Контрольные вопросы:

1. Какую деятельность включает в себя природопользование как совокупность форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению?

2. Дайте определение понятия «Природопользование» в сфере общественной деятельности.

3. Какие вопросы изучает наука «Природопользование»?

4. В чем проявляется связь природопользования с другими отраслями науки?

5. Назовите виды природопользования по направлениям хозяйственной деятельности.

6. Почему территориальное природопользование имеет предпочтение перед отраслевым?

7. Что обозначает понятие «Природно-ресурсный потенциал»?

8. Дайте определение рационального природопользования.

9. Какие законы и закономерности определяют рациональное природопользование?

10. Какие положения входят в теорию безотходных технологий?

11. Какая деятельность характерна для нерационального природопользования?

12. Дайте определение экологического кризиса.

13. Назовите основные причины экологического кризиса.

14. В чем проявляются признаки экологического кризиса?

15. Назовите пути выхода из экологического кризиса.

Литература по теме лекции:

1. Винокурова Н. Ф. и др. Природопользование. –М.: Просвещение. 1995,

-С.5-54.

2. Вронский В. А. Экология: словарь-справочник. -Ростов-на-Дону. Феникс, 1997, -557 с.

3. Петров В. В. Экологическое право России. –М.: БЕК, 1997. –С. 1-52.

4. Пыльнева Т. Г. Природопользование. -М.: Финстатинформ, 1997. –С.3-20.

5. Реймерс Н. Ф. Природопользование: словарь-справочник. –М.: Мысль, 1990. –637 с.

Тема 2. Геосферы земли: биосфера, атмосфера, гидросфера, литосфера.

Природные объекты, ресурсы, комплексы.

Существует множество подходов к пониманию строения окружающего мира. Рассмотрим два из них. Первый – это научный подход в его изучении, основанный на современных знаниях о Земле. Второй – чисто утилитарный, построенный на использовании Земли как источника необходимых человеку ресурсов.

2.1 Геосферы Земли

Биосфера – оболочка жизни. Биосфера – это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов и неживой природы. В нее входят не только растительный покров и животные, населяющие планету, но и все реки, озера, моря и океаны, весь почвенный слой и самый верхний слой земной коры – зона выветривания, а также значительная часть атмосферы. Верхняя граница биосферы находится на высоте 15-20 км от поверхности земли, в стратосфере. Верхний предел жизни ограничивается ультрафиолетовыми лучами и космическими излучениями. Нижняя граница жизни проходит по литосфере на глубине 2-3 км (здесь в нефтеносных слоях были обнаружены бактерии) и по дну океана в гидросфере. Жизнь, в основном, сосредоточена в верхней части литосферы – в почве и на ее поверхности – и в верхней части гидросферы. Таким образом, средняя толщина биосферы составляет 12-17 км, а максимальная не превышает 33-36 км.

Термин «биосфера» ввел австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 г., понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «лик Земли». Целостное учение о биосфере создано В. И. Вернадским. Его идеи, изложенные в фундаментальном труде «Биосфера» в 1926 году намного обогнали научный уровень той эпохи, в которой он работал. Он доказал, что совокупность живых организмов, когда либо обитавших и обитающих на Земле, играет огромную роль в ее геологической эволюции, а также во всех физических и химических процессах, протекающих на земной поверхности и в толще вод.

В. И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ:

• живое вещество (животные, растения и т.п.),

• биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и т.п. создаваемые и перерабатываемые живыми организмами),

• косное вещество, образованное в результате процессов, в которых живые организмы не участвуют (горные породы, возникающие при извержении вулканов),

• биокосное вещество, создаваемое одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы (почва),

• радиоактивное вещество,

• рассеянные атомы,

• вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Биосфера по учению В. И. Вернадского не просто совокупность живых организмов, а единая оболочка Земли, в которой сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическим миром. Жизнь – это связующее звено между космосом и Землей, которое способно использовать энергию, приходящую из космоса и трансформировать минеральные вещества, создавать новые формы материального мира. Жизнь на Земле возникла около 3,5-3,8 млрд. лет тому назад.

