Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1327 вузов, 5487 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
asman00000@mail.ru Работаю на МРТ, учусь на стоматолога,делитесь со мной файлами в ТГ ozzii05 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Медицинский Университет "РЕАВИЗ"
Предмет:
Биология
Файл:
Тейлор, Грин, Стаут 1 том [2013].pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
05.09.2026
Размер:
28 Мб
Скачать
☆
►Содержание►
420 Глава 10
дов и промышленных центров. Сейчас понят но, что атмосферные загрязнители распростра няются на огромные расстояния, причиняя ущерб окружающей среде далеко от источника выброса. Таким образом, борьба с ними стала глобальной задачей, требующей международ ного сотрудничества. К важным загрязнителям воздуха относятся антропогенные газы: хлор фторуглероды (ХФУ), диоксид серы (SO углеводороды (УВ) и оксиды азота (NO
2
x
Одной из форм загрязнения можно считать вызванное человеком повышенное содержание в атмосфере ее жизненно важного природного компонента — диоксида углерода.
Загрязнители могут серьезно влиять на дру гие естественные составляющие атмосферы, в частности снижать концентрацию озона (О в ее верхнем слое. По иронии судьбы сам озон местами загрязняет воздух на уровне земли. Он непосредственно поражает многие сельско хозяйственные культуры, вреден для нашего здо ровья, а в сочетании с УВ и NO
образует так
x
называемый фотохимический смог. Загрязни телями атмосферы в принципе являются также пыль, шум, лишнее тепло, радиоактивность и электромагнитные поля.
А
), ).
)
3
Б
Диоксид углерода и парниковый эффект
Движение углерода в ходе его биогеохимическо го круговорота обобщенно представлено на рис. 10.12. Основное количество этого элемента на Земле связано в минералах типа карбонатов, ископаемом топливе, биомассе и МОВ. Однако в последнее время происходит усиленное выде ление углерода в атмосферу в форме его диокси да (углекислого газа), главным образом при сжи гании ископаемого топлива; при этом изъятие диоксида углерода из атмосферы замедляется в результате широкомасштабного процесса сведе ния лесов (разд. 10.8.3).
10.18. Почему исчезновение лесов приводит к накоплению в атмосфере углекислого газа?
Обычно диоксид углерода присутствует в нижнем слое атмосферы (тропосфере) в низкой концентрации — примерно 0,03% по объему. Повышение его концентрации усиливает гло
Рис. 10.24. А. Кривая скорости роста объемной концен трации углекислого газа с 1958 г. по данным станции в МаунаЛоа на Гавайских островах. Плавная кривая соответствует тем же данным, усредненным по пе риодам в 10 лет. Современная объемная концентрация углекислого газа в атмосфере близка к 0,035% (355
–1
млн.
). Б. Изменения количества промышленных вы бросов углерода (за счет сжигания его ископаемых за пасов) и его глобальных резервуаров с середины XIX в. Расчеты показывают, что наземная часть биосферы была чистым источником углерода до 1940 г. (отрица тельные значения на графике), но примерно с 1960 г. начала его накапливать. (Из Climate Change (1994) IPCC Scientific Assessment, WMO/UNEP, CUP.)
бальный парниковый эффект. Дело в том, что уг лекислый газ (как и некоторые другие газы) про зрачен для идущего от Солнца коротковолново го излучения, но сильно поглощает отражаемые Землей лучи с большой длиной волны. Другими
Организмы и окружающая среда 421
словами, он, подобно стеклу в парнике, удержи вает тепло около поверхности планеты, нагревая ее. Разумеется, в конечном итоге эта энергия то же рассеивается в космосе, но дальнейшее на копление в атмосфере углекислого и других «парниковых» газов теоретически способно по высить глобальную температуру на 32°С.
Важно осознавать, что без парникового эф фекта, мало менявшегося на протяжении многих миллионов лет, современные экосистемы не мог ли бы существовать. Однако в последнее время концентрация в атмосфере диоксида углерода и других сходных парниковых газов, прежде всего угарного, метана и ХФУ, растет беспрецедентны ми темпами (рис. 10.24), а это чревато глобаль ным усилением парникового эффекта, т. е. по всеместным потеплением. Оно в свою очередь усилит испарение воды и повысит содержание ее пара в атмосфере. А пар тоже интенсивно погло щает длинноволновые лучи, и парниковый эф фект будет нарастать по механизму положитель ной обратной связи. Глобальное потепление приведет к серьезному изменению и пространст венному перераспределению погодных систем, что чревато весьма существенными последствия ми для цивилизации и живой природы.
В 1988 г. была создана Межправительствен ная группа по вопросам изменения климата (IPCC) для координации обмена научной ин формацией и исследований возможных причин и последствий повышения уровней углекислого и других парниковых газов, а также для поис ка эффективных путей исправления ситуации. В 1992 г. Всемирный экологический конгресс («Саммит Земли») сделал попытку заключить международное соглашение по снижению вы бросов СО
, обязательное для всех стран. Пока
2
убедительных доказательств антропогенного глобального потепления нет, хотя некоторые ученые и считают, что оно уже началось. В лю бом случае, международные усилия по борьбе с нарастанием парникового эффекта можно толь ко приветствовать.
Разрушение озонового слоя
Атмосфера служит для Земли теплоизоляцион ным одеялом и радиационным экраном. В вер хнем ее слое — стратосфере (на высоте 15–50 км) — кислород и озон поглощают ос новную часть идущего от Солнца ультрафиоле тового излучения, губительного в высоких до зах для всего живого — оно повреждает генети
ческий материал. Ультрафиолет определенного волнового диапазона полезен для человека, поскольку ведет к образованию витамина D (разд. 8.7.9), однако известно, что чрезмерное пребывание на солнечном свете повышает риск рака кожи. Кроме того, поглощая солнечное из лучение, озон в стратосфере нагревает ее, при водя к образованию глубокого слоя температур ной инверсии, в котором температура воздуха повышается с высотой. Этот слой ограничивает распространение конвекционных токов, и лю бое его изменение серьезно отразится на гло бальных погодных системах, т. е. на сложив шемся климате.
Озон образуется в стратосфере при действии солнечного излучения на кислород. ХФУ и неко торые другие летучие вещества, например четы реххлористый углерод и хлороформ, часто при меняемые как растворители, газывытеснители в аэрозольных баллончиках и хладагенты в холо дильниках, довольно устойчивы химически и накапливаются в атмосфере, усиливая парнико вый эффект. Главная проблема, однако, в том, что, диффундируя в верхние слои атмосферы, они расщепляются солнечным излучением, вы деляя хлор и фтор, которые реагируют с озоном, превращая его в кислород быстрее, чем происхо дит обратный процесс; иными словами, эти газы разрушают озоновый экран.
В 1987 г. впервые зафиксировано его сезон ное, но полное исчезновение над Антарктидой, а в девяностых годах регулярно наблюдалось ис тончение озонового слоя над Арктикой. Причи ны этого не вполне понятны. Возможно, произошло переохлаждение верхнего слоя атмос феры изза усиления парникового эффекта, удерживающего тепло у поверхности Земли. Это способствует формированию стратосферных ле дяных облаков над полюсами. А в таких условиях концентрация озона быстро падает. Следователь но, как ни печально, происходящее сейчас повсе местное снижение выбросов ХФУ не обязатель но приведет в ближайшем будущем к восстанов лению озонового экрана, на что надеялись ученые. Возможно, потребуется более радикаль ная борьба с усилением парникового эффекта.
Кислотные дожди
Кислотные дожди не простое и не единое по своей природе явление. Кислотообразующие га зы, а именно диоксид серы (SO
) и оксиды азота
2
422 Глава 10
Рис. 10.25. Сложная природа кислотных дождей. Схема взаимодействия загрязнителей воздуха, приводящего к разным эффектам в зависимости от характера местности. (Из C. Rose (1985) Acad rain falls on British woodland, New Scientist, 108, 1482, 52–57)
А
Б
Рис. 10.26. Колебания уловов семги в норвежских реках: А — на юге страны в области, наиболее страдающей от кислотных дождей; Б — в других 68 реках Норве гии. (Из F. Pearce (1986) Unravelling a century of acid pollution, New Scientist 11, 1527, p. 33.)
