Биосфера

42. Особенности биосферы как глобальной экосистемы.

Биосфера сконцентрирована в основном в виде относительно тонкой пленки на поверхности суши и преимущественно (но не исключительно) в верхних слоях океана. Она не может функционировать без тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и литосферой, а педосфера без живых организмов просто не существовала бы.

Наличие биосферы отличает Землю от других планет Солнечной системы. Особо следует подчеркнуть, что именно биота, то есть совокупность живых организмов мира, создала экосферу в том виде, как она есть (или, точнее, какой она была до начала активной деятельности человека) , и именно биота играет важнейшую роль в стабилизации экосферы. Кислородная атмосфера, глобальный круговорот воды, ключевая роль углерода и его соединений связаны с деятельностью биоты и характерны только для Земли. Биота играет значительную, если не определяющую роль во всех глобальных биогеохимических циклах. В основном благодаря биоте обеспечивается гомеостазис экосферы, то есть способность системы поддерживать ее основные параметры, несмотря на внешние воздействия, как естественные, так и, в возрастающей степени, антропогенные.

Главным процессом образования органического вещества является фотосинтез. Процесс фотосинтеза, то есть создания живого вещества из неживого обеспечивает устойчивое образование важнейшего из природных ресурсов - первичной биологической продукции.

Экологические проблемы. Вопросы охраны природы

40. Антропогенное влияние на круговороты веществ.

Под влиянием человеческой деятельности происходят большие изменения в распределении химических элементов в биосфере, природная и антропогенная трансформация веществ, а также переход химических элементов из одних соединений в другие. Природный биологический круговорот веществ нарушен человеком на площади, достигающей почти половины всей поверхности суши: антропогенные пустыни, индустриальные и городские земли, пашни, сады, вторичные низко продуктивные леса, истощённые пастбища и т.д.

Нарушению геологического круговорота веществ способствовали такие факторы:

1. Эрозия почвенного покрова и возрастания твёрдого стока в океан;

2. Перемещение огромных масс земной коры;

3. Извлечение из недр значительных количеств руд, горючих и других ископаемых;

4. Перераспределение солей в почвах, грунтовых и речных водах под влиянием орошаемого земледелия;

5. Применение минеральных удобрений и ядохимикатов;

6. Загрязнение среды сельскохозяйственными, промышленными и коммунальными отходами;

7. Поступление в природную среду энергетических загрязнений.

Таким образом, исследование изменений параметров состояния окружающей природной среды (хотя и на качественном уровне) позволяет сделать вывод об отсутствии в настоящее время глобального экологического кризиса. В то же время есть все основания считать теперешнее состояние биосферы нарушенным и аномальным. Такое состояние может перейти в кризисное, если человечество не проведёт специальные мероприятия по оздоровлению окружающей его среды.

Рассмотрим конкретные виды антропогенного вмешательства в круговороты веществ в природе:

Круговорот углерода. Углерод является основным "строительным материалом" молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот (таких как ДНК и РНК) и других важных для жизни органических соединений. Вмешательство человека в круговорот углерода резко возрастает, особенно начиная с 1950-х годов, из-за быстрого роста населения и использования ресурсов, и происходит оно в основном двумя способами:

- Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2.

- Сжигание углеродосодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу.

Круговорот азота. Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:

- Сжигание древесины или ископаемого топлива (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере с кислородом и образует диоксид азота (NO2), который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (HNO3).

- Производство азотных удобрений и их широкое применение.

- Увеличение количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых канализационных стоков.

Круговорот фосфора. Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к двум вариантам:

- Добыча больших количеств фосфатных руд для производств минеральных удобрений и моющих средств.

- Увеличение избытка фосфат-ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков.

Круговорот серы. Около трети всех соединений серы и 99% диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу. Оставшаяся треть выделяется во время таких технологических процессов, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.

