какое влияние оказывает на биосферу антропогенные факторы
Биосфера. Антропогенное воздействие на биосферу
Главное, что отличает Землю от других планет Солнечной системы, — это наличие жизни. Экологическая ситуация в мире требует изменить отношение человека к природе, в связи с чем первостепенное значение приобретает экологическое воспитание и образование. О том, что такое биосфера и какое воздействие оказывает человек на неё, мы и поговорим на сегодняшнем уроке.
Слово «биосфера» происходит от древнегреческих слов «биос» — жизнь и «сфера» — шар. Биосфера — это оболочка Земли, которая заселена живыми организмами и преобразована ими. Учение о биосфере основал Владимир Иванович Вернадский. В своих научных работах Вернадский писал о почве, минералах, растениях, животных, человеке, Вселенной. Согласно его мнению, основу биосферы составляют живые организмы. Они не только обитают на планете, но и активно изменяют её.
Биосфера — это среда жизни человека. Одновременно человек как живой организм также является частью биосферы. Для полноценной жизни человеку необходимы продукты питания, материалы, лекарства, топливо. Источником всего этого чаще всего служит биосфера. С самого начала своего существования человек использовал её богатства. Первобытный человек выживал за счёт охоты, рыболовства и собирательства. С усовершенствованием орудий охоты человек быстро истребил крупных копытных, пещерных медведей и мамонтов. В условиях отсутствия достаточного количества пищи человек перешёл к земледелию, затем к скотоводству. Таким образом он неосознанно создавал искусственные круговороты веществ в природе. С появлением промышленности эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной природной движущей силой. Новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы, называется ноосферой.
Человечество не может существовать, не используя природных ресурсов, не влияя на их количество и качество, а, следовательно, не внося изменений в окружающую его природную среду. Любое загрязнение природной среды, в котором участвует человек, называется антропогенным.
Загрязнение почвенного покрова может происходить в результате безграмотного ведения сельского хозяйства. В современном сельском хозяйстве широко используются разнообразные химические вещества — минеральные удобрения, различные препараты для борьбы с вредными для растений насекомыми и так далее. Неудачный выбор минеральных удобрений может вызвать избыточное подкисление или подщелачивание почв. Нитратные удобрения загрязняют грунтовые и поверхностные воды. Пестициды, которые защищают растения от болезней, оказывают отрицательное влияние на численность и активность почвенной фауны и микроорганизмов.
С развитием цивилизации началось и продолжается до сих пор уничтожение лесов. Это приводит к катастрофическим последствиям: сильной эрозии почв, частым песчаным бурям, наводнениям и летним засухам. Охрана лесов предполагает прежде всего рациональное их использование и воспроизводство. Вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, распашка полей, осушение болот, строительство дорог и другие антропогенные факторы негативно влияют на численность и разнообразие животных.
Бытовые свалки — это ещё одна беда человечества. Каждый человек в год производит более одной тонны мусора, а скопление отходов на окраинах крупных городов способно полностью уничтожить экосистему данной местности. В результате таких изменений условий жизни ежедневно уменьшается разнообразие растительного и животного мира.
Разрастание городов — ещё один процесс, который вытесняет природные ландшафты с поверхности нашей планеты. Города и связывающие их дороги занимают всё больше места. Крупные города являются местом концентрации транспорта и промышленных предприятий, становятся мощным фактором, воздействующим на ландшафты окружающих территорий. Выхлопные газы поступают в атмосферу, включаются в состав смога и ещё больше отравляют воздух, которым мы дышим. И не только мы: им дышат животные и растения, он растворяется в воде водоёмов и так далее.
Как видим, взаимоотношения природы и человека очень непростые. Человек берёт у природы всё необходимое для жизни и производства, а взамен даёт только защиту от своей собственной деятельности. Человек обязан защищать планету от загрязнений, не допускать уничтожения лесов, сохранять многообразие живых организмов на планете и бережно относиться к природе. Сегодня будущее человечества зависит от самого человека, от того, какой станет окружающая среда и как будут приспосабливаться к ней живые организмы.
Биосфера. Антропогенное воздействие на биосферу
Главное, что отличает Землю от других планет Солнечной системы, — это наличие жизни. Экологическая ситуация в мире требует изменить отношение человека к природе, в связи с чем первостепенное значение приобретает экологическое воспитание и образование. О том, что такое биосфера и какое воздействие оказывает человек на неё, мы и поговорим на сегодняшнем уроке.
Слово «биосфера» происходит от древнегреческих слов «биос» — жизнь и «сфера» — шар. Биосфера — это оболочка Земли, которая заселена живыми организмами и преобразована ими. Учение о биосфере основал Владимир Иванович Вернадский. В своих научных работах Вернадский писал о почве, минералах, растениях, животных, человеке, Вселенной. Согласно его мнению, основу биосферы составляют живые организмы. Они не только обитают на планете, но и активно изменяют её.