(NОx) выделяются при сжигании ископаемого топлива. Неполное сгорание последнего приво дит к выбрасыванию в атмосферу также углево дородов. Газы могут действовать сами по себе или вымываться из атмосферы водой, подкисляя снег и дождь (рис. 10.25). В наиболее промыш ленно развитых регионах планеты, например на востоке США, в Западной Европе, на северово стоке Китая и в Японии, регулярно выпадают осадки с рН заметно ниже 4,0.
Кислотные дожди (рН<5) часто приводят к серьезным изменениям экосистем и наносят ущерб постройкам. Нередко это происходит в странах, соседних с теми, где находятся основ ные источники газовзагрязнителей. Например, в Норвегии и Швеции кислотные дожди обус ловлены промышленными выбросами в Велико британии и индустриальных центрах Европы, сносимыми господствующими ветрами в сторо ну Скандинавии. В центральной части Швеции и на юге Норвегии эти осадки снижают уловы семги и форели (рис. 10.26), а также поражают леса. Отмирание деревьев изза кислотного за грязнения сейчас широко распространено по всей Европе (рис. 10.27), а в Британии от него страдают бук и тисс.
Кислотные дожди вымывают магний и каль ций из почвы и поврежденных листьев. В конеч ном итоге с понижением рН в почвенный рас твор переходят алюминий, марганец и такие тяжелые металлы, как железо и кадмий, концен трации которых могут достигать токсичных значений, приводя к поражению корней и уни
Рис. 10.27. Вызванная кислотными дождями гибель ле са в Германии.
чтожению микоризы. Это снижает способность деревьев поглощать из почвы воду и питатель ные вещества. Распространяются вызванные де фицитом минеральных веществ болезни, обост ряющиеся в засушливых условиях.
Такие «раскисляющие» меры, как, например, известкование озер (Швеция) и лесных почв (За падная Германия), можно считать лишь времен ными мерами. Коренным образом исправить си
Организмы и окружающая среда 423
туацию поможет только снижение выбросов за грязнителей в атмосферу. Сейчас основное вни мание уделяется борьбе с диоксидом серы, по скольку нетрудно выявить его промышленные источники, среди которых основными являются работающие на каменном угле электростанции. Кроме того, существуют эффективные, хотя и дорогостоящие технологии очистки от серы га зовых выбросов. Однако в долгосрочной перс пективе не менее важно сократить поступление в атмосферу углеводородов и оксидов азота.
10.8.2. Загрязнение воды
До недавнего времени загрязнение воды было относительно локальной проблемой промыш ленно развитых стран. В настоящее время наи более распространенным явлением стала эвтро фикация, т. е. обогащение внутренних водоемов азотом и фосфором. Источниками этих элемен тов служат смываемые с сельскохозяйственных земель удобрения и канализационные стоки. Это явление сейчас принимает глобальные масшта бы и затрагивает не только пресноводные, но и морские экосистемы.
Канализационные стоки из прибрежных на селенных пунктов сбрасываются в море иногда без всякой очистки, создавая непосредственную угрозу здоровью купающихся людей и морским обитателям. Поверхностные стоки из городских и индустриальных зон, а также со свалок часто загрязнены тяжелыми металлами и углеводоро дами. Биологическое концентрирование тяже лых металлов в морских пищевых цепях может давать их летальные для человека дозы, как это случилось при промышленном сбросе ртути в прибрежные воды около Миниматы в Японии. Высокое содержание ртути в рыбе повлекло смерть множества людей и рыбоядных живот ных. Сублетальные дозы тяжелых металлов, пестицидов и нефтепродуктов могут снижать сопротивление организма болезням.
В последнее десятилетие в целях борьбы с за грязнением и деградацией экосистемы Северно го моря приняты меры по сокращению и в конечном итоге прекращению захоронения и сжигания токсичных отходов в прибрежной зоне стран, окружающих этот бассейн.
Еще одна серьезная проблема — сильная эро зия почвы. Сносимые поверхностным током ча стицы ведут к заилению внутренних и прибреж ных вод, что иногда повышает их рыбные запа
424 Глава 10
сы. Однако налицо и отрицательные последст вия. Например, сведение лесов стимулировало
стности, Балтийского, Средиземного, Черно го) и рек по всему миру.
эрозию почв в Австралии, а это повысило мут ность воды в ее прибрежных водах, что повлекло за собой отмирание полипов Большого Барьер ного рифа.
Большое значение имеют также тепловое и
нефтяное загрязнения воды.
Главной причиной этого стало усиленное применение азотных удобрений и сброс в водо емы больших количеств содержащих фосфаты бытовых сточных вод. Последнее отражает не только рост народонаселения планеты, но и со временную тенденцию к увеличению его город
Эвтрофикация
Эвтрофикация — это обогащение экосистемы питательными веществами. В течение длитель ного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного био генными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органи ческих веществ (табл. 10.6). Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтро фикация многих озер, внутренних морей (в ча
Таблица 10.6. Общие характеристики олиготрофных и эвтрофных озер
Олиготорфные Эвтрофные
ской доли, а также совершенствование канали зационных систем.
Эвтрофикация создает острые экономиче ские и экологические проблемы. Чистая вода не обходима для многих промышленных процес сов, людей и домашнего скота, коммерческого и спортивного рыболовства, функционирования курортных зон и навигации (табл. 10.7).
Нитраты и особенно фосфаты относятся к питательным веществам, чаще всего определяю щим первичную продуктивность водных экоси стем. Таким образом, добавка этих солей стиму лирует быстрое размножение планктона. Консу
Глубина Глубокие Мелкие Содержание кислорода в Содержится Не содержится
гиполимнионе летом Водоросли и цианобактерии Высокое видовое Низкое видовое разнообразие при
Водорослевое цветение Редко Часто Поток питательных веществ Слабый Сильный
через автотрофов Продуктивность животных Низкая Высокая
Рыба Часто доминируют лососевые Часто доминируют малоценные виды
(Из: C. F. Mason (1981) Biology of freshwater pollution, Longman.)
ПРИМЕЧАНИЯ
Согласно классической схеме естественный эвтрофикации, только что образовавшееся глубокое озеро (классический пример — после отступления ледника) бедно биогенными элементами, поскольку прошло слишком мало времени для их вымывания из ок ружающих водоем горных пород и поступления путем поверхностного стока с водосборного бассейна. В результате первичная и вторичная продуктивность низки, вода прозрачная и на всю глубину насыщена кислородом.
Со временем выветривание и поверхностный сток обогащают воду биогенными элементами, первичная и вторичная продук тивность растет, на дне накапливаются органические и неорганические осадки, и озеро мелеет. Прозрачность воды снижается, а гиполимнион (см. рис. 10.29) может в определенные сезоны лишаться кислорода.
Дистрофным называется озеро, которое получает большое количество органического вещества, даваемого наземными расте ниями. Вода в таком озере прозрачная, но имеет буроватый оттенок; берега обычно образованы торфом (сплавинные). Дистроф ные озера развиваются на верховых болотах.
разнообразие при низких высоких популяционной плотности и популяционной плотности и продуктивности; часто доминируют продуктивности; часто цианобактерии доминируют зеленые водоросли
(форель, голец) и сиговые (окунь, карп, плотва и т. п).
Организмы и окружающая среда 425
Таблица 10.7. Основные последствия эвтрофика­ции для экосистемы и проблемы, создаваемые этим процессом для человека
Последствия
1. Видовое разнообразие снижается, а доминанты би
оты сменяются
2. Биомасса растений, водорослей и животных увели
чивается
3. Возрастает мутность воды
4. Увеличивается скорость осадконакопления, что со
кращает продолжительность жизни озера
5. Могут развиться аноксические условия
Проблемы
1. Может затрудниться очистка питьевой воды, кото
рая иногда приобретает неприятный вкус и запах
2. Вода может стать опасной для здоровья
3. Вода становится излишне жесткой
4. Зарастание реки может снизить скорость ее тече
ния и мешать навигации
5. Могут исчезнуть важные промысловые виды, на
пример лососевые и сиговые
(Из: C. F. Mason (1981) Biology of freshwater pollution, Long
man.)
нормального развития многих видов прежней экосистемы. В далеко зашедших ситуациях рыба и другие крупные животные гибнут, их разложе ние усиливает потребность в кислороде, и про цесс идет по нарастающей. Эта проблема может затрагивать не только непосредственно эвтро фированную зону. Нескольких участков с дефи цитом кислорода в речных системах бывает до статочно для блокирования миграции проход ных рыб, например лососей и угрей.
Дезоксигенация проточных водоемов, вы званная органическими остатками, — процесс медленный, и максимальный дефицит кислоро да обычно наблюдается на некотором расстоя нии от места поступления питательных веществ (рис. 10.28). Так, например, в Темзе в 1967 г. осенью при низком уровне воды зона кислород ного истощения простиралась на 40 км ниже Лондонского моста, а весной, когда вода стояла высоко, — всего на 12 км. В последние 30 лет проведена большая работа по очистке этой реки. Такого сильного дефицита кислорода в Темзе больше не наблюдается, и рыбу можно ловить на всем ее протяжении.
менты реагируют на рост кормовых ресурсов медленнее, поэтому увеличивается доля авто трофов, гибнущих «естественной смертью» и непосредственно снабжающих органикой де тритные пищевые цепи. Минерализация накап ливающихся остатков редуцентами требует кис лорода. В результате его концентрация в воде может упасть ниже уровня, необходимого для
Рис. 10.28. Типичные кривые «кислородного истоще ния»: влияние сброса в реку органики на концентрацию растворенного кислорода в воде. (Из C. F. Mason (1981) Biology of fresh water pollution, Longman.)
10.19. Перечислите факторы, определяющие степень дезоксигенации воды.
В озерах проблему вызванного эвтрофика цией дефицита кислорода может обострять се зонная стратификация, т. е. формирование несме шивающихся слоев воды с разными температура ми. В умеренном климате температурная страти фикация происходит обычно в начале лета (рис.
10.29), главным образом по двум следующим причинам.
1. Солнце нагревает поверхность воды. Теп лая вода имеет более низкую плотность, по этому она не погружается, а образует теп лый стационарный верхний слой (эпилим нион). Ниже этого слоя вода может нагре ваться только за счет теплопроводности, а в жидкой среде это процесс медленный.
2. Реки и ручьи, впадающие в озеро, мельче его. Их вода прогревается на всю глубину. Она смешивается только с эпилимнио ном, еще больше повышая его температу ру по сравнению с глубинным слоем (гипо лимнионом).
426 Глава 10
Рис. 10.29. Тепловая стратификация озера в средних широтах (пруды Линсли, Коннектикут, США). Летом теп лый, богатый кислородом циркулирующий слой воды (эпилимнион) отделяется от прохладного, бедного кислородом придонного слоя (гиполимниона) широкой зоной быстрого изменения температуры — термоклином. В этой зоне градиент оксигенации воды аналогичен приведенному для водоема в целом. (С изменениями из: E. P. Odum (1971) Fundamentals of ecology, Saunders.)
Для озерной экосистемы все это имеет важ ные последствия, в частности затрудняет снаб жение гиполимниона кислородом.
Вода озера снабжается кислородом тремя ос новными путями:
1) за счет фотосинтеза, требующего света, т. е. наиболее интенсивно идущего у по верхности;
2) путем диффузии из атмосферы;
3) с проточной водой впадающих рек и ру чьев.
Как видно, эти источники обогащают кисло родом прежде всего эпилимнион. Оксигенация глубинных слоев зависит от диффузии сверху и перемешивания воды во время сильного волне ния. Последнее более характерно для зимнего сезона. Таким образом, при установлении лет ней стратификации жизнь в глубине озера зави сит главным образом от образовавшегося к весне запаса кислорода в гиполимнионе.
В здоровой озерной экосистеме большая часть первичной биомассы поедается фитофага ми; на долю детритофагов и редуцентов прихо дится сравнительно мало пищи. Эвтрофикация повышает продуктивность фитопланктона в эпилимнионе, и масса мертвых остатков оседает на дно водоема, поскольку консументы «не справляются» с возросшим количеством корма. Это стимулирует развитие в гиполимнионе реду центов, истощающих и так небольшой запас
кислорода. Если бы кислорода в гиполимнионе было много, то никаких проблем не возникало бы . Однако к концу лета там возможно развитие аноксических (бескислородных) условий, вызы вающих катастрофическую гибель (замор) рыбы и других животных.
Мониторинг эвтрофикации
За изменениями, связанными с эвтрофикацией, можно следить биологическими и химическими методами. Такие регулярные наблюдения, т. е. мониторинг, позволяют вовремя принять адек ватные меры, предотвращающие катастрофиче скую деградацию экосистемы. Выявить начав шуюся эвтрофикацию можно по изменению состава фитопланктона, например по его уча стившемуся «цветению», вызываемому циано бактериями. Для эвтрофных вод характерно низкое видовое разнообразие фитопланктона при высоком обилии нескольких кодоминантов.
Полезным химическим параметром служит так называемая биохимическая потребность в кис лороде (БПК) (опыт 11.9), т. е. мера истощения его запасов биотой. Считается, что эта величина отражает интенсивность разложения присутст вующего в воде детрита микроорганизмами (как уже говорилось, для эвтрофных водоемов харак терно возрастание массы МОВ). Теоретически результат будет включать и потребление кисло рода фитопланктоном. Обычно на практике это не имеет значения, хотя в отдельных случаях на
Организмы и окружающая среда 427
водоросли приходится до 50% БПК. Таким обра зом, данный анализ лишь приблизительно оце нивает качество воды, и желательно использо вать его в сочетании с другими методами.
10.20. Каковы преимущества и недостатки биологического мониторинга эвтрофикации по сравнению с химическим?
Тепловое загрязнение
Тепловое загрязнение создает проблемы в реках и прибрежных океанических водах. Обычно та кое загрязнение связано с использованием при родных вод в качестве охлаждающих агентов в промышленных процессах, например на элект ростанциях. Вода, возвращаемая в водоемы пред приятиями, теплее исходной и, следовательно, содержит меньше растворенного кислорода. Одновременно нагревание среды увеличивает интенсивность метаболизма ее обитателей, а, значит, их потребность в кислороде. Если тем пература сбрасываемой воды незначительно отличается от температуры воды в водоеме, то никаких изменений биотического компонента экосистемы может не произойти. Если же темпе ратура повышается существенно, то в биоте мо гут произойти серьезные изменения. Например, для проходных рыб типа лосося бедные кислоро дом участки рек становятся непреодолимыми препятствиями, и связь этих видов с нерестили щами прерывается.
Однако такое использование водоемов (рек или эстуариев), уже загрязненных органикой, иногда дает положительный эффект. Проходя по трубам промышленных систем охлаждения, вода оксигенируется в результате перемешивания, поэтому, возвращаясь в эвтрофную экосистему, может обогащать ее кислородом. Это стимулиру ет микробную активность и способствует повы шению качества местообитания.
Нефтяное загрязнение
Нефтяное загрязнение угрожает прежде всего морским и прибрежным экосистемам. Основ ные его причины следующие:
1) аварии нефтеналивных судов (танкеров) в результате столкновений, пожаров или крушений;
2) утечка нефти из береговых резервуаров;
3) промывание грузовых емкостей танкеров в море.
Каждый год такие происшествия приводят к попаданию в мировой океан примерно 10 млн. т сырой нефти.
Нефть не смешивается с водой, но ее выбра сывание на берег губит водоросли, моллюсков, ракообразных и других литоральных животных. Морские млекопитающие страдают от нефтяно го загрязнения изза того, что их мех покрывает ся нефтью. Однако самыми явными жертвами становятся рыбоядные птицы: нефть пропитыва ет и склеивает перья, делая невозможным полет и ухудшая теплоизоляцию тела, а это грозит ги белью от переохлаждения; параллельно снижает ся плавучесть, и в воде птица тонет; наконец, по пытки чистить перья приводят к заглатыванию углеводородов и отравлению. Фитопланктон от нефтяного загрязнения, повидимому, особо не страдает, хотя темная пленка на поверхности мо ря снижает освещенность толщи воды, и интен сивность фотосинтеза временно ослабевает.
В долгосрочной перспективе ущерб для эко систем от разливов нефти минимален. Восста новление идет быстрее, если дать нефти диспер гироваться естественным путем. Бактериальное разложение углеводородов, которому способст вует разрушение сплошной пленки ветром и волнами, в условиях теплого и умеренного кли мата завершается через 3–4 года. В условиях хо лодного климата, например у берегов Аляски, где в 1989 г. произошло крушение танкера «Exxon Valdez», отрицательный эффект сохраня ется дольше изза пониженной бактериальной активности. Применение поверхностноактив ных диспергирующих агентов ускоряет процесс, но сами эти вещества часто усугубляют экологи ческий ущерб, поскольку токсичны и с трудом поддаются биоразложению.
