Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Київський національний університет

технологій та дизайну

Конспект лекцій з курсу „ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ”

Упорядник: доцент кафедри техногенної безпеки, к.т.н. ТомільцеваА.І.

Київ 2012

1

ТЕМИ ЛЕКЦІЙНИХ ЗАНЯТЬ З КУРСУ

1.Вступ. Предмет, мета та задачі курсу. Екологічні проблеми науково-технічного прогресу (НТП). Екологія – інтегральна міждисциплінарна наука. Основні положення загальної екології..

2.Системний підхід у розв’язанні екологічних проблем. Взаємодія суспільства та біосфери шляхом їх співіснування. Глобальні

екологічні проблеми………………………………………………… 3. Біосфера – особлива оболонка землі. Основи вчення

В. І. Вернадського про біосферу та ноосферу………..…………….

4.Атмосфера, її структура та склад. Гідросфера, її структура та склад. Джерела забруднення та класифікація забруднюючих речовин………………………………………………………………..

5.Літосфера. Основні види порушень складу та деформації літосфери. Ґрунти та педосфера. Вчення В. В. Докучаєва про ґрунти. Процеси та еволюція ґрунтів. Вплив діяльності людини на ґрунти. Природні ресурси та їх класифікація. Земельні, водні, біологічні та мінеральні ресурси Землі в умовах НТП…………….

6.Нормативно-правові основи охорони біосфери. Конституція України та Закон України „Про охорону навколишнього природного середовища”. Охорона та раціональне використання водних ресурсів. Охорона атмосфери від промислових забруднень. Охорона та раціональне використання ґрунтів Рекультивація земель………………………………………………...

7.Охорона та відтворення біологічних ресурсів……………………...

8.Маловідходна та безвідходна технологія виробництва. Знешкодження твердих відходів…………………………………….

9.Екобізнес. Ефективність природоохоронних заходів, визначення збитків та економічних показників з охорони навколишнього природного середовища. Організація природоохоронної діяльності на підприємствах України та визначення її впливу на виробничі показники…………………………………………………

2

Лекція 1

Вступ. Предмет, мета та задачі курсу. Екологічні проблеми науковотехнічного прогресу (НТП). Екологія – інтегральна міждисциплінарна наука.

Основні положення загальної екології.

Вступ Передумови виникнення екології як науки

Протягом тривалого часу, аж до початку ХІХ сторіччя, соціальні та виробничі відносини людини задовольняли метафізичні науки. Їх особливість полягала у тому, що вони описували світ, який оточував людину, таким, що не змінюється та зберігає свої властивості від початку виникнення.

Але згодом почалися виникати протиріччя між стрімким розвитком життя та застиглістю науки.

Відповіддю на стрімкий розвиток промисловості та виробничої діяльності людини виникли еволюційне вчення, цитологія, генетика тощо.

Кінець ХІХ сторіччя, початок ХХ сторіччя – період, коли в біологічній науці почали панувати дисципліни, ідеєю яких стало дослідження розвитку усіх природних об’єктів та явищ. Та вже до середини ХХ сторіччя стало зрозуміло, що ідея розвитку сама по собі є недостатньою для адекватного розуміння світу. До неї приєднується ще одна ідея – ідея взаємозв’язку та взаємозалежності структур та явищ природи. Саме з цим періодом пов’язане формування сучасної екології.

Предмет, мета та задачі курсу

2.1. Термін „екологія” одержав визнання з 1866 – 1869 років завдяки німецькому біологу Ернсту Геккелю (1834 – 1919). Як самостійна наука екологія сформувалася до 1900 року. Слово „екологія” створено з грецького „ойкос”, що означає „будинок”, „житло”. В буквальному розумінні екологія – наука про організми „у себе вдома”.

Екологію визначають як науку щодо відношення організмів або груп організмів до навколишнього природного середовища або як науку про взаємовідносини між живими організмами та середовища їх проживання.

2.2 Екологія – наука про взаємовідносини живих організмів та угруповань, які вони утворюють один з одним та з навколишнім природним середовищем. Екологія вивчає умови існування живих організмів, їх взаємодію між собою та їх взаємодію з навколишнім природним середовищем.

Екологія належить до молодих біологічних наук, сфера інтересів яких – біологічні явища, пов’язані з життям живих організмів. У різних підрозділах наук зв’являються „екологічні школи” та пов’язані з ними напрями досліджень: соціальна екологія, інженерна екологія, радіаційна екологія, міська екологія (урбоекологія), водогосподарська екологія, космічна екологія тощо. А тому ще рано говорити про завершення поділу екології на окремі галузі.

До цього часу не вироблено єдиної класифікації розділів, що входять в екологічну науку. Найчастіше у ній виділяють два основних підрозділи: загальну та окрему екології.

3

Загальна екологія здійснює дослідження головних принципів організації та функціонування різних надорганізаційних систем.

Окрема екологія, зокрема екологія рослин, досліджує головним чином зв’язки рослинних організмів із навколишнім природним середовищем, в той час, як фітоекологія (фітоценологія) здійснює аналіз структури рослинних угруповань.

Екологію умовно можна поділити на п’ять великих підрозділів:

1)аутекологія (екологія організмів);

2)демекологія (екологія популяцій);

3)сінекологія (екологія угруповань);

4)біогеоценологія або екосистемологія вивчає біогеоценотичний шар Землі і, зокрема, конкретні біогеоценози (суходільні, водні)

5)біосферологія (глобальна екологія) – вивчає біосферу як єдине планетарне ціле, з’ясовує закономірність еволюції біосфери.

Сучасна екологія, колискою якої є біологія та яка групується на головних біологічних закономірностях, повинна вирішувати набагато ширше коло питань ніж здійснюється на перший погляд.

Ця дисципліна поєднує в собі основні питання природничих, суспільнополітичних, технічних, економічних та юридичних наук. Тому політика, економіка

та юриспруденція нині дуже тісно пов’язані з вирішенням екологічних проблем, а сама екологія стала однією з головних міждисциплінарних наук.

Виникнення основних термінів та понять

–Геккель – термін „екологія”. Його вважають засновником екології в її сучасному вигляді. На формування його поглядів надзвичайно вплинуло еволюційне вчення Дарвіна.

–„біоценоз” – Карл Мьобіус, 1877 рік.

–„біотоп” – Ф. Даль, 1890 рік.

–К. Фрідерікс доповнив цей підхід терміном „голоцен” – біоценоз + біотоп.

–1948 рік англійський вчений А. Тунелі ввів поняття „екосистема”. Виникненню цього поняття сприяли роботи російських вчених Морозова з вченням про ліс, Докучаєва з вченням про ґрунт, Сукачова з вченням про лугову рослинність.

–1930 – 1945 роки – Вернадський створює вчення про біосферу.

–1970 – 1980 роки – американський вчений Юджин Одум оформлює основні поняття сучасної екології.

Наприкінці ХХ сторіччя зміст екології став дещо ширшим, її місце в системі наук значно змінилося. Екологія виникла як суто біологічна наука, але в наш час вона трансформувалася і стала наукою про структуру та функції природи в цілому, наукою про біосферу, наукою, що вивчає місце людини на нашій планеті.

Одним із перших почав розглядати екологію не як вузьку біологічну науку, а міждисциплінарну науку, що досліджує багатокомпонентні та багаторівневі системи в природі та суспільстві американський вчений Юджин Одум в 1970 – 1980 роках.

Методи дослідження

Екологія – наука, що виникла на межі цілого ряду наук. Тому свого методологічного апарату вона не має, проте широко використовує методику суміжних наук: біологічні, географічні, хімічні методи дослідження, математичні та кібернетичні

4

методи дослідження (метод моделювання) тощо. Використовує методи натурних досліджень і методи експерименту та моделювання.

Існує три основні групи досліджень:

1.Методи, використовуючи які здійснюється збір інформації про стан екологічних об’єктів;

2.Методи оброблення отриманої інформації, групування, занесення, узагальнення;

3.Методи інтерпретації отриманих матеріалів.

Задачі сучасних екологічних досліджень:

1.Виявлення основних типів екосистем та ландшафтних одиниць оцінюючи особливості їх складу та функціонування, динаміку розвитку;

2.Розроблення методів збору та аналізу інформації, що характеризують стан біосфери;

3.Оцінка стійкості біосфери та екосистем різного рівня, їх здатності повернутися до початкового стану після тих або інших змін;

4.Вироблення рекомендацій щодо розмірів та об’ємів антропогенних змін біосфери;

5.Розроблення пропозицій щодо створення нових заповідних та охоронних територій.

6.Розроблення законодавства з питань експлуатації природних ресурсів і охорони природного середовища.

Напрямки екологічних досліджень

Два основні концептуальні напрямки (течії) в екологічних дослідженнях: екологічний – для екологів є інтересом дослідження будь-якого явища тільки з

позиції його значення для екосистеми (цілісний підхід). В СРСР – роботи Сукачева, Вінберга;

популяційний – концентрує основну увагу на популяціях, їх структурі, чисельності, щільності тощо (аналітичний). В СРСР – роботи Раменського, Гаузе.

Екологічні проблеми науково-технічного прогресу (НТП)

Проблема взаємодії людства та природи стала однією із найважливіших проблем сучасності.

Зараз це розуміють не тільки вчені, але й більшість людей, які живуть на Землі. Усі погоджуються з тим, що стан, що склався у відносинах людини з природою,

в багатьох випадках є критичним, а саме: посилюються посухи;

збільшується кількість катастрофічних повеней та паводків; відбувається спустелення величезних територій, а в інших регіонах –

підтоплення, засолення земель; вичерпуються запаси води та корисних копалин, зокрема кольорових металів;

гостро відчувається нестача продуктів харчування в багатьох країнах, що розвиваються;

погіршується стан ґрунтів, повітряного та водного басейнів; ускладнюється боротьба із шкідниками сільськогосподарських культур;

5

тощо.

Антропогенні зміни зараз торкнулись практично всіх екосистем планети, газового складу атмосфери, надходження сонячної радіації та енергетичного балансу Землі. Це означає, що стрімкий індустріальний прогрес одночасно з матеріальними благами та небаченим раніше комфортом приносить збільшення забруднення навколишнього природного середовища, руйнування природних комплексів, вичерпання природних ресурсів.

У багатьох районах світу перейдено поріг самозахисту природи, порушено її динамічну рівновагу, діяльність людини вступила у протиріччя з природою.

Увагу наукової та широкої світової спільноти привернуто до найгостріших проблем екології, що є глобальними та потребують для їх вирішення об’єднання зусиль всього людства.

Вплив людини на процеси органічної еволюції біосфери став за останні десятиріччя таким інтенсивним, що тепер усі визнають положення В. І. Вернадського про перехід до управління еволюції людиною.

Удосконалення природокористування, екологічна обґрунтованість всієї господарської діяльності суспільства – велике завдання сучасності. Але в майбутньому є багато труднощів, що стоять перед людством.

Передбачення майбутнього особливо популярне під час кризи. Ніхто не може реально передбачити, що буде у майбутньому році, ще менше можна сказати про те, що відбудеться через 25 років та в більш далекому майбутньому. Дуже багато чого ми ще не знаємо та не можемо передбачити чисельні події, технологічні зміни та інші фактори.

Повчально, все ж таки, розглянути ряд альтернативних варіантів того, що може відбутися.

Тоді ми змогли би оцінити вірогідність подій, що відбудуться в майбутньому, виходячи із сучасних умов, нашого розуміння та знань. Ще важливіше те, що ми змогли б розпочати здійснювати певні заходи зараз щоб зменшити вірогідність небажаних наслідків у майбутньому.

Єдине, що ми знаємо досконально, вийшовши у нове тисячоліття, це те, що чисельність населення буде збільшуватись, що індустріально розвинуті країни, зважаючи на зменшення кількості та якості викопного палива, збільшення цін на нього повинні зробити значні та дуже болісні зміни у використанні енергії. Ці зміни вже розпочалися і ми можемо вже будувати певні гіпотези відносно „хвильових ефектів“, що будуть супроводжувати радикальні зміни в енергетичному середовищі на вході.

Більшість футурологів вважає, що ми повинні зменшити сучасну дуже велику кількість відходів та стати економнішими та ощадливішими, щоб обійтися меншою кількістю високоякісної енергії.

Думки більшості дослідників сходяться також у тому, що збільшення використання енергії на душу населення понад сучасного рівня в промислово розвинутих країнах не поліпшить якості життя, а фактично може призвести до зворотного ефекту.

Аналогічно більшість футурологів бачить необхідність отримувати у світовому масштабі більше продуктів харчування з меншими енергетичними витратами на обмеженій площі з прийнятними для сільського господарства ґрунтами, якість яких

6

вже зараз погіршується внаслідок дуже великого навантаження (ерозія, засолення тощо).

Позиції вчених дуже розрізняються – від повної довіри до нових технологій до упередженості в тому, що суспільство повинно повністю перебудуватися, зменшити свою владу над природою, створити нові міжнародні всеохоплюючі політичні та економічні механізми, щоб працювати в світі обмежених ресурсів.

Інша точка зору передбачає необхідність прийняти „стратегію коралового рифа“ або „тропічного лісу на вилуженому ґрунті“, щоб досягнути успіхів в умовах обмежених ресурсів.

Разом з тим постає питання, що повинно бути більшим і що повинно бути малим?

Коли так, то де, наприклад, необхідно будувати потужну централізовану електростанцію або встановлювати на дахах будинків фотоелектричні батареї, будувати міні електростанції, вітроенергетичні генератори та інші децентралізовані будови та пристрої.

Аналіз витрат та прибутків є таким складним, що для того, щоб знайти найвигідніший варіант, ми повинні експериментувати з багатьма варіантами. Здоровий глузд підказує, що ми дуже багато черпали з нафтових свердловин (якщо фігурально висловлюватись), то зараз вже потрібно черпати з багатьох інших свердловин.

Інший підхід до цієї складної ситуації, в якій перебуває людство, – аналіз відмінностей, що необхідно подолати, щоб люди та навколишнє природне середовище, країни промислово розвинуті та нерозвинуті перебували в гармонічній рівновазі.

Ось ці відмінності:

1.Відмінності в прибутках в одній і тій же країні є багаті та бідні громадяни. Відмінності є між 30 % промислово розвинутих країн та 70 % не індустріалізованих країн.

2.Відмінності в харчуванні.

3.Відмінності в цінностях: ринкові та неринкові товари і послуги.

4.Дуже великі відмінності у рівні освіти.

Ні одна з цих відмінностей не може бути ліквідована у найближчому майбутньому.

Ні зусилля Організації Об’єднаних Націй, ні виділення процвітаючими країнами великих коштів на допомогу слабкорозвинутим країнам не мали великого ефекту. Фактично відмінності у доходах та цінностях стали ще більшими за останні десятиліття.

Дослідники відзначають, що передання промислових технологій бідним країнам часто приносить користь тільки невеликому сучасному сектору, але не масам міської бідноти. Благополуччя не може впасти з неба за наявності глибоких відмінностей у культурі, освіті та ресурсах.

Така точка зору співпадає з екологічною теорією потока енергії та складності.

Екологія – інтегральна міждисциплінарна наука Місце екології в системі наук

Екологія виникла на межі цілої низки біологічних наук.

7

Сфера її дії припиняється там, де закінчується біологічна форма руху матерії. Саме тому вона належить до групи біологічних наук та немає концептуального та методичного апарату дослідження соціальних явищ.

З середини ХХ сторіччя екологія розпочинає вивчати взаємовплив людини та навколишнього природного середовища і, як інтегральна міждисциплінарна наука, екологія взяла на озброєння всі методи теорії систем. На цій основі вона опинилася на перехресті біологічних та гуманітарних наук.

Тобто екологія – природнича наука тому, що досліджує живі об’єкти та їх сукупність, а з іншого боку – екологія – гуманітарна наука тому, що вивчає місце людини у природі, формує її світогляд та сприяє оптимізації розвитку соціальних та виробничих процесів.

Основою для розвитку екології, як гуманітарної науки, є статус людини як біосоціальної істоти. Це одночасно і суб’єкт соціально-історичного процесу і біологічна істота, взаємодія якої з природою підкоряється екологічним законам.