Биосфера — это среда жизни человека. Одновременно человек как живой организм также является частью биосферы. Для полноценной жизни человеку необходимы продукты питания, материалы, лекарства, топливо. Источником всего этого чаще всего служит биосфера. С самого начала своего существования человек использовал её богатства. Первобытный человек выживал за счёт охоты, рыболовства и собирательства. С усовершенствованием орудий охоты человек быстро истребил крупных копытных, пещерных медведей и мамонтов. В условиях отсутствия достаточного количества пищи человек перешёл к земледелию, затем к скотоводству. Таким образом он неосознанно создавал искусственные круговороты веществ в природе. С появлением промышленности эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной природной движущей силой. Новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы, называется ноосферой.
Человечество не может существовать, не используя природных ресурсов, не влияя на их количество и качество, а, следовательно, не внося изменений в окружающую его природную среду. Любое загрязнение природной среды, в котором участвует человек, называется антропогенным.
Загрязнение почвенного покрова может происходить в результате безграмотного ведения сельского хозяйства. В современном сельском хозяйстве широко используются разнообразные химические вещества — минеральные удобрения, различные препараты для борьбы с вредными для растений насекомыми и так далее. Неудачный выбор минеральных удобрений может вызвать избыточное подкисление или подщелачивание почв. Нитратные удобрения загрязняют грунтовые и поверхностные воды. Пестициды, которые защищают растения от болезней, оказывают отрицательное влияние на численность и активность почвенной фауны и микроорганизмов.
С развитием цивилизации началось и продолжается до сих пор уничтожение лесов. Это приводит к катастрофическим последствиям: сильной эрозии почв, частым песчаным бурям, наводнениям и летним засухам. Охрана лесов предполагает прежде всего рациональное их использование и воспроизводство. Вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, распашка полей, осушение болот, строительство дорог и другие антропогенные факторы негативно влияют на численность и разнообразие животных.
Бытовые свалки — это ещё одна беда человечества. Каждый человек в год производит более одной тонны мусора, а скопление отходов на окраинах крупных городов способно полностью уничтожить экосистему данной местности. В результате таких изменений условий жизни ежедневно уменьшается разнообразие растительного и животного мира.
Разрастание городов — ещё один процесс, который вытесняет природные ландшафты с поверхности нашей планеты. Города и связывающие их дороги занимают всё больше места. Крупные города являются местом концентрации транспорта и промышленных предприятий, становятся мощным фактором, воздействующим на ландшафты окружающих территорий. Выхлопные газы поступают в атмосферу, включаются в состав смога и ещё больше отравляют воздух, которым мы дышим. И не только мы: им дышат животные и растения, он растворяется в воде водоёмов и так далее.
Как видим, взаимоотношения природы и человека очень непростые. Человек берёт у природы всё необходимое для жизни и производства, а взамен даёт только защиту от своей собственной деятельности. Человек обязан защищать планету от загрязнений, не допускать уничтожения лесов, сохранять многообразие живых организмов на планете и бережно относиться к природе. Сегодня будущее человечества зависит от самого человека, от того, какой станет окружающая среда и как будут приспосабливаться к ней живые организмы.
Антропогенные воздействия на биосферу
Усиление антропогенной нагрузки
Вся история человечества — это длинный путь, сопряженный с непрерывным экономическим ростом и последовательным разрушением оболочки Земли, в пределах которой существуют все живые организмы. Если говорить кратко об антропогенном воздействии на биосферу, то сущность этого процесса заключается в потреблении людьми природных ресурсов, необходимых для обеспечения полноценной жизнедеятельности.
В далекие времена человек взаимодействовал с природой как обычный биологический вид, он входил в состав глобальной экосистемы как ее составляющее звено. Уже в первобытную эпоху хрупкое экологическое равновесие в основном обеспечивалось за счет миграции больших групп людей после истощения растительных и животных запасов в прежней среде обитания.
Человеку хватало окружавших его ресурсов, поэтому он практически никак не влиял на их количественный и качественный состав, чем поддерживал устойчивое функционирование экосистем. Свой вклад в сохранение биосферы в первозданном виде также вносили такие обстоятельства, как низкий показатель продолжительности жизни, слабая заселенность большинства регионов, отсутствие каких-либо значимых средств влияния на компоненты природной среды.
Чем более развитой становилась человеческая популяция, тем сильнее от этого страдала естественная зона ее обитания. В соответствии с теорией А. Н. Тетиора люди прошли следующие этапы взаимодействия с биосферой:
Текущее положение дел
Возможность оценить с определенной долей точности уровень антропогенного влияния на биосферу появилась только в последнее десятилетие. Это объясняется разработкой целого ряда национальных и международных программ по изучению глобального экологического кризиса.
Если земледелие распространялось по земному шару в течение нескольких тысячелетий, то промышленная революция завоевала мир всего лишь за два столетия. Бешеные темпы технологической модернизации дали беспрецедентный толчок к повышению производственных показателей и потреблению энергоресурсов, что привело к повсеместному сжиганию органического топлива, которое накапливалось древними биосферами на протяжении длительной геологической истории.
Анализ соотношения углеродных изотопов показывает, что резко возросший уровень углекислого газа в атмосфере напрямую связан с переработкой горючих смесей. Ситуация усугубляется тем, что в некоторых развитых странах техногенное потребление кислорода в разы превысило его производство в результате фотосинтеза.
Новейшие сельскохозяйственные технологии наносят непоправимый ущерб краткосрочному резервуару биогенов — биоте. Из-за акселерированного и бесконтрольного роста крупных населенных пунктов загрязняются почва, вода и воздух, поэтому жители находятся в наименее благоприятной экологической обстановке.
По последним подсчетам ученых, население планеты поглощает приблизительно 40% энергии от общей величины в виде чистой биологической продукции, в результате чего человеческая популяция лишает пищи огромное количество живых организмов и обрекает их на вымирание. Следствием голода и загрязнения окружающей среды становится катастрофически быстрое снижение биоразнообразия. Под угрозой исчезновения находятся 25% млекопитающих и 15% птиц. Скорость, с которой в настоящее время разрушаются биогены, на два-три порядка превосходит ту, что была в предшествующие геологические периоды.
Не будет преувеличением сказать, что антропогенное воздействие человека на биосферу становится движущей силой дальнейшей трансформации экосистем.
Факторы, угнетающие окружающую среду
Существование человечества немыслимо без эксплуатации природных ресурсов. Люди влияют на их количество и качество, а значит, вносят свою негативную лепту в окружающую среду. К антропогенным воздействиям, наносящим урон природе, относят:
Классификации загрязнителей
Источниками антропогенного загрязнения, представляющего серьезную угрозу любым организмам, которые входят в состав экосистем, являются нефтехимические, металлургические, деревообрабатывающие предприятия, сельскохозяйственное производство, топливная промышленность, электроэнергетика и транспорт. Загрязнения, связанные с деятельностью человека, в зависимости от происхождения подразделяют на следующие виды:
Все виды загрязнителей, которые попадают в почву, воду и воздух, проникают в живые организмы, снижая их продуктивность. Г. В. Стадницкий и А. И. Родионов предложили классификацию антропогенных изменений, основанную на системном подходе. Они выделяют следующие типы загрязнений:
Дальнейшие перспективы
Назревающая катастрофа заставляет ученых со всего света всерьез задуматься над тем, как противостоять последствиям антропогенного воздействия на окружающую среду.
Одним из первых, кто осознал всю серьезность результатов научно-технической революции, был выдающийся естествоиспытатель В. В. Вернадский, разработавший концепцию, согласно которой биосфера представляет собой синтез знаний о человеке и наук о природе. Его учение построено на вере в несокрушимую силу научной мысли, способной трансформировать биосферу в ноосферу — сферу разума.
К сожалению, разрушительные процессы, затрагивающие естественную среду обитания всего живого, идут быстрее, чем экологизация сознания. Даже если разум человека сможет окунуться в тайны биосферы и обретет способность подчинять своей воле все процессы, происходящие в ней, будущее человечества остается туманным.
Центральным вопросом студенческих рефератов, научных докладов и презентаций остается проблема эволюционирования биосферы в условиях абсолютного антропоцентризма. Не случится ли так, что один вид обретет неограниченное господство над неисчерпаемым многообразием животного мира? Как бы то ни было, человек обязан приложить максимум усилий для защиты планеты от своей деятельности, чтобы будущие поколения могли дышать свежим воздухом и наслаждаться природным великолепием.
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОСФЕРУ
Оглавление
Термин «экология» образован от двух греческих слов (oiкos – дом, жилище и logos – наука, знание) и означает в буквальном смысле «наука о местообитании».
В качестве самостоятельной науки экология сформировалась к началу двадцатого века. При этом наряду с зарубежными учеными в ее развитие и становление внесли огромный вклад наши соотечественники: Тимирязев К.А., Докучаев В.В., Вернадский В.И., Вавилов Н.И., Сукачев В.Н., Шварц С.С., Морозов Г.Ф., Яблоков А.В., Реймерс Н.Ф. и другие. Так, крупнейший русский ученый Вернадский В.И. создал учение о биосфере, указав при этом, какую огромную роль играют живые организмы в геохимических процессах на нашей планете.
Истинное значение экологии стали осознавать лишь на закате ХХ века, когда возрастание численности населения планеты и резко усилившееся воздействие человека на природную среду, приведшее к ее деградации, поставили со всей остротой вопрос быть или не быть человеческой цивилизации. Чтобы удовлетворить свои немалые потребности в чистом воздухе, воде и физиологически здоровой пище, человеку надо знать не только, как устроена и как функционирует природная среда, но и как сделать ее союзником, сведя в то же время до минимума наносимый ей вред. Эти проблемы как раз и изучает экология. Итак, экология – синтетическая биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.
Экология изучает воздействие факторов среды на растительные и животные организмы, реакции отдельных особей, популяций и сообществ на эти факторы, а также механизмы, которые влияют на численность популяций, их структуру, исследует биологическую продуктивность природных сообществ, закономерности функционирования экологических систем.
При изучении процессов, которые происходят в живой природе, экология использует много методов, в частности наблюдения, сравнительный метод, исторический метод, экспериментальный метод и моделирование. Так, исторический метод изучает закономерности появления и развития организмов, становления их структуры и функции. В лабораторных опытах исследуется влияние разных условий на организмы, устанавливается их реакция на заданные воздействия. В процессе изучения отношений организмов со средой обитания в искусственно созданных условиях можно достаточно глубоко разобраться в происходящих явлениях природы.
Логика развития экологии как науки, а также потребности практической охраны объектов природы обусловили создание так называемого экологического варианта системного познания или экологического подхода. Особенностью последнего является то, что в представление об экологической системе входят две крупные подсистемы: одна из них условно помещается в центре и рассматривается как главный (или центральный) объект, а другая – как окружающая среда. Эти подсистемы непрерывно обмениваются веществом, энергией и информацией. Все связи оцениваются, прежде всего, по их воздействию на установленный объект. Выбирая по тому или иному критерию центральный объект (организм, популяцию и т.д.), ученые автоматически разграничивают систему и среду, выявляя при этом контуры основных связей между ними.
Следует осознать, что человек для природы всего лишь один из многочисленных порожденных ею видов живых существ. Когда-то его не было. Война, которую человек фактически ведет с природой, – заранее проигранная война: кто бы ни победил в ней – человек обречен. Выход из создавшегося положения – мирное сосуществование человеческого общества и природы, при котором должна быть разумно перестроена жизнь и отдельного человека, и общества в целом.
Все это определяет стратегическую задачу экологии: на основе познания законов природы, используя все достижения научно-технического прогресса, создать научную базу для гармонизации взаимоотношений человеческого общества и природы и разработать практические рекомендации, направленные на оздоровление и поддержание надлежащего качества природной среды, без чего невозможно нормальное существование всего ныне живущего на Земле и жизни как таковой в перспективе.
Основные виды антропогенного воздействия на биосферу
Загрязнение окружающей среды – это внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы.
Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений: ингредиентное загрязнение (внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным биогеоценозам); параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды; биоценотическое загрязнение (воздействие на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биогеоценоз); стациально—деструкционное загрязнение (стация – место обитания популяции), – изменение ландшафтов и экологических систем с целью приспособления природы в интересах человека.
С позиций кибернетики загрязнение это комплекс помех в экосистемах, которые воздействуют на потоки энергии и информации в пищевых (энергетических) цепях. Важно подчеркнуть, что, в отличие от естественных, антропогенные помехи часто ведут не к отбору наиболее приспособленных особей, а к массовой элиминации (вымиранию) организмов. Это связано со специфическими особенностями действий антропогенных факторов. Важнейшие из них следующие: 1) нерегулярность действия, а значит, и непредсказуемость для организмов, а также высокая интенсивность изменений, которая часто несоизмерима с адаптационными возможностями организмов; 2) практически неограниченные возможности действия их на организмы, вплоть до уничтожения последних, что свойственно природным факторам и процессам лишь в редких случаях (стихийные бедствия, катаклизмы).
В некоторых случаях человек создает направленные помехи в каналах информации между живыми компонентами экосистем. Применение, например, ядохимикатов есть воздействие на уровень продуцентов (сорняков), а, следовательно, и на все звенья пищевых цепей, которые связаны именно с уничтожаемыми растениями. При этом происходит воздействие на все уровни организации жизни – от биогеоценоза в целом до популяций и отдельных индивидуумов. В подобных случаях возникают ответные природные цепные реакции, под которыми понимают цепь природных явлений, каждое из которых неизбежно влечет за собой изменение других, связанных с ним явлений. Например, исчезновение насекомого-опылителя делает невозможным в дальнейшем плодоношение растения, а следовательно, появление новых поколений вида, размножающегося только семенами; это, в свою очередь, ведет к исчезновению животных, связанных с данным растением, а следовательно, их паразитов и т.д.
Согласно данным М.Ч. Залиханова, только за
20 лет, с 1970 года по 1990 год, на сельскохозяйственных землях планеты потеряно 480 млрд. т верхнего слоя почвы. На 60 % суши, подвергшихся нарушению хозяйственной деятельностью, идет активное изменение почв. При этом значительное количество видов растений и животных исчезает в результате непродуманной хозяйственной деятельности человека. Сохранность естественных экосистем в разных странах и регионах составляет ныне: Канада, Россия – 65 %, Китай – 20 %, Индонезия – 7 %, США – 5 %, Европа (без России) – 4 %, Индия – 1 %, Япония – 0 %.
Масштабы воздействия человека на окружающую среду
(Н.А. Воронков)
Вид ресурса
или элемент среды
Извлечение из недр руд полезных ископаемых
Отходы от переработки сырья
Отходы бытовые (мусор)
Перемещение почвы при с/х и других работах
Забор воды из различных источников,
в том числе из рек
трлн. м 3 /год или км 3 /год
% стока
Измененная поверхность суши
из них:
распахано
другие окультуренные
земли (луга и пастбища)
млрд. га,
% суши
млрд. га,
% суши
млн. км 2
млрд. га
Земли под застройкой:
полностью урбанизированные (под домами, асфальтом)
до появления человека
Утрачено плодородных земель за историю человечества
Скорость сжигания ископаемого топлива превышает его образование в геологическом прошлом
Антропогенное поступление СО2 в атмосферу превышает природное
Темпы уничтожения лесов
Уничтожено тропических лесов
под угрозой исчезновения:
Темпы исчезновения видов по сравнению с эпохой вымирания динозавров
Повысилось содержание диоксида углерода в атмосфере за 100 лет
Различные потери нефти и нефтепродуктов
Поверхность океана, покрытая нефтяной пленкой
Антропогенная пыль
в атмосфере
млн. т,
% от природной
Потребление первичных биологических ресурсов
% от годового прироста
В Северном полушарии возникли три зоны высокой степени дестабилизации окружающей среды площадью 20 млн. кв. км, где сохранность естественных экосистем (СЕЭ) меньше 10 %. Первая зона (европейская) включает всю Европу (СЕЭ – 4 %) за исключением северной части Русской равнины. Вторая зона (азиатская) включает земледельческие районы Южной и Юго-Восточной Азии вместе с Китаем. В этой зоне естественные экосистемы сохранились только в пустынях и на Тибетском плато. Третья (американская) зона, где естественные экосистемы составляют менее 10 % площади, образована территориями США (СЕЭ – 5 %), южной части Канады и частично Мексики. Следует подчеркнуть, что в европейскую и американскую зоны входят наиболее развитые страны, но на их долю приходится две трети промышленных отходов всего мира.
Человеческий фактор в биосфере
Приводимые в данном разделе материалы важны для понимания специфической роли человечества в биосфере и причин современного экологического кризиса и прогнозирования его последствий. Основой для этого является анализ степени согласования деятельности человечества с экологическими законами, правилами и принципами.
Изменение границ оптимальных и лимитирующих факторов. Человек способен изменять силу действия и число лимитирующих факторов, а также сужать или, напротив, расширять границы оптимальных значений факторов среды. Так, уборка урожая связана с извлечением из почв элементов минерального питания культурных растений и переходом некоторых из этих элементов в разряд лимитирующих факторов для вновь посаженных растений. С другой стороны, такие мелиоративные мероприятия, как обводнение, осушение, внесение удобрений, оптимизируют факторы, подчас устраняют их лимитирующий характер.
Сокращение численности популяций. Животные, птицы и насекомые гибнут при проведении полевых работ, строительстве дорог, под колесами автотранспорта. Перелетные птицы сгорают в гигантских газовых факелах, где сжигают отходящие газы при добыче нефти. Многие загрязняющие вещества, например оксиды серы, фтор и фтористый водород, хлориды и диоксид азота, вызывают ожоги растений, а при высоких концентрациях и гибель отдельных особей. Они влияют на эмбрионы, развивающиеся зародыши, отравляя их, вызывают уродства и ненормальности в развитии организма, нарушение функций нервной системы, половых желез и органов.
Загрязнители разной природы, действуя одновременно, оказывают кумулятивный эффект: вредное влияние меди на растения усиливается в присутствии солей свинца, и при воздействии радиации. Загрязняющие вещества сокращают продолжительность жизни, прежде всего долгоживущих видов, которые способны накапливать их в организме.
Воздействие на характер функционирования экосистем. Человеком практически уничтожены некоторые экосистемы и даже их крупные блоки (например, степи, прерии). В других нарушены свойственные им процессы, принципы и закономерности функционирования. К таковым относятся:
1) цепи питания и экологические пирамиды. В природных экосистемах на высоких звеньях цепей питания не бывает большой продукции биомассы и численности организмов. Человек нарушил этот принцип по отношению, как к своей популяции, так и к другим видам (сортам, породам), особенно сельскохозяйственным, что стало возможным благодаря присвоению продукции и вложению в системы дополнительной энергии (например, при внесении удобрений);
2) изменение границ экологических ниш организмов. Вследствие искусственного выравнивания местообитаний (в результате земледелия, урбанизации, опустынивания и др.) сближаются ниши близких в экологическом отношении видов. В ответ усиливается конкуренция и активизируется правило конкурентного исключения. Результат таких явлений – обеднение видового состава сообществ и расширение возможностей для внедрения в экосистемы несвойственных им видов;
3) воздействие на динамику экосистем. Осушение болот, рубка лесов и другие виды антропогенной деятельности разрушают или нарушают конечные (климаксные) стадии экосистем, заменяют их промежуточными сообществами. В своих интересах человек часто поддерживает экосистемы на промежуточных стадиях их развития в течение длительного времени. Например, он сохраняет лиственные леса на месте коренных хвойных, поскольку они более ценны в рекреационном отношении (для отдыха) или устойчивы к атмосферным загрязнителям;
4) обеднение генофонда. Подсчитано, что гибель одного вида растения может вызвать гибель от 5–7 до 30–35 связанных с ним видов животных, главным образом беспозвоночных. Световое, звуковое, химическое загрязнения нарушают сложившиеся системы сигнализации в природном сообществе между видами. Происходит обеднение генофонда биосферы из-за вымирания видов, сокращения их популяционного разнообразия и численности особей во всех сокращающихся по территории популяциях;
5) сокращение территорий, занимаемых естественными экосистемами. В настоящее время 9–12 % поверхности суши распахано, 22–25 % составляют полностью или частично окультуренные пастбища. Более 450 экваторов – такова протяженность дорог на планете; 24 км на каждые 100 кв. км – такова густота дорог. Согласно данным ООН, в одних лишь промышленно развитых странах под бетоном строящихся автострад, населенных пунктов, аэропортов ежегодно исчезает более 3 тыс. кв. км ландшафта.
Влияние человека на функции живого вещества в биосфере. Результатом крупномасштабной деятельности человека является нарушение механизмов функционирования живого вещества и его функций. Рассмотрим некоторые из них:
а) константность живого вещества. Как известно, условием постоянства массы живого вещества в биосфере является сохранение условий, обеспечивающих нормальную продуктивность сообществ. Однако они нарушаются в результате истощения почв, замены более продуктивных экосистем (например, тропических, пойменных и т.п.) менее продуктивными, при отчуждении земель под различные виды строительства и т.п. Все это приводит к уменьшению объемов живого вещества (биомассы) на Земле. Подчеркнем, что за счет повышения человеком продуктивности агроэкосистем потери живого вещества не компенсируются;
б) транспортная и рассеивающая функции живого вещества. Перемещая большие массы биологической продукции в пространстве, человек нарушает естественные круговороты. Например, с 1 га соснового леса вместе с древесиной удаляется около 140 кг калия, 330 кг кальция, 70 кг магния, 20 кг фосфора и 250 кг азота. Еще более масштабны негативные последствия от разрушения почв. Вынос водным стоком натрия, магния, кальция, калия и азота с площадей вырубок увеличился соответственно в 3; 8; 9; 20 и 100 раз.
Рассеивающая функция усиливается в результате использования человеком практически всех видов ресурсов. Одного железа ежегодно рассеивается около 100–120 млн. т (из 6–7 млрд. т этого металла, находящегося в использовании);
в) деструкционная и концентрационная функции. Ускорение человеком деструкционных (разрушительных) процессов в биосфере (в сотни и тысячи раз по сравнению с естественными) есть результат извлечения ресурсов из недр, а также крупномасштабного воздействия на поверхность литосферы. Только обработкой почв в интересах сельского хозяйства ежегодно разрушаются и выносятся в океан или перемещаются в пределах материков воздушными и водными потоками миллиарды тонн материала, в том числе наиболее ценной части почвы – гумуса.
Отметим, в заключение, что даже принцип Ле Шателье-Брауна в рамках биосферы нарушается современным человечеством. Н.Ф. Реймерс указывает «Если в конце прошлого века еще происходило увеличение биологической продуктивности и биомассы в ответ на возрастание концентрации углекислого газа в атмосфере, то с начала нашего века это явление не обнаруживается. Наоборот, биота выбрасывает углекислый газ, а биомасса её автоматически снижается».
Последствия антропогенной деятельности
Парниковый эффект. Под парниковым эффектом понимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленного постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.
Указанные газы, называемые парниковыми, действуют в атмосфере как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.
Вследствие парникового эффекта среднегодовая температура на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3–0,6°С. В настоящее время увеличение концентрации СО2 происходит примерно со скоростью 0,3–0,5 % в год. Увеличивается содержание и других парниковых газов: метана – на 1 %, оксидов азота – на 0,2 % в год. По разным источникам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1–3,5°С.
Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа для биосферы в целом:
1. В случае повышения уровня океана на 1,5–2 м под затопление попадает около 5 млн. кв. км земель, где проживает около 1 млрд. человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов вглубь материков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.
2. Потепление климата обернется увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этого, очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы.
3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном за счет более сильного потепления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаивание вечномерзлых почв (таковых в России около 2 млн. кв. км) и высвобождение из них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект.
4. Изменение климата окажет негативное влияние на здоровье людей как вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.
Вышеизложенное дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто) заявить, что «…конечные последствия парникового эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».
Кислотные дожди. В последние 15–20 лет возникла сложная и трудная экологическая проблема кислотных дождей (рН В России очаги образования кислых осадков приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Челябинск, Красноярск и другие районы. В наши дни в Санкт-Петербурге рН дождя колеблется от 4,8 до 3,7, в Красноярске – от 4,9 до 3,8, в Казани – от 4,8 до 3,3. В городах до 70–90 % загрязнений в атмосферу, в том числе и способствующих образованию кислых осадков, поставляет автотранспорт (Ю.В. Новиков ).
Кислые осадки снижают активность редуцентов, азотофиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов; из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, ртути). В ряде мест кислые осадки и продукты их действия (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в грунтовые воды, а затем в водоемы и водопроводную сеть, ухудшая качество питьевой воды.
Действие кислых осадков на водные экосистемы весьма многообразно. Попадая в водные источники, они повышают кислотность и жесткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, от которых зависит рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие проявляется в основном на яйцеклетках и молоди. Ныне на Земле насчитываются многие тысячи озер, практически лишившихся своих обитателей. Почти 20 % рек и озер Швеции, Норвегии и Канады потеряли более половины обитающих в них организмов. Так, в Швеции в 14 тысячах озер уничтожены наиболее чувствительные виды, а 2200 озер фактически безжизненны. Около 1000 озер в США заметно подкислено, а более 3 тысяч имеют кислотность, неблагоприятную для многих обитателей.
Действие кислых осадков и атмосферных загрязнений на леса способствует выщелачиванию из растений биогенов (особенно кальция, магния и калия), сахаров, белков, аминокислот. Кислые осадки повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуют вспышкам численности насекомых. Такие воздействия имеют конечным результатом снижение фитоценозами продуктивности, а нередко и их массовую гибель. Накоплено много данных об отрицательном влиянии кислых осадков на растения через почву, прежде всего, в результате увеличения подвижности алюминия и тяжелых металлов. Свободный алюминий повреждает молодые корни, создает очаги для проникновения в них инфекции, а также вызывает преждевременное старение деревьев (болезнь Альцгеймера). Особенно сильно повреждаются хвойные леса, что в первую очередь связано с большой продолжительностью жизни их хвои (4–6 лет), обусловливающей накопление в ней относительно больших концентраций токсикантов.
Сейчас особо много внимания уделяется поражению лесов в результате совместного действия традиционных загрязнителей (SO2, NO2) и озона. Приземный озон является в основном продуктом фотохимического смога. В его присутствии интенсивно разрушается хлорофилл, причем как в результате прямого влияния, так и через ускорение расходования витамина С, который защищает хлорофилл от окисления.
Истощение озонового слоя. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в стратосфере. По разным оценкам в средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило 2–10 %.
Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40–50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры». В настоящее время «озоновая дыра» вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. кв. км) превышает площадь США.
Из-за уменьшения концентрации озона только на 1 % происходит увеличение интенсивности УФ-излучения у поверхности Земли на 15 %. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также снижению иммунитета как у человека, так и у животных.
Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует усилению «парникового эффекта», снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды. Согласно Ю.В. Новикову, проникновение через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50–100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров.
Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.п. Будучи чрезвычайно инертными, фреоны минуют тропосферу без изменений. Только в стратосфере они подвергаются фотохимическому разложению по радикальному механизму, например:
Образовавшиеся активные атомы хлора включаются в циклический процесс разрушения озона:
Фреоны способны находиться в атмосфере, не разрушаясь 70–100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн. т озоноразрушающих веществ. Почти 35 % производимого объема приходилось на США, 40 % – на страны Европы, 10–12 % – Японию, 7–10 % – Россию.
Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу, ядерные взрывы в атмосфере, крупные пожары и другие явления, сопровождающиеся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Уничтожают озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шаттл» приводит к потерям 10 млн. т озона. 300 таких запусков в год – и практически весь озон будет уничтожен.
Высказано предположение о существенном вкладе ряда природных явлений в процессы разрушения озона и возникновения «озоновых дыр». К таковым относятся, например, 11-летние циклы солнечной активности, выход озонразрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеиванию озона в стратосфере.
Уничтожение и деградация лесов. По данным ООН, площадь лесов планеты («легких» Земли) сокращается ежегодно на 25 млн. га (половина территории Франции), что составляет около 1 % лесистой суши Земли. Однако при этом важно подчеркнуть, что вырубки идут главным образом в странах «третьего мира». Так, площадь тропического леса Южной Америки сокращается с каждым годом, что грозит обернуться в перспективе глобальной экологической катастрофой. Леса Амазонки, занимавшие еще в 1980 году площадь около 7 млн. кв. км, интенсивно выжигают. Тропические леса, покрывающие почти 7 % земной поверхности в экваториальных районах и вносящие огромный вклад в обогащение атмосферы Земли кислородом и, напротив, в поглощение диоксида углерода, уничтожаются со скоростью 10 млн. га в год.
Промышленными выбросами поражено 30 % лесов Австрии, 50 % лесов Германии, леса Чехии, Словакии, Польши. Леса Скандинавских стран сильно пострадали от кислотных дождей, виновниками в образовании которых являются другие европейские страны. Деградируют канадские леса от загрязнений, переносимых из США: до 70–80 % деревьев, произрастающих, в частности, в кленовых лесах. В России ежегодно вырубается 1,8 млн. га и, кроме того, более миллиона гектаров лесных угодий гибнет или повреждается вредными промышленными выбросами, а также в результате пожаров.
Уничтожение лесов ведет к снижению порога устойчивости биосферы, увеличению силы наводнений, селей, водной эрозии, пыльных бурь, засух и суховеев, ускорению процессов опустынивания. Ежедневно на планете вымирает один–два вида диких растений, при этом следует помнить, что только один вид растений обеспечивает существование в среднем 11 видов животных, а в тропических лесах – даже 20 видов. Следовательно, с обезлесением ландшафтов сокращается генетическое разнообразие экологических систем, постепенно уничтожается живое вещество биосферы.
Пригородные лесные массивы стали местами массового отдыха. Однако такое рекреационное лесопользование, оздоровляя человека, вызывает ухудшение качественного состояния леса, а в ряде случаев и его полную деградацию. При этом снижаются санитарно-гигиенические, водоохранные и почвозащитные функции природных лесов, а также теряется их эстетическая ценность. С уплотнением почвы (автомашины, туристы) ухудшаются состояние древесно-кустарниковой растительности, а также питание деревьев, поскольку на высоких вытоптанных участках почва подсыхает, а на пониженных – переувлажняется. Как следствие ухудшения питания, деревья ослабляются, их рост замедляется. Кроме того, уплотнение почвы нарушает ее структуру, уменьшает пористость, резко ухудшает условия жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Бесконтрольный сбор грибов, ягод, цветов снижает уровень самовозобновления соответствующих растений. Шум отпугивает птиц и животных, часто мешает им нормально растить потомство. Зарубки на стволах, обламывание ветвей вызывают заражение деревьев насекомыми – вредителями. Участок земли, на котором был разведен костер, полностью выходит из строя на многие годы.
Экологические факторы среды
Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живой организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития.
Экологические факторы весьма разнообразны, имеют разную природу и специфику действия, они могут быть необходимы для организмов или, наоборот, вредны для них, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Их подразделяют на абиотические, биотические и антропические.
Абиотические факторы – это все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы (свет, температура, радиация, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, рельеф местности).
Биотические факторы – это прямые и опосредованные формы воздействия живых существ друг на друга. Любой организм в реальных условиях постоянно испытывает на себе самое различное влияние других существ.
Антропические факторы – факторы, которые возникают в ходе непосредственного (прямого) воздействия человека на что-то.
Весьма часто употребляют термин «антропогенный фактор». Под ним понимают фактор, косвенно обязанный своим происхождением деятельности (настоящей и прошлой) человека. В последние годы антропогенные факторы, учитывая силу их воздействия, выделяют как отдельную категорию экологических факторов.
В таблице приведен один из вариантов классификации экологических факторов среды.
Классификация экологических факторов среды
(Пономарева И.Н.)
Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление
Фитогенные: растительные организмы
Эдафогенные: (от «эдафос» – почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность
Зоогенные: животные организмы
Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона
Микробиогенные: вирусы, простейшие бактерии
Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растений
Антропогенные: деятельность человека
Существуют и другие подходы к классификации экологических факторов: по очередности (первичный и вторичный); по времени (эволюционный и исторический); по происхождению (космический, абиотