3й курс (Арх) / Лекции / Тема III.Біосфера

Рис. 3. Біогеохімічний цикл води

Переважна частина води засолена. Прісної води на планеті всього 2% від загальної її кількості. Тіла всіх живих організмів досить сильно обводнені: у тварин на долю води припадає 70%, а у рослин - 90-95% від їхньої маси.

Загальний кругообіг води ініціюється потоком сонячної радіації. Випаровування та транспірація переводять воду з рідкого стану в газоподібний, і вона надходить в атмосферу.

Атмосферні опади забезпечують обводнення континентів (хоча частина опадів випадає безпосередньо над водоймами). Кількісні показники кругообігу води визначаються кліматом та й самі визначають клімат.

Безпосередньо на формування біомаси залучається всього десь 1 % води від загальної її кількості, що є на планеті. На утворення 1 кг біомаси використовується 130-230 кг води, і тому кругообіг є досить активним.

На суходолі середня річна кількість опадів дорівнює 710 мм, а випаровування - 470 мм. Зворотне надходження води до океанів та морів йде через поверхневий та підземний стоки. Сільськогосподарське та промислове виробництво, не змінюючи загальної кількості води в її біохімічному циклі, суттєво перерозподіляє надходження води різним регіонам.

Біогеохімічний цикл азоту. Це один із найбільш швидких кругообігів речовин (рис. 4). Реалізується він, в основному, за рахунок діяльності різних груп живих організмів, в першу чергу, при активній участі мікробів.

11

Рис. 4. Біогеохімічний цикл азоту

Основним депо азоту є газоподібний азот атмосфери.

Організмам потрібен азот в різних хімічних формах, тому важливим є перетворення газоподібного N2 в з’єднання, які у водному розчині утримують іони нітрату NО3- чи амонію NН4+.

Перетворення азоту в інші хімічні сполуки називається фіксацією азоту, яка відбувається завдяки дії азотобактерій у воді і грунті.

Крім того, фіксація азоту відбувається під впливом сонячного світла, або в період грозової діяльності в атмосфері, де утворюється моно оксид азоту NО, який далі може до окислюватися в NО2. Ці гази можуть реагувати з водяною парою, утворюючи іони нітрату і випадати на землю у вигляді НNО3. Рослини перетворюють неорганічні іони нітрату і амонію, отримані з грунтових розчинів, в протеїн, ДНК і інші азотоутримуючі сполуки.

Тварини отримують свої азотні поживні речовини, споживаючи рослини, чи тварин, що їли рослин.

Кінцевий етап – спеціалізовані бактерії перетворюють органічні залишки в прості неорганічні сполуки як аміак. Інші бактерії ці неорганічні форми в нітрити, нітрати, а потім в газ N2, який повертається в атмосферу, щоб розпочати цикл знову.

В антропогенну епоху на кругообіг азоту великий вплив має виробництво синтетичних азотних добрив. Воно полягає у зв'язуванні азоту повітря та поетапного його перетворення спочатку в аміак, потім в азотну кислоту, необхідну для отримання нітратів.

Біогеохімічний цикл фосфору. Цей цикл має найбільш простий характер (рис.

5).

12

Рис. 5. Біогеохімічний цикл фосфору

Основний запас фосфору зосереджений на планеті у вигляді гірських порід та мінералів. При їх вивітрюванні утворюються фосфати, які використовуються рослинами для побудови органічних речовин свого тіла. Після відмирання рослин фосфор мінералізують мікроорганізми - редуценти. Втрати фосфору з біохімічного циклу пов'язані в основному з винесенням фосфору в моря та океани. Звідти назад на суходіл він може потрапити тільки через рибу або гуано.

Фосфорні добрива виробляють в основному з гірських порід.

Таке переведення фосфору з депо в активну частину біохімічного циклу так само, як у випадку з азотом, має негативні наслідки. Не використаний культурними рослинами фосфор у результаті вітрової ерозії надходить до водойм, що призводять до евтрофікації.

Для стійкості біогеохімічних циклів велике значення мають депо біогенних хімічних речовин в грунті. Грунт - це зовсім особливе за своїми властивостями природне тіло. У біосфері грунт виконує безліч специфічних функцій. Він забезпечує рослини всіма необхідними поживними речовинами, утримує в собі велику кількість вологи, перешкоджає її швидкому стіканню до рік. У сільському господарстві грунт є компонентом виробництва.

Нормальне функціонування біосфери можливе, якщо антропогенна діяльність не перешкоджає здійсненню природних біогеохімічних циклів, руйнація яких може призвести до деградації біосфери.

4. Стабільність біосфери

Біосфера виступає як надзвичайно складна екосистема, яка працює у стаціонарному режимі на основі саморегуляції всіх складових її частин і процесів.

13

Стабільність біосфери заснована на високому рівні різноманіття живих організмів, окремі групи яких виконують різні функції, які забезпечують визначену швидкість фіксації сонячної енергії та біогенної міграції атомів.

У нормальному стані будь-якій екосистемі і біосфері в цілому властивий стійкий стан, що має назву гомеостаз, який характеризується динамічною рівновагою між народжуваністю та смертністю, споживанням і звільненням речовини й енергії. Окремі екосистеми, а отже і біосфера, постійно піддаються зовнішньому впливу, який намагається вивести їх із рівноваги. Якщо цей вплив не занадто великий, тоді в ході екологічного дублювання порушені зв'язки замінюються іншими і процес передачі речовини й енергії продовжується. Відповідно до закону внутрішньої динамічної рівноваги - речовина, енергія й інформація в цілому взаємозалежні і будь-яка зміна одного з цих показників викликає зміну всіх інших показників, причому ці зміни відбуваються в напрямку, що забезпечує зберігання загальної суми матеріально-енергетичних і динамічних якостей системи, тобто її стійкість. Згідно принципу Ле – Шательє: будь-які зовнішні впливи, що виводять систему зі стану рівноваги, викликають у цій системі процеси, що намагаються послабити зовнішній вплив та повернути систему в початковий рівно важний стан.

Таким чином, окремі екосистеми і біосфера в цілому пручаються впливам, які намагаються порушити їх стабільність.

Стабільність біосфери - спроможність біосфери зберігати свій стан, протистояти внутрішнім збуренням, включаючи будь які антропогенні впливи, шляхом вироблення в ній саморегулюючих механізмів.

Саморегуляція - спроможність природної системи до відновлення внутрішніх властивостей після короткочасного природного або антропогенного впливу.

Саморегуляція заснована на принципі зворотних зв'язків окремих складових природних систем, підсистем і екологічних компонентів. Так, наприклад, штучний або природний вплив (полив, дощ, добрива) призвів до різкого зростання їжі для деяких тварин. Чисельність цієї популяції швидко почала зростати, вони стали поїдати весь корм, і незабаром корму стало недостатньо і чисельність даної популяції стала падати. В результаті зворотного зв'язку підтримується динамічна рівновага між потоками речовини й енергії в біосфері й окремих її частинах.

До саморегуляції належить і процес самоочищення навколишнього середовища. Самоочищення - спроможність середовища руйнувати, переробляти або переводити в індеферентний стан забруднюючі компоненти природного,

техногенного і побутового походження, які до неї потрапляють.

Очищення природного середовища від органічних забруднюючих речовин наступає в результаті мінералізації, а від неорганічних - унаслідок хімічних реакцій, що перетворюють їх у нешкідливі мінеральні сполуки. Деякі вищі рослини і мікроорганізми активно очищують середовище від забруднень, розщеплюючи не властиві природі речовини.

14

6.Поняття соціоекосистеми

Зсередини 70-х років 20 - го століття стала розвиватися, як окрема екологічна дисципліна, соціоекологія. Це було зумовлено тим, що антропогенне забруднення природи істотно порушило природні процеси в біосфері, що стало загрожувати здоров'ю і життю людей.

Центральне місце в житті переважної більшості людей займає урбанізоване середовище. На урбанізованих територіях природне і створене людиною середовище - біосфера і техносфера поєднуються в нову систему соціоекосистему.

На нашій планеті виникла нова система "суспільство - природа" - глобальна соціоекосистема, яка розвивається не за природними чи суспільними, але притаманними тільки їй соціоекологічними законами. Для того щоб уміти керувати розвитком цієї соціоекосистеми, слід вивчити не лише окремі її компоненти, як це роблять традиційні науки, але і взаємодію їх всередині системи, всю систему в цілому. Отже, потрібна нова комплексна наука, спроможна узагальнювати географічні, біологічні, геологічні, медичні, економічні, соціальні, юридичні, технічні та інші аспекти взаємодії суспільства і природи, на системному рівні вивчати планетарну соціоекосистему та регіональні й локальні соціоекосистеми, з яких вона складається, як цілісний об'єкт. Такою інтегральною міждисциплінарною наукою про соціоекосистеми та їх оптимізацію в останні десятиріччя стала соціоекологія, тобто екологія людського суспільства.

Соціоекологія - наука, що вивчає закономірності взаємодії суспільства і природи, і розробляє наукові основи гармонізації цієї взаємодії.

Соціоекологія є теоретичною базою усіх практичних заходів з охорони природи та раціонального використання природних ресурсів.

Таким чином, об'єктом вивчення соціоекології є соціоекосистеми. Соціоекосистеми - це територіальні системи, що охоплюють визначені

групи суспільства з усіма продуктами виробничої діяльності і навколишнє середовище в межах більш - менш автономно керованих адміністративно - господарських одиниць різноманітного рангу.

5.1. Класифікація і структура соціоекосистем

Виділяють такі види соціоекосистем:

1.Глобальна соціоекосистема - суспільство - природа всієї планети.

2.Регіональні соціоекосистеми – державні, обласні, районні.

3.Локальні соціоекосистеми – міські, сільські, с/господарські.

Уструктурному плані будь-яка соціоекосистема складається з двох основних підсистем: природної і соціально-економічної.

Кожна з них складається з підсистем більш низького рівня: природна - з

біотичної і абіотичної, соціально-економічна - з антропогенної і господарської. Крім того, кожна з підсистем складається з компонентів.

Компонентами природної системи є: рослинний і тваринний світ,

приповерхневий прошарок Землі, грунти, нижні прошарки атмосфери, поверхневі

іпідземні води, корисні копалини.

Компонентами соціально - економічної підсистеми є: населення,

промислові, енергетичні, сільськогосподарські і інші техногенні об'єкти.

15

Рис. 1. Структура соціоекосистем

5.2. Функціонування соціоекосистем.

Критерієм досконалості природної системи вважається відсутність на неї будь-якого антропогенного навантаження.

Критерієм досконалості соціально-економічної системи є максимальна економічна ефективність.

Востанні роки, коли антропогенні навантаження на природу стали настільки великі, що стало руйнуватися природне середовище, людство починає усвідомлювати, що вихід треба шукати в компромісному об'єднанні різнонаправлених, суперечливих соціально-економічних і екологічних інтересів. Це можливо лише при розгляді системи суспільство - природа як єдиної системи - соціоекосистеми.

Критерієм досконалості такої системи є оптимальні природні, матеріальні,

санітарно-гігієнічні та естетичні умови існування в ній людського суспільства.

Всоціоекосистемі, яка нормально функціонує, усі її складові знаходяться в динамічній рівновазі, при якій матеріально енергетичний обмін, між суспільством

іприродою, органічно вписаний у природний кругообіг речовини й енергетичних потоків, завдяки чому загальний баланс речовини та енергетичних потоків зберігається. Якщо ця рівновага порушується (внаслідок антропогенного впливу), системи деградують до повного розпаду. Соціоекосистеми нормально функціонують тільки при регуляції усіх процесів, які у них відбуваються, причому ця регуляція здійснюється суспільством.

Соціоекосистеми - саморегулюючі системи. На відміну від екосистем, де центральним організуючим чинником є жива речовина, у соціоекосистемах цю функцію виконує людство. Якщо основа існування екосистеми - харчування, а головна функція - забезпечення кругообігу речовини (біотичних, трофічних

16

відношень), то в соціоекосистемі основа існування - праця, головна функція - соціальний обмін речовини і суспільні відносини.

Основним соціоекономічним законом є закон оптимальної відповідності стану природного середовища і характеру розвитку суспільства, суть якого така: люди в процесі природокористування повинні постійно пов'язувати свої

соціально - економічні потреби з можливостями біосфери задовольнити їх без особливих втрат для себе.

5.3. Соціоекосфера. Вчення Вернадського В.І. про ноосферу

У ході розвитку людства, росту чисельності населення на Земній Кулі, появі технічних споруд, розвитку культурних та соціальних феноменів у межах біосфери з'явилася нова підсистема "людство - природне середовище". Людство зі своїм виробництвом та культурою стало складовою частиною біосфери. Зростає вплив на біосферні компоненти виробничих та соціальних факторів, спричинений існуванням людини. Взаємодія в підсистемі "людство - природне середовище" має двобічний характер, але з ростом технічної озброєності людини в ній почав переважати одно направлений вплив людини на природні компоненти. Такий вплив отримав назву антропогенного, а зміни природних комплексів під впливом людини - антропогенезу.

Так на Землі з'явилася нова структура - антропосфера, або, як її ще називають, соціоекосфера.

Соціоекосфера - (глобальна соціоекосистема або система суспільство - природа) - сфера суцільної людської діяльності, охоплена людською працею.

До складу соціоекосфери входять: біосфера, охоплена людською діяльністю; ділянки геосфери; космос, що прилягає до Землі і людське суспільство з усіма досягненнями, спорудженнями, інституціями, формами організації, типами соціальних і виробничих відносин.

Зрозвитком цивілізації соціоекосфера невпізнанно змінилacя. Антропогенний вплив на природне середовище настільки зріс, що воно часто не може з ним справитися, і стабільна рівновага порушується. Чи зможе людство запобігти руйнації середовища свого існування і запобігти самознищенню?

Зцього приводу В.І. Вернадський залишався оптимістом. Він вірив, що людство, не зупиняючи свого руху по шляху прогресу, знайде шляхи збереження рівноваги на планеті, і зазначив цей шлях: біосфера, змінена силою озброєного науковими знаннями людства, неминуче перетвориться в ноосферу - сферу Розуму.

На думку В. І Вернадського, людство повинно взяти на себе відповідальність за подальшу еволюцію біосфери інакше в нього не буде майбутнього. Основна ідея В.І. Вернадського - розум повинен управляти біосферою. Він писав: "Ми повинні ясно розуміти, що людство і далі буде перетворювати 6іосферу, але це перетворення повинно погоджуватися з потребами людства, що зростає з розвитком суспільства".

Основні положення теорії В.І. Вернадського - людина відповідальна за подальший хід і еволюцію біосфери. Поява на землі Людини означала новий величезний крок у еволюції планети. Активність людей багаторазово прискорює

всі еволюційні процеси, темпи яких швидко зростають у міру розвитку

17

продуктивних сил, у міру технологічної озброєності цивілізації. Подальший неконтрольований розвиток діяльності людей таїть у собі небезпеку, яку нам важко передбачати. Саме тому якось наступить час, коли подальша еволюція планети, а отже і людського суспільства повинні будуть направлятися розумом. Біосфера стане поступово перетворюватися в сферу розуму.

По аналогії з біосферою ноосферою іноді називають ту частину оболонки Землі, що доступна цілеспрямованому розвитку під дією Розуму. Відповідно до вчення В.І. Вернадського, ноосфера - це не просто частина простору, треба говорити про епоху ноосфери, про ту епоху, коли подальша еволюція планети буде спрямована розумом. У вченні В.І Вернадського стверджується не тільки необхідність цілеспрямованого розвитку біосфери, підпорядкованого забезпеченню подальшого розвитку цивілізації, але і таких змін суспільства, його природи й організації, які були б спроможні забезпечити потрібну гармонію в розвитку природи і суспільства. Або подальший розвиток нашої планети зробиться таким, що спрямовується людським інтелектом, або цивілізація зникне з її поверхні. Третього шляху немає. У цьому і була, мабуть, основна теза у вченні В.І.Вернадського.

Дивлячись на трагічні наслідки багатьох діянь людей, важко погодитися, що біосфера вступила у стадію розумного, а не божевільного керування. Очевидно, що тільки шляхом екологізації всієї людської діяльності і людського мислення можна досягти розумної взаємодії суспільства і природи. Якщо ж цей процес занадто затягнеться, то людство ризикуватиме знищити себе, а можливо і планету.

Єдиний вихід - необхідно сформувати нові норми і правила життя людей на нашій планеті, коли природокористування буде грунтуватися не лише на економічних принципах, а й на принципах медичної доцільності, коли інтересам охорони здоров'я і довкілля взагалі, надається перевага перед виробничоекономічною рентабельністю.

Лише тоді, коли переважна більшість людей усвідомить небезпеку антропогенних процесів для подальшого існування людства і засвоїть необхідність добровільної відмови від зайвих матеріальних благ, можна буде ліквідувати гостру кризу, що виникла у відношеннях між людським суспільством та навколишнім середовищем.

Під соціоекологічним вихованням слід розуміти передачу від покоління до покоління певної сукупності норм і правил, що регламентують бережливе ставлення людей до природи в процесі життя та виробничої діяльності і цим самим охороняють природу від руйнування.

В межах соціоекосистеми біогеоценози замінюються агроценозами (агробіоценозами) і урбоценозами.

Агробіоценоз – вторинний, змінений людиною біоценоз; штучно створене людиною угрупування рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів у вигляді посівів або насаджень культурних рослин. Від біогеоценозу агробіоценоз відрізняється незначною видовою різноманітністю, слабко розгалуженими ланцюгами живлення, нездатністю до саморегуляції. Внаслідок цього людина повинна постійно втручатися у функціонування агробіоценозів, щоб запобігти небажаним сукцесіям.

18