Круговорот воды. Круговорот воды или гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды. Человек вмешивается в круговорот воды двумя способами:

1. Забор больших количеств пресной воды из рек, озер и водоносных горизонтов. В густозаселенных или интенсивно орошаемых районах водозабор привел к истощению запасов грунтовых вод или к вторжению соленой океанической воды в подземные водоносные горизонты.

2. Сведение растительного покрова суши в интересах развития сельского хозяйства, при добыче полезных ископаемых, строительстве дорог, автостоянок, жилья и других видах деятельности. Это приводит к уменьшению просачивания поверхностных вод под землю, что сокращает пополнение запасов грунтовых вод, увеличивает риск наводнений и повышает интенсивность поверхностного стока, тем самым, усиливая эрозию почв

50. Глобальные экологические проблемы.

Проблема загрязнения природной среды становится столь острой как из-за объемов промышленного и сельскохозяйственного производства, так и от технической вооруженности общества. Она была крайне мала на начальных этапах развития человечества. Однако с развитием общества, ростом его производительных сил ситуация начинает меняться кардинальным образом. XX век - это век научно-технического прогресса. Связанный с качественно новым взаимоотношением науки, техники и технологии, он колоссально увеличивает возможные и реальные масштабы воздействия общества на природу, ставит перед человечеством целый ряд новых, чрезвычайно острых проблем, в первую очередь - экологическую.

Существенная проблема заключается в том, что лишь 1-2% используемого природного ресурса остается в конечном произведенном продукте, а остальное идет в отходы, которые не усваиваются природой. В связи с этими и другими действиями человека по отношению к окружающей среде, возникает целый ряд современных глобальных экологических проблем. Также появляется много вопросов о том, по каким причинам возникают эти проблемы и к каким последствиям это может привести, как предотвратить их в глобальных масштабах.

В нынешнем XXI веке прослеживается не мало глобальных экологических проблем, такие как: разрушение озонового слоя, кислотные дожди, изменение климата, явление как «парниковый эффект» и другие. Все эти проблемы вызваны корыстными целями человека, получить от природы все для своего существования и дохода.

1. Загрязнение атмосферы. Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами - от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние, и в результате гомеостатические механизмы не срабатывают.

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными по объему выбросами, как свинец, бензапирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т.д.

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но и остальной биоте. Известны случаи массового отравления диких животных, особенно птиц и насекомых, при выбросах вредных загрязняющих веществ большой концентрации (особенно залповых). Так, например, установлено, что при оседании на медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчел. Находящаяся в атмосфере ядовитая пыль поражает органы дыхания животных, а съеденная вместе с растениями - органы пищеварения.

2. «Парниковый эффект», наряду с нарушением озонового слоя и кислотными дождями, вызван глобальным техногенным загрязнением атмосферы. Многие ученые рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности. Со второй половины XIX в. наблюдается постепенное повышение среднегодовой температуры, что связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» - диоксида углерода, метана, фреонов, озона, оксида азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь С02, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли, и атмосфера, насыщенная ими, действует как крыша теплицы. Она, пропуская внутрь большую часть солнечного излучения, почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива (ежегодно более 9 млрд. т. условного топлива) концентрация С02 в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов), метана, в меньшей степени - оксида азота.

«Парниковый эффект» является причиной роста средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности. Так, в 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4°С выше, чем в 1950-1980 гг., а к 2005 г. ученые прогнозируют ее повышение на 1,3°С. В докладе Международной группы ООН по проблемам климатических изменений утверждается, что к 2100 г. температура на Земле увеличится на 2-4 градуса. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т.д. Повышение уровня океана всего лишь на 0,5-2,0 м. к концу XXI в., приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и т.п.

3. «Озоновые дыры» - это значительные пространства в озоновом слое атмосферы на высоте 20 -25 км с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона. Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено огромное пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. По данным Росгидромета, в феврале 1995 г. над всем Северным полушарием, а особенно над рядом районов Восточной Сибири и Урала, концентрация озона снизилась на рекордную величину - до 40 % и сохранялась в течение 25 суток. В декабре 1995 г. отклонение от климатических норм составило 15%.

Истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Оно ослабляет способность атмосферы защищать все живое от жесткого ультрафиолетового излучения («УФ-радиация»), энергии одного фотона которого достаточно, чтобы разрушить большинство органических молекул. Поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, увеличивается количество заболеваний раком кожи и т.д. По мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России, при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя, заболеют раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу.

4. «Кислотные дожди» образуются при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют разбавленную серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе - рН=2,3, в Китае - рН=2,25. Фактически атмосферная влага с таким значением рН является кислотой. Окисление природной среды - одна из важнейших экологических проблем.

Суммарные мировые антропогенные выбросы S02 и NOx составляют ежегодно более 255 млн. т. (1994 г.). Закисление природной среды негативно отражается на состоянии экосистем. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только не только питательные вещества, но и токсичные металлы: свинец, кадмий, алюминий и др. Далее они сами или их токсичные соединения усваиваются растениями и почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям. В подкисленной воде существенно увеличивается растворимость соединений алюминия. Повышение содержания алюминия при попадании его в водоемы всего лишь до 0,2 мг/л. приводит к гибели рыб, к сокращению развития фитопланктона, так как фосфаты соединяются с алюминием. Токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.) проявляется еще в большей степени.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к их деградации как природных экосистем. Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ. Гибнут хвойные горные леса на Северных Аппалачах и в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

5.Проблема утилизация отходов ЛКМ (лакокрасочные материалы). Понятие утилизация промышленных отходов включает в себя целый комплекс сложнейших технологических процессов, которые требуют не только использование современного оборудования, но и специальных знаний, также требований законодательства, действующего в этой области. Самостоятельно решить вопрос утилизации отходов под силу только некоторым крупным промышленным предприятиям.

Побочным эффектом от деятельности любого завода, фабрики и индустрии в целом становятся жидкие, твердые, нефтесодержащие, гальванические отходы, утилизация которых не ограничивается только вывозом, но и требует незамедлительной переработки либо захоронения. Одной из самых сложных задач, стоящих перед компаниями, специализирующимися на решении этого вопроса, является утилизация отходов ЛКМ (лакокрасочных материалов). Конечной целью и результатом данного процесса является предотвращение отравления и загрязнения окружающей среды, поскольку отходы и сама продукция любого лакокрасочного производства включает в себя химические вещества, способные не только нанести огромный вред здоровью человека, но и вызвать нарушение экологического баланса.

Сложность утилизации промышленных отходов данного типа заключается в том, что каждая категория ЛКМ требует особых условий и технологии этого процесса. Кроме того, согласно требованиям законодательства в области экологии, утилизации подлежат также все предметы и материалы, которые с ними соприкасались. Поэтому, как правило, утилизация отходов ЛКМ включает в себя три вида самостоятельных мероприятий:

- Непосредственно утилизация самих лакокрасочных материалов, являющихся отходами предприятий, связанных как с их производством, так и использованием.

- Переработка либо захоронение загрязненных упаковок, бумаги и другой тары, в которых они хранились.

- Утилизация неиспользованных на производстве ЛКМ, с истекшим сроком годности либо испорченных.

Учитывая тот факт, что отходы ЛКМ содержат токсичные и другие вредные для организма человека и природы в целом вещества, их утилизация должна максимально соответствовать требуемым технологиям, а значит должна производиться под строгим контролем и соответствовать правилам и стандартам.

60. Экологическое мировоззрение.

Охрана природы в узком смысле этого слова подразумевает мероприятия разного рода, направленные на снижение антропогенной нагрузки и предотвращение действий, наносящих прямой ущерб окружающей среде. При таком взгляде технические и административные подходы выходят на первое место. Однако практика показывает, что реальная нагрузка на биосферу не уменьшается, а деструктивная деятельность человеческого общества нарастает. Это связано с тем, что по сути идет борьба со следствиями. Если ведущей является цель обогащения и комфорта, то общество потребления природы будет и дальше рассматривать природу как источник различных благ, а биосферу - как нечто данное человеку в безраздельное и бесконечное пользование.