Результаты исследований показали, что ма лозаметные, но постоянные утечки нефтепро дуктов, например с прибрежных перерабатыва ющих предприятий и терминалов, опаснее для морских и литоральных экосистем, чем получа ющие широкую огласку крупные аварии.
Методы борьбы с нефтяным загрязнением воды следующие:
1) защита плавучими заграждениями (бона ми) береговой линии от пятна нефти на воде;
428 Глава 10
2) выжигание тяжелых нефтяных фракций;
3) сбор нефти и закачка ее в специальные очистные суда;
4) обработка нефтяного пятна бактериями (например, Pseudomonas), разлагающими углеводороды (см. гл. 25);
5) применение новых специально разрабо танных диспергирующих агентов — менее токсичных и более подверженных биораз ложению, чем традиционные;
6) прокладка маршрутов супертанкеров вда ли от опасных вод и экологически уязви мых побережий;
7) cтроительство танкеров с двойными стен ками грузовых емкостей;
8) внедрение новых балластных систем.
10.8.3. Разрушение наземных экосистем
С доисторических времен люди преобразовыва ли экосистемы, чтобы обеспечить себя пищей, убежищем, топливом и другими ресурсами, а также избавиться от своих отходов. Первые со общества охотников и собирателей оказывали минимальное влияние на природную среду, но по мере того как человечество становилось все более многочисленным, оседлым и технически оснащенным, вызываемые им изменения био сферы постоянно усиливались, а в последние столетия приобрели местами катастрофические масштабы. Например, сведение лесов в Брита нии началось еще в неолите, но шло нарастаю щими темпами, и к началу XX в. леса сохрани лись только на 3% площади страны. В настоящее время все большую тревогу вызывают глобаль ные масштабы обезлесивания.
Уничтожение лесной растительности обычно вызвано потребностью в новых полях и пастби щах и ведет к появлению совершенно новых ан тропогенных экосистем. Нерациональное ис пользование таких экосистем создает другие проблемы, включая эрозию почвы, опустынива ние и отрицательные последствия применения синтетических пестицидов.
но это лишь остатки их сплошных доисториче ских массивов, вырубленных человеком. Мно гие развитые страны строго охраняют оставшие ся у них лесные ресурсы и ведут широкомасш табные лесопосадки. Напротив, тропические леса продолжают сводиться ударными темпами. Если в 1950 г. они занимали примерно 15% пло щади мировой суши, то к 2000 г. эта доля сокра тилась до 7%, хотя еще и соответствует 300 млн. га. По существующим оценкам, ежегодно исче зает 12 млн. га леса, что равно территории Анг лии, а еще 10 млн. га деградирует изза вырубки наиболее ценных древесных пород, нерацио нального ведения хозяйства и игнорирования природоохранных проблем.
Там, где плотность населения низка, тради ционная переложная (подсечноогневая) систе ма земледелия, связанная с вырубкой тропиче ских лесов, не наносит им существенного долго временного ущерба. Деревья на небольшом участке вырубаются, пни выкорчевываются, древесина сжигается, и расчищенная почва рас пахивается и засевается. Зола служит удобрени ем, а огонь уничтожает потенциальных вредите лей. В первые годы урожаи неплохие, но затем они быстро снижаются, поскольку тропические почвы изначально бедны питательными вещест вами (см. ниже). Одновременно поле начинает захватываться возобновляющейся лесной расти тельностью. Через 3–4 года его забрасывают, по скольку расчистить и обработать новый участок проще. Через 30–40 лет на месте залежи восста навливается зрелый полог тропического леса.
Глобальное обезлесивание
Леса представляют собой климаксные сообщест ва на значительной части планеты и не так давно покрывали треть суши. Сейчас площадь лесов умеренного пояса сокращается незначительно,
Рис. 10.30. Крестьянин сажает маниок на поле, расчи щенном подсечноогневым способом среди мадагаскар ского дождевого леса.
Организмы и окружающая среда 429
Последний момент очень важен для сохране ния плодородия почвы. В дождевых тропиче ских лесах основная часть органики и минераль ных элементов питания экосистемы сосредото чена в надземных частях растений. Опад, как и любое МОВ, очень быстро минерализуется, и за 5–6 нед, если не раньше, его вещества вновь включаются в состав живой биомассы — в почве почти ничего потенциально полезного не накап ливается. Деревья образуют густое поверхност ное сплетение корней, которое поглощает 99,9% просачивающихся сквозь грунт минеральных солей. Многие лесные породы относятся к бобо вым, и на их корнях находятся клубеньки с азот фиксирующими бактериями. Другие виды обыч но связаны с микоризными грибами, которые в процессе собственного питания переносят жиз ненно необходимые минеральные вещества из разлагающегося опада непосредственно в расте ния. Такой быстрый круговорот элементов под держивает высокую продуктивность экосистемы несмотря на низкое плодородие почвы. Она вполне подходит для переложного земледелия, при котором небольшие поля сравнимы с прога линами («окнами»), периодически возникаю щими естественным путем в пологе, чтобы быс тро зарасти снова. Однако широкомасштабное сведение леса под сельскохозяйственные площа ди в таких условиях, очевидно, нерентабельно.
Чтобы переложная система была устойчивой, необходимо восстановление на залежи исходной растительности. Если не дождаться появления зрелого леса на ранее использовавшемся участке и снова его расчистить, то золы получится мень ше, чем раньше, т. е. почва окажется беднее пи тательными веществами, урожайность упадет быстрее, придется раньше забрасывать поле и вырубать лес по соседству с ним.
Поскольку народонаселение планеты растет, вполне возможно дальнейшее расширение пло щадей, занятых продовольственными культура ми. Обезлесиванию будет также способствовать рост потребности в топливе — дровах и хворосте. Еще более осложнить ситуацию грозит измене ние землепользования, в частности расчистка больших площадей под непродовольственные культуры или пастбища. В некоторых странах одной из главных причин деградации лесов слу жит коммерческая вырубка ценных пород, в час тности тика и красного дерева.
Сведение лесов серьезно ухудшает состояние биосферы по многим причинам.
1. Утрачивается источник традиционно ис пользуемых местным населением продук тов — деловой древесины, дров, лозы, ме да, плодов, трав, дичи и т. п.
2. Ставится под угрозу долговременное удов летворение растущего во всем мире спроса на строевой лес, мебельную древесину и сырье для бумажной промышленности.
3. Леса часто находятся на возвышенностях и водоразделах и перехватывают значитель ную часть дождевой влаги. Лесной полог различными путями смягчает влияние на среду интенсивных тропических осадков. Он возвращает большое количество воды в атмосферу путем испарения и транспира ции, одновременно сводя к минимуму по верхностной сток, т. е. обеспечивая проса чивание воды в почву (инфильтрацию). Это приводит к формированию на глубине стабильного водоносного горизонта, рав номерно питающего ручьи и реки. Если уничтожить лесной полог, то поверхност ный сток резко возрастет, что приведет к иссушению водораздельных участков и резким перепадам уровня воды в равнин ных реках. Например, происшедшее летом 1988 г. беспрецедентное по масштабам на воднение в Бангладеш, от которого по страдала б'ольшая часть страны, объясняют главным образом обезлесиванием гор на севере Индии и в Непале.
4. Усиление поверхностного стока ведет к эрозии почвы. Ее плодородный слой мо жет быть полностью размыт, так что обна жившийся грунт станет непригодным не только для сельскохозяйственного ис пользования, но и для восстановления ис ходного древостоя. Одновременно про изойдет заиление водохранилищ, эстуари ев и гаваней, что потребует их регулярного драгирования. Возникнет угроза оползней и селевых потоков.
5. Леса являются основными источниками кислорода и потребителями углекислого газа на планете, поэтому их уничтожение приведет к росту концентрации СО
в ат
2
мосфере и усилению парникового эффек та, что чревато глобальным потеплением климата (см. разд. 10.8.1).
6. Леса представляют собой сообщества с высоким видовым богатством и разнооб
Соседние файлы в предмете Биология
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности