2. Природные аспекты бжд

В природных аспектах безопасности жизнедеятельности, безусловно, решающую роль играют последствия антропогенного воздействия человека на биосферу. Занимаясь природопользованием (сельское хозяйство, добыча, переработка, обогащение минеральных ресурсов, эксплуатация биоресурсов и т.д.), человек изменяет окружающую среду, истощает ресурсы, выбрасывая в атмосферу, водные системы, почву чуждые природе токсичные вещества (ксенобиотики). И затем сам, как биологический вид, испытывает последствия своей деятельности, вдыхая загрязненный с недостаточным количеством кислорода воздух, испытывая нехватку чистой пресной воды, употребляя экологически грязные продукты. Изучением отрицательных последствий техногенеза для природных систем занимается экология. И, хотя этот термин первоначально был введен Э.Геккелем (1866 г.) для обозначения раздела в биологии, занимающегося изучением среды обитания живых организмов, к настоящему времени смысл его широкого употребления все более смещается к определению, которое дал в свое время академик С.Шварц: экология – это наука о способах выживания в индустриальном обществе.

Начиная с 1980-х годов в сознание мирового сообщества все более прочно входит убеждение о необходимости бережного отношения к нашему общему дому – биосфере.

Чтобы понять, насколько серьезными могут быть последствия техногенеза для биосферы, необходимо знать общие и частные закономерности в ее устройстве и функционировании. В основе современной экологии лежит учение В.И.Вернадского о биосфере.

2.1. Учение в.И.Вернадского о биосфере

Идея о влиянии жизни на природные процессы высказывалась в начале ХХ века еще В.В.Докучаевым в работах об особенностях почвообразования. В 20-е годы появились работы В.И.Вернадского о биосфере, в которых биосфера рассматривается как глобальная единая система Земли, где весь ход энергетических и геохимических превращений определяется жизнью. Его идеи были востребованы лишь во второй половине ХХ века, когда родилась концепция экосистем (А.Тенсли, 1935 г.). По определению Вернадского биосфера – это область нашей планеты, где существовала или существует жизнь.

В своих работах “Живое вещество”, “Химическое строение биосферы Земли и ее окружения”, “О пределах биосферы” В.И.Вернадский рассматривал довольно широкий круг вопросов: о ведущей роли живого вещества в геохимических процессах на Земле; сформулировал основные биогеохимические принципы; предложил свою классификацию вещества на планете; задался вопросом о границах биосферы и концентрациях в ней живого вещества; о месте и роли человека в биосфере.

Сформулированные им три биогеохимических принципа дают представление о роли живого вещества в формировании облика Земли.

Первый принцип гласит: биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

Второй принцип – эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы или во второй интерпретации – “При эволюции видов выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию”.

Третий принцип: в течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможно для всего живого вещества.

Говоря о роли живого вещества, В.И.Вернадский выделял его энергетическую, средообразующую и транспортную функции.

Согласно предложенной им классификации все вещество на планете делится на 7 типов: живое вещество (совокупность всех организмов на Земле), косное (в создании которого живое вещество не принимало участия, например продукты вулканической деятельности), биокосное (созданное косным и живым веществом – вода, почва), биогенное (вещество, созданное жизнью, потенциальный источник энергии – нефть, битум, известняк, уголь), вещество рассеянных атомов (продукты распада земного вещества), вещество в радиоактивном распаде, космическое вещество.

Живое вещество в основном состоит из химических соединений, являющихся водными или воздушными мигрантами (образующими газообразные или растворимые соединения); 99% массы организмов приходится на 14 элементов, преобладающих в земной коре и составляющих 98,9% ее массы (но в других соотношениях), из чего следует, что жизнь – это химическое производное земной коры.

Биохимические процессы, происходящие в живых организмах, – очень сложные организованные циклы химических реакций. В неживой природе на их воспроизведение потребовались бы огромные энергетические затраты. В живых организмах они протекают при посредстве белковых катализаторов – ферментов, которые понижают энергию активации молекул на несколько порядков. Материалы и энергию для обменных процессов живое вещество черпает из окружающей среды, “преобразуя ее уже тем, что живут”. Расщепление жиров в неживой природе происходит при 400С, а в организме – при 36,6С. В.И.Вернадский называл живое вещество самой активной формой матери во Вселенной, производящей гигантскую геохимическую работу в биосфере, во-первых, многократно ее ускоряя; во-вторых, преобразуя верхнюю оболочку Земли за время своего существования.

Геохимическая работа живого вещества, по Вернадскому, заключается в следующем.

1. Основная планетарная функция живого вещества – в связывании и запасании солнечной энергии, которая затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере. Через фотосинтез солнечная энергия живым веществом превращена в химическую работу. Часть превращена в залежи угля, торфа, нефти.

2. В результате жизнедеятельности микроорганизмов осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азота, серы, железа, марганца), концентрирование их в своем организме; в результате образуются осадочные месторождения серы, залежи сульфидов металлов.

3. При деструкции органических остатков происходит образование гумуса со значительным запасом энергии в почве.

4. Природные воды, обогащенные продуктами минерализации, становятся высокоактивными и интенсивнее выветривают горные породы (внешняя работа).

5. Живым веществом формируется воздушная оболочка Земли. Количество накопленного кислорода на настоящий момент оценивается в 1,610¹⁵ г, такое количество может быть восстановлено за 10 000 лет. Благодаря живому веществу над Землей сформирован защитный озоновый экран.

6. Геохимическая работа, выполняемая живым веществом, способствует еще и миграции (перемещению и перераспределению) атомов в биосфере через систему больших и малых круговоротов.

Биохимические процессы включаются в круговорот воды, который в свою очередь является источником энергии для внешнего изменения планеты (выветривание, эрозия, осаждение, накопление). Вместе они образуют глобальный круговорот веществ, перераспределяющий в биосфере энергию, поступающую от Солнца.

Скорости перераспределения зависят от емкости биологического круговорота (количества химических элементов, находящихся в живом веществе в данной экосистеме); скорости биологического круговорота (количества живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени). Скорость биологического круговорота на суше составляет годы и десятки лет; в водных экосистемах – несколько дней и недель. Для каждого элемента существует своя скорость миграции в малых и больших циклах: кислород атмосферы проходит через живое вещество за 2 тыс. лет; СО₂ – 300 лет. Локальные круговороты имеют большую скорость.

В особенностях распределения живого вещества на Земле В.И.Вернадским выделялись две зоны концентрации жизни. Первая – жизненные пленки, занимающие большие площади, например планктонная пленка на поверхности океана вдоль экватора или вдоль границ материков, донная пленка (бенталь).

Вторая зона – сгущения жизни, которые имеют меньшие площади, но более высокую концентрацию живого вещества. Например, в сгущениях жизни в океане В.И.Вернадский выделял три вида: саргассовые (участки морей, переполненные многоклеточными свободно плавающими водорослями – саргассумом и филлофорой, продуктивность которых на мелководье может достигать 5500 т/км²), прибрежные (с преобладанием многоклеточных организмов, например мидиевые или устричные банки) и рифовые (на континенте к таковым он относил стоячие водоемы). Большая же часть поверхности планеты – зона разрежения жизни. В глубоководных водоемах, например, концентрация жизни в сотни тысяч раз меньше, чем в прибрежных. На суше В.И.Вернадским выделялись береговые и пойменные сгущения жизни (современные представления о биосфере добавляют к ним тропические и субтропические леса гумидных областей).

Профессором А.И.Перельманом было сформулировано обобщение, которое он предложил назвать “законом Вернадского”: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, Н₂S и т.д.) преимущественно обусловлены живым веществом, как тем, которое в данный момент населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.