Саме така неоднорідність розташування екології визначає її актуальність як науки. А бурхливий її розвиток останнім часом призводить до деякої розмитості її меж.

Актуальність екології визначається тим, що вона дає можливість синтезувати природознавчі, соціальні, економічні та технічні знання.

Основні положення загальної екології

Зі змісту досліджень загальної екології випливатимуть її головні положення (завдання), що полягають у вивченні основних законів взаємодії організмів усіх рівнів організації між собою та навколишнім природним середовищем та розробленні шляхів регулювання та гармонізації взаємин людського суспільства із природою.

Завдання екології є досить різноманітними і передбачають:

1.Дослідження закономірностей функціонування живих систем різного рівня організації, у тому числі у зв’язку з антропогенними впливами на природні системи і біосферу в цілому.

2.Створення наукової основи раціональної експлуатації природних ресурсів, прогнозування змін у природі під впливом діяльності людини, збереження середовища існування людини.

3.Розроблення шляхів гармонізації взаємовідносин людського суспільства та природи, збереження здатності біосфери до самовідновлення та саморегулювання з урахуванням екологічних законів і загальних законів оптимізації взаємозв’язків людського суспільства та природи.

4.Розроблення системи заходів, які забезпечують мінімум застосування хімічних засобів боротьби із шкідниками та бур’янами.

5.Екологічна індикація при визначенні властивостей тих чи інших компонентів та елементів ландшафту, у тому числі індикація забруднення навколишнього природного середовища.

6.Відновлення зруйнованих природних систем, у тому числі рекультивація виведених з використання сільськогосподарських угідь, відновлення пасовищ, родючості ґрунтів, продуктивності водойм тощо.

7.Перехід від промислу до господарювання.

8.Збереження (консервація) еталонних ділянок біосфери.

8

Сучасна екологія

Мешканцям невеликої, прекрасної, але вкрай переобтяженої плодами людської діяльності планети, біосфера якої вже опинилась на останній межі, необхідно почати діяти.

Мусимо, активно рятувати природне середовище, зберігати й ремонтувати свій дім, що колись був чудовий, а нині почав розвалюватися з нашої вини. Озброївшись новою – екологічною філософією, ми повинні в ХХІ ст. спрямувати всю силу свого інтелекту на глибоке, всебічне вивчення біосфери, всіх складових природного середовища, обстеженні завдані їй рани й віднайти засоби її лікування та відновлення.

Поставлене завдання може бути вирішене лише за однієї умови – всі люди зобов’язані глибоко оволодіти комплексною інтегральною наукою про довкілля – новою філософією нашого виживання й подальшого збалансованого розвитку цивілізації.

ХХІ століття – доба перетворення Homo technocratic на Homo ecologists. Сучасна екологія – це системна наука, що має багатоярусну конструкцію, в якій

кожен із поверхів спирається на безліч традиційних дисциплін. На думку інших учених, екологія – це соціально-природнича наука; її однаково можна відвести і до біологічної, і до географічної галузей знань і її слід розглядати як цілком самостійну науку, що набула фундаментальності й глобальності.

Це одна з головних фундаментальних наук про взаємовідносини живої й неживої природи, нова філософія людства, що перебуває в стадії формування. Це наука про середовище нашого проживання, його живі й неживі компоненти, їхній взаємозв’язок, що формує умови життя та розвитку всіх екосистем. Це наука про узгодження стратегії природи й стратегії людини, що має базуватися на ідеях самообмеження й самозбереження, розумної еволюції техносфери й біосфери.

Екологічна діяльність нині – обов’язкова, а здебільшого одна з основних складових будь-якої сфери людської діяльності: промислового виробництва, енергетики, сільського й лісового господарства, транспорту, наукових досліджень, військової справи, культури релігії.

Сучасні екологічні дослідження мають стати науковою базою для розробки стратегії й тактики поведінки людства у ХХІ ст.

Вирішення сучасних екологічних проблем не під силу окремій, навіть високорозвиненій країні. Потрібна взаємодія усіх країн світу. В цьому напрямку в Ріо- де-Жарейро було проведено в 1992 р. міжнародна конференція ООН на тему Охорона навколишнього середовища та розвитку. На цій конференції було прийнять рішення привести людське життя до гармонії з природою і забезпечити перехід цівілізації до принципів сталого розвитку через екологізацію економіки, які би не ставили під загрозу здатність майбутніх поколінь, задовольняти свої потреби. Далі відомо про зібрання екологів в різних країнах світу на рівні міністрів з охорони навколишнього природного середовища. На 5-ій Всеєвропейській конференції міністрів навколишнього середовища “Довкілля для Європи”, що відбулася у Києві в 2003 р. підготовлена Національна доповідь України про гармонізацію життєдіяльності суспільства у навколишньому природному середовищі. Відоме зібрання екологічної спільноти в Йоганнесбурзі у вересні 2002 р.

Учасникам Всесвітнього самміту зі сталого розвитку вдалося узгодити 4 вересня рано вранці „План дій“ – головний документ цього форуму, спрямованого на

9

боротьбу з бідністю та на захист навколишнього природного середовища. Проте, він відразу ж був підданий жорсткій критиці міжнародними екологічними організаціями., хоча активно підтриманий найкрупнішими транснаціональними корпораціями. При узгодженні тексту „Плану дій“ виявилися суперечності між делегаціями Європейського Союзу та ряду інших країн, які наполягали на прийнятті амбіційнішої програми, з одного боку, та Сполученими Штатами Америки, Організацією країнекспортерів нафти (ОПЕК) – з іншої. Зокрема, делегації США та ОПЕК заблокували пропозицію ЄС встановити конкретну дату для збільшення на 15 % обсягу енергії, що виробляється з відновлюваних, екологічно чистих джерел. У той же час, як відзначають у кулуарах самміту, оголошено головою російського уряду Михайлом Касяновим рішення Москви у найближчий час ратифікувати Кіотський

протокол про скорочення викидів шкідливих промислових газів у атмосферу фактично призведе до ізоляції США, які підписали цей міжнародний документ, але з березня 2001 року нова адміністрація відмовляється його ратифікувати. Про проблему світу, про те, чого слід очікувати Землі через 50 років, якщо не прийняти термінових заходів для їх вирішення, йдеться у статті президента Всесвітнього банку Джеймса Вулфенсона.

Навесні минулого року зустріч на вищому рівні ООН в м. Монтеррей

підштовхнула бідні країни взяти на себе зобов’язання з удосконалення політики, яка ними проводиться, та системи управління в обмін на обіцянки багатих країн збільшити обсяг допомоги, що надається, та відкрити свої ринки для торгівлі.

Всесвітня зустріч на вищому рівні зі сталого розвитку у Йоханесбурзі дає нам шанс перейти від цих слів до дій.

Що може дати світу зустріч у Йоханесбурзі? Вірогідно, щоб знайти найкращу відповідь на це питання, необхідно зазирнути в майбутнє та уявити собі, який світ нам потрібен не тільки зараз, але й і нашим дітям та дітям наших дітей. Невже бідніша земна куля, де буде більше голодних людей, більш мінливий клімат, менше лісів, менше біорізноманіття та більше проблем, що призводять до соціальних вибухів, – це та спадщина, яку ми залишимо після себе?

Згідно з новою Доповіддю про світовий розвиток, 2003 рік (підготовлена Всесвітнім банком), у найближчі 50 років населення земної кулі збільшиться на 50 % і досягне 9 мільярдів людей, а світовий валовий внутрішній продукт збільшиться в 4 рази і становитиме 140 триліонів доларів. Приймаючи до уваги нинішні тенденції виробництва та споживання, соціальні та екологічні стреси загрожують зірвати плани дій, спрямованих на розвиток, і підірвати рівень життя, якщо наша політика та інститути не стануть кращими.

Необхідно, щоб політика у галузі розвитку ще в більшій мірі була спрямована на захист наших лісів, риболовецьких промислів та сільськогосподарських угідь, а також на підвищення їх продуктивності, якщо бідні країни ставлять перед собою завдання скоротити розрив у рівності, що виник у останні 50 років. Неправильна

політика та слабка система управління стали однією з причин екологічних катастроф, посилення нерівності у доходах та соціальних вибухів у деяких країнах, які часто призводили до глибокої бідності, заворушень та появи біженців, які рятуються від голоду або громадянських війн.

Якщо ми не оберемо собі інший шлях, наше майбутнє не обіцяє нам нічого хорошого. До 2050 року щорічні викиди вуглецю у світі збільшаться більше ніж у

10

3 рази, в той же час як 9 мільярдів людей, тобто на 3 мільярди більше, ніж нинішнє населення Землі, в основному ті, які мешкають у країнах, що розвиваються, будуть користуватися водою планети, збільшуючи стресову ситуацію навколо і без того обмежених водних ресурсів. Тим часом потреба у продовольстві збільшиться більше ніж у 2 рази, а це страшна перспектива для Африки, де на сьогодні зростання виробництва продуктів харчування відстає від темпів приросту населення. І все це відбувається у світі, де 12 % усіх видів птахів та четверта частина видів ссавців перебувають на межі вимирання.

На Землі 1,3 мільярди людей вже живуть на землях, що піддаються постійному руйнуванню, – у посушливих зонах, на заболочених територіях, у лісах; на землях, що вже не в змозі підтримувати їх існування. До 2050 року – вперше за

всю історію – населення міст буде більшим за чисельністю ніж населення сільських районів. Без покращення якості планування стреси, що створюються імміграцією та переміщенням груп населення по всьому світу, можуть призвести до нового соціального вибуху та відчайдушної конкуренції за без того мізерні ресурси.

Проте, ці тенденції відкривають перед нами можливості – у тому разі, якщо світові лідери й політики на зустрічі в Йоханесбурзі знайдуть сміливість та приймуть на себе зобов’язання – і виконають його – здійснити сміливі дії у найближчі 10 – 15 років. Але основних фондів та інфраструктури, тобто житла, магазинів,

фабрик, дорог, систем енергопостачання та водопостачання, що знадобляться для зростаючого населення у найближчі десятиріччя, фактично ще немає. Завдяки підвищенню стандартів, ефективності та прийняттю обґрунтованіших рішень можна було би створити відповідну інфраструктуру, не піддаючи додатковому стресу суспільство та навколишнє природне середовище. Таким же чином, у міру

сповільнення зростання населення, економічне зростання буде у більшій мірі сприяти зменшенню рівня бідності та збільшенню рівня доходу на душу населення за умови, якщо у найближчі декілька десятиріч розвиток буде організовано таким чином, щоб не руйнувати природні ресурси, що створюють структуру зростання, або не підривати такі найважливіші цінності, як довіра.

Ми повинні прямувати до досягнення Мети тисячоріччя у галузі розвитку, згідно з якою до 2015 року рівень бідності повинен скоротитися вполовину, і на цьому шляху ми збудуємо основу для гідного зростання та соціального розвитку у бідних країнах світу.

Якщо доходи населення в країнах, що розвиваються, будуть у середньому збільшуватися на 3,3 % на рік, то у 2050 році вони становитимуть 6300 доларів на рік, а це сьогодні майже на одну третину більше, ніж доходи у країнах з високим або середнім рівнем доходу. При цьому деякі лідери країн, що розвиваються, вже зараз вважають таке зростання помірним. Протягом останніх 20 років ми спостерігали, як доходи в багатьох країнах Східної Азії щорічно збільшуються, в середньому, майже в 2 рази швидше.

Що це могло би значити для звичайних людей? Можна було би задовольнити їх основні потреби у житлі, їжі та одязі, знайшовши для цього кошти. Тривалість життя у бідних країнах збільшилась би до 72 років. Для порівняння: сьогодні у країнах з найменшим доходом тривалість життя становить 58 років. Різко зменшилась би кількість дітей, які помирають у віці до 5 років, а кількість людей, які вміють читати та писати, збільшилась би майже до 95 %.

11

Звичайно, таке стрімке економічне зростання призведе до виникнення

потенційно величезних ризиків для навколишнього природного середовища. Такі ризики є найбільшими у країнах, що розвиваються. Враховуючи, що багаті нації –

найбільші споживачі наших загальних ресурсів, на них покладається особлива відповідальність за надання допомоги країнам що розвиваються, при ліквідації цих ризиків.

Ми всі повинні захищати наші ліси та риболовецькі промисли від надмірної експлуатації. Ми повинні призупинити процес руйнування ґрунтів та забезпечити ефективне використання наших водних ресурсів Ми повинні захищати біологічно різноманітні екосистеми тому, що вони перебувають в основі руху товарів та послуг, суттєво важливих для економіки наших країн та суспільств. Ми повинні обмежити викиди забруднюючих речовин промислових підприємств, автомобілів, а також викидів у домашньому господарстві. Ось чому завдання забезпечення стійкого розвитку має виконуватись на місцях, у масштабі окремої країни та всієї планети.

Країнам, що розвиваються, необхідно підтримувати демократію, враховувати всі фактори в міру будівництва інститутів, необхідних для управління своїми ресурсами. Багатим країнам необхідно збільшувати обсяги допомоги, підтримувати зменшення боргу, відкривати свої ринки для експорту з країн, що розвиваються, а також сприяти передаванню технологій, необхідних для профілактики захворювань, для збільшення енергоефективності та продуктивності в сільському господарстві.

Цивільне суспільство, тим часом, може представляти думки різних груп та

здійснювати незалежний нагляд за ефективністю функціонування державних, приватних та недержавних організацій. Соціально відповідальний приватний сектор, що підтримується ефективно функціонуючим урядом, повинен створювати

стимули для компаній, що стимулюють їх при виконанні своїх задач досягати впровадження соціальних та екологічних цілей. А члени міжнародного товариства повинні спільно вирішувати такі глобальні питання, як зміни клімату та біорізноманіття.

Якщо ми розумно захистимо життєво важливі ресурси, перед усім, навколишнє природне середовище та соціальну стабільність, тоді ми досягнемо темпів зростання, необхідних для зменшення рівня бідності, забезпечивши стійкість цього процесу. Було би нерозсудливо з нашого боку успішно досягнути Мети тисячоріччя у галузі розвитку в 2015 році, щоб продовжити жити у містах, де панує хаос; як і раніше стикатися з проблемами скорочення водних ресурсів, підвищення рівня викидів забруднюючих речовин та подальшого скорочення рілля для підтримки нашого життя.

Список літератури

1.К. М. Ситник, А. В. Брайон, А. В. Городецкий „Биология, экология, охрана природы”. Справочное пособие. видавництво „Наукова думка”, К., 1987.

2.В. П. Кучерявий „Екологія”, Львів, видавництво „Світ”, 2000.

3.Ю. Одум „Экология”, М., издательство „Мир ”, 1989.

4.С. І. Дерій, В. О. Ілюха „Екологія”, Львів, видавництво „Світ”, 2000.

5.Газета „День”, 5 вересня 2002 року.

12

Лекція 2

Системний підхід у розв’язанні екологічних проблем. Взаємодія суспільства та біосфери, шляхи їх співіснування. Глобальні екологічні проблеми.

2.1. Основний принцип, на якому базується екологія як наука – це

системний підхід, тобто підхід до природних комплексів як до органічно цілісних. Система – будь-який реальний чи уявний об’єкт, цілісні властивості якого

можуть бути представлені як взаємодія його складових.

Основний принцип виділення фундаментальних підрозділів у біології

базується на концепції рівнів організації, що дозволяє виділити біологічний аспект (чи ієрархію) рівнів:

ген – органела – клітина – тканина – орган – організм – популяція – угруповання

Ці структурні рівні взаємодіють із зовнішнім середовищем та енергією формуючи відповідні системи – генетичну, клітинну, організмену.

Екологія з цього погляду належить до числа фундаментальних підрозділів біології, що досліджує властивості життя надорганізмового рівня.

Л. Берталанді у 1973 році визначив систему як цілісну сукупність елементів, що перебувають у взаємозв’язку так, що їхнє незалежне існування є неможливим.

Структура системи відображає не просто різноманітність та інтенсивність зв’язків між елементами. Взаємодія елементів породжує нові властивості системи. Саме тому системний підхід не конкретизує кожен елемент системи окремо, а розглядає їх взаємодію та результат цієї взаємодії.

Приклад з лісом.

Вирубки під посіви – руйнування природного місця розташування, знищення дикої флори та фауни. Відсутність грамотного землекористування на цій площі призводить до ерозії ґрунтів, втрати їх родючості, до забруднення водойм та порушення життя у воді.

Біолого-економічні системи можуть характеризуватися різноманіттям елементів у системі та кількістю взаємозв’язків між ними. Чим більше значення мають ці показники, тим складніша система.

Особливості природних систем:

– Г. Формтер у 1985 році зауважив, що у фізичних системах збільшення їх складності робить систему менш стійкою, а у біологічних (екологічних) систем, навпаки, стійкість та надійність збільшуються зі збільшенням складності системи.

Приклад: пшениця та лука. Скосити. Що буде?

Екологічні системи – відкриті системи, що обмінюються з навколишнім природним середовищем речовинами та енергією.

Методологічною основою системного підходу в екології є 3 головні положення:

1. Будь-яка екологічна система від організму до біосфери є внутрішньо погодженою, організовану цілісність, що функціонує як одиничне ціле за рахунок взаємодії компонентів цієї системи.

Рівень цілісності біологічних систем буває різним і може коливатися. Системи можуть бути досить крихкими і, навпаки, жорстко детермінованими, але та чи інша цілісність залишається фундаментальною власністю будь-яких систем.

13

Екологічні системи динамічні, вони змінюються в тій чи іншій амплітуді, зберігаючи свою цілісність навіть при помітних змінах у складі та характері компонентів, що їх складають.

Системи природи, що нас оточують, мають здатність до розвитку, самоорганізації та ускладнення.

Одна із задач екології – класифікація систем.

Оскільки екологічні системи є відкритими, то слід розрізняти їх внутрішню

та зовнішню структури.

Внутрішня – система сама в собі.

Зовнішня – зв’язки її з елементами, необхідні для існування цієї системи.

Це робить незручним визначення меж екосистем. Визначення меж екосистем може базуватися на оцінці сили зв’язку та сили взаємодії між елементами. Межа проходить там, де ці зв’язки явно та різко слабшають.

Об’єктом дослідження екології є екосистема.

Абіотичний компонент (біотоп, косне середовище, навколишнє природне середовище) – сукупність факторів зовнішнього середовища, що впливають на живі організми, взаємодіючи з ними.

Біотоп (екотоп) – ділянка земної поверхні з однотипними умовами рель’єфу, клімату та іншими абіотичними чинниками, зайнята певним угрупованням живих організмів.

Екологія досліджує 3 рівні:

окрема особина (індивід) → популяція → угруповання.

Біотичний компонент (жива речовина) – сукупність організмів, яка історично склалася, об’єднана загальною областю поширення.

Організм – у вузькому розумінні слова – окрема особина будь-якого виду рослин чи тварин, в широкому розумінні слова, в самому загальному розумінні, – будь-яка біологічна система, складена взаємозалежними елементами, які функціонують як одне ціле.

Популяція – відносно ізольована група особин одного виду організмів, яка може обмінюватися генетичною інформацією, має певні характерні ознаки (народжуваність, щільність, віковий склад тощо) та займає певний простір.

Ценоз (угруповання організмів) – будь-яке біотичне угруповання організмів (фіто-, зоо-, мікробіологічний ценоз тощо).

Біоценоз – сукупність популяцій різноманітних видів рослин, тварин та мікроорганізмів, які населяють будь-який простір.

Біогеоценоз (за Сукачевим) – взаємопов’язаний, взаємобумовлений комплекс живих та неживих компонентів однорідної ділянки землі, який сформувався та пов’язаний обміном речовин та енергії.

14

Екосистема (за Тенслі або Евансом) – сукупність організмів, які спільно мешкають, та умов їх проживання, які перебувають у закономірному взаємозв’язку один з одним та утворюють систему взаємообумовлених біотичних та абіотичних явищ і процесів.

Екосистема (за Одумом) – будь-яка біологічна одиниця (біосистема), яка включає всі спільно функціонуючі організми (біотичні угруповання) на певній ділянці території, що взаємодіє з фізичним середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури та кругообіг речовин між живою та неживою складовими.

Екологічні проблеми сучасності

Увага вчених-екологів на сучасному етапі зосереджена на вирішенні кількох кардинальних проблем, де фокусуються основні напрями та розділи сучасної екології. Успіхи в їх вирішенні значною мірою визначають прогрес усієї екології.

Серед цих проблем можна виділити такі:

1.Управління продукційними процесами. Вирішення цієї проблеми спрямоване на розроблення заходів раціонального використання природних ресурсів.

2.Стійкість природних та антропогенних ценозів. Ця проблема пов’язана з теорією сукцесій, питаннями видового різноманіття та специфіки ценотичних

зя’зків. Дослідження цієї проблеми дає можливість у майбутньому створити принципово нові природно-господарські екосистеми, де мають превалювати ознаки стабільності, стійкості та максимальної ефективності продукційного процесу.

3. Регулювання чисельності популяцій. Ця проблема лежить в основі розроблення комплексу заходів, спрямованих на управління динамікою чисельності

шкідників лісового та сільського господарства, носіїв хвороб сільськогосподарських тварин і людини, а також чисельності промислових і розвідних видів. На результатах цих досліджень базується планування масштабів промислу, прогнозування результатів відбору особин з популяцій у різних умовах. Ці питання мають першочергове значення для рибного господарства.

4.Екологічні механізми адаптації до середовища. Результати таких досліджень зумовлюють успіхи освоєння людиною екстремальних ландшафтів – високогірних, пустельних, арктичних тощо.

5.Екологічна індикація. Вирішення цієї проблеми пов’язане з потребами різних галузей промисловості, сільського господарства, морського промислу, а також із необхідністю збереження середовища проживання людини. Завдання екологічної індикації – визначення властивостей тих чи інших компонентів та

елементів ландшафту та визначення напрямів змін у них за видовим складом організмів, які проживають у цих умовах. Екологічну індикацію використовують для діагностики типів ґрунтів та напрямку змін у ґрунтоутворюючому процесі,

для визначення якості води та повітря, пошуку корисних копалин, особливо розсіяних, що не визначаються, застосовуючи геологічні та геофізичні методи.

6.Екологізація виробництва. Вирішення проблеми пов’язане з

виробництвом екологічно безпечної продукції при мінімальних витратах

природних ресурсів (сировини, енергії, палива та інших матеріалів) з утворенням мінімальної кількості неутилізованих та розсіюваних відходів, які не порушують функціонування природних екосистем та біосфери загалом.

15

Крім наведених вище кардинальних проблем, можна виділити ряд конкретних практичних завдань, які слід вирішувати за участю екологів. Серед них варто насамперед назвати такі:

1.Відновлення порушених екосистем;

2.Оздоровлення ландшафту, тобто розроблення заходів з метою

попередження загрози захворювання людей у результаті поширення різних захворювань у природному ландшафті;

3.Збереження еталонних ділянок біосфери;

4.Утилізація комунально-господарських відходів міст;

5.Перехід від промислу до господарства, тобто розроблення принципів і

стратегії переходу від „збирання” до високопродуктивного землеробства, від „мисливства” до культурного господарювання, якими, наприклад, є напіввільне та вільне розведення промислових тварин та їх повне приручення, створення

аквакультур риб і промислових безхребетних тварин, потужних риборозвідних комплексів тощо;

6. Забезпечення ефективності техногенної безпеки біосфери від забруднення внаслідок господарської діяльності людей.

2.8. Згідно з програмою Організації Об’єднаних Націй з проблем навколишнього природного середовища (ЮНЕП) усю різноманітність екологічних проблем можна розподілити за такими напрямами:

зміна атмосфери та клімату; зміна гідросфери;

зміна літосфери, проблеми, пов’язані з використанням земної поверхні, а також із видобутком і використанням корисних копалин;

зміна біоти; зміни в сільському та лісовому господарствах;

демографічні проблеми, в тому числі проблеми виробництва продуктів харчування;

урбанізація, проблеми населених пунктів; вплив навколишнього природного середовища та його змін на здоров’я людей; проблеми розвитку промислового виробництва;

проблеми, пов’язані з виробництвом і споживанням енергії; проблеми, пов’язані з розвитком транспорту;

проблеми розвитку природохоронної освіти та розуміння громадськістю проблем навколишнього природного середовища;

проблеми, пов’язані з впливом на навколишнє природне середовище воєн та їх можливі наслідки.

Отже, досягнення, пов’язані з вирішенням низки найактуальніших завдань сучасності. Екологічні принципи поступово проникають у все ширше коло проблем діяльності людини. Зокрема, досягнення сучасної екологічної науки потрібно враховувати при створенні штучних екосистем, оволодінні глибинами Світового

океану та космічного простору, розвитку будівництва міст майбутнього, створенні автоматичних виробничих комплексів із штучним мікрокліматом, розробленні господарювання із забезпеченням раціонального природокористування.

16

Глобальні екологічні проблеми До сучасних глобальних екологічних проблем нашої планети можна

віднести проблеми народонаселення, парникового ефекту, кислотних дощів та

озонових дір, повної утилізації відходів промисловості, „екологічно чистої“ енергетики, дехімізації сільського господарства, „екологічно чистого“ транспорту, ресурсозбереження, рекультивації літосфери тощо.

Розв’язати їх одній країні та в одній галузі наук не під силу. Тільки інтеграція наукових зусиль різних галузей усіх країн може зупинити глобальну катастрофу, що насувається на нашу планету.

Народонаселення Землі вибухоподібно збільшується. Це веде до переповнення та руйнування природних екосистем, які є основою біологічної різноманітності та збереження стійкого, самовідтворюваного існування біосфери.

Тому однією з умов прогресу людства є припинення росту його чисельності, зменшення його негативного впливу на навколишнє природне середовище. Тільки досягнення власної популяційної рівноваги дозволить надалі розвивати культуру, технології, цивілізацію в цілому.

В Україні в 1993 р. проживало 52 млн. громадян, зараз у 2009 р. – 46 млн. Аналізуючи дані з демографічної ситуації в сільській місцевості слід відзначити, що у другій половині 1990-тих років у всеукраїнському масштабі стався злам тенденцій розвитку демографічної ситуації (головним чином в частині структурних показників сільського населення), їхня динаміка змінила знак, стала позитивною. Суцільний ареал позитивних змін охопив майже всю центральну, північну, північно-західну і північно-східну частину України. Причому найбільш однорідні зони позитивної динаміки локалізувалися на Волині, Поділлі та

Лівобережжі.

Одночасно зафіксовано деяке пожвавлення загальної народжуваності на селі, яке, можливо, відбулося за рахунок сприятливих структурних чинників (кількісного зростання молодих вікових груп), а також в результаті початку реалізації відкладеної народжуваності внаслідок поліпшення економічної ситуації, що забезпечило стабілізацію вичерпаної плідності сільських жінок.

Однак сприятливі для природного відтворення сільського населення структурні чинники цілком знівелюються за наступні 15—17 років. Щоб за цей час змогла реалізуватися тенденція до збільшення плідності, слід вже в найближчі роки домогтися дворазового зростання рівня життя, зайнятості, соціального сервісу, житлових умов селян, а також розробити й реалізувати відповідну демографічну політику.

Зв’язок людини з навколишнім природним середовищем визначається не тільки чисельністю народонаселення, але й стилем життя. При високій забезпеченості життя споживається багато матеріальних благ, що, у свою чергу, вимагає відповідних ресурсів для їх виготовлення, а також додаткових джерел енергії для їх виготовлення. Наприклад, використання автомобіля як засобу пересування, вигідного, в першу чергу, для людини. Виробництво матеріальних та енергетичних ресурсів, спалювання палива та викиди в навколишнє природне середовище відпрацьованих виробів призводить до накопичення відходів, що забруднюють його. Як споживання ресурсів, так і забруднення призводять до тяжких екологічних наслідків. Простіший стиль життя (надання переваги велосипеду, а не автомобілю),

17

безперечно, приносить менші збитки навколишньому природному середовищу. Хоча зв’язок між стилем життя та ступенем впливу на навколишнє природне середовище не завжди є антогоністичним.

Негативний вплив нашого стилю життя на навколишнє природне середовище може бути послаблений чи посилений залежно від рівня екологічної свідомості суспільства. Наявність розвинутої екологічної свідомості передбачає, наприклад, що шкідливі наслідки високозабезпеченого життя можна зменшити, підбираючи менш шкідливі замінювачі ресурсів, охороняючи природу, повторно використовуючи відходи, контролюючи природу. При відсутності екологічної свідомості навіть простий, „близький до природи“ стиль життя не веде сам по собі до відсутності шкідливого впливу на природу. Наприклад, вирубання лісу під посіви або заради заготівлі дров. Це не тільки руйнування природного місцеіснування та знищення дикої флори і фауни на розчищеній таким чином території, але за відсутності грамотного землекористування – перший крок до ерозії ґрунтів і втрати їх родючості, до забруднення найближчих водойм наносами та до порушення життя у воді. Таким чином, за відсутності екологічної свідомості „первісний стиль” життя може вплинути на навколишнє природне середовище гірше, ніж „освічене” міське існування.

Є тісний взаємозв’язок між цими трьома факторами – чисельністю населення, стилем життя та екологічною свідомістю. Його можна відобразити формулою:

екологічні наслідки = (чисельність населення Х стиль життя) : рівень екологічної свідомості

Ця формула демонструє, що вплив суспільства на навколишнє природне середовище прямо пропорційний чисельності людства та рівню його життя і послаблюються з розвитком екологічної свідомості. Усі три складові цілком рівнозначні. Дискусії про те, скільки людей може прожити на планеті Земля є беззмістовними, якщо не брати до уваги стиль життя та рівень екологічної свідомості.

У зв’язку з цим необхідно розібратись у всіх аспектах і причинах вибухоподібного зростання населення Землі. Тільки зрозумівши це можна ефективно розв’язувати цю проблему.

Кислотні опади. Кислотними є будь-які опади – дощі, сніг, туман, кислотність яких перевищує нормальну. У цілому в промисловорозвинених країнах світу випадають кислотні опади, кислотність яких перевищує норму в 10 – 1000 разів. Це по різному впливає на екосистеми: пошкоджує рослини, призводить

до загибелі водойм, підвищує в ґрунті вміст токсичного алюмінію, вилужує ґрунти тощо.

За відсутності забруднення у дощовій воді слабокисла реакція (pH = 5,6), внаслідок цього у ній легко розчиняється вуглекислий газ з повітря із утворенням слабкої вугільної кислоти. Таким чином, кислотними можна назвати опади з pH = 5,5 та менше.

Над більшою частиною промислових регіонів Європи та Америки pH дощів та снігу переважно становить 4,5. Хімічний аналіз кислотних опадів вказує на наявність у них сірчаної (H2SO4) та азотної кислот (HNO3). Наявність у цих кислотах елементів сірки та азоту свідчить про те, що вони надходять у повітря внаслідок різноманітних викидів. Головним джерелом кислотоутворюючих забруднювачів (SO2 та NO2) є вугільні електростанції, промислові котельні та виробництва, вихлопні гази

18

автомобілів. Оксиди сірки та азоту поступово реагують з парами води, даючи через декілька етапів кислоти.

pH – водневий показник pH = lg CH+, CH+ – концентрація іонів водню моль/дм3.

SO2 + H2O – H2SO4 – сірчана кислота та NO2 + H2O – HNO3 – азотна кислота.

Ці кислоти вимиваються з атмосфери, що призводить до кислотних опадів. Чим

сильніші дощі, тим нижча їх кислотність. У туманів pH може знизитись значно менше, оскільки кислоти розчинені у значно меншій кількості вологи.

Кислоти можуть випадати з атмосфери і без води, самі по собі з частинками пилу. Такі сухі відклади можуть накопичуватись на поверхні рослин і при змочуванні невеликою кількістю вологи, наприклад, при випаданні роси, утворювати концентровані кислоти.

Вже більше ніж 100 років кислотні опади визнаються серйозною проблемою у промислових і прилеглих до них районах.

Однак, їх вплив на екосистеми було помічено тільки приблизно 35 років тому, коли рибалки відзначили скорочення чисельності популяцій риб у багатьох озерах. Це пов’язане з підвищеною кислотністю води, що, у свою чергу, обумовлена низьким значенням pH опадів. Низька кислотність опадів має негативний вплив на водні та сухопутні екосистеми.

Значення pH середовища дуже важливе, оскільки від нього залежить діяльність майже всіх ферментних систем, гормонів та інших білків в організмі, які регулюють метаболізм, ріст і розвиток. На великі за розміром організми незначні зміни pH зовнішнього природного середовища можуть мати незначний вплив, оскільки метаболізм підтримує внутрішній pH на потрібному рівні, а шкіра забезпечує більшменш надійний захист від порушень. Тоді як яйцеклітини, сперматозоїди та молодь водних мешканців захищені недостатньо. Зміна величини pH всього на одиницю призводить до значного стресу або загибелі. У прісноводних водойм pH становить 6 – 7, а організми адаптовані саме до цього значення pH.

Коли середовище водних екосистем є підкисленим, практично всі організми досить швидко гинуть. Це зумовлене або прямим негативним впливом надлишку Н+- іонів або ж усуненням власне можливості розмноження.

Вплив кислотних опадів на екосистеми інколи значно посилюється у період сходу снігів, коли всі кислотні опади, які накопичились взимку, надходять до річок та озер, що співпадає з періодом розмноження більшості організмів.

Додатковий негативний вплив кислотних опадів зумовлений тим, що при просоченні крізь ґрунт вони здатні вилужнювати алюміній та важкі метали. У нормі присутність цих елементів не є шкідливою, оскільки вони зв’язані у нерозчинних сполуках і не можуть поглинатися організмами. Тоді як при низьких значеннях рН ці сполуки переходять у розчини, стають доступними організмам і спричиняють сильний токсичний вплив на рослинні та тваринні організми. Зокрема, алюміній потрапляючи у водойми, призводить до аномалій розвитку та до загибелі ембріонів риб. Шкода, що завдається, не обмежується загибеллю риб та інших водних мешканців. Значна кількість харчових ланцюгів, що охоплюють маже всіх диких тварин, починається у водних екосистемах (річках, озерах, струмках тощо).

Поряд із загибеллю озер підвищення кислотності опадів має негатив вплив на ліси. Більшість учених вважають, що це є однією з головних причин деградації

19

лісів. Головним шляхом цього впливу є порушення поверхні при прямому контакті, вимивання біогенів, мобілізація алюмінію та інших токсичних елементів. У свою чергу, дерева, які відчули на собі такий вплив, легше вражаються шкідниками та патогенами.

Кислотні опади мають негативний вплив також на витвори мистецтва. Вапняк і мармур – матеріали, яким надають перевагу при оформленні фасадів будинків, спорудженні пам’ятників тощо. Взаємодія кислоти з цими матеріалами призводить до вивітрювання та ерозії. Пам’ятники та будинки, що простояли сотні, а то й тисячі років і зазнали при цьому лише незначних змін, нині досить швидко руйнуються та розсипаються.

Якщо випадання кислотних дощів і надалі буде відбуватись у такому ж обсязі це спричинятиме глобальну втрату озер, річок та лісів, зменшення їх економічної та естетичної цінності, посилення ґрунтової ерозії.

Парниковий ефект. Люди протягом тисячоліть прагнули впливати на погоду. Нині ми стоїмо на порозі величезних змін клімату, що зумовлені саме людською діяльністю. На жаль, ці зміни є незапланованими, некерованими і можуть призвести до катастрофічних наслідків. Причини цих змін – збільшення в

атмосфері так званих „парникових газів”: диоксиду вуглецю, метану, оксидів азоту, фреонів та озону. Всі ці гази добре пропускають сонячні промені до земної поверхні і помітно поглинають довгохвильове теплове випромінювання нагрітої земної поверхні та нижчих шарів атмосфери. Частина цього теплового

випромінювання повертається знову до поверхні планети, створюючи парниковий ефект.

Постійне підвищення концентрації парникових газів обумовлене цілим рядом причин.

Основна маса диоксиду вуглецю утворюється при спалюванні викопного палива (вугілля, нафти, природного газу тощо), використання якого кожного року збільшується. У результаті з кінця ХІХ століття, яким завершується так звана до індустріальна епоха, дотепер концентрація цього газу в атмосфері зросла з 240 млн+1 до 354 млн+1 (1 млн+1 дорівнює 1 молекулі певного газу на 1 млн. молекул повітря). Нині щорічні викиди СО2 в атмосферу у світі становлять приблизно 25 млрд.

тонн, причому основний „внесок“ (приблизно 45 % від загальної кількості викидів) дають промисловорозвинені країни.

Поступове збільшення в атмосфері вмісту метану (у середньому на 1 % за рік) пов’язане з розвитком інтенсивного рисосіяння, тваринництва, спалювання біомаси тощо.

Збільшення вмісту в атмосфері окислу азоту (приблизно 0,3 % за рік) пояснюється в основному розширенням виробництва та застосуванням азотних добрив у сільському господарстві.

З кінця 50-х років у промисловому виробництві широко застосовуються фреони (хлорофторовуглеводні). Зараз їх викиди до атмосфери досягають 1,4 млн. тонн за рік з тенденцією щорічного збільшення викидів на 4 %. Досліджено, що

останнім часом найбільш стрімко збільшився вміст фреонів у атмосфері. А це досить тривожний симптом, оскільки, кожний з парникових газів по різному впливає на зростання парникового ефекту внаслідок особливості самої молекули газу. Так,

20

обчислено, що вплив 1 молекули метану у 25 разів інтенсивніший, ніж 1 молекули СО2, а молекула фреона активніша в 11 тис. разів. Тому швидке збільшення в атмосфері концентрації метану та фреонів небезпечніше, ніж збільшення вмісту вуглекислого газу.

Підвищення концентрації парникових газів в атмосфері спричинило збільшення середньої глобальної температури повітря порівняно з доіндустріальним періодом на 0,5 – 0,60 С. До початку 2000 року це підвищення становить вже 1,20 С, а до 2025 року може досягнути 2,2 – 2,50 С. Все це може мати як позитивні, так і негативні наслідки для екології біосфери Землі.

Найсерйознішим наслідком глобального потепління клімату буде підвищення рівня Світового океану внаслідок сходження материкових та

1,5 – 40 С, причому найбільший ефект буде у полярних зонах. При такому глобальному потеплінні почне катастрофічно скорочуватись (приблизно у 3 – 5 разів) площа гірських льодовиків. У Арктиці зменшиться площа то товщина морської криги. Спеціалісти вважають, що до кінця ХХІ століття підвищення рівня Світового океану може становити 0,5 – 2 м.

Підвищення рівня Світового океану, навіть незначне, може мати досить значні

негативні екологічні та соціально-економічні наслідки: буде затоплено

приморські рівнини, посиляться абразійні процеси, погіршиться водопостачання прибережних районів. Підраховано, що при підвищенні рівня океану на 1 м буде

затоплено 20 % території Бангладеш, сільськогосподарські землі Єгипту, деякі великі міста Китаю. У цілому, наслідки будуть відчутними на площі приблизно

5 млн. км2, що становить приблизно 3 % площі суші, але на цих територіях зосереджена третина земель, що обробляються.

Глобальне потепління клімату викличе серйозні зміни екологічних умов у

тундрі, зонах „вічної мерзлоти”: збільшиться сезонне відтанення ґрунту, що поставить під загрозу дороги, будівлі, комунікації; активізуються процеси термокарсту та заболочування; погіршиться стан лісових масивів на вічній мерзлоті тощо.

Поряд із негативними екологічними наслідками парниковий ефект може мати

і позитивні екологічні наслідки. Власне потепління сприятливо вплине на стан рослинності, зокрема, на лісові екосистеми та агроценози.

Окрім того, при глобальному потеплінні зміниться і режим атмосферних опадів у бік збільшення, що також сприятиме росту рослин у багатьох регіонах.

Підвищення концентрації СО2 в атмосфері може збільшити інтенсивність фотосинтезу і, відповідно, сприяти росту та розвитку рослин, а також збільшити врожайність багатьох сільськогосподарських культур. Але це стане можливим лише при достатньому забезпеченні поживними речовинами, світлом та водою.

Дослідження методами математичного моделювання дають можливість прогнозувати зміни лісових екосистем. Згідно з отриманими результатами, при значному підвищенні температури повітря, особливо у високих широтах, відбудеться

21

значне скорочення кореальних лісів з переміщенням їх кордонів далі на північ. Згідно з попередніми даними, парниковий ефект може мати негативний вплив на вологі тропічні ліси, що пристосовані до існування у вузькому діапазоні вологості та температур.

Глобальне потепління клімату може зумовити зміну структури та місць розташування біомів Землі (тундри, тайги, змішаних лісів, тропічних лісів, лісостепів, степів, пустель тощо). За прогнозом учених суттєво зменшаться площі тундри та лісотундри, хвойних лісів (тайги), але збільшаться площі пустель та напівпустель. Але слід зауважити, що ці прогнози досить приблизні, оскільки не враховується фактор зволоження.

Порушення озонового екрану. Поряд з видимим світлом Сонце випромінює також ультрафіолетові хвилі. Ультрафіолетове випромінювання схоже на світлове, але довжина його хвиль є дещо коротшою (0,1 – 0,01 мкм). Ці промені невидимі, але мають більшу енергію, ніж видимі. Проникаючи крізь атмосферу та поглинаючись тканинами живих організмів вони руйнують молекули білків, ДНК, РНК. Якби все ультрафіолетове проміння потрапляло на Землю, то життя на ній було б неможливим. Навіть незначна частина цих променів (1 %) спричиняє засмагу шкіри та призводить до виникнення значної кількості ракових захворювань.

Ми надійно захищені від агресивного впливу ультрафіолетового опромінювання, оскільки більша його частина (99 %) поглинається шаром озону у стратосфері на висоті 25 – 40 км від поверхні Землі. Цей шар отримав назву озонового екрану.

Озон, що утворюється у стратосфері, є продуктом дії ультрафіолетових променів на молекули кисню (О2). У результаті деякі з них розпадаються на вільні атоми, в ті, у свою чергу, можуть приєднуватися до інших молекул кисню з утворенням озону (О3). Весь кисень не перетворюється в озон тому, що вільні атоми кисню реагують з молекулами озону та дають 2 молекули кисню. Таким чином, вміст озону в стратосфері непостійний. Це є рівновагою між зазначеними двома реакціями. Але вчені у 1970 році встановили, що атоми хлору каналізують процес розкладу озону. Тобто надходження в атмосферу хлору та хлорофторвуглеводнів (ХФВ) буде порушувати цю рівновагу в бік зменшення кількості озону.

Хлорофторвуглеводні, що застосовуються у холодильниках, аерозолях, для очищення різних виробів є переносниками атомів фтору та хлору у стратосферу. Рівень вмісту хлору у стратосфері нині у 2 – 2,5 рази вищий, ніж у 1970 році.

Якщо ХФВ будуть надходити до стратосфери у такий же кількості, як у 80-х

роках, то за наступні 70 років озоновий шар втратить ще 3 %, а якщо викиди подвояться, то це зруйнує ще 12 % озонового шару. Станції, які реєструють товщину озонового шару в Антарктиді, встановили, що на весну 1992 року втрати

озону над цим регіоном у середньому становили 30 – 40 %, а на деяких висотах досягали 95 %. Якщо над Антарктидою утвориться озонова дірка, то наслідки будуть досить серйозними: значні втрати морського фітота зоопланктону, що, у свою чергу, буде мати негативні наслідки для китів, пінгвінів та інших морських тварин, оскільки фітопланктон – основа майже всіх харчових ланцюгів цього регіону. Підвищення

інтенсивності ультрафіолетового опромінення також послаблює імунну систему людини, призводить до виникнення катаракти та раку шкіри.

22

У 1986 році у Монреалі було підписано міжнародну угоду про скорочення на 50 % випуску ХФВ, але у 1989 році її було переглянуто. Випуск ХФВ повинен бути припинений до 2000 року. За умови успішного виконання цієї угоди глобальна загроза Землі з боку ХФВ, яку створила людина, буде відвернута самим людством.

Екологічно чистий транспорт Нині світовий автомобільний парк перевищує 400 млн. одиниць, з яких

80 % припадає на легкові автомобілі, а 15 – 17 % – на вантажні та автобуси. Автомобільний транспорт забруднює головним чином атмосферу трьома

основними каналами:

відпрацьованими газами, що викидаються через вихлопну трубу; картерними газами;

вуглеводнями внаслідок випаровування палива з бака, карбюратора та трубопроводів.

У складі відпрацьованих газів автомобіля найбільшу питому вагу за об’ємом мають монооксид вуглецю (0,5 – 10 %), оксиди азоту (до 0,8 %), неспалені вуглеводні (0,2 – 3,0 %), альдегіди (до 0,2 %) та сажа. У абсолютних величинах на 1000 л палива карбюраторний двигун викидає з вихлопними та картерними газами: 200 кг монооксиду вуглецю, 25 кг вуглеводнів, 20 кг оксидів азоту, 1 кг сажі, 1 кг сірчистих сполук.

Методи знешкодження відпрацьованих газів почали розроблятися ще у 30-х роках, але практичне застосування нейтралізатори отримали лише у 60-х роках.

Нейтралізатор – це невеликий прилад, який призначений для зниження

токсичності відпрацьованих газів шляхом доокиснення продуктів неповного згоряння (СО, СН, С) та розкладу оксидів азоту на складові – азот і кисень. Розрізняють 2 типи нейтралізаторів, що застосовуються на автомобілях з бензиновими та дизельними двигунами: термічні та каталітичні. Певні труднощі полягають у тому, що у відпрацьованих газах дизелів міститься 10 і більше % кисню, у присутності якого реакція відновлення окислу азоту не відбувається, а для окиснення СО його недостатньо. Тому звичайні каталітичні реактори без додаткових пристроїв забезпечують у дизелях нейтралізацію неспалених вуглеводнів та альдегідів, а також невеликої частки монооксиду вуглецю. Роботи зі створення нових типів і конструкцій нейтралізаторів продовжуються у багатьох країнах, але поки що вони призвели лише до удосконалення подібних пристроїв.

Одним із напрямків зменшення токсичності відпрацьованих газів є їх рециркуляція, тобто повторне засмоктування до циліндрів для до окиснення СО та СН4 і зменшення кількості оксидів азоту безпосередньо у циліндрах двигуна, але це призводить до погіршення характеристик двигунів та ускладнення їх конструкцій.

Необхідність охорони середовища існування від забруднення відпрацьованими газами поставила перед конструкторами питання про перспективність бензинових (карбюраторних) двигунів для майбутнього транспорту.

Як альтернативу карбюраторним почали пропонувати дизелі, роторні двигуни, газові турбіни, парові поршневі машини, парові турбіни, двигуни зовнішнього згорання Стерлінга, інерційні двигуни тощо.

23

Вважається, що у боротьбі за зменшення забруднення повітряного басейну дизельні двигуни можуть відігрівати суттєву роль. Як двигун внутрішнього згорання дизель відрізняється від карбюраторного двигуна тим, що має вищі ступеневі стиснення, що забезпечують самозапалювання палива та відмінні характеристики токсичності вихлопних газів.

Однак, значними недоліками дизеля залишаються димність, неприємний запах, вищий рівень шуму.

Роторний двигун – це бензиновий двигун, який має принципово нову конструкцію головного силового агрегату. У роторного двигуна немає циліндрів та шатунно-кривошипної системи. Замість поршнів він має ротор, що передає обертовий момент через зубчасту передачу. Ротор дає менш токсичний викид за рахунок меншого вмісту оксидів азоту.

Протягом останніх 30 – 35 років проводяться дослідження та експериментальне конструювання газотурбінного двигуна для автомобіля, який знайшов достатньо широке застосування у повітряному транспорті. Він має малу масу, рекордну питому потужність, компактність, малу кількість рухомих частин та інші якісні переваги. Більшість конструкторів вважає газову турбіну перспективнішою для вантажних автомобілів та автобусів завдяки її малошумності, відсутності вібрації, можливості роботи без системи водяного охолодження та достатній чистоті відпрацьованих газів. Основним недоліком є менша економічність порівняно з карбюраторними і особливо дизельними двигунами.

Необхідність збереження повітряного басейну змусила деяких конструкторів повернутися до майже забутої ідеї створення парового автомобіля. Власне паровий двигун екологічно абсолютно чистий. Він або дає вихлоп водяної пари або ж взагалі не дає ніякого вихлопу, якщо робочий цикл замкнений. Але атмосфера забруднюється відпрацьованими газами топки. Суттєвими недоліками цих двигунів є висока складність та громіздкість конструкції (парогенератор – машина – теплообмінник – конденсатор – ємність для води), низька економічність, уразливість низькими температурами, значний час підготовки до руху.

Нині відновився інтерес до двигуна зовнішнього згорання – двигуна Стерлінга, ідея якого була запропонована Р. Стерлінгом ще у 1816 році. Сучасний двигун зовнішнього згорання є герметично закритм циліндром, заповненим над

24

поршнем стиснутим гелієм чи воднем. Окрім високого ККД (35 – 40 % і більше) двигун може працювати на будь-якому паливі і мінімально забруднює повітря монооксидом вуглецю та вуглеводнями, оскільки пальник працює у стабільному режимі з оптимальним співвідношенням палива та повітря, він практично безшумний.

Складними і ще не розв’язаними проблемами залишаються складність конструкції та необхідність забезпечення повної герметичності протягом експлуатації двигуна.

Енерційний двигун (маховик) – є найдавнішим двигуном. Вирішальною перевагою маховика є його екологічна чистота, що полягає у відсутності токсичних викидів, практичній безшумності та високому ККД. Його головний недолік – мала енергоємність і, як наслідок, незначний пробіг між підзарядками.

Одним із найважливіших напрямків боротьби за збереження чистоти повітря слід відзначити пошуки більш чистого палива для транспортних двигунів. У цьому відношенні разом із кардинальними пропозиціями здійснюються спроби створити

присадки та домішки до звичайного палива, що могли б знизити токсичність відпрацьованих газів автомобілів.

Більшість сортів бензину, який використовується нині, містить як антидетонаційну присадку тетроетилсвинець (0,41 – 0,82 г/л). Його застосування дозволяє збільшити ступінь стискання робочої суміші у циліндрах і тим самим підвищує паливну економічність двигунів. Ця обставина з одного боку відповідає і економічним потребам, оскільки зменшення витрат палива супроводжується і

зменшенням викидів токсичних речовин. Але у присадці міститься сполука свинцю, що у значних концентраціях є шкідливою.

Проводяться наукові та експериментальні роботи зі створення нового

антидетонатора на марганцевій основі. Така присадка (ЦТМ) у 50 разів менш токсична, ніж тетраетилсвинець, не погіршує роботу каталітичних нейтралізаторів відпрацьованих газів. Додавання ЦТМ у кількості 2 % підвищує октанове число бензину А-76 до 93 одиниць.

Достатньо цікава також ідея використання водно-бензинових сумішей (30 %/70 %) з метою зменшення токсичності відпрацьованих газів та економії палива, але її реалізація потребує підготовки великої кількості особливо чистої дистильованої води.

У пошуках альтернативних видів палива проводяться роботи з газовим паливом, синтетичними спиртами, аміаком та воднем.

Як газове паливо найбільше поширення отримала суміш нафтових газів – пропану та бутану. Цінною якістю газового палива є його висока екологічна чистота. Результати досвідів свідчать про те, що двигун, який працює на пропан-бутані, на холостому ходу має у відпрацьованих газах у 4 рази менше монооксиду вуглецю, а в робочому режимі – у 10 разів менше, ніж бензиновий двигун.

Вивчаються технічні та економічні аспекти використання природного газу, який складається на 90 – 95 % з метану з домішками етану і суттєво відрізняється за властивостями від пропан-бутанової суміші (потребує для зрідження низьких температур). Обладнання на автомобілях, що працюють на зрідженому природному газі, є складнішим і дорожчим. Так автобус, обладнаний для використання зрідженого природного газу, є дорожчим на 10 %, але в експлуатації економічнішим. Токсичність

25

його відпрацьованих газів є нижчою на 60 – 90 %, ніж у традиційного бензинового автобуса.

Синтетичні спирти використовуються у двигунах внутрішнього згорання ще на початку ХХ сторіччя. Найбільший інтерес мають метанол та етанол.

Метанол розглядають як можливий замінник бензину для автомобілів. Але він отруйний, важчий за бензин, а його енергоємність вдвічі нижча. Тому для збереження дальності пробігу бак автомобіля повинен бути у 2 рази більшим. Запуск двигуна на чистому метанолі, особливо взимку, є доволі трудним. Вартість метанолу нині є вищою порівняно з вартістю бензину. Однак, у відпрацьованих газах у 2 – 3 рази менше токсичних компонентів, ніж при використанні бензину. Зараз його використовують як додаток до бензину від 5 до 30 %. При цьому концентрація монооксиду вуглецю у відпрацьованих газах зменшується на 17 – 72 %. Але суміш схильна до розшаровування, особливо при потраплянні води і зменшенні температури.

Етанол (етиловий спирт) має енергоємність на 25 – 30 % вищу, ніж метанол, тобто потребує пропорційно меншого паливного баку. Екологічні характеристики етанолу близькі до метанолу, але двигуни, що працюють на етанолі, у відпрацьованих газах містять ще менше вуглеводнів.

Досить перспективним слід вважати отримання синтетичного палива з вугілля.

Аміак за звичайних умов є токсичним газом з різким запахом. Однак, при згоранні утворюється лише один токсичний компонент – окиси азоту, причому в значно менших кількостях, ніж при згоранні інших видів палива. Сировинні ресурси для виробництва аміаку значні, а вартість низька. До недоліків аміаку як палива слід віднести те, що він агресивний до міді, бронзи, інших металів та сплавів, а потрапляючи до атмосфери, стає її забруднювачем.

Водень з точки зору збереження навколишнього природного середовища є ідеальним паливом. Ресурси цього палива колосальні й постійно відновлюються, тому водень може стати універсальним паливом, паливом майбутнього. У відпрацьованих газах є лише оксиди азоту (згорання відбувається за наявності повітря). Але у дуже незначних кількостях. Типових для звичайних видів палива монооксиду вуглецю та вуглеводних немає.

Суттєвою перешкодою для використання водню як палива є те, що він значно дорожчий за бензин. Нині водень видобувається в основному з природного газу, у менших кількостях з нафти ти вугілля і в зовсім незначних кількостях з води, оскільки процес електролізу дорожчий і потребує більших енергетичних витрат, ніж енергоємність отриманого водневого палива.

Серйозною технічною та економічною проблемою є розміщення водню на автомобілі.

Складності створення автомобіля на чистому водні призвели до використання водню як добавки до бензину. Експерименти з воднево-бензиновою сумішшю показали, що 5 – 10 % добавки водню суттєво (на 40 – 50 %) підвищує паливну економічність двигуна і більше, ніж у 10 разів зменшує вміст монооксиду вуглецю у відпрацьованих газах. При додаванні 10 % водню у відпрацьованих газах різко зменшується вміст оксидів азоту та монооксидів вуглецю.

26

Один з генеральних напрямків досліджень та дослідно-конструкторських робіт щодо створення екологічно чистого автомобіля полягає в тому, щоб використовувати електродвигун з автономним джерелом електроживлення.

Електромобіль – ідеальний автомобіль для міста. Він не токсичний, вогненебезпечний, малошумний, зручний у керуванні, його двигун має добру тягову характеристику, він не потребує складних трансмісій та багатьох інших систем, характерних для сучасного автомобіля. Але є цілий ряд недоліків, що перешкоджають його швидкому розповсюдженню. Головний з них – обмежений радіус пробігу (особливо для автомобілів із свинцево-кислотними акумуляторами), велика маса, малий термін служби джерела електроживлення та висока вартість. Тому основні

зусилля вчених та конструкторів у галузі електрохімії спрямовані на удосконалення акумуляторних батарей та пошуки нових ефективних та дешевих джерел електроживлення.

Один із конструкторських напрямків полягає у створенні гібридних

автомобілів, споряджених тяговою акумуляторною батареєю та двигуном внутрішнього згорання, переважно незначної потужності.

Розрізняють 2 основних режими роботи гібридних електромобілів. Перший передбачає роботу двигуна внутрішнього згорання лише за межами міста. Другий – роботу двигуна внутрішнього згорання у рівному оптимальному режимі, що забезпечує мінімальну токсичність відпрацьованих газів, для підзарядки акумуляторної батареї.

У всіх випадках гібридний автомобіль складніший та дорожчий, ніж звичайний.

Великий принциповий інтерес представляють електромобілі, що працюють від акумуляторів, які заряджаються від сонячних батарей.

Досить цікаві у екологічному плані електромобілі на паливних елементах.

Принцип дії паливного елемента полягає у тому, що до нього надходять водень та кисень, що у процесі синтезу утворюють воду, генеруючи при цьому електричний струм. Процес буде тривати доти, поки до елемента будуть надходити паливо (водень) та окисник (кисень). Паливні елементи мають як виключну якість (автономність та високий ККД), так і недоліки (значна маса та громіздкість силової установки).

Нині серйозною альтернативою автомобілю та автобусу на міських та приміських маршрутах є транспортні засоби на магнітній підвісці.

Основними екологічними перевагами цих систем є відсутність забруднення повітря та практична безшумність. Окрім високої швидкості можна відзначити також плавність ходу (відсутність вібрацій та поштовхів). Недоліком такого транспорту вважають відносно високі енергетичні витрати (хоча вони і є меншими, ніж у апаратів на повітряній подушці) і конструкційну складність, особливо систем магнітної підвіски. Можливість застосування надпровідникових магнітів дозволяє суттєво зменшити витрати енергії на підвіску, але конструкційно та в експлуатації система стає ще складнішою. Однак висока швидкість, не досяжна для всіх видів колісного транспорту та вища регулярність (всепрохідність), ніж у авіації дозволяють припустити, що цей вид транспорту стане достатньо поширеним у майбутньому.

Екологічно чиста енергетика

Безперечно, що показником економічного рівня розвитку країни є стан її енергетики. У зв’язку з неминучим виснаженням у майбутньому запасів нафти,

27

вугілля та сланців світова наука звернула свій погляд до відновних джерел енергії, що може бути отримана з лісової деревини, біомаси трав’янистих рослин, горючих продуктів їх переробки. Бразилія та США вже почали використовувати цукрову тростину та солодке сорго для виробництва спирту як палива замість бензину. Кавасу, картоплю, цукровий буряк, кукурудзу також використовують як сировину для виробництва палива. У США, КНДР, Індії проводяться роботи із використання біомаси водяного гіацинта, чортополоху та інших рослин для одержання метану та органічних добрив. Агроенергетика може стати реальним конкурентом іншим галузям промисловості.

Одним із важливих резервів ефективного природокористування є утилізація сировини, рівень якої нині надзвичайно низький. На сьогодні утилізується приблизно 1 % від маси використаних природних ресурсів, а решта 99 % безповоротно втрачається.

Важливим джерелом сировини та енергії є побутове сміття. У річному об’ємі побутових відходів США міститься 34 млн. т паперу, 13 млн. т скла, 15 млн. т чорних та 1 млн. т кольорових металів. Теплотворна здатність побутового сміття така, що воно може бути використане для опалення. Так, Париж вже на 30 % опалюється побутовим сміттям. У ФРН була отримана таким чином енергія, якої було достатньо для побутового обслуговування 25 % населення країни. Виробництво алюмінію,

сталі, паперу із вторинної сировини дозволяє економити відповідно 75, 60 та 70 % енергії у порівнянні з виробництвом їх із первинної сировини. Переробка кожної тони макулатури рятує від вирубання приблизно 17 дерев. Таким чином, регенераційне виробництво набуває все ширшого розвитку.

АЕС не потребують кисню та не забруднюють атмосферу вуглекислотою, попелом, сіркою та іншими продуктами згорання. Основне забруднення від атомних установок – теплове. У сучасних АЕС, реактори яких працюють на теплових нейтронах, використовують ізотоп урану (уран-235), вміст якого у природному урані – 0,7 %. Вивчається питання про можливість поєднання реакторів на теплових та швидких нейтронах.

Надзвичайно важливим джерелом енергії є джерело, засновано на внутрішньоядерних процесах. Теплова та електрична енергії можуть бути отримані

у результаті реакцій руйнування атомного ядра та в результаті реакцій синтезу ядер легких атомів (термоядерна енергія). В атомній енергетиці основна проблема – проблема ядерного палива. За останніми оцінками Світової агенції з атомної енергетики природні запасу урану є таким джерелом енергії, що в 15 – 20 разів

перевищує сукупні енергетичні запаси вугілля, нафти, природного газу та горючих сланців.

Відмінною особливістю термоядерного процесу є не розщеплення ядра, як у випадку атомної енергії, а синтез атомних ядер. Початком пошуку нового джерела енергії були атомна та воднева бомби. До термоядерних реакцій краще вступають важкі ядра атомів водню (тритій). У зв’язку з дослідженнями у галузі термоядерного синтезу слід згадати повідомлення щодо ядерного синтезу при кімнатній температурі. Мова йде про синтез важкої води з використанням паладію як електроду. Але після багатьох перевірок це повідомлення не знайшло подальшого практичного підтвердження.

28

На сьогодні увагу вчених та спеціалістів привертає проблема використання сонячної енергії та тепла земних надр для потреб енергетики великої потужності.

Сонце надсилає до Землі колосальну кількість енергії, набагато більшу за ту, яку можна отримати застосовуючи ядерний синтез. Але Земля отримує сонячну енергію у розсіяному вигляді та у певні проміжки часу. Тому для її практичного використання необхідне розроблення ефективних та економічно прийнятних засобів акумуляції, зберігання та транспортування сонячної енергії. Однією з

можливостей кращого використання енергії Сонця є інтенсифікація сільського господарства зі збільшенням ККД фотосинтезу рослин. Вчені висунули ідею здійснення штучного фотосинтезу поза організмом у спеціально відібраних хімічних системах для отримання хімічної енергії та трансформування її в електричну. Реалізація цієї ідеї не призведе до нагрівання Землі, а отже і до зміни клімату і не буде отруювати навколишнє природне середовище шкідливими речовинами.

Технології використання сонячної енергії приділяється велика увага, оскільки завдяки їй людство матиме безмежне та екологічно чисте джерело енергії.

Основою використання нагрітих Сонцем вод Світового океану з господарською метою є метод конверсії – використання різниці температур між нагрітими поверхнями та більш глибинними шарами води. У США та Японії вже здійснюються програми з використання теплової енергії океану. Позитивні якості конверсійних теплоелектростанцій полягають у тому, що вони здатні працювати 24 години на добу не забруднюючи при цьому навколишнє природне середовище.

Вчені працюють над проектами космічних електростанцій – грандіозних енергосупутників, які застосовуючи сонячні батареї будуть отримувати електроенергію, трансформувати її в потік мікрохвиль і спрямувати на приймальні антени на Землі. Порівняно із наземними такі станції матимуть ряд переваг:

отримуватимуть у 4 – 10 разів більше сонячної енергії; трансформуватимуть сонячну енергію безперервно крім часу перебування у тіні

Землі (72 хв. на добу); не зазнаватимуть впливу атмосферних явищ Землі;

матимуть зменшену вагу конструкцій; дозволять створювати приймальні пристрої на Землі безпосередньо біля

споживачів; впливатимуть на стан навколишнього природного середовища у межах

допустимих нешкідливих норм.

Перспективним джерелом енергії може стати геотермальна енергія, яку нині використовують у незначних кількостях. Для перетворення геотермальної енергії в електричну до цього часу використовувалися природна пара у районах порівняно недавньої вулканічної діяльності. На сьогодні інтенсивно досліджується

можливість отримання енергії у великих масштабах за рахунок внутрішнього тепла Землі, що дозволить використовувати нове потужне джерело енергії. Але технології цього процесу перебувають на початкових етапах розвитку.

Сонячна та геотермальна енергії мають використовуватися для потреб так званої малої енергетики: опалення будівель, опріснення води. У двигунах насосів

29

тощо. Якщо врахувати, що 40 % всієї енергії, що використовується у світі, йде на опалення житла, то використання сонячної енергії та геотермальних вод для цього може дати вагомий економічний та екологічний ефекти.

Нові джерела енергії (ядерна, геотермальна та енергія океанів) є практично невичерпними, але жодне з них не може транспортуватись безпосередньо і не може бути використане як пальне у транспортних засобах. Сполучною ланкою між

первинним джерелом енергії та енергоспоживачами може стати воднева енергетика з воднем як енергоносієм. Водень легко відновлюється і майже не забруднює навколишнє природне середовище. Необхідно підкреслити, що перспективними для водневої енергетики можуть бути лише ті способи отримання водню, що базуються на використанні води як початкової сировини. Нині водень у 3 – 4 рази дорожчий ніж викопне паливо, але дослідження та інженерні розробки дозволять у майбутньому зменшити його вартість і наблизити до вартості викопного палива. Більшість спеціалістів вважає водневу енергетику найкращою у

економічному та екологічному відношеннях і розглядає її як сполучну ланку між новими джерелами енергії та споживачами.

Вирішення проблеми енергетичних ресурсів – умова подальшого розвитку виробництва та передумова зменшення забруднення довкілля.

Безперечно, що наявний виражений діалектичний зв'язок між розвитком енергетики і впливом цього процесу на якість оточуючого середовища: перша поступово перетворюється на екологічно чисту і стає базою для нової безвідходної та маловідходної технології, що не забруднює середовище або ж забруднює його у межах допустимих норм.

Утилізація виходів промисловості.

Паливно-енергетичні ресурси можуть бути збережеш у результаті вторинного використання вже отриманого тепла. Так, гаряча вода ТЕС надходить для опалення житлових приміщень та у тепличне господарство. Є й інші можливості економії паливних ресурсів. Наприклад, використання високотермальних вод для підземної виплавки сірки знизить собівартість продукції у 3-5 разів. Багато житлових

приміщень на Близькому Сході та в Японії вже забезпечуються гарячою водою від сонячних термоустановок.

Все це сприяє більш економній витраті мінеральних ресурсів і збереженню їх запасів. Разом з тим найбільш раціональним і ефективним засобом є переробка відходів промисловості, що одночасно з найбільш повним, комплексним використанням природної сировини вирішує і питання інженерного захисту від забруднення літосфери, і, таким чином, зменшує вплив шкідливих речовин на біосферу.

У хімічній промисловості найбільший об'єм твердих відходів спостерігається на виробництві мінеральних добрив і кислот (часто це фосфогіпс). Частково фосфогіпс може бути використаний як низько концентроване мінеральне добриво для сільськогосподарських угідь. Утилізація фосфогіпсу можлива у цементній промисловості (як мінералізатора), при хімічній меліорації солончакових ґрунтів, для отримання сульфату амонію, цементу, сірчаної кислоти, гіпсових в'яжучих виробів. У результаті утилізації нефелінових "хвостів" можна отримати такі цінні і дефіцитні продукти, як сода, поташ, цемент, глинозем, сульфати калію та натрію. Відходи

сірчанокислого виробництва – піритні огарки, – доцільно використовувати для

30

добування кольорових металів, у виробництві чавуну та сталі, сільському господарстві, але поки що вони використовуються лише у цементній промисловості.

Відходи виробництва органічних продуктів, особливо при переробці нафти (кислі гудрони), можуть бути використані з метою отримання сірчистого

ангідриду, високосірчаних коксів, бітумів тощо.

Відходи процесів газифікації твердого палива можуть бути утилізовані шляхом використання у шихті для коксування та в інших технологічних схемах.

Відходи вуглезбагачення можуть з успіхом використовуватись як вихідна сировина для цегельних заводів.

Утилізація відходів чорної металургії – шлаків, – дозволяє замінити 10% товарної залізної руди. Доменні шлаки можуть використовуватись у якості сировини для будівництва. Сталеплавильні шлаки застосовуються для виробництва щебеню. Шлаки кольорової металургії використовують для видобутку заліза, нікелю, цинку та інших металів.

Основна маса шлаків і золи теплоелектростанцій (ТЕС) є сировиною для виробництва будівельних матеріалів (цемент, дорожні покриття). Так у харківському

автодорожньому інституті на базі відходів хімічної і коксохімічної промисловості розроблено склад дорожніх бетонів, що стійкі до дії агресивних середовищ, та покриттів для тваринницьких комплексів.

У сучасних умовах розвитку виробництва використання вторинних ресурсів стало однією з основних проблем, пов'язане зі значним зменшенням запасів природних сировинних ресурсів, із нагромадженням відходів, що містяться на обширних територіях і є джерелами інтенсивного забруднення довкілля.

Для народного господарства України характерною є висока питома вага галузей, що добувають і переробляють природну сировину, відходи виробництва становлять більше 1.6 млрд. т у рік, що становить більше 30 т на одиницю населення.

Вражає, що під відвали та відстійники зайнято 100 тис. га землі.

Значний економічний ефект може мати будівництво підприємств по виробництву цегли, а також матеріалів на основі шлаколужних, вапнякових та шлакозольних в'яжучих компонентів безпосередньо біля великих відвалів.

Одним з основних принципів переробки побічних продуктів є комплексність використання методів впливу на вторинну сировину і отримання матеріалів.

Таким чином, використання вторинних ресурсів – актуальне народногосподарське завдання, основним стимулюючим фактором вирішення якого є відсутність у цій області замовника, який повинен забезпечити не лише проведення науково-дослідницьких робіт, але й організацію виробничих підприємств.

Однак будівництвом навіть самих оригінальних очисних споруд вирішити питання зменшення шкідливих викидів неможливо і єдиним технічно правильним і економічно вигідним шляхом вирішення цієї проблеми є створення маловідходних та безвідходних екологічно безпечних технологій і виробництв.

Можна виділити чотири основні напрямки, за якими повинне відбуватись удосконалення безвідходних технологій, а саме:

-розробка принципово нових процесів отримання продукції, що дозволяють виключити і замінити стадії, що продукують основну масу відходів,

-створення безстічних технологічних систем і водооборотних циклів на основі наявних та перспективних засобів очистки стічних вод.

31

-розробка системи переробки відходів, що використовуються як вторинні матеріальні ресурси,

-створення територіально-промислових комплексів, для яких характер на замкнена структура потоків сировини та відходів у самому комплексі.

Безвідходне виробництво у сучасному трактуванні цього терміну є технологічними процесами, що відбуваються у рамках одного і того ж виробництва або виробничого підприємства і при яких увесь об’єм вихідної сировини повністю переноситься на готову продукцію.

2.17. Ресурсозбереження та рекультивація літосфери.

Верхня тверда оболонка Землі (літосфера) складається із земної кори і шару поверхневої мантії, яка підстилає земну кору. Нижній кордон літосфери знаходиться на глибинах приблизно 100 км під континентом і біля 50 км під дном океану.

Одним із самих важливих компонентів літосфери не лише у загальному геологічному, а особливо у біологічному плані є ґрунт. Ґрунт – це те середовище, де по суті взаємодіє більша частина елементів біосфери: вода, повітря, живі організми.

Проблема землі та ґрунту нині є достатньо складною і актуальною. Площа поверхні нашої планети відносно постійна, розміри збільшення сільськогосподарських угідь мають розумні межі, а тому досить важливим є збереження і раціональне використання землі, що використовується у сільському господарстві. Однак із зростанням народонаселення та обсягів виробництва збільшується відчуження земель для будівництва промислових підприємств, комунікацій та місць для звалищ промислових і побутових відходів. Суттєву загрозу земельному фонду становить і

видобуток корисних копалин відкритим способом.

Людство використовує мінеральні ресурси ще з глибокої давнини, але з XIX сторіччя і особливо з другої половини XX сторіччя – дуже інтенсивно.

Мінеральні ресурси, що зосереджені у надрах Землі і розташовані на її поверхні (піски, глини тощо), мають значення для народного господарства як джерела енергії, як промислова сировина для виробництва засобів виробництва (машинобудування, металургія) і предметів вжитку (легка, харчова промисловість), а також як будівельний матеріал та сировина у будівельному виробництві.

Разом з тим потреба у мінеральних ресурсах безперервно збільшується і

реально вимальовується загроза їх гострого дефіциту вже у недалекому майбутньому. Ця проблема ускладнюється ще й тим, що інтенсивне використання мінеральної сировини супроводжується утворенням великої маси твердих відходів і промислових викидів на всіх стадіях добування і переробки. У кінцевому результаті величина відходів часто перевищує кількість отриманої продукції.

Головна маса відходів утворюється на підприємствах таких галузей промисловості як гірничодобувна, збагачувальна та гірничохімічна (відвали,

шлаки, “хвости”); чорна та кольорова металургія (шлаки, шлами); машинобудування (стружка); хімічна (фосфогіпс, піритний огарок, відходи органічних виробництв); лісова та деревообробна галузі.

Усі ці відходи суттєво забруднюють і змінюють земну поверхню. Особливо слід відмітити суттєвий вплив на довкілля розробки корисних копалин відкритим

32

способом, коли відбувається загрозливе нагромадження пустої породи у териконах та відвалах.

За цих умов актуальними стають задачі оптимізації використання усіх земель, збереження сільськогосподарських угідь шляхом мінімізації їх відчуження, використання з несільськогосподарською метою найменш придатних для сільськогосподарського виробництва земель, рекультивація їх після гірничовидобувних робіт, залучення до сільськогосподарського обороту нових земель і збільшення родючості ґрунтів.

Одним з основних заходів щодо охорони ґрунтів є боротьба з їх ерозією та супутніми наслідками, що проводиться з урахуванням зональних особливостей природи та сільського господарства, тобто грунтово-кліматичних та агроекономічних умов, на базі застосування зональних систем землеробства.

В охороні родючості ґрунтів суттєву роль відіграє захист їх від забруднення хімічними, чужорідними їм речовинами, використання яких з розвитком хімізації всіх галузей різко збільшилось. Надмірне застосування хімічних засобів захисту рослин спричиняє знищення ґрунтової мікрофлори, зниження родючості фунтів, негативно позначається на біологічних ресурсах водойм, а передаючись по харчових ланцюгах, створює небезпеку і для людини.

Боротьба із забрудненням ґрунтів промисловими викидами перед усім відбувається шляхом зміни і удосконалення очисних споруд, збільшення ефективності вловлювання газоподібних, твердих і рідких шкідливих речовин, виключаючи можливість потрапляння їх до атмосфери, водоймищ та ґрунтів.

Важливе місце в охороні ґрунтів займає також рекультивація (відновлення) ґрунтів на безплідних "індустріальних" пустелях, що утворюються переважно після відкритого способу добування корисних копалин.

Рекультивація проводиться для подальшого використання ґрунтів у сільськогосподарському виробництві, під лісові насадження, під водойми, для використання у житловому та капітальному будівництві. Рекультивація включає два етапи, а саме: гірничотехнологічний та біологічний. На першому етапі

здійснюється підготовка територій, а на другому – відновлення порушених раніше ґрунтів.

З позицій збереження ґрунтів та ощадливого до них ставлення основні напрямки технологічної політики повинні ґрунтуватись на:

-раціональному використанні земель,

-виділення під споруди менш цінних для сільського господарства ділянок,

-збереження гідрологічних режимів (умов стоку дощових та ґрунтових вол, а також ресурсів підземних вод).

Таким чином, берегти землю – це раціонально використовувати під споруди

сушу взагалі і особливо обережно ставитись до родючих фунтів, залишаючи їх дія сільськогосподарського виробництва.

33

Лекція 3

Біосфера – особлива оболонка Землі. Основи вчення В.І. Вернадського про біосферу та ноосферу.

В. Вернадський писав, що “Біосферу можна розглядати як простір над

земною корою, зайнятий “трансформаторами”, що перетворюють космічне випромінювання на корисну земну енергію – електричну, механічну, хімічну, термічну та інші”.

Сукупність усіх живих організмів на планеті, біомаса яких становить мізерну частку біосфери (~ 0,001 %) В. Вернадський назвав “живою речовиною”.

Планету населяє приблизно 500 тис. видів рослин і 1,5 млн. видів тварин. Якщо зрівняти поверхню землі і рівномірно розподілити на ній існуючі

рослини, тварини і мікроорганізми, то вони утворять шар завтовшки всього 2 см. Жива речовина – невід’ємна складова біосфери, що об’єднує всі її компоненти

в єдине ціле, є її функцією , і одночасно “однією з наймогутніших геохімічних сил на нашій планеті”. (В. Вернадський)

Жива речовина розміщена на планеті дуже нерівномірно, що пов’язано з різними умовами існування. Біомаса – кількісна оцінка живої речовини.

Біомаса – виражена в одиницях маси чи енергії живої речовини тих чи інших організмів (популяцій, видів, окремих живих організмів, угруповань у цілому), яка припадає на одиницю площі чи об’єму.

Слово “ноосфера” (грец. ноос – розум) вперше у 1927 р. запропонував французький філософ і математик Е. Леруа, який разом із своїм колегою – геологом, палеонтологом і теологом П. Тейяром де Шарденом дуже схвально і палко сприйняли

йпідтримали ноосферні ідеї В. Вернадського, а саме:

∙людство – це велика геологічна сила;

∙ця сила є розум і воля людини як істоти соціально організованої;

∙рівень антропогенних змін довкілля на планеті став настільки попутним, що почав впливати на біохімічний метаболізм (перетворення);

∙людство могутнішає і дедалі більше відділяється від інших компонентів біосфери, намагаючись ними керувати.

За В. Вернадським ноосфера.

“Вокруг искры первых рефлектирующих сознаний стал разгораться огонь… В конечном итоге пламя охватило всю планету. Только одно истолкование, только одно название в состоянии выразить этот великий феномен – ноосфера… Она действительно новый покров, “мыслящий пласт”, который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных – вне биосферы и над ней”.

Приклади наших робіт (р. П. Буг – малі ГЕС, інж.-біот. упорядкування ВЗ (ПЗС) на р. Тарган)

Отже, ноосфера – це утопія або реальна стратегія виживання? Праці Вернадського дозволяють більш обґрунтовано відповісти на це питання, оскільки в них зазначено ряд конкретних умов необхідних для становлення та існування ноосфері. Перерахуємо ці умови:

1.заселення людиною усієї планети;

34

2.різке переобладнання засобів зв'язку та обміну між країнами;

3.посилення зв’язків, у тому числі політичних, між всіма країнами Землі;

4.початок переважання геологічної ролі людини над іншими геологічними процесами, що відбуваються в біосфері;

5.розширення границь біосфери та вихід в космос;

6.відкриття нових джерел енергії;

7.рівність людей усіх рас і релігій;

8.збільшення ролі народних мас у вирішенні питань зовнішньої та внутрішньої політики;

9.свобода наукової думки та наукового пошуку від тиску релігійних, філософських і політичних будов і створення у державному устрою умов, сприятливих для свободної наукової думки;

10.обґрунтована система народної освіти та підйом рівня життя людей. Створення реальної можливості не допускати голоду, злиднів і значно послабити хвороби;

11.розумне перетворення первинної природи Землі з метою створення її здатності задовольнити усі матеріальні, естетичні та духовні потреби чисельно зростаючого населення;

12.виключення війн з життя суспільства.

Сучасні уявлення про біосферу

1. Основні поняття, визначення

Ідея про вплив життя на природні процеси на великих просторах Землі вперше була обґрунтована наукою на рубежі ХІХ і XX ст. у працях В. В. Докучаєва, який вказував на залежність типу ґрунтоутворення не тільки від клімату, а й від сукупного впливу рослин і тварин.

Вперше термін "біосфера" – "сфера життя" був використаний австрійським вченим-геологом Едуардом Зюссом ще в 1875 році. Однак він не дав визначення цього поняття.

Сучасне його тлумачення, яке прийнято у всьому світі, належить В.І. Вернадському – першому президенту Української Академії Наук (1919).

Він у 20-х роках розробив у своїх працях уявлення про біосферу як глобальну єдину систему Землі, де основний хід геохімічних та енергетичних перетворень визначається життям.

Ідеї Вернадського набагато випередили стан сучасної йому науки і посправжньому були оцінені лише у другій половині століття, після виникнення концепції екосистеми. Більшість процесів, що протягом геологічного періоду змінюють зовнішній вигляд нашої планети, розглядалися раніше як суто фізичні, хімічні або фізико-хімічні явища.

Вернадський вперше створив уявлення про геологічну роль живих організмів, показав, що діяльність живих істот є головним фактором перетворення земної кори.

В.І. Вернадський розглядає життя як вищу форму розвитку матерії на Землі. Живі організми, – стверджує вчений, – перетворюють космічну сонячну енергію у земну, хімічну, і створюють нескінченну різноманітність нашого світу.

35

В.І. Вернадський довів, що провідним фактором, який перетворює образ Землі, є життя

Біосфера – оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери, заселені живими організмами.

Іншими словами, біосфера – це велетенська екосистема, яку утворює

сукупність усіх біогеоценозів (екосистем) нашої планети.

Наука, яка вивчає структуру і динаміку біосфери, глобальні енергетичні і геохімічні потоки, називають біосферологією або глобальною екологією.

Відмінні особливості біосфери:

а) біосфера являє собою оболонку життя – ділянку існування живої речовини; б) біосферу можна розглядати як ділянку Земної кори, зайнятої

трансформаторами, які переводять космічні випромінювання в діяльну земну енергію - електричну, хімічну, механічну, теплову і т.д.

Усю сукупність організмів на планеті В.І. Вернадський назвав живою речовиною, розглядаючи сумарну масу, хімічний склад та енергію як головні її характеристики.

Біосфера у сучасному розумінні – це глобальна відкрита система зі своїм “входом”(потік сонячної енергії, що надходить з космосу) і "виходом" утворені в процесі життєдіяльності організмів речовини, що із-за різних причин “випали” із біологічного колоообігу – кам'яне вугілля, нафта, осадові породи тощо).

Ця Система кібернетична, вона мас підсистему – живі організми – яка відіграє центральну, домінуючу роль у функціонуванні системи в цілому.

Згідно із законом необхідної різноманітності Віннера-Шеннона-Ешбі, який вважають основним кібернетичним законом, кібернетична система лише тоді володіє стійкістю для блокування зовнішніх і внутрішніх збурень, коли вона має достатнє внутрішнє різноманіття. Це різноманіття в основному і створюється живими організмами.

Сьогодні на землі існує близько 2 млн. видів організмів, з них рослин -500 тис. видів, а тварин – 1,5 млн. видів.

Виходячи із екосистемних уявлень, видове різноманіття – це не просто якась арифметична величина, нижче якої не мав би опускатися живий світ, а реальна потреба буквально кожного сущого на планеті виду в трофічних ланках біогеоценозів і біосфери в цілому.

(Програма збереження генетичних ресурсів, Каліфорнія, 1986): "Біологічне

різноманіття тварин, рослин і мікроорганізмів являє собою фактор фундаментальної важливості для виживання людства".

2. Еволюція біосфери Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалася під впливом:

а) алогенних (зовнішніх) сил, таких, як геологічні і кліматичні зміни; б) автогенних (внутрішніх) процесів, зумовлених активністю живих

компонентів екосистеми.

Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними гетеротрофами (дріждеподібні анаероби, які одержували енергію, необхідну для дихання шляхом бродіння), які живилися органічною речовиною, синтезованою в ході абіотичних процесів. Потім

36

відбувся, за образним висловом Ю. Одума, "популяційний вибух" – виникли автотрофні водорості, які перетворили атмосферу із відновлювальної в кисневу.

Еволюція організмів і кисневої атмосфери зробили біосферу Землі надзвичайно унікальним явищем в Сонячній системі.

Вчені вважають, що таксономічний склад біосфери ще не стабілізувався, а підтвердження цьому й дають спряжена еволюція і груповий відбір.

Спряжена еволюція - це тип еволюції угруповання, який характеризується взаємодією великих груп організмів, які перебувають у тісному екологічному взаємозв'язку, такому, як рослини і рослиноїдні тварини і їх мікроскопічні симбіонти або паразити та їх господарі.

Взаємний відбір зумовлює еволюцію в напрямі різноманітності, взаємозалежності і гомеостазу (пристосування екосистем одна до одної).

Груповий відбір - це природний відбір в групах організмів. При цьому відборі можуть відмирати цілі популяції, а не окремий генотип.

Характерна особливість біосфери як “плівки життя” – це її гетерогенність (різнорідність), мозаїчність, причому кожна окрема однорідна ділянка ("біогеоценоз", "екосистема") здатна до саморегуляції і повного самовідновлення біоти. Екосистеми перебувають у постійній взаємодії одна з одною, створюючи разом гігантський кругообіг речовин в межах біосфери.

У структурі біосфери розрізняють:

-просторову (вертикальна та горизонтальна структура біосфери);

-часову (минуле, сучасне і майбутнє).

Системний час - це час, який ми розглядаємо в аспектах періоду існування даної системи, або процесів, які в ній відбуваються.

Вертикальна структура біосфери:

Сучасне життя поширене у верхній частині земної кори (літосфері), у шарах повітряної оболонки Землі (атмосфері) та у водній оболонці Землі (гідросфері).

За Вернадським, до біосфери можна віднести ті зони Землі, де існують аборигенні (корінні мешканці) угруповання живих організмів.

3. Структура біосфери

Межі поширення живих організм:

Улітосфері: на глибині 1,5-15 км уже t перевищує +100 °С; найбільша глибина, де у літосфері виявлені бактерії – 4 км.

Угідросфері: до 10-11 км (океанічні западини), де t близько 0 °С.

В атмосфері: (верхня межа біосфери – спори грибів і бактерій – до висоти 20-22 км (на висоті 25-27 км – озоновий шар) – організми тут не живуть, вони сюди лише залітають.

Террабіосфера (або геобіосфера) – Гідробіосфера –

Аеробіосфера – Основна частина – 1-1,5 км. Від 50-300 м – за М. Реймерсом – екотон між террабіосферою і гідробіосферою з одного боку і аеробіосферою – з іншого),

Парабіосфера – зона, яка прилягає до біосфери, і в якій випадково з'являються мікроорганізми і їх спори, не здатні до активного метаболізму (перетворення).

37

В середньому, шар планетарного життя сягає всього близько 20 км: вся земна поверхня (крім вершин понад 6 000 м, вкритих льодовиками) та товща води в морях і океанах.

У всесвітніх масштабах – проводять аналогію з тоненькою плівкою, яку легко пошкодити.

Горизонтальна структура біосфери

Основою для уявлення про горизонтальну структуру біосфери служать межі біогеоценозів та їх просторове розміщення.

Структурні одиниці біосфери (класифікація в сторону збільшення рангу): Біогеоценоз – біокомплекс – біолокус (біом) – біозона – біоорбіс – царство –

террабіосфера – біосфера.

За М Ф. Реймерсом: вищий рівень поділу біосфери – це біогеографічне царство (суша чи Світовий океан). Далі йде нижчий ранг – біогеографічна область (біоорбіс). Області розпадаються на природні пояси або біозони, в рамках яких історичну форму біотичного обміну на суші формують біоми. Якщо природна зона (біозона) – це фізгеографічна одиниця, то біом -біоценотична.

Біом – це сукупність біоценозів, видів рослин і тварин однієї природної зони, яка характеризується певним типом структури угруповання, що є відбитком комплексу адаптації виду до умов середовища.

Схожі біоми об'єднують в типи (тайга, лісостеп, степ). Біолокус - фізгеографічна одиниця.

4. Основні екосистеми біосфери.

Наземні екосистеми біосфери об'єднують у три основні типи.

1)наземні біоми;

2)прісноводні екосистеми;

3)морські екосистеми.

Наземні біоми: природні (ліси, луки, інші – пустелі, тундри) і штучні (пасовища, орні землі, інші - урбаністичні комплекси тощо),

Лісові екосистеми:

а) північна позатропічна рослинність (тайгові ліси, хвойно-широколистяні ліси, широколистяні, гірські та субтропічні ліси);

б) тропічна рослинність (вологі вічнозелені тропічні ліси, мангрові ліси, тропічні савани тощо);

в) південна позатропічна рослинність (араукарієві та евкаліптові ліси тощо). Екосистеми трав'яних ландшафтів - природні (степи, луки) і штучні (культурні

пасовища, сінокоси, агробіоценози). Прісноводні екосистеми Озера:

(за трофністю):

-оліготрофні (як правило, глибокі, з підвищеними берегами, бідні на

мінеральний азот і фосфор, вода в них прозора, синього або зеленого кольору);

-автотрофні (невеликої глибини, багаті на азот і фосфор, багатство організмів призводить до виснаження кисню і зеленувато-коричневого забарвлення води, має широкий пояс прибережної рослинності);

38

- дизтрофні (неглибокі озера з берегами, порослими торфоутворюючою рослинністю, вода мало прозора, бурого кольору, має кислу реакцію).

Ці типи водойм можуть мати перехідні (змішані) типи. Водотоки:

екосистеми потоків, річок, рік, їх різних ділянок. Екосистеми Світового океану Характерною особливістю океанічних екосистем є:

а) глобальність розмірів і величезні глибини, заповнені життям; безперервність (усі океани пов’язанні один з одним);

б) постійна циркуляція (наявність сильних вітрів, що дмуть протягом року у одному і тому ж напрямку, наявність глибинних течій);

в) панування різних хвиль і приливів, що зумовлює помітну періодичність життя угруповань, особливо в прибережних зонах;

г) солоність і сильна буферність; д) наявність розчинених біогенних елементів, що є лімітуючими факторами, що

визначають розміри популяції.

Три великі комплекси організмів: планктон, бентос, нектон (плаваючі тварини). Екосистеми океанів відзначаються своєю великою продуктивністю, відіграють

важливу роль гігантських регуляторів клімату Землі.

Термін «біосфера» з'явився у науковій літературі у 1875 році. Його автором був Едуард Зюсс, з яким В.І. Вернадський був знайомий особисто. Зюсс, зокрема, писав:

«Одне здається іншорідним на цьому великому, яке складається зі сфер, небесному тілі, а саме – органічне життя. ... На поверхні материків можна виділити самостійну біосферу...»

Під біосферою розуміють все те, що нас оточує, ту «природу», в якій ми живемо. Сам В.І. Вернадський дав наступне визначення біосфери: «Біосфера є

оболонкою життя – область існування живої речовини».

Струнке вчення про біосферу було розроблене у 1926 році В.І. Вернадським і цим же роком датована його книга «Біосфера», яка вийшла у Ленінграді. Вчений

виділив три головних компоненти біосфери:

-живі організми;

-мінеральні речовини, які включені живою речовиною у біогенний кругообіг;

-продукти діяльності живої речовини, які тимчасово не беруть участі у біогенному кругообізі.

Таким чином, вся сукупність організмів на планеті називається живою речовиною. Сукупність тих речовин у біосфері, в утворенні яких живі організми не приймають участі, називають кістяковою речовиною.

Біогенна речовина створюється і переробляється життям, сукупностями живих організмів. Біокістякова речовина планети це ґрунт, кора вивітрювання, усі

природні води, властивості яких залежать від діяльності речовин. Жива речовина як біогенний фактор характеризується елементарним хімічним складом, масою та енергією. Вона трансформує сонячну енергію і залучає неорганічну матерію у безперервний кругообіг. В кінцевому рахунку жива речовина породила склад

атмосфери, гідросфери, ґрунтів і у значній мірі осадових порід нашої планети. Жива речовина акумулює енергію космосу, трансформує її в енергію земних процесів (хімічну, механічну, теплову, електричну) і у безперервному обміні

39

речовин з кістяковою матерією планети забезпечує утворення нової живої речовини, яка привносить нові якості, визначаючи тим самим процес еволюції органічного світу. Оновлення всієї живої речовини Землі здійснюється у середньому за 8 років. При цьому речовина наземних рослин оновлюється приблизно за 14 років. У океані циркуляція речовини відбувається у багато разів швидше: вся маса живої речовини оновлюється тут за 33 доби, у той час як

фітомаса океану – щодобово. Процес повної заміни вод у гідросфері здійснюється за 2800 років. У атмосфері зміна кисню відбувається за декілька тисяч років, а вуглекислого газу за 6.3 роки.

"Вчення про ноосферу також створене академіком В.І. Вернадським. Декілька слів про «ноосферу» з'явилось у його останніх публікаціях у суворі часи 1944 року. У

них він, зокрема, писав: «Людство, взяте в цілому, стає могутньою геологічною

силою. І перед ним, перед його думкою і працею, постає питання про перебудову біосфери в інтересах вільно мислячого людства як єдиного цілого. Цей новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього наближуємося, і є ноосфера».

Ноосфера, за В.І. Вернадським, – це біосфера, яка розумно керується людиною. У поетичній формі цю ідею розвинув М. Заболоцький:

Два мира есть у человека: Один, который нас творил, Другой, который мы от века,

Творим по мере наших сил.

Він вказував, що біосфера 20 століття стає ноосферою, яка створюється усім розумом науки і соціальною працею.

В.І. Вернадський розумів під ноосферою новий план розвитку біосфери і закликав до розумного регулювання взаємовідносин людини, та природи, що ноосфера – це біосфера, перероблена науковою думкою, і що вона «не є короткочасним і перехідним явищем».

Спочатку людина брала у біосфері засоби до існування і віддавала їй те, що могли використати інші організми. Тому діяльність людей на цьому етапі лише у

незначній мірі відрізнялась від діяльності інших організмів. У міру розвитку людського суспільства воно починало чинити все більш руйнівну дію на біосферу. У

сучасних умовах людина вже усвідомлює, що вона повинна рахуватись із законами розвитку біосфери та її можливостями.

При переході біосфери в ноосферу перед людством виникає велика за

своїми масштабами і значенню задача – навчитись свідомо регулювати взаємовідносини між суспільством і природою. Тільки цілеспрямована, свідома і планомірна діяльність людей може забезпечити гармонійний розвиток природи і суспільства.

Біосфера утворилась у результаті виникнення життя (живих організмів) як прямий результат загального розвитку нашої планети. Тривалість існування життя на Землі визначається часом від 1,5-2 до 4-5 млрд. років.

Біосфера включає нижню частину газоподібної оболонки тропосферу, всю водну та верхню частину твердої оболонки – кору вивітрювання. Неорганічне середовище біосфери поділяється на літосферу, гідросферу та атмосферу.

Літосфера – це тверда поверхнева оболонка Землі. Життя у літосфері концентрується тільки у поверхневому шарі земної кори – у ґрунті. В.І. Вернадський

40

характеризує ґрунт як біокістякове тіло, яке одночасно складається із живих та неживих тіл.

Гідросфера – це водна, рідка оболонка Землі. Усі океани, моря (сукупність їх називають Світовим океаном), які становлять 70,8% поверхні Землі, а також озера і річки разом утворюють гідросферу.

Атмосфера є газоподібною оболонкою Землі. Нижній шар атмосфери у середньому висотою до 15 км називають тропосферою. Над нею розрізняють стратосферу висотою до 100 км. На її межі виникають північні сяйва. У стратосфері на висоті 15-35 км вільний кисень під впливом сонячної радіації перетворюється на озон. Мешканцями повітряного середовища насамперед вважаються тварини, які пристосувались до активного польоту (птахи, більшість комах). Верхня межа біосфери знаходиться приблизно на висоті 20-22 км, де ще спостерігається; наявність живих організмів: бактерій, спор грибів, найпростіших. Верхня межа життя в атмосфері зумовлена збільшенням з висотою рівня ультрафіолетової радіації. На висоті 25-30 км

більшу частину ультрафіолетового випромінювання Сонця поглинає тонкий шар озону – озоновий екран. Хоча основна частина живих істот концентрується на висоті 1-1,5 км. У горах межа розповсюдження наземного життя сягає біля 6 км над рівнем моря.

Нижньою межею біосфери є літосфера. У літосфері життя обмежене насамперед температурою підземних вод та гірських порід, яка поступово зростає і на глибині 1,5-15 км (гейзери-материнська порода) вже перевищує 100 °С. Найбільша глибина, на якій в шарах земної кори знайдені бактерії становить 4 км. У нафтових родовищах на глибині 2-2,5 км бактерії реєструються в значній кількості. У океані життя розповсюджується до більш значних глибин і зустрічається навіть на дні океанських западин (10-11 км від поверхні), де температура близько 0 °С.

В.І. Вернадський підкреслював повсюдність життя. Заселеними є самі неймовірні місця існування: термальні джерела, температура у яких сягає до 100 °С, вікові сніги Гімалаїв, де на висоті 8300 м існують дев'ять видів бактерій, безводні пустелі та надсолоні озера, де вирують ціанобактерії та один із видів креветок.

На поверхні Землі у наш час повністю відсутнє життя лише в областях значних зледенінь та у кратерах діючих вулканів.

Одна із основних особливостей живої речовини – це її неймовірно різноманітне розподілення у різних частинах біосфери. Життя слабо розвинене у пустелях, тундрах, на глибині океану, високо у горах, тоді як в інших ділянках біосфери – дуже щільне і різноманітне.

Найбільш висока концентрація живої речовини знаходиться на межах розподілу головних середовищ – у ґрунті як граничному шарі між атмосферою та літосферою; у поверхневих шарах океану; на дні водойм і, особливо, у лиманах, на літоралі, де всі три середовища – ґрунт, вода та повітря знаходяться поряд. Місця найбільшої концентрації організмів називають «плівками життя».

Біомаса всіх живих організмів, які одночасно живуть на Землі становить приблизно 2.423·1012 т (сухої речовини), частка сухопутних організмів – 2.42·1012 т,

а частка водних – всього 0.003·1012 т. Маса рослин на Землі становить 2.4·1012 т, а тварин – 0.023·1012 т.

41

Уся маса живої речовини, яка була на Землі, хоча й протягом 1 млрд. років, уже переважає масу земної кори. Дійсно, біомаса Землі (у сухій речовині) за останніми даними становить 2.44·1012 т, тобто 0.00001 земної кори (2·1019 т). Щорічно у результаті фотосинтезу утворюється близько 100 млрд. тонн рослинної біомаси (у перерахунку на суху речовину). З неї; з урахуванням витрат на дихання залишається щорічно у вигляді «нетто-продукту» близько 80 млрд. т. На поверхні суші, починаючи від полюсів у напрямку до екватора біомаса поступово збільшується.

Своєрідні екосистеми ґрунтів укривають майже всю поверхню суші. Ґрунт не тільки середовище, що необхідне для життя рослинних та тваринних організмів, а й складна екосистема з усіма притаманними їй властивостями. Утворення живої (органічної) речовини відбувається на земній поверхні, розклад органічних речовин, їх мінералізація здійснюється головним чином у ґрунті. Потужність ґрунту, поряд з поверхневою біомасою, і під її безпосереднім впливом, збільшується від полюсів до екватора. У середніх широтах особливе значення має гумусний шар, потужність якого у підзолистих ґрунтах – 5-10 см, а у чорноземах – 0,7-1,5 м.

Ґрунти дуже щільно заселені живими організмами. Біомаса одних дощових червів становить 1,2 т на 1 га або 2,5 млн. особин. У верхньому орному шарі фунту

жива маса бактерій, грибів і водоростей становить 10 т на 1 га.

Гідросфера Землі, або Світовий океан, займає 2/3 поверхні планети. Об'єм води Світового океану у 15 разів більший об'єму суші, яка піднімається над рівнем моря. На океан припадає близько 1/3 фотосинтетичних процесів планети. Водорості поверхневого шару океану – потужні трансформатори сонячної енергії у хімічну.

В океані, крім планктону та вільно живучих тварин, є багато організмів, які прикріплені до дна або рухаються по ньому. Населення дна називається бентосом.

Життя в океані розподілене досить нерівномірно: найбільша густина його спостерігається у прибережних та придонних зонах, у поверхневих шарах (планктон), а також у місцях проживання коралових поліпів, які утворюють коралові рифи, атоли та острови. У товщі води плавають риби, морські ссавці, кальмари тощо. В цілому у

Світовому океані у 1000 разів менше біомаси, ніж на поверхні суші. Це стосується і використання сонячної енергії: на площах океану вона становить 0,04 %, а на суші – 0,1 %.

В океані, особливо на його дні, розповсюджені різноманітні бактерії та детритофаги, які перетворюють органічні рештки (детрит) на неорганічну речовину. Оскільки організми, які гинуть, осідають на дно. Велика кількість з них укрита кремнієвими або вапняковими оболонками, чи має вапнякові черепашки. На дні океану вони утворюють осадові породи. Так, на місці моря, яке вкривало 100 млн. років тому Центральну Європу, знаходять у землі крейду та вапняки. У цих осадових породах можна знайти мікроскопічні черепашки древніх тварин.

5. Кругообіг речовин – це багаторазова участь речовин у процесах, які відбуваються в атмосфері, гідросфері, літосфері, у тому числі у тих її шарах, які входять до складу біосфери планети. Хоча в дійсності повний кругообіг речовин здійснюють не самі речовини, а хімічні елементи.

Для постійного існування біосфери, для запобігання припинення розвитку життя на Землі у природі повинні постійно відбуватись безперервні процеси перетворення її живої речовини.

42

Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами

життя, дав В.І. Вернадський. Біогенна міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери та атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл, організми повертають природі все, що взяли у неї протягом життя.

У біосфері відбувається постійний кругообіг активних елементів, які переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму.

Елементи, які вивільняються мікроорганізмами при гнитті, надходять у ґрунт і атмосферу, знову включаються в кругообіг речовин біосфери, поглинаючись живими організмами. Весь цей процес і буде біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерним є накопичення хімічних елементів у живих організмах, а також їх вивільнення у результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція

викликається трьома процесами: обміном речовин в організмах, ростом і розмноженням їх.

Розрізняють два типи біогенної міграції, перший з них здійснюється мікроорганізмами, а другий – багатоклітинними організмами. Величина міграції першого типу переважає над другим. Людство оволоділо міграцією третього типу, яка іде під впливом його діяльності.

У кригообізі речовин жива речовина виконує ряд біогенних функцій: газову, концентраційну, окисно-відновну та біохімічну.

Газова функція здійснюється зеленими рослинами у процесі фотосинтезу –

при цьому атмосфера поповнюється киснем, а також рослинами і тваринами, які виділяють вуглекислий газ у процесі дихання. Відбувається також кругообіг азоту,

який тісно пов'язаний з життєдіяльністю мікроорганізмів.

Концентраційна функція проявляться У здатності живих організмів акумулювати різноманітні хімічні елементи, у тому числі мікроелементи, із зовнішнього середовища (ґрунт, вода, атмосфера). Так, морські водорості концентрують йод, діатомові водорості і злаки – кремній, молюски та ракоподібні – мідь тощо.

Окислювально-відновна функція виражається у хімічних перетвореннях речовин у процесі життєдіяльності організмів. У ґрунті, водному та повітряному середовищах утворюються солі, оксиди, різноманітні нові речовини як результат окислювально-відновних реакцій. З діяльністю мікроорганізмів пов'язане формування залізних та марганцевих руд, вапняків і т.п.

Геохімічна функція здійснюється у процесі обміну речовин у живих організмах (живлення, дихання, виділення), розкладу відмерлих організмів і продуктів їх життєдіяльності до простих вихідних речовин.

З появою живої речовини на основі кругообігу в атмосфері води, розчинених у ній мінеральних сполук, тобто на базі абіотичного, геологічного кругообігу виник кругообіг органічної речовини або малий біологічний кругообіг.

Поява на Землі живої матерії зумовила постійну циркуляцію хімічних елементів у біосфері, їх перехід із зовнішнього середовища до організмів і знову у навколишнє середовище. Циркуляція, яка відбувається за більш-менш замкненим шляхом, називається біогеохімічним циклом.

43

Основними біогеохімічними циклами є кругообіги води, кисню, вуглецю, азоту, фосфору та біогенних елементів.

Для ілюстрації різноманітних перетворень енергії та речовини у біосфері видатні дослідники П.П. Второв та М.М. Дроздов використали наочний образ – водяний млин. Його колесо крутиться, залишаючись на місці, і символізує занесення речовини у біосфері. Хоча для постійного обертання колеса необхідне постійне надходження води. Подібно до неї потік сонячної енергії, який надходить із

космосу, крутить «колесо життя» на нашій планеті.

Міграцію речовин у біогеохімічних циклах можна розглянути на прикладі кругообігу вуглецю. На суші він починається з фіксації вуглекислого газу рослинами у процесі фотосинтезу з утворенням органічних речовин та побічним виділенням кисню. Частина зв'язаного вуглецю виділяється під час дихання рослин у складі вуглекислого газу.

Ґрунтові гриби в залежності від швидкості росту виділяють від 200 до 2000 см3 вуглекислого газу на 1 т сухої маси. Значну кількість вуглекислого газу виділяють бактерії, які у перерахунку на живу масу дихають у 200 разів інтенсивніше, ніж людина.

Вуглекислий газ виділяється живими організмами, які мешкають у всіх середовищах Землі. У результаті процесів розкладу органічної речовини у лісах помірного клімату з 1 га ґрунту виділяється 70-80 т вуглекислого газу.

Відмерлі рослини та тварини розкладаються мікроорганізмами, у результаті чого вуглець мертвої органічної речовини окислюється і знову надходить в атмосферу. Подібний кругообіг вуглецю відбувається і у водному середовищі. Фіксований у

рослинах вуглець у значній кількості споживають і тварини, які під час дихання виділяють його у вигляді вуглекислого газу. Усі зелені рослини Землі щорічно споживають з атмосфери до 300 млрд. т вуглекислого газу (100 млрд. т вуглецю).

Кругообіг вуглецю в гідросфері є більш складним у порівнянні з континентальним. Це пов'язане з тим, що повернення цього елемента у формі вуглекислого газу залежить від надходження кисню у верхні шари води як з атмосфери, так і з нижче розташованих шарів. В цілому показники річного кругообігу вуглецю у Світовому океані майже у 2 рази нижчі, ніж на суші. Сумарна кількість вуглекислого газу у атмосфері планети становить 2,3·1013 т, тоді як у Світовому океані

– 1,3·1014 т.

Значну роль у природі відіграє кругообіг азоту. У кругообізі азоту основною ланкою є мікроорганізми: азотфіксатори, нітрифікатори та денітрифікатори. Бобові рослини постійно фіксують азот за допомогою бактерійсимбіонтів (симбіоз – співжиття одних бактерій з іншими).

Встановлено, що для кругообігу азоту необхідний елемент молібден. який входить до складу системи азотфіксуючих ферментів. Фіксувати азот здатна лише незначна кількість родів мікроорганізмів: вільноживучі аеробні бактерії роду азотобактер, анаеробні роду клострідіум, симбіотичні бульбочкові бактерії бобових рослин.

Загальна кількість азоту в атмосфері приблизно дорівнює 3.8·1015 т, а у водах Світового океану – 2·1013 т. У кругообізі азоту зі значного запасу цього елемента в атмосфері та осадовій оболонці літосфери приймає участь лише фіксований азот, що може засвоюватись живими організмами. На великих масивах, де діяльність людини

44

майже відсутня, рослини беруть необхідний для них азот з ґрунту, що надходить туди з дощами (нітрати) або з повітря (аміак), внаслідок розкладу решток тварин та рослин, екскрементів тварин, а також з різноманітних азотфіксуючих мікроорганізмів.

Маса зв'язаного азоту біомаси суші становить 14020 млн. т, а у біомасі фітопланктону Світового океану – 2762 млн. т.

Біогеохімічний цикл кисню є планетарним процесом, який зв'язує атмосферу та гідросферу з земною корою. Головними ланками кругообігу кисню є утворення вільного кисню під час фотосинтезу, споживання його для здійснення дихання всіма живими організмами, для реакцій окислення органічних решток та неорганічних речовин (наприклад, спалювання палива) та інших хімічних перетворень.

У кругообізі кисню чітко просліджується активна геохімічна діяльність живої речовини. Щорічно зеленими рослинами планети продукується 300·109 т кисню. Біля 3/4 цієї кількості кисню виділяється рослинами суші і лише трохи більше як 1/4 – фотосинтезуючими організмами Світового океану.

Вільний кисень присутній не тільки в атмосфері, частина його розчинена і у природних водах. Так, у 1 л води може міститись від 2 до 8 см3 розчиненого кисню. Таким чином у водах Світового океану знаходиться від 2,7 до 10,9·1012т розчиненого кисню.

Необхідно також враховувати і те, що значна частина запасів кисню витрачається внаслідок різного роду антропогенної діяльності. За всю історію людства до 1970 року світове споживання палива становило: 7,3 трильйона м3 природного газу, 84 млрд. т кам'яного вугілля, 30 млрд. т нафти. На спалювання цієї кількості палива було витрачено близько 273 млрд. т кисню. До цього слід додати витрати кисню, які забезпечують дихання рослин, тварин і людей.

Таким чином, біосфера є унікальною оболонкою Землі, яка заселена живими організмами. Саме ця властивість відрізняє її від інших геологічних оболонок. Біосфера функціонує за всіма законами, що характерні для живих організмів різного рівня організації (клітинного, тканинного, органного, організменного, популяційно-видового). Біосфера може існувати тільки за умови безперервного хімічного перетворення її живої речовини та кругообігу різноманітних хімічних елементів. З розвитком суспільства біосфера може стати ноосферою, тобто

біосферою, яка розумно використовується і керується людиною.

45

Лекція 4

Атмосфера, її структура і склад. Гідросфера її структура і склад.

Джерела забруднення та класифікація забруднюючих речовин.

Атмосфера, її структура і склад (див. Лекція 3).

Джерела забруднення та класифікація забруднюючих речовин атмосфери. Забруднення – це все, що з’являється в навколишньому середовищі (немає

значення яким чином: приноситься ззовні чи утворюються на місці) – фізичні, хімічні, біологічні чи інформаційні тіла і агенти, і при цьому їхні величини перевищують природні концентрації (для даного місця і часу).

Є ще більш коротке визначення:

Забруднення – це усе те, що з’являється не у тому місці, не в той час і не в тій кількості, яка притаманна природі, і що виводить її зі стану рівноваги.

Серед антропогенних забруднень повітря в Україні найбільш поширені аерозолі (пил), оксиди вуглецю, сірчистий ангідрид, окиси азоту, вуглеводні та інші речовини (додаток 1).

Значні об’єми вуглекислого газу надходять в атмосферу в результаті багатьох природних процесів. Сам по собі вуглекислий газ у звичайних концентраціях негативно не впливає. Однак при надходженні його внаслідок, зокрема, спалювання органічної речовини спостерігається так званий парниковий ефект.

Крім того, з вуглекислим газом в атмосферу потрапляє і чадний газ (СО), який дуже токсичний. Цей газ надходить переважно з вихлопними газами автотранспорту (майже 50 %) та викидами підприємств чорної металургії, а також утворюється при горінні.

Шкідливим є забруднення повітря оксидами сірки (сірчистий ангідрид, сірчистий газ). Вони надходять в атмосферу як природнім шляхом (вулкани, розклад органічних сполук), так і внаслідок антропогенного впливу.

Нині інтенсивність надходження оксидів сірки від природних і антропогенних джерел однакова. Основним їх джерелом є спалювання вугілля, нафти (вугілля містить 0,2-7 % сірки, сира нафта – 0,1-5,5 %), а також при виробництві кольорових металів із сульфідних руд, вміст сірки в яких іноді сягає 40-45 %. Отже сполуками сірки в Україні повітря забруднюють теплові електростанції, що працюють на вугілля і мазуті, підприємства чорної та кольорової металургії, вугільної і хімічної галузей промисловості по видобутку і переробці нафти тощо.

Особливо шкідливим для всього живого є сірчистий газ. Забруднене ним повітря не лише згубно впливає на здоров'я людей, тварин і стан рослинності, а й спричинює корозію металів, руйнує синтетичні й натуральні будівельні матеріали.

Оксиди і діоксиди азоту мають природне або штучне походження. В атмосферу з Землі від антропогенних джерел щороку надходить 40-50 млн. т оксидів азоту, або приблизно 10 % сумарного річного його надходження. Джерелами оксидів азоту є високотемпературне спалювання палива, двигуни внутрішнього згорання тощо.

Підвищена концентрація оксидів азоту (в окремих випадках вона збільшується порівняно із середньою в 30-40 і більше разів) зумовлює формування “коричневого

46