Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Атмосфера поддерживает различные формы жизни на Земле.

В формировании природной среды Земли велика роль тропосферы (нижний слой атмосферы до высоты 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах) и в меньшей степени стратосферы, области холодного разреженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км. Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее выбрасывается вулканическая пыль, а в прошлом и продукты ядерных взрывов в атмосфере.