В биосфере нашей планеты образовалась сложная система, обеспечивающая круговорот веществ. Она состоит из организмов, которые можно разделить на три группы:

1. Продуценты (производители) – автотрофные организмы, создающие органические вещества из неорганических (в основном, растения),

2. Консументы (потребители) - гетеротрофные организмы, питающиеся за счет автотрофных (самые разнообразные организмы – от бактерий до китов),

3. Редуценты – организмы, главным образом бактерии и грибы, которые питаются разлагающимися организмами, т.е. в процессе своей жизнедеятельности превращают органические вещества в неорганические. Эти минеральные вещества, в дальнейшем используются растениями для синтеза новых органических веществ.

Биосфера самая крупная экологическая система (экосистема) земного шара. По определению Н. Ф. Реймерса «Экосистема – любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующими между отдельными экологическими компонентами». Огромное количество видов растений и животных взаимодействует так, что каждый удовлетворяет свои потребности и способствует существованию других. Механизмы саморегуляции поддерживают все системы в равновесии друг с другом. Элементарные, первичные структурные единицы биосферы называют биогеоценозами. Биогеоценоз – это эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно самоподдерживающаяся, однородная природная система взаимосвязанного комплекса живых организмов и окружающей их неживой среды. Живыми компонентами биогеоценоза являются продуценты, консументы и редуценты, а неживыми – солнечная энергия, воздух, вода и субстраты (на суше – почва, на дне водоемов – грунт).

Биосфера Земли состоит из систем более низкого иерархического уровня. Обычно в биосфере условно выделяют четыре крупных комплекса – атмосферу, литосферу (верхнюю часть земной коры), гидросферу и живые организмы.

Гидросфера – это совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, почвенных и подземных вод, ледников и снежного покрова. Гидросфера – компонент неживой материи, но с ней связана жизнь на Земле. Там, где есть вода, есть и жизнь. Особенно ярким примером может служить пустыня, где стоит появиться воде, как жизнь возникает во всем ее великолепии и на месте пустыни возникает оазис. И наоборот, потеря источника водоснабжения приводит к гибели всего живого.

Рассмотрим роль воды в организме человека. Эмбрион состоит из воды на 97%. С возрастом ее количество сокращается: в младенчестве до 86%, а у взрослого человека до 60%. Основная часть воды размещена в клетках организма – до 70%, а остальная часть – внеклеточная вода. Кровь человека на 90% состоит из воды.

Функции воды многообразны и практически универсальны – питьевые, технологические, сырьевые, энергетические, транспортные, теплорегулирующие, санитарно-гигиенические и иные. Вода обладает уникальными свойствами, по сравнению с остальными веществами земного происхождения, например, термодинамическими – теплоемкость, константы парообразования и кристаллизации – и физико-химическими – вязкость, достижение максимальной плотности при 4^о С, несжимаемость, высокий коэффициент поверхностного натяжения, плавучесть льда, растворяющая способность, возможность формирования щелочной, нейтральной и кислой среды.

Количество воды на планете продолжает увеличиваться. Она попадает на Землю из космоса в составе метеоритов, образуется в высоких слоях атмосферы под действием потоков «солнечного ветра», поступает из мантии, высвобождается из горных пород, синтезируется в ходе промышленных технологических процессов. Есть и обратный процесс. Вода связывается при производстве различных искусственных материалов, ее молекулы распадаются под воздействием космических излучений, уходит из зоны притяжения земли в космическое пространство, образующиеся горные породы забирают воду, выводя ее из общего круговорота. В целом, однако, баланс гидросферы положительный. За последние 500 млн. лет гидросфера увеличилась примерно в 10 раз и продолжает увеличиваться в настоящее время.

Круговорот воды на Земле. Сущность круговорота воды (или гидрологического цикла) заключается в следующем. Под воздействием солнечного тепла вода нагревается и испаряется с поверхностей водоемов, почвы, листьев растений. Переносимые воздушными течениями водяные пары конденсируются и возвращаются на поверхность Земли в виде дождя или снега. Выпавшая в виде осадков вода вновь испаряется и процесс круговорота повторяется.

В биосфере обычно выделяют малый и большой круговорот. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. При переносе водяного пара воздушными течениями и выпадении осадков на сушу круговорот становится сложнее. Часть выпавших осадков испаряется непосредственно с поверхности почвы и растительного покрова (процесс транспирации) и поступает обратно в атмосферу, другая питает реки, водоемы, подземные воды, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, замыкая, таким образом, большой круговорот.

Запасы воды в гидросфере. Вода в разных агрегатных состояниях содержится в самых различных формах водных скоплений (табл. 1). Объем воды Мирового океана превосходит объем суши, расположенной выше его уровня, примерно в 13 раз. Если его распределить равномерно по земной поверхности, то она окажется покрытой слоем воды глубиной 2600 м (в среднем 4-6 км). Общий объем воды на Земле составляет около 1386*10⁶ км³

Таблица 1.

Запасы воды на Земле (по А. И. Чеботареву)

Виды воды	Площадь распространения, млн. м2	Объем, км3	Доля в мировых запасах, %
Мировой океан	361,3	1338*106	96,5
Подземные воды	148,8	23,4*106	1,7
Почвенные воды	82,0	16,5*103	0,001
Ледники	16,23	24*106	1,73
Подземные льды зоны вечной мерзлоты	21,0	300*103	0,02
Вода в озерах	2,06	176*103	0,013
Вода в болотах	2,68	11*103	0,0008
Вода в руслах рек	148,8	2120	0,0002
Биологическая вода	510,0	1120	0,0001
Вода в атмосфере	510	12900	0,001
Пресные воды	148,8	35*10	2,52

Мировой океан – значительный стабилизирующий фактор нашей планеты, что обусловлено его большой массой и занимаемой площадью.

Морская вода – сложный солевой раствор, средняя соленость которого составляет 35 г в 1 кг воды. Ее химический состав подобен крови человека, чем воспользовались хирурги во время второй мировой войны, восполняя ею потери крови в результате ранений.

Из-за особых теплофизических свойств воды океан является основным накопителем солнечной энергии на планете. Средняя температура поверхности океана – 17,8 ^оС, но если бы океан можно было бы равномерно перемешать, то его средняя температура оказалась бы равной 5,7 ^оС.

Многообразие водных объектов гидросферы представлено на планете семью основными классами: океанами и морями, реками, озерами, болотами, ледниками, водохранилищами и каналами. Структурная и функциональная организация гидросферы довольно сложна и подробное рассмотрение ее выходит за рамки нашего обзора, вместе с тем такой ее показатель, как продолжительность водообмена заслуживает упоминания, так как свидетельствует о потенциальной уязвимости гидросферы в результате антропогенного воздействия. Период полного водообмена составляет: в Мировом океане - 2500 лет; подземных вод различных горизонтов – от 1400 до10000 лет; ледников – около 10000 лет; озер – 17 лет; болот – 5 лет; почвенных вод – 1 год; водохранилищ – 0,5 года; рек – 16 суток; атмосферных вод – 8 суток.

В гидрологии и водном хозяйстве используют два понятия – статические и возобновляемые водные ресурсы. Под статическими водными ресурсами понимают практически мгновенные запасы воды, находящиеся в водных объектах, возобновляемыми – те, что ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на Земле. Для непосредственного пользования водными ресурсами человеку удобнее всего использовать речной сток. В частности суммарный сток с водосборов 36 самых крупных рек бывшего СССР – около 3524 км³, а Енисей, Обь, Лена, Амур и Волга в сумме дают около 60% этого стока. Речной сток Имеет поверхностную и подземную составляющие, величина последней составляет около 25% всего объема.

Литосфера. Наша планета сформировалась около 4600 млн. лет назад. Твердая земная кора, на которой мы обитаем, по отношению ко всей планете не толще яичной скорлупы. Она составляет 1,5% ее объема и 0,8% массы. Самая верхняя часть земной коры, доступная непосредственному наблюдению достаточно исследована, в то время, как представление о внутреннем строении Земли основаны на косвенных показателях (изучении сейсмических данных).

Толщина земной коры не одинакова – от 70-75 км под высокими горами, до 6-8 км под морским дном. Вместе с самой верхней частью мантии она образует жесткую литосферу, перекрывающую пластичный слой – астеносферу, по которой плиты литосферы могут дрейфовать в боковом направлении.

Земная кора делится на материковую и океаническую. Океаническая кора подстилает материковую, а под океанами несет на себе тонкий покров осадков и лав. Плотность материковой коры – 2,7 г/см³, океанической – 2,9 г/см³.

Горные породы, слагающие земную кору, можно подразделить на три типа:

1. Изверженные породы – образуются при остывании расплавленной магмы;

2. Метаморфические – возникают в результате нагрева или сжатия ранее образованных пород; При этом вырастают новые, определенным образом ориентированные кристаллы, поскольку сверхвысокое давление заставляет их расти в определенном, предпочтительном направлении.

3. Осадочные породы – состоят из обломков более древних пород, подвергшихся выветриванию или эрозии, либо из остатков живых организмов.

Литосфера – основной источник природных ресурсов минерального происхождения. Важность их для жизни и деятельности трудно переоценить. Вместе с тем многие ресурсы, которые обычно оцениваются как «запасы» – уголь, нефть, газ, сапропель, гумус и т.д., являются производными от кругооборота веществ и энергий в природе. Они образовались в результате некоторой, очень малой, несбалансированности круговоротов веществ и энергий, длившихся сотни миллионов лет на протяжении прошлых геологических эпох. Хозяйственная деятельность людей, особенно интенсивная в последнее столетие, изменила направление этого дисбаланса в противоположном направлении. Дальнейшая деятельность человека вполне может ликвидировать часть природных ресурсов, в частности запасы органического топлива за несколько сотен лет.

Особое внимание при рассмотрении природных ресурсов необходимо уделить наиболее важной части литосферы – ее поверхностному слою, который называется почвой. Это слой животворный. В нем сконцентрирована жизненная энергия и сила природы. В. В. Докучаев, российский ученый-почвовед, так определил понятие почвы:»Это суть поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее заметно окрашены гумусом; эти тела всегда имеют собственное происхождение; они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материковой горной породы, живых и отживших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны и рельефа местности».

Почва – это связующее звено между растительным и животным миром. Через нее осуществляется связь между биогеоценозами.

Атмосфера. (от греч. Atmos – пар и sphaira – шар) – газовая (воздушная) среда вокруг земли, которая вращается вместе с ней как одно целое. Масса атмосферы составляет около 5,15*10 ¹⁵ тонн. Атмосфера – это один из продуктов общего процесса возникновения и развития Земли, начавшегося много миллионов лет назад и продолжающегося до настоящего времени. Состав атмосферы у поверхности земли приблизительно составляет: азота – 78,1%, кислорода – 21%, аргона – 0,9%, углекислого газа – 0,03%, в незначительном количестве присутствуют водород, гелий, неон и другие газы. Процентное содержание основных газов атмосферы мало меняется до высоты около 100 км. На высоте около 20-25 км расположен слой озона, который предохраняет живые организмы на земле от вредного излучения. В нижних 20 км в атмосфере содержится и водяной пар (у земной поверхности от 3% в тропиках, до 0,000002% в Антарктиде, количество которого с высотой быстро убывает), а также твердые и жидкие аэрозольные частицы (пыль, дым, продукты конденсации различных жидкостей.

Атмосферный воздух – жизненно важный компонент окружающей природной среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы. По существу в нем воплощается вся естественная среда, окружающая человека. Атмосферный воздух в значительной степени и есть та окружающая естественная среда, которую мы охраняем и который выступает посредником между природной средой и человеком. Если загрязняется лес, животные и растительность в лесу, земельный покров и т.д., то они гибнут все. Но для атмосферного воздуха загрязнение, его степень не имеют значения. Он остается всегда атмосферным воздухом, хотя и иного качества.

Давление и плотность воздуха с высотой убывает. Температура воздуха меняется с высотой более сложно, и в зависимости от ее распределения в атмосфере выделяют тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Атмосфера обладает электрическим полем, в ней возникают различные электрические, оптические, акустические явления, в ней рассеивается и поглощается солнечная и земная радиация. Неравномерность нагревания воздуха способствует его общей циркуляции, которая влияет на погоду и климат Земли.

Существование живого организма невозможно вне окружающей среды, частью которой является кислород. Он вездесущ и всемогущ, из него в значительной степени состоит не только воздух и вода, но и мы с вами и половина массы земной коры, которая сложена из кислородосодержащих веществ. Для всех высокоорганизованных живых существ требуется бесперебойное поступление кислорода в организм и примерно одинаковое на единицу массы живого вещества потребление кислорода, чтобы обеспечить сохранение окислительных процессов на должном уровне. Известно, что человек в покое, при минимальном газообмене потребляет около 250 мл кислорода в минуту. При тяжелой мышечной работе потребление кислорода увеличивается в 10 и более раз. Потребление кислорода связано с развитием промышленности и общественного производства. Ежегодное мировое потребление кислорода промышленностью составляет миллионы тонн.

Влияние на атмосферные процессы, особенно на тепловой режим, оказывает озон – трехатомный изотоп кислорода, обладающий большой химической реактивностью и токсичностью. Озон, сосредоточенный в стратосфере, образует озоносферу (озоновый экран), где поглощает ультрафиолетовое излучение солнечной радиации, являющейся главным фактором нагревания воздуха и гибельное для живых организмов. Озоновый экран расположен от 7-8 км на полюсах и 17-18 км на экваторе до 50 км от поверхности Земли, с наибольшей плотностью озона на высотах 20-22 км и характеризуется повышенной концентрацией озона (в 10 раз выше, чем у земной поверхности). Количественные характеристики озонового слоя показательны в сравнении, например, при наземных давлениях и температуре толщина слоя озона составила бы около 0,23-0,52 см.

Средние месячные значения общего содержания озона изменяются в зависимости от широты и времени года. Наблюдается увеличение содержания озона от экватора к полюсу и годовой цикл с минимумом осенью и максимумом весной. Озон – это броня земли, однако сейчас человека подстерегает неожиданная и серьезная опасность – появление озоновых «дыр», представляющих собой значительное пространство в атмосфере с пониженным (до 50%) содержанием озона. К настоящему времени зарегистрирована, от года к году расширяющаяся, озоновая дыра над Антарктидой, выходящая за контуры материка и менее значительные образования в иных местах. Можно спорить о причинах и механизме их появления, но очевидно, что это следствие антропогенного влияния, непродуманной хозяйственной деятельности, в т.ч. использование в ракетных топливах некоторых экологически вредных компонентов (Не является ли главной причиной возникновения озоновой дыры над Архангельской областью деятельность федерального космодрома «Плесецк»?).

Важное место в круговороте веществ и энергий биосферы занимает углекислый газ. Его количество в атмосфере Земли составляет около 2,4*10 ¹² т. Исследования ученых по динамике этого газа в атмосфере показали, что содержание его не претерпело существенных изменений на протяжении довольно продолжительного времени и слабо связано с хозяйственной деятельностью человека. Велико влияние углекислого газа на состояние окружающей природной среды и здоровье человека. Даже кратковременное воздействие при незначительном повышении его концентрации в воздухе (до 3%), приводит к удушью, временной или постоянной утрате жизненных функций, или гибели человека. Возрастание количества углекислого газа в атмосфере создает «парниковый эффект», ведет к потеплению климата, а увеличение мутности атмосферы способствует его похолоданию.

Последующие изменения атмосферы будут, вероятно, зависеть не столько от характера естественной эволюции, сколько от результатов хозяйственной деятельности людей. Эти изменения и будут формировать климат планеты и состояние биосферы в целом.