Природоохранная деятельность должна базироваться на природопаритетном мировоззрении. В настоящее время этому наиболее отвечает ноосферное мировоззрение, идея коэволюции, безусловное выполнение экологического императива. На сегодняшний день идея ноосферы, выдвинутая В.И.Вернадским, остается частично реализованным социокультурным проектом. Основной причиной экологического кризиса является отрицание либо незнание природных закономерностей. Игнорирование законов природы неизбежно приводит к тому, что человек в своей деятельности нарушает гомеостаз планеты, а всякая система, выведенная из равновесия, стремится восстановить его. Отсюда нарастание всякого рода метеокатастроф. Идея устойчивого развития, хотя и явилась шагом вперед, проблему не решает, ибо ставит своей целью не сохранение мировой жизни в целом, и человека как ее части, а такую эксплуатацию природы обществом потребления, чтобы хватило надолго, и уровень потребления грядущих поколений не снизился. Сама постановка вопроса делает невозможным диалог с природой, и природоохранная деятельность становится не более чем способом экономного потребления и расходования ресурсов. При таких целях становятся понятными малые успехи экологического движения и природоохранной деятельности в целом. В.И.Вернадский показал, что эпоха стихийного развития человечества заканчивается и начинается новая эпоха. Биосфера переходит в свое новое состояние - ноосферу. В свете представлений В.И.Вернадского устойчивое развитие следует рассматривать как управляемое, согласованное с законами природы и общества. В.С.Голубев выдвинул социоэволюционную концепцию устойчивого развития. Согласно этой концепции, устойчивое развитие прогрессивное, то есть протекающее с ростом запаса устойчивости человека и социума по отношению к внешним воздействиям. Для этого устойчивое развитие должно быть предсказуемо. Предсказательная функция реализуется через знание и практическое использование общих законов развития социальных и природных систем.

Отчуждение от природы является главной причиной существующей природоборческой логики социального поведения, которая является следствием господствующего мировоззрения. Принятие нового, природопаритетного ноосферного мировоззрения по сути ставит вопрос о смене целей и ценностей человечества, воспитании нового человека, построении новой ноосферной цивилизации. Такая задача может быть решена только коллективными усилиями всего человечества, а для этого необходимо, чтобы цель сохранения жизни на земле стала главной задачей всех стран и народов.

70. Особоохраняемые природные территории их роль в стабилизации среды.

В условиях обострения экологических проблем и, в частности, проблем, связанных с использованием лесосырьевых, минеральных и топливно-энергетических ресурсов, следствием которого является нарушение и деградация природных экосистем на больших территориях и акваториях, становится очевидной необходимость сохранения уникальных участков земной поверхности и акваторий. Ответной реакцией на тотальное использование природных ресурсов явилось создание сети особо охраняемых природных территорий (ООПТ) на различных уровнях, от регионального до международного. Формирующиеся системы должны исполнять роль экологического каркаса, а отдельные ООПТ — роль своеобразных ядер, позволяющих сохранять в естественном состоянии наиболее ценные природные комплексы, а также способствовать успешному восстановлению экосистем, подверженных антропогенным воздействиям.

Особо охраняемые природные территории — участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны (Федеральный закон «Об особо охраняемых природных территориях», 1995). В соответствии с резолюцией 19-й сессии Генеральной Ассамблеи IUCN, состоявшейся в январе 1994 года в Буэнос-Айресе (Аргентина) «... Охраняемой территорией (акваторией) называется участок суши и/или водное пространство, предназначенные для сохранения биологического разнообразия, природных ресурсов, уникальных естественных и культурных компонентов природных комплексов и обеспеченные законодательной или иной эффективной защитой».