Чисельність населення світу (хvі-ххі ст.)

Рік	Населення, млн. чол.	Рік	Населення, млн. чол.
1550	450	1850	1262
1650	550	1900	11650
1750	791	1950	2521
1800	978	2000	6055
		2050 (за прогнозами)	8909

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 при збільшенні чисельності одного виду (тобто, в даному випадку – людей) зменшуватиметься чисельність інших видів).

Природа переживає вплив 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 (в першу чергу металургійні, хімічні, нафтопереробні, цементні і целюлозо-паперові);

• екстенсивне, перехімізоване сільське господарство;

• військова промисловість і військові об`єкти;

• автомобільний та інші види транспорту (морський, річковий, залізничний, повітряний).

Вони забруднюють довкілля токсичними речовинами, шкідливими фізичними полями, шумами, вібраціями, надмірним теплом. З розвитком хімії, металургії, енергетики і машинобудування світові почали загрожувати відходи, 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 природними умовами Україна є однією з найбагатших країн світу. Загальна площа України становить 603 628 км², що становить 5,7 % території Європи і 0,44 % території світу. Близько 95% її території – рівнинна частина, а решта 5%. – це 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 їхню цінність.

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 при цьому десятки тисяч гектарів сільськогосподарських угідь, ускладнюючи екологічну ситуацію.

Україна з її багаторічною енергетично-сировинною спеціалізацією та низьким технологічним рівнем промисловості належить до числа країн з найвищими абсолютними обсягами утворення та накопичення відходів. Щороку в поверхневих сховищах складується 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. Значна кількість відходів (до 90 %) утворюється на підприємствах гірничовидобувної промисловості під час розробки родовищ та збагачення корисних копалин. На сьогодні утилізують лише третину загальної кількості відходів. При цьому частка вторинної сировини в загальному спо­живанні ресурсів не перевищує 15 %.

Така картина є також результатом того, що фінансування природоохоронних заходів здійснювалось за залишковим принципом. Внаслідок цього її економіка 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 зосередження 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, виробляється 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.

Одночасно мають місце значні втрати угідь і відведення земель для несільськогосподарських потреб. Упродовж останніх десяти років для державних і громадських потреб відведено понад 360 тис. га земель, в тому числі 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 у цілому досяг критичного і перебуває на грані виснаження. Це зумовлено тривалим екстенсивним використанням земельних угідь, і особливо ріллі, що не компенсувалося рівнозначними заходами з відтворення родючості ґрунтів.

Внаслідок нераціонального 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.

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

• застарілі технології виробництва з високою енерго- та матеріаломісткістю, що перевищують у два-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 існуючих природоохоронних споруд;

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

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

У 1992 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 у тріаді «людина – господарство – природа».

Сталий розвиток повинен забезпечити збалансоване розв’язання проблем соціально-економічного характеру (теперішнього часу і майбутніх поколінь людей) та збереження навколишнього середовища і природно-ресурсного потенціалу, формування умов для відновлення біосфери та її локальних екосистем, орієнтацію на зниження рівня антропогенного впливу на природне середовище і гармонізацію розвитку людини 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, ί - 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). 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…-50^оС і тиском приблизно 760 мм.рт.ст, що відповідає межам життя для більшості організмів. За В.І.Вернадським, верхня межа біосфери знаходиться 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 виникають в результаті розпаду радіоактивних елементів.

Однією з найважливіших особливостей біосфери є різноманіття живих організмів, яке є результатом тривалої еволюції. Величезна кількість живих істот (понад 2 млн. видів) знаходяться 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 найбільш високому 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. ίς - камінь; ί - 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.

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 знаходиться.

У ґрунті взаємодіють такі основні компоненти:

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

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

• велика кількість живих організмів, які розкладають детрит до гумусу (перегною). Кількість гумусу визначає родючість ґрунту (максимальний вміст гумусу в ґрунтах України може становити 3,5-6%.

Рис. 2.1. Склад біосфери та її межі

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 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 знаходиться 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. άός- пара й ί - 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 дорівнює 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 складала б –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 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 ί - 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.

Таблиця 2.1

Характеристика основних шарів атмосфери

Шар	Висота над поверхнею Землі Н, км		Температура t, 0С		Градієнт Δt, 0С /км
	Нижня межа	Верхня межа	нижня	верхня
тропосфера	поверхня Землі	~ 12 ─ 13	15	-56	-6,5
тропопауза	~12 ─ 13	~ 14	-56	-56	0,0
стратосфера	~ 14 ~ 20 32	~ 20 32 47	-56 -56 -44	-56 -44 -2,5	0,0 +1,0 +2,8
стратопауза	47	52	-2,5	-2,5	0,0
мезосфера	52 71	71 85	-2,5 -58	-58 -86	-2,8 -2,0
мезопауза	85	95	-86	-86	0,0
термосфера	95	~ 450	-86	~ +1200	»0
термопауза	не визначена
екзосфера	~ 450	~20 000

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 – на висоті 18-26 км. Усього в стратосфері втримується 3,3 трильйони тон озону. Озон перебуває в дуже розрідженому стані; якщо б гіпотетично всю кількість озону зібрати безпосередньо навколо Землі, то товщина цього шару склала б усього 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 ступеню іонізації повітря залежить його електропровідність. В іоносфері електропровідність повітря у 10¹² разів більша, ніж біля земної поверхні.

В іоносфері відбувається поглинання, заломлення і відбивання радіохвилі; 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 ί - 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 об’єднує усі геосфери, утворюючи в цілому замкнену систему: океан – атмосфера – суходіл.

Загальний обсяг води на планеті оцінюється 1 386 млн. км³, з них 97,5% зосереджено в океанах (рис.). Решта 2,5% становлять крижані шапки полюсів, ґрунтові та підземні води, прісноводні водойми й річки, а ще вода, яка міститься у атмосфері (0,001% від загального об’єму). Найбільший об’єм неокеанічної води зосереджено у крижаних шапках полюсів та льодовиках (86%), а 14% зосереджено в поверхневих та підземних водах. Лише 1% прісної води – це озера, річки, ґрунтові води.

Вода є найпоширенішою неорганічною сполукою на планеті, основою усіх процесів. Живі організми містять до 80-90% води; втрата ними 10-20% води призводить до їхньої загибелі. Для нормального здійснення функцій організму необхідно близько 2 л води на добу.

Вода гідросфери містить майже всі хімічні елементи. Середній хімічний склад її близький до складу океанічної води, у якій переважають хлориди. У водах суходолу переважають карбонати. Вміст мінеральних речовин (солей) у воді – солоність – коливається залежно від клімату і місцевих умов та вимірюється у тисячних частинах грама - проміле (°/оо).