Екологія

Збитки, викликані зміною кліматичних умов та глобальним потеплінням, тільки у 1998 р. становили майже 70 млрд. доларів. Кіотський протокол до Рамкової Конвенції ООН про зміну клімату, схвалений у 1999 р., став значним кроком вперед у спробах вирішити цю проблему. Країни, що увійшли до Додатка 1 Протоколу (розвинуті країни та країни з перехідною економікою) домовились зменшити викиди парникових газів до рівня, меншого на 5 % від рівня базового року, у період з 2008 до 2012 року. Для різних країн встановлено різний рівень зниження викидів. Україні необхідно обмежити ріст викидів парникових газів до рівня 1990 року. Зменшення викидів стосується усіх секторів економіки, у т.ч. промисловості, енергетики та транспорту.

Знеліснення територій та спалювання лісів для створення додаткових сільськогосподарських угідь сприяють збільшенню емісії парникових газів.

Руйнування озонового шару. Озон є захисним бар’єром, який зменшує згубну дію жорстких ультрафіолетових променів. Зменшення вмісту озону в атмосфері загрожує захворюваннями людей і тварин, збільшенням кількості шкідливих мутацій, а також зниженням урожаїв сільськогосподарських культур.

Проблема відходів. Збитки від них – це не лише величезні площі землі, зайняті звалищами, териконами, шлакосховищами та ін., а й великі дози токсикантів та радіоактивних забрудників у повітрі, воді та ґрунті.

Пандемія СНІДу. У нинішньому столітті людство може зіткнутися з безпосередньою загрозою існуванню цілих популяцій. У деяких африканських країнах ВІЛ-інфіковані становлять до 20–25 % населення.

Джерела екологічної кризи сучасності та її вплив на біосферу.

Першоджерелом і першопричиною бурхливого розвитку глобальної екологічної кризи є, на думку експертів, демографічний вибух, що, незважаючи на колосальні екологічні резерви біосфери, супроводжується скороченням природних ресурсів, нагромадженням величезної кількості відходів, забрудненням довкілля, хворобами, голодом, вимиранням.

Донедавна розвиток людського суспільства і самоочищення навколишнього природного середовища від техногенних забруднень перебували в динамічній екологічній рівновазі. Проте останніми роками зменшення термінів, необхідних для збільшення населення планети на 1 мільярд, поряд з іншими чинниками, призвели до різних негативних наслідків, з якими біосфера впоратися не здатна. Так, згідно з підрахунками фахівців, для збільшення населення нашої планети на перший мільярд знадобилося близько

11

Вирубування лісів, ерозія ґрунтів, катастрофічне забруднення біосфери невпинно супроводжуватимуться вимиранням та зникненням багатьох видів рослин і тварин. А інакше бути не може, оскільки згідно з законом константності біосфери В.Вернадського, кількість живої речовини в біосфері є постійною величиною і у разі збільшення чисельності одного виду (тобто в цьому випадку – людей) зменшуватиметься чисельність інших видів).

Природа зазнає впливу суспільства за такими напрямами:

•використання компонентів навколишнього середовища як ресурсної бази виробництва;

•вплив виробничої діяльності людей на навколишнє середовище;

•демографічний тиск на природу (збільшення кількості населення, урбанізація, сільськогосподарське використання земель).

Основними джерелами антропогенного забруднення середовища є:

•виробники енергії (ТЕС, АЕС, ГРЕС, сотні тисяч котельних);

•гірничо-видобувні та помислові об`єкти (насамперед металургійні, хімічні, нафтопереробні, цементні і целюлозо-паперові);

•екстенсивне, перехімізоване сільське господарство;

•військова промисловість і військові об`єкти;

•автомобільний та інші види транспорту (морський, річковий, заліз-

ничний, повітряний).

Вони забруднюють довкілля токсичними речовинами, шкідливими фізичними полями, шумами, вібраціями, надмірним теплом. З розвитком хімії, металургії, енергетики і машинобудування світові почали загрожувати відхо-

12

ди, що містять важкі метали, нітрати, радіонукліди, нафтопродукти, пестициди, синтетичні пральні порошки та інші шкідливі речовини, що не засвоюються мікроорганізмами, не розкладаються, а накопичуються у ґрунтах, водоймах та підземних водах.

Характеристика сучасної екологічної ситуації в Україні. За природ-

ними умовами Україна є однією з найбагатших країн світу. Загальна площа України дорівнює 603 628 км², що становить 5,7 % території Європи і 0,44 % території світу. Близько 95 % її території – рівнинна частина, а решта 5 %. – гірські системи Карпат та Криму. Ліси займають 19 % її території.

За різноманітністю і багатством мінерально-сировинної бази Україна може забезпечити збалансований розвиток базових галузей промисловості і агропромислового комплексу. Україна виробляє близько 5 % світового обсягу мінеральної сировини. На її території розвідано близько 8 тис. родовищ майже 90 видів корисних копалин. Потребують промислового освоєння такі види мінеральної сировини, як золото, рідкісні метали (літій, скандій та ін.), алуніти, флюорити, апатити, фосфорити, цеоліти. Багато родовищ залягають у вигідних географічних і еколого-економічних умовах, що підвищує їхнюцінність.

Недосконалі технології видобування та переробки мінеральної сировини, незадовільне вирішення питання комплексного освоєння родовищ призводить до того, що в надрах залишається і втрачається: розвіданих запасів нафти – 70 %, солей – 50 %, вугілля – 40 %, металів – 25 %. Відходи видобутку і переробки корисних копалин майже не використовуються у народному господарстві і займають десятки тисяч гектарів сільськогосподарських угідь, ускладнюючи екологічну ситуацію.

Україна з її багаторічною енергетично-сировинною спеціалізацією та низьким технологічним рівнем промисловості належить до країн з найвищими абсолютними обсягами утворення та накопичення відходів. Щороку в поверхневих сховищах складують понад 1,5 млрд. т твердих відходів. У різних звалищах, шламосховищах, відвалах і териконах нагромаджено понад 20 млрд. т відходів, які займають близько 130 тис. га земель. Переважна кількість відходів (до 90 %) утворюється на підприємствах гірничовидобувної промисловості під час розробки родовищ та збагачення корисних копалин. Сьогодні утилізують лише третину загальної кількості відходів. При цьому частка вторинної сировини взагальномуспоживанні ресурсівне перевищує 15 %.

Така картина є також наслідком залишкового принципу фінансування природоохоронних заходів. Економіка України перенасичена хімічними, металургійними та гірничорудними виробництвами із застарілими технологіями і значним руйнівним впливом на навколишнє середовище.

Деформована галузева структура виробництва спричинила деформовану його територіальну організацію. Виникли гігантські центри надмірного зосе-

13

редження промисловості, що характеризуються високим антропогенним впливом на природне середовище. Це насамперед Донбас і Придніпров'я – найбільш забруднені регіони в Європі. В цьому регіоні, а він займає 18 % території з 28 % населення України, виробляють 40 % загального обсягу промислової продукції.

У складному стані перебувають земельні ресурси та ґрунти України. Її земельний фонд (60,4 млн. га) характеризується високим рівнем освоєння. Розораність території становить 56 % і є найвищою у світі. Для порівняння, у США цей показник становить 27 %, у Франції – 42 %, у ФРН – 33 %. В середньому на одного жителя України припадає 0,81 га сільськогосподарських угідь і 0,65 га ріллі. Тільки 8 % території країни перебуває в природному стані. Це болота, озера та гірські масиви, покриті і непокриті лісом. В Україні всі придатні для інтенсивного землекористування території вже задіяні у різних сферах господарської діяльності.

Водночас продовжуються значні втрати угідь і відведення земель для несільськогосподарських потреб. Упродовж останніх десяти років для державних і громадських потреб відведено понад 360 тис. га земель, зокрема майже 120 тис. га сільськогосподарських угідь.

Внаслідок екстенсивного розвитку сільського і лісового господарства, водних і хімічних меліорацій відбувається інтенсивний розвиток ерозійних процесів, ущільнення орного шару ґрунту, зниження його родючості, ослаблення стійкості природних ландшафтів України. Стан ґрунтів загалом досяг критичного рівня і перебуває на межі виснаження. Це зумовлено тривалим екстенсивним використанням земельних угідь, і особливо ріллі, що не компенсувалося рівнозначними заходами з відтворення родючості ґрунтів.

Через нераціональне застосування засобів хімізації сільського господарства в ґрунтах накопичуються залишки мінеральних добрив і пестицидів. Щороку використовується понад 4 млн. т мінеральних добрив, що в перерахунку на душу населення становить майже 85 кг.

Велике занепокоєння викликає стан водних ресурсів та способи їхнього використання. Поверхневі води України належать здебільшого до дуже забруднених. Найбільш забруднені ріки – Дніпро, Сіверський Донець і ріки Приазов'я. Чорне море, відоме своїми рибними багатствами, за останні тридцять років перетворилося на стічну яму для Європи. До основних забруднювальних речовин належать нафтопродукти, феноли, сполуки фосфору, азоту, ртуті, важких металів тощо. Безкиснева зона, яка у 70-х роках минулого століття займала площу 3,5 тис. км2, нині розширилась до 50 тис. км2, що становить понад 10 % усієї акваторії Чорного моря. З 26 видів риб, які виловлювали рибалки в 60-ті роки, залишилось лише 5.

14

Основними причинами, що зумовили сучасний кризовий стан довкілля в Україні, є:

•застарілі технології виробництва з високою енергота матеріаломісткістю, що перевищують удва-три рази відповідні показники в розвинених країнах;

•високий рівень концентрації промислових об'єктів у деяких регіонах;

•відсутність ефективних природоохоронних технологій (зворотних систем водозабезпечення, очисних споруд тощо), незадовільний рівень експлуатації природоохоронних споруд;

•відсутність ефективного правового й економічного механізмів, які сприяли б використанню екологічно безпечних технологічнихпроцесів.

Концепція сталого розвитку. Основним завданням людства на нинішньому етапі є створення економіки, яка не завдає шкоди навколишньому середовищу. У ХХІ столітті мають бути вироблені нові етичні норми, в основу яких покладено екологічні цінності. Основною стратегією поведінки людини

вбіосфері повинна стати екологічна культура, принципи якої – повага до всього живого, повага до природи, тобто до біосфери та її складових.

У1992 р. міжнародна конференція країн-членів ООН в Ріо-де-Жанейро рекомендувала як основу для розвитку світової спільноти концепцію сталого розвитку. Основою сталого розвитку є узгоджений розвиток біосфери і людської цивілізації, паритетність відносин утріаді «людина – господарство – природа».

Сталий розвиток повинен забезпечити збалансоване розв’язання соціальноекономічних проблем (сьогодення і майбутніх поколінь людей) та збереження навколишнього середовища і природно-ресурсного потенціалу, формування умов для відновлення біосфери та її локальних екосистем, орієнтування на зниження рівня антропогенного впливу на природне середовище і гармонізацію розвиткулюдини в природі.

Лекція 2. Біосфера. Екосистеми.

Поняття біосфери та її основних складових. Літосфера. Атмосфера. Гідросфера.

Природні ресурси.

Форми та механізми деградації біосфери.

Поняття біосфери та її основних складових. Літосфера. Атмосфера.

Гідросфера. Біосфера (від грец. βίος – життя, σϕαίρα – куля) – область існування живої речовини (за В.І.Вернадським). Біосфера є сукупністю усіх біогеоценозів Землі, єдиною глобальною екологічною системою.

Вперше термін «біосфера» вжив австрійський вчений Е. Зюсс у 1875 р., але поширився цей термін завдяки академіку В.І. Вернадському (1864–1945).

15

Основи його вчення викладено у праці «Біосфера» (1926). За мільярди років існування Землі живі істоти змінили склад її атмосфери, гідросфери і літосфери, створивши, по суті, зовсім нове середовище життя.

В.І. Вернадський визначив біосферу як термодинамічну оболонку з температурами +50…-50оС і тиском приблизно 760 мм.рт.ст, що відповідає межам життя для більшості організмів. За В.І. Вернадським, верхня межа біосфери лежить на висоті до 22 км, охоплюючи тропосферу і нижню частину стратосфери. Знизу біосфера обмежена відкладеннями на дні океанів (до 0,5 км нижче дна океану) до глибини ~11 км і глибиною проникнення в надра Землі організмів і води в рідкому стані (до 5 км) (рис. 2.1).

Основними складовими біосфери, за Вернадським, є жива речовина, біогенна, біокосна і косна речовини. Крім того, до складу біосфери входять радіоактивні речовини, які утворюються внаслідок розпадурадіоактивних елементів.

Однією з найважливіших особливостей біосфери є різноманіття живих організмів, яке є результатом тривалої еволюції. Величезна кількість живих істот (понад 2 млн. видів) перебуває в надзвичайно складних взаємовідносинах між собою і неживою речовиною. Стійкість біосфери, за Вернадським, полягає у сталості її загальної маси (1019 т), маси живої речовини (1015 т), енергії, пов’язаної з живою речовиною (1018 ккал) і середнього складу всього живого. В.І. Вернадському належить і відкриття такого основного закону біосфери:

«Кількість живої речовини є планетною константою з часів архейської ери, тобто за весь геологічний час»).

Біосфера в усі періоди свого еволюційного розвитку постійно змінювалась під впливом різних природних процесів. Наслідком тривалої еволюції стала її здатність до саморегуляції та нейтралізації різних негативних процесів.

Якісно новий етап розвитку біосфери розпочався у сучасну епоху: діяльність людини за своїми масштабами прирівнюється до геологічних процесів. Саме сьогодні настав час, коли розум у найвищому розумінні повинен визначати ставлення до навколишнього природного середовища. У 1944 р. В.І. Вернадський сформулював поняття ноосфери, тобто сфери розуму. Ноосфера – це біосфера, перетворена людством відповідно до пізнаних і практично освоєних законів її будови і розвитку.

Біосфера є уявною оболонкою земної кулі, до якої належать частини літосфери, атмосфери і гідросфери, заселені живими організмами (рис.2.1).

Літосфера (від грец. λίθος – камінь; σϕαίρα – куля) – зовнішня тверда оболонка земної кулі, до якої належать земна кора завтовшки від 6 км (під океанами) до 80 км (гірські системи) і верхній шар мантії. Товщина і будова літосфери також визначаються типом земної кори; товщина літосфери в районі материків становить 150–250 км, під океанами 50–100 км.

16

Живі організми можуть жити в літосфері на глибині до 5 км.

До складу літосфери входять два найголовніші компоненти – ґрунт і надра Землі. Ґрунт – тонкий верхній шар континентальної земної кори, один із найголовніших ресурсів планети, гігантська екологічна система, яка разом із Світовим океаном вирішально впливає на всю біосферу. Він утворений під впливом рослин, тварин, мікроорганізмів та клімату з материнських гірських порід, на яких він розташований.

У ґрунті взаємодіють такі основні компоненти:

•мінеральні речовини (пісок, глина), вода, повітря;

•детрит – відмерла органічна речовина, залишки життєдіяльності рослин і тварин;

•численні живі організми, які розкладають детрит до гумусу (перегною). Кількість гумусу визначає родючість ґрунту (максимальний вміст гумусу в ґрунтах України може становити 3,5-6 %.

Загальний земельний фонд України становить 60,36 млн.га. Територія України розташована в трьох ґрунтово-кліматичних зонах (степова, лісова і полісся) з різними типами ґрунтів (чорноземи, сірі лісові ґрунти, дернисті та

17

торф’яники відповідно). Одним з найбільших природних багатств України є чорноземи. Вони становлять майже 50 % світового банку чорноземів. Розорані землі в Україні займають близько 85 % від площі степів і лісостепів. Посівні площі становлять 33,5 млн.га.

Середня товщина шару родючого ґрунту в Україні становить 15-20 см (максимальна його товщина може сягати до 2 м).

Надра – частина природного середовища, яка розташована під земною поверхнею. Надра є мінеральною основою біосфери; для людини надра – традиційний об’єкт для добування корисних копалин: паливних (вугілля, нафта, горючі сланці), рудних (залізо, алюміній, мідь, олово та ін.) і нерудних (фосфорити, апатити та ін.), природних будівельних матеріалів (вапняки, піски, гравій та ін.).

Атмосфера (від грец. άτμός- пара й σϕαίρα – куля) – це газова оболонка Землі. За своїми фізичними властивостями вона є неоднорідною як за висотою, так і по горизонталі, хоча горизонтальна неоднорідність проявляється значно слабше. Середній тиск атмосфери на поверхню Землі на рівні моря становить 760 мм рт. ст. Щільність і тиск атмосфери зменшуються з висотою: біля поверхні Землі середня щільність повітря дорівнює 1,22 кг/м3, на висоті

10 км – 0,41 кг/м3, а на висоті 100 км – 8,8 х 10-7 кг/м3.

Маса атмосфери нашої планети становить 5,3 · 1015 т, тобто дорівнює лише одній мільйонній маси Землі (маса Землі дорівнює 5,974 · 10 21 т). Проте її роль у природних процесах біосфери є надзвичайно великою; вона визначає загальний тепловий режим поверхні нашої планети, захищає її від шкідливих космічного та ультрафіолетового випромінювань.

До складу атмосфери належать азот ( 78 %), кисень ( 21 %), аргон ( 0,93 %) і вуглекислий газ ( 0,03 %). Не більше 0,04 % становлять разом водень, неон, гелій, метан, криптон та інші гази. Приблизно до 200 км основним компонентом повітря є азот. На висоті понад 600 км основним компонентом є гелій, а понад 2 000 км – водень, що утворює навколо Землі так звану водневу корону.

Кожний газ виконує свою функцію. Кисень забезпечує дихання і горіння. Азот входить до складу білків – речовин, з яких складаються всі живі організми. Вуглекислий газ — один з основних компонентів процесу фотосинтезу рослин. Озон – газ, що поглинає основну частину шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Якби атмосфери не існувало, середня температура поверхні Землі сягала би –23°С, фактично ж вона дорівнює 14,8°С.

Згідно з номенклатурою, прийнятою Комісією з аерології Всесвітньої метеорологічної організації у 1961 році, земна атмосфера за характером температурної

18

стратифікації (розподіленням температури за висотою) поділяється на 5 основних шарів: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера і екзосфера і 4 перехідні шари: тропопауза, стратопауза, мезопауза і термопауза (табл. 2.1).

Тропосфера (від грец. τρόπος – поворот й σϕαίρα – куля) – нижня область земної атмосфери між земною поверхнею і тропопаузою, що характеризується пониженням температури повітря з висотою в середньому на 6,5°С/км. В полярних і середніх широтах висота тропосфери сягає 8–12 км, а у тропіках – 16–18 км. У тропосфері зосереджена основна маса атмосферного повітря – від 75 % у середніх і полярних широтах до 90 % – у тропіках.

Тропопауза (товщина 1 – 2 км) – перехідний шар між тропосферою та стратосферою, що є основою інверсійного або ізотермічного розподілу температури в стратосфері.

Стратосфера (від лат. stratum – шар і сфера ) – шар атмосфери на висоті від 8–16 до 55 км, в якому температура переважно зростає з висотою або залишається сталою. Зростання температури з висотою у середній і верхній частинах стратосфери зумовлено поглинанням ультрафіолетової сонячної радіації озоном (атмосферний озон переважно міститься у стратосфері, тому цей шар називають ще озоносферою).

Озоновий шар є найважливішою складовою частиною атмосфери, що впливає на клімат і захищає все живе на Землі від випромінювання Сонця. Основна маса озону перебуває на висотах від 10 до 50 км, а його максимум –

19

на висоті 18–26 км. Усього в стратосфері втримується 3,3 трильйони тонн озону. Озон перебуває в дуже розрідженому стані; якщо б гіпотетично всю кількість озону зібрати безпосередньо навколо Землі, то товщина цього шару була би лише 2,5–3 мм.

Мезосфера (від грец. μέσος – середній, серединний і сфера) – шар атмосфери на висоті від 55 до 80 км, характеризується зниженням температури з висотою, яке відбувається внаслідок охолодження цього шару інфрачервоним випромінюванням озону й вуглекислого газу.

Термосфера (від грец. θέρμη – жар і сфера) – шар атмосфери, який розміщується на висоті понад 95 км і сягає до 450 км, у якому температура збільшується з висотою. Нижньою частиною термосфери є іоносфера ( від 95 до 500 км). Вміст іонів у багато разів більший, ніж у верхніх шарах термосфери (незважаючи на сильне розрідження повітря), і на висоті приблизно 100 – 400 км становить ~ 10 15 – 10 6 на 1 см3. Іонізація газів в іоносфері відбувається завдяки дії ультрафіолетового випромінювання Сонця, і спричиняє їх світіння та виникнення полярного сяйва.

Від ступеня іонізації повітря залежить його електропровідність. В іоносфері електропровідність повітря у 1012 разів більша, ніж біля земної поверхні.

В іоносфері відбувається поглинання, заломлення і відбивання радіохвиль; хвилі довжиною λ=20м взагалі не проникають крізь іоносферу, а відбиваються шарами з невеликою концентрацією іонів у нижній її частині – на висоті 70–80 км. Середні і короткі хвилі відбиваються верхніми іоносферними шарами. Саме внаслідок відбивання радіохвиль у іоносфері можливий дальній радіозв’язок на коротких хвилях.

Екзосфера (від грец. έξω – зовні, і сфера) – зовнішня оболонка земної атмосфери, починається з висоти близько 1000 км, переходить у міжпланетний простір. Густина повітря в екзосфері є настільки малою, що молекули і атоми можуть вільно викидатись у міжпланетне середовище.

Криву розподілення температури в атмосфері за висотою (криву стратифікації) будують на основі вимірювань за допомогою радіозонду, літака або ракети. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами.

Гідросфера ( від грец. ϋδωρ – вода й σϕαίρα – куля) – це водна оболонка Землі, до якої належать:

−Світовий океан;

−води суходолу (ріки, озера, болота, льодовики)

−ґрунтові та підземні води;

−волога атмосфери.

Гідросфера тісно пов’язана з іншими геосферами Землі – атмосферою і літосферою. Вода на Землі знаходиться в безперервному русі. Кругообіг води

20