Лекция 2-3.Экология

Рисунок 4-4 показывает, что проис­ходит с лучистой энергией Солнца, до­стигающей поверхности Земли. Около 34% сразу же отражается назад в кос­мос облаками, пылью и другими веще­ствами, находящимися в атмосфере, а также собственно поверхностью Зем­ли. Подавляющая часть из остающих­ся 66% идет на нагревание атмосферы и суши, испарение и круговорот воды в экосфере, преобразуется в энергию ветров. И лишь незначительная доля этой энергии (0,023%) улавливается зелеными растениями и используется в процессе фотосинтеза для образова­ния органических соединений, необхо­димых для поддержания жизнедея­тельности организмов.

Большая часть лучистой энергии, достигающей поверхности Земли, поступает в виде излучения светово­го и ближнего инфракрасного диапа­зонов спектра (рис. 4-3). Основная доля вредного ионизирующего из­лучения Солнца, особенно ультра­фиолетовой радиации, поглощается молекулами озона (Оз) в верхней части атмосферы (стратосфере) и водяным паром в нижней части ат­мосферы. Без этого экранирующего эффекта большинство современных форм жизни на Земле не могло бы существовать.

часть не отраженной зем­ной поверхностью поступающей сол­нечной радиации в сответствии со вто­рым началом термодинамики преоб­разуется в низкокачественную теп­ловую энергию (излучение дальнего инфракрасного диапазона) и излуча­ется обратно в космическое простран­ство. Количество энергии, возвращаю­щейся в космос в виде тепла, зависит от наличия в атмосфере молекул воды, диоксида углерода, метана, оксидов азота, озона и некоторых форм твер­дых частиц. Эти вещества, действуя наподобие избирательного фильтра, позволяют некоторым высококачест­венным формам лучистой энергии

Солнца пройти сквозь атмосферу к земной поверхности и в то же время за­держивают (поглощают и повторно излучают назад) часть возникающего потока низкокачественного теплового излучения Земли.

В настоящее время ученых все больше и больше начинают беспоко­ить те виды человеческой деятельно­сти, которые нарушают естественные темпы преобразования солнечной энергии в экосфере и ее возврата в космос в виде теплового излучения, в результате чего изменяются глобаль­ные климатические характеристики. Некоторые возможные последствия нашей деятельности с точки зрения климата будут рассмотрены в после­дующих главах.

Биогеохимические круговороты. Любые элементы или их соединения, необходимые для жизнедеятельности организмов, их роста и размножения, называются питательными вещества­ми. Они включают как органические вещества, например сахар и протеи­ны, так и неорганические, такие, как вода, углекислый газ, * кислород, ионы нитратов, фосфатов, железа, меди.

Около 40 элементов и их соедине-црй являются наиболее важными для живых организмов. Эти элементы, необходимые в больших количествах, называются питательными макроэле­ментами. К ним относятся углерод, кислород, водород, азот, фосфор, се­ра, кальций, магний, калий. Они со­ставляют 97% массы человеческого тела и более 95% массы всех живых организмов. Около 30 других элемен­тов, необходимых для жизни в не­больших или незначительных количе­ствах, называют питательными мик­роэлементами. Это железо, медь, цин&) хлор, йод и прочие.

Большинство элементов на Земле находятся в таком состоянии, что не могут быть напрямую использованы живыми организмами. К счастью, эле­менты и их соединения, необходимые в качестве питательных веществ для

поддержания жизни, пребывают в по­стоянном круговороте в экосфере и способны преобразовываться в необ­ходимые для поглощения формы в ре­зультате целого комплекса биологиче­ских, геологических и химических процессов.

Такой переход питательных веществ_ эле­ментов от неживой природы (из запасов атмосферы, гидросферы и земной коры) к живым организмам и обрат­но в неживую среду происходит в би­огеохимических круговоротах (био означает <жизнь, гео — <земля, а слово химический подразумевает пе­реход материи из одной формы в другую). Эти круговороты обуслов­лены прямым или косвенным воздей­ствием солнечной энергии и вклю­чают круговороты углерода, кислоро­да, азота, фосфора, серы и воды (рис. 4-2).

Таким образом, химический эле­мент может в какой-то момент быть частью живого организма, а в какой-то — частью неживой природы. К примеру, одну из молекул кислорода, которую Вы только что вдохнули, могли перед этим вдохнуть Вы или Ваша бабушка, фараон Тутанхамон тысячи или динозавр миллионы лет назад. Аналогично атомы углерода, входящие в состав кожи Вашей пра­вой руки, могли когда-то быть частью листа дерева, шкуры динозавра или глыбы известняка.

Существуют два основных типа биогёохимических круговоротов: кру­говороты газообразных веществ и осадочные циклы. Круговороты газо­образных веществ заключаются в пе­ремещении питательных элементов от атмосферы и гидросферы к живым организмам и обратно. Как правило, циклы этих круговоротов быстро­течны и длятся всего несколько дней или даже часов. Основными газооб­разными циклами являются круговороты углерода, кислорода, водорода и азота.

! Осадочные циклы включают дви­жение питательных элементов между

земной корой (почвами и горными породами), гидросферой (водой) и живыми организмами. Скорость пе- ремещения элементов в этих циклах намного медленнее, чем в газообраз­ных круговоротах, так как составля­ющие элементы горных пород могут находиться в них в течение тысяч и миллионов лет. Существует более 36 питательных элементов, участву­ющих в осадочных циклах. Главными из них являются круговороты фосфо­

9