6. К основным мерам по защите почвы от воздействий являются:

- борьба с ветровой и водной эрозией полезащитные полосы, насаждение деревьев и кустарников (ветроломы) устойчивых к засухе растений (орех, миндаль, фисташка, боярышник, вишня, персик, абрикос, инжир, акация и др.): лесозащитные полосы-хвойные: сосна, ель, можжевельник: водозадержание и усиление водопоглашения на полях(органическое удобрение, правильный севооборот и др.);

- борьба с пылеобразованием на автомобильных дорогах и аэродромах, предприятиях;

- снижение и исключение загрязнений почв и водоемов всеми направлениями деятельности человека (при загрязнениях почв выше предельно допустимых концентраций необходимо проведение известкования почв; снятие слоя почв при заражении радионуклидами; рекультивация земель и т.д.) Для почв селитебных (зон проживания людей), например, содержание нефтепродуктов не должно превышать более 180мг/кг почвы, в противном случае необходимо снятие слоя почвы);

- рекультивация земель, сохранение верхнего слоя при строительстве любых объектов жизнеобеспечения людей (техническая, биологическая рекультивация);

На рис.14.12. представлены наиболее распространенные способы защиты земель от ветровой эрозии, которые состоят из следующих:

- применение щадящих агротехнических технологий;

- закрепление поверхностей;

- уменьшение скорости ветра у поверхности земли путем сохранения стерни, применения полезащитных севооборотов.

Основные способы защиты земель от ветровой эрозии

Применение шадящих агротехнических технологий

Закрепление поверхностей

Уменьшение скорости ветра у поверхности земли

Безотвальная обработка почвы

Посев многолетних трав

Выращивание полезащитных лесных полос

Сохранение стерни

Выращивание кустарника

Полосовой посев сельскохозяйственных культур

Полезащитные севообороты

Накопление влаги и дополнительное увлажнение

Кулисный посев высокостебельных сельскохозяйственных культур

Обработка поверхностей искусственными закрепляющими материалами

Ограничение или запрет выпаса скота

Ландшафты, почвы которых подвержены ветровой эрозии, защищают с помощью ветрозащитных лесных насаждений. Ветрозащитные лесные насаждения, уменьшают в приземном слое скорость ветра, чем обеспечивают защиту почвы. Также за счет ослабления ветра улучшается водный режим почвы, снижаются потери влаги.

Противоэрозионные мероприятия, способствующие уменьшению техногенной нагрузки, воздействующей на водные объекты, включают работы по закреплению поверхности водосбора, направленные на предотвращение образования эрозийных процессов при использовании земельных угодий; по защите эрозионно-опасных водосборных территорий от дальнейшего развития эрозионных процессов. Структурная схема системы мероприятий, выполняемых при защите земель от водной эрозии на рис.14.13.

Система мероприятий по защите водосборных территорий от водной эрозии и образования оврагов

Мероприятия, выполняемые на водосборе в процессе эксплуатации сельскохозяйственных угодий

Мероприятия, Выполняемые в целях защиты водосборных территорий от развития эрозионных процессов

Противоэрозионная организация территорий

Устройство противоэрозионных лесных насаждений

Агротехнические противоэрозионные мероприятия

Строительство противоэрозионных гидротехнических сооружений

Лугомелиротивные противоэрозионные мероприятия

Возведение донных и русловых гидротехнических сооружений в оврагах

Природоохранные мероприятия по защите почвы от водной эрозии заключаются в противоэрозионной организации проведении агротехнических и лугомелиоративных приемов землепользования.

Противоэрозионная организация территории включает:

- размещение всех объектов земле пользования, сельхозпроизводства, инженерных сооружений и коммуникаций с учетом требований максимальной защиты территорий от эрозии;

- ограничение и исключение применения технических средств по выполнению технологических приемов, способствующих разрушению незащищенной поверхности земли, растительного покрова и почвы;

- сохранение в естественно закрепленном состоянии эрозионно - опасных площадей и участков;

- ограничение в использовании отдельных эрозионно - опасных площадей и участков под пастбища, интенсивные сенокосы, лесозаготовки и введение запрета на сводку леса;

- создание условий для естественного закрепления и восстановления площадей, разрушаемых эрозией;

- выполнение системы мероприятий по защите и восстановлению земель, подвергшихся эрозийному разрушению.

Агротехнических приемы защиты территорий от эрозии основаны на использовании специальных технологий обработки почв создании микрорельефа, способствующих уменьшению поверхностного стока за счет задержания и равномерного перераспределения его на водосборной площади, ускорения впитывания воды и перевода ее в почвенную влагу.

К лугомелиоративным приемам защиты территорий от водной эрозии относят комплекс приемов, основанных на залужении эрозионно опасных участков посевом специально подобранных видов много летних трав, выращивании насаждений из древесно-кустарниковых пород. Выращивание защитных лесонасаждений трудоемко и продолжительно. Лесные полосы начинают выполнять водорегулирующие функции только после смыкания кроны растений в рядах и междурядьях, в среднем через 5-7 лет после посадки.

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание: имеется на СД-диске показной материал

Вопросы для самоконтроля:

1. В чем заключается экологическая функция литосферы?

2. Что такое деградация почв и каковы ее причины?

3. Кратко охарактеризуйте экологический ущерб от водной и ветровой эрозии?

4. Покажите, что общий экологический вред от пестицидов (ядохимикатов) превышает пользу от их применения.

5. Почему, если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание – его смерть?

6. Что понимают под физическим загрязнением окружающей природной среды?

7.Какие опасные ущербообразующие геологические процессы вы знаете?

8. Объясните, почему разработка недр оказывает огромное негативное воздействие на окружающу. среду?

Рекомендуемая литература:

Осн. литература: 1 (с.12-13), 3 (с.50-66), 4 (с.33-37)

Доп. литература: 12 (с.61-68), 15 (с. 83-87), 20 (с.71-73)

Название темы №8: Биосфера. Современные концепции биосферы

Цель лекции: Изучить роли живого вещества в мире.

Ключевые слова: материя, косное, биогенное вещество, учение, Вернадский, концепция и т.д.

Основные вопросы (положения) и краткое содержание:

Основные направление эволюции биосферы. Учение В.И.Вернадского о биосфере. Понятие о биогенезе, ноогенезе. Основные этапы эволюции биосферы. Структура биосферы. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу.

1. По современным представлением, биосфера-это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится непрерывном обмене с этими организмами.

Эти представления базируются на учении В.И.Вернадского(1863-1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в XX в. Исключительная значимость его учения во весь рост проявилось лишь во второй половине прошлого века. Этому способствовало развитие экологии, и прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием.

Учения В.И.Вернадского о биосфере - это целостное фундаментальное учение, органичное связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.

По представлениям В.И.Вернадского, биосфера включает

живое вещество (т. е. все живые организмы),

биогенное (угол, известняки, нефть и др.),

косное (в его образований живое не участвует, например магматические горные породы),

биокосное (создается с помощью живых организмов), а также

радиоактивное вещество,

вещество космического происхождения (метеориты и др.) и

рассеянные атомы. Все восемь различных типов веществ геологический связаны между собой.

Сущность учения В.И.Вернадского заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Суммарный результат его деятельности за геологический период времени огромен. По совам В.И.Вернадского, «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, о потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

Вторым главнейшим аспектом учения В.И Вернадского является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды. «Организм,-писал В.И.Вернадский,-имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена и к нему» (В.И.Вернадский,1934).

В.И.Вернадский обосновал также важнейшие представления о формах превращения вещества, путях биогенной миграции атомов, т.е. миграции химических элементов при участии живого вещества, накоплении химических элементов, о движущих факторах развития биосферы и др.

Важнейшей частью учения о биосферы В.И.Вернадского являются представления о ее возникновении и развитии. Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции (табл.8.1)в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов-цианобактерий и сине-зеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривает как один из важнейших этапов эволюции.

Параллельно развивалось и гетеротрофы, и прежде всего - животных. Главными датами их развития являются вывод на сушу и заселение материков (к началу третичного периода) и, наконец, появление человека

В сжатом виде идеи В.И.Вернадского об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера-предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше - биосфера.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т.е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы - главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью» (В.И.Вернадский, 1934).

4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

Венцом творчества В.И.Вернадского стало учение о ноосфере, т.е. сфере разума.

В целом учение о биосфере В.И.Вернадского заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и нежной природы. Практическое значение учения о биосфере огромно. В наши дни оно служит естественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающей природной среды.

3. Эволюция биосферы на протяжении большей части ее истории осуществлялась под влиянием двух главных факторов: естественных геологических и климатических изменений на планете и изменений видово­го состава и количества живых, существ в процессе биологической эволюции. На современном этапе в третичном периоде к ним присоединился третий фактор — развивающееся человеческое общество.

Эволюционное учение представляет собой фундаментальное научное обобщение. Более ста лет оно оказывает рещающее влияние на состояние и развитие всех отраслей естествознания. Под эволюцией понимают необратимый, постепенный, закономерный процесс исторического развития природы (филогенез). Эволюция заключается в, возникновении и преобразованиях био­сферы, в образовании приспособлений, возникновении и исчезновении биологических видов. В результате биологической эволюции на Земле сложились предпосылки к появлению, социального существа — человека.

В основе эволюции биосферы лежит зарождение и развитие жизни на планете,

Жизнь зародилась на Земле свыше 3 млрд лет назад в условиях низкой концентрации кислорода в окружающей среде. Первыми живыми существами были анаэробы, которые получали энергию путем брожения. Так брожение представляет собой относительно малопродуктивный способ энергообеспечения, примитивная жизнь не могла эволюционизировать далее одноклеточной формы организации, Питание таких примитив­ных организмов зависело от опускавшихся на дно водоемов органических веществ, синтезируемых в поверхностных слоях воды абиогенным путем .

Недостаток органических веществ создал явление отбора, приведшее к возникновению фотосинтеза. С появлением фотосинтеза, а следовательно, и свободного кислорода в окружающей, среде, стал возможен кислородный путь расщепления и получения энергии, который почти в 20 раз эффективнее бескислородного. Прогрессивное увеличение количества кислорода в вследствие деятельности фотосинтезирующих организмов и его диффузия в атмосферу вызвали изменений в химическом составе оболочек Земли и прежде всего атмосферы, что в свою очередь, сделало возможным быстрое распространение жизни по планете и появление более сложно организованных жизненных форм. По мере увеличения содержания кис­лорода в атмосфере формируется достаточно мощный слой озона, который защищает поверхность земли от проникновения жесткого ультрафиолетового и космического излучения. В таких условиях жизнь смогла продвинуться к поверхности моря. Развитие механизма аэробного дыхания сделало возможным появление многоклеточных организмов. Первые такие организмы появились только после того, как концентрация кислорода в атмосфере планеты достигла приблизительно 3%, что произошло около 600 млн лет назад (начало кембрийского периода).

Благодаря возможности фотосинтезирующих морских организмов продуцировать такое количество кислорода, которое превышало потребности в нем обитателей планеты того времени, стало возможным возникновение организмов более высокой структурно-физиологической организации. Повышение структурно-функциональной организации позволило живым орга­низмам занять разные среды обитания, причем расселение произошло за сравнительно короткое время. В течение палеозойской эры жизнь не только заняла все моря, но и вышла на сушу. Появление и развитие зеленых растений обеспечило образование больших количеств кислорода и органических веществ, что создало благоприятные условия для последующей прогрессивной эволюции биосферы.

В середине палеозоя темпы потребления кислорода Живыми организмами, расход его в абиотических процессах и темпы его образования сравнялись. Содержание кислорода в атмосфере, начиная с этого периода в истории Земли, стабилизировалось на уровне примерно около 20%.

С появлением человеческого общества в развитии биосферы начался переход от биогенеза, обусловлива­емого факторами биологической эволюции к неогенезу — развитию и преобразованию биосферы под влиянием человеческой деятельности;

В настоящее время наиболее актуальным становится разработанное В.И. Вернадским учение о биосфере и неизбежности ее эволюционного превращения в принципиально измененную оболочку земли, управляемую коллективным разумом человечества — ноосферу.

Эволюция органического мира прошла несколько этапов. Первый из них— возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом, второй - усложнение структуры биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных организмов. Эти два этапа, осуществляющиеся в соответствии с чисто биологическими закономерностями жизнедеятельности и развития, могут быть объединены в «период биогенеза».

Третий этап связан с появлением человеческого общества. Разумная по своим намерениям деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу. На этом этапе эволюция происходит под определяющим воздействием человеческого сознания людей, что переводит биосферу на новый этап эволюции — период ноогенеза.

Понятие ноосферы было введено в науку в 1927г. французским философом Э.Леруа, который подразумевал под этим современную геологическую стадию развития биосферы, оболочку Земли, включающую человеческое общество с его индустрией, языком и другими атрибутами разумной деятельности.

Высказав правильную идею о сознательной человеческой деятельности как факторе, преобразующем биосферу, Э. Леруа и некоторые его последователи, в частности, геолог и палеонтолог П. Тейаром-де-Шарде, дали ей идеалистическую трактовку. Ноосфера, по их мнению, представляет собой «новый покрой», «мыслящий пласт», который, зародившись в конце тре­тичного периода, разворачивается над миром растений и животных, вне биосферы и над ней. В.И. Вернадский развивал материалистическое представление о ноосфере, понимая под ноосферой не нечто внешнее по отношению к биосфере, а новый этап в её развитии, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы. Развивая учение о биосфере, необходимо придавать понятию ноосферы глубоко научное содержание, которое должно учитываться в процессе перестройки среды и общества. В этом отношении ноосферу следует рассматривать как высшую стадию развития биосферы, связанную с появлением и развитием в ней человеческого общества, которое, дознавая законы природы и развивая технику до самого высокого уровня ее возможностей, становится крупной планетарной силой, превышающей по своим масштабам все известные геологические процессы вместе взятые. При этом человечество оказывает решающее влияние на протекание всех процессов в биосфере, глубоко изменяя ее своим трудом.

Науку управления взаимоотношениями между человеческим обществом и природой называют ноогеникой. Основная цель ноогеники — планирование на­стоящего во имя лучшего будущего, а ее главная задача— исправление нарушении в отношениях человека и природы, вызванное прогрессом техники .

Взаимодействие первобытного человека с биосферой ничем не.отличалось от аналогичного взаимодействия обычного гетеротрофного организма. Однако постепенно, но с заметным ускорением, круг используемых человеком природных ресурсов расширился, параллельно с развитием функций головного мозга и с изменением качества жизни, в ходе человеческой истории возникают различные цивилизации, государства, складываются новые экономические отнощения, возникает наука, культура, искусство и различные.религии.

Однако до середины XIX века все страны входят ещё в единую аграрную цивилизацию, которая принципиально не изменила общий биогеохимический круговорот на нашей планете. Деятельность человека в условиях аграрной цивилизаций существенно не влияла на круговорот веществ и поток энергии в биосфере.

Однако во второй половине XIX, века начинается интенсивный рост промышленности, железнодорожного транспорта, возрастает потребление ископаемого топлива и, соответственно, человек всё в большей мере вмешивается в круговорот вещества в биосфере. Одним из неблагоприятных факторов оказывается прявление в большом количестве отходов, промышленностй, которые не разрушаются в ходе природных процессов, а нарушают естественный биогеохимический круговорот; Деструктивная деятельность микроорганизмов затрудняется ядовитыми токсическими веществами, как прямыми, так и сопутствующими продуктам промышленного производства. На окисление промыщленных выбросов расходуется кислород биосферы, при этом затрудняются и нарушаются процессы естественного самоочищения гидросферы и литосферы.

Количество энергии, получаемое за счет ископаемого топлива, возрастает (нефть, газ, уголь). Из недр Земли во все возрастающем количестве извлекаются различные полезные ископаемые. Человек становится реша­ющей геологической силой в преобразовании биосферы. Высокого уровня достигает наука, ее достижения используются в разных областях человеческой деятельности, в том числе и в деле преобразования природы.

Оценивая роль человеческого разума и научной мысли как планетарного явления, можно сказать, что, по мнению В.И. Вернадского, «… ход научного творчества является той силой, которой человек меняет биосферу. Изменение биосферы есть неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли. Изменение биосферы происходит независимо: от человеческой воли, стихийно, как природный естественный процесс».

В связи с развитием производительных сил возник кают качественно новые круговороты вещества в биосфере, которые составляют основные признаки превращения ее в ноосферу:

• возрастание механически извлекаемого материала земной коры, рост разработки месторождений полезных ископаемых;

• происходит массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох;

• процессы антропогенеза приводят к рассеиванию энергий, а не к ее накоплению, что было характерно для биосферы до появления человека;

• в биосфере в массовом количестве появляются (со­здаются) вещества ранее в ней отсутствовавшие, в том числе металлы; происходит антропогенная металлизация биосферы;

• в связи с развитием ядерной технологии и ядерной энергетики, в биосфере появляются, хотя и в ничтожном количестве, трансурановые элементы совершается освоение ядерной энергии, которое позволит снизить добычу горючих ископаемых;

• ноосфера выход за пределы Земли в связи с научно-техническим прогрессом и освоением космического пространства.