Министерство образования Российской Федерации

Томский Государственный Университет

Систем Управления и Радиоэлектроники (ТУСУР)

Контрольная работа

По дисциплине

Экология

Вариант №2

1. Каковы особенности современных экологических проблем?

Развитие человечества в XIX и особенно е XX веке ха­рактеризуется небывало интенсивным ростом производства, что связано с распространением капиталистических принципов построения экономики, ориентированной на прибыль. Это стимулировало рост производства и потребления, вело к развитию транспорта и коммуникаций, способствовало специализации хозяйства различных стран, все более вовлеченных в интегрированную миро­вую экономическую систему. Заметим сразу, что экономика «реального социализма», представляющего собой, по сути дела, государственный капитализм, ничуть не мень­ше собственно капиталистической экономики разрушала экосистемы страны. Способствуя повышению уровня благосостояния людей, хотя и усиливая имущественное расслоение общества, эти системы породили все усили­вающееся противоречие между развитием цивилизации технического типа и природной средой, в которой она существует.

Повышение производства промышленных товаров и продовольствия создало условия для роста численности людей на Земле, что вело к росту потребностей, а это тре­бовало нового увеличения объема производства — возник­ла мировая экономико-социальная система с положи­тельной обратной связью, принципиально стремящаяся к неограниченному росту. Конечно, процесс не так прост, как он выглядит в абстрактной схеме. Политические конфликты и локальные войны, экономические преиму­щества и ограничения, устанавливаемые правительства­ми отдельных стран, изменяют конкретное развитие про­цессов, иногда несколько тормозят их, но не меняют общей тенденции. Результатом этого стала угроза нару­шения равновесия во взаимодействии уже не отдельных этносов с вмещающими ландшафтами, а всего человече­ства с биосферой — живой оболочкой Земли, вне которой человек не может существовать.

Воздействие технической цивилизации на разные компоненты биосферы и системы связей между ними достигло уровня, сравнимого с собственными естествен­ными колебаниями биосферных процессов и начало уже сейчас изменять их ход. Единая система мировой эконо­мики, ориентированной на прибыль и рост потребления как средство ее увеличения, создала единые для всего человечества глобальные проблемы, решение которых — общечеловеческая задача.

Развитое академиком В. И. Вернадским учение о био­сфере основано на представлении о планетарной роли живого вещества, активность которого коренным обра­зом изменила весь облик нашей планеты. Живое веще­ство в колоссальных масштабах осуществляет биогеохимические процессы, вовлекая в них неживое, косное вещество, составляющее почти целиком атмосферу, гид­росферу и литосферу. Наиболее легкие, химически ак­тивные элементы, называемые биогенными, вовлекают­ся в биогеохимические циклы, равновесие которых, в свою очередь, обеспечивает существование и саму воз­можность развития жизни на Земле.

Главные из этих элементов — водород, кислород, уг­лерод, азот, фосфор. В масштабах геологического време­ни, в котором разворачиваются процессы, занимающие тысячи и миллионы лет, интенсивность биогеохими­ческих циклов очень велика. Так, весь кислород атмо­сферы проходит через органическое вещество в течение 2500 лет, а углерод — всего за 8 лет (рис. 1). Циклы азо­та, фосфора, калия также вовлекают в оборот многие миллиарды тонн этих элементов.

К

Рис. 1

онкретные механизмы биогеохимического оборота веществ реализуются в различных экосистемах за счет поглощения и использования солнечной энергии. Напри­мер, свободный кислород, поглощаемый животными и растениями при дыхании, не весь идет на немедленное окисление углерода и образование углекислого газа. Часть его входит в состав синтезируемых в клетках бел­ков, углеводов, многих регуляторных веществ. Только пройдя несколько уровней трофической пирамиды, этот кислород полностью переходит в состав воды и углекисло­го газа. В процессе фотосинтеза кислород воды окисляет­ся вновь до свободного кислорода и поступает в воздух.

Вмешательство человеческой деятельности в обмен веществ и энергии, происходящий в конкретных экоси­стемах, в природные биогеохимические циклы, сумми­руясь, приводит к глобальным сдвигам. Их масштабы становятся угрожающими, и изучение путей развития нарушений биосферных процессов, прогноз их динами­ки, что впервые было сделано в моделях Римского клу­ба, разработка методов предотвращения нарушений со­ставляют основное содержание глобальной экологии.

Большинство элементов, составляющих основные и осадочные породы земной коры, подвержены перемеще­ниям в ходе геохимических циклов, характеризующихся временами порядка миллионов и десятков миллионов лет. Выветривание горных пород, растворение и осаждение в новых соединениях, перемещение вместе с породами, пе­реосаждение и другие физико-химические процессы, возникающие вследствие тектонических процессов в земной коре, создают, в частности, месторождения различных рудных и нерудных ископаемых. Несравненно интенсив­нее изменяются, перемещаются и накапливаются био­генные элементы, биогеохимические циклы которых осуществляются при участии живого вещества. Все раз­нообразие и суммарная интенсивность биохимических реакций прямо или опосредованно осуществляются за счет энергии солнечного света. Таким образом, биогеохи­мические циклы всех биогенных элементов энергетиче­ски связаны с циклом углерода, в котором возникает при фотосинтезе в растениях и в сложных трофических сетях экосистем распадается органическое вещество. Поэтому одна из наиболее важных характеристик экосистем — их продуктивность по так называемой первичной продукции углерода, связываемого растениями на площади, зани­маемой экосистемой.

Различные экосистемы, в зависимости от комплекса климатических, геологических, геоморфологических и других условий, обладают различной продуктивностью. При этом отношение количества фиксированного в те­лах растений углерода к интенсивности его связывания может не соответствовать продуктивности. Так, значи­тельная часть фотосинтетической активности в океанах приходится на долю микроскопических водорослей, пре­имущественно одноклеточных, составляющих фито­планктон, годовая первичная продукция которого в 25 раз превышает содержание углерода в этих организ­мах. Это означает, что 96% первичной продукции мор­ского фитопланктона идет на обеспечение жизнедеятель­ности животных всех уровней трофической пирамиды в экосистемах океана. В наземных экосистемах основные фотосинтетики — многоклеточные растения, значитель­ная часть их первичной продукции идет на построение собственных тел. В табл. 1.3 приведены данные о годовой первичной продукции, общей массе углерода и относи­тельной продуктивности основных экосистем Земли.

Таблица 1.

Основные экосистемы Земли: площадь, годовая первичная продукция, общая масса углерода и относительная продуктивность (по Вудвеллу, 1978, из Смита, 1985, с дополнениями)

А	Б	В	Г	Д
Растительное сообщество	Площадь, млн. км2	Годовая первичная продукция углерода, млрд. тонн	Общая масса углерода в растениях, млрд. тонн	Относительная продуктивность в/б
Тропический дождевой лес	17,0	16,8	344,0	0,99
Тропический листопадный лес	7,5	5,4	117,0	0,72
Вечнозелёный лес	5,0	2,9	79,0	0,58
Лиственный лес умеренной зоны	7,0	3,8	95,0	0,54
Бореальный лес (тайга)	12,0	4,3	108,0	0,36
Мелколесье и кустарники	8,5	2,7	22,0	0,32
Саванна	15,0	6,1	27,0	0,41
Степи умеренной зоны	9,0	2,4	6,3	0,27
Тундра и альпийские луга	8,0	0,5	2,3	0,06
Растительность пустынь	18,0	0,7	5,9	0,04
Скалы, льды, пески	24,0	0,03	0,2	0,001
Сельскохозяйственные угодья	14,0	4,1	6,3	0,29
Болота	2,0	2,7	13,5	1,35
Озёра и реки	2,0	0,4	0,02	0,2
Итого на суше	149,0	52,8	827,0	0,35
Открытый океан	332,0	18,7	0,45	0,06
Зоны апвелинга (подъём глубинных вод)	0,4	0,1	0,004	0,25
Континентальный шельф	26,6	4,3	0,12	0,16
Водоросли и рифы	0,6	0,7	0,54	1,17
Эстуарии (места впадения рек)	1,4	1,0	0,63	0,71
Итого в океане	361,0	24,8	1,74	0,07
Всего	510,0	77,6	828,74	0,15

Первичная продуктивность растительности (проду­центов) экосистемы определяет суммарную энергию био­химических процессов в экосистеме и, следовательно, интенсивность биогеохимических циклов как углерода, так и остальных биогенных элементов. Биогеохимиче­ский цикл углерода, определяющего элемента живых систем, изучен лучше, чем циклы других элементов, которые вовлечены в биогенный круговорот относитель­но небольшой частью своего присутствия в земной коре или атмосфере. Тем не менее биогеохимические циклы азота и кислорода изучены сравнительно полно, по край­ней мере, в части, касающейся их обмена в экосистемах и атмосфере.

Из табл. 1 хорошо видно, что максимально продук­тивны экосистемы, суши. Хотя площадь суши вдвое меньше, чем площадь, занимаемая океанами, ее экоси­стемы имеют годовую первичную продукцию углерода, более чем вдвое превышающую таковую Мирового Океа­на (52,8 млрд. тонн и 24,8 млрд. тонн соответственно) при относительной продуктивности наземных экоси­стем, в 7 раз превышающей продуктивность экосистем океана. Из этого, в частности, следует, что надежды на то, что полное освоение биологических ресурсов океа­на позволит человечеству решить продовольственную проблему, не очень обоснованны. По-видимому, воз­можности в этой области невелики — уже сейчас уро­вень эксплуатации многих популяций рыб, китообраз­ных, ластоногих близок к критическому. Для многих промысловых беспозвоночных — моллюсков, ракооб­разных и других, в связи со значительным падением их численности в природных популяциях стало эконо­мически выгодным разведение их на специализирован­ных морских фермах, развитие марикультуры. Пример­но таково же и положение со съедобными водорослями, такими как ламинария (морская капуста) и фукус, а так­же водорослями, используемыми в промышленности для получения агар-агара и многих других ценнейших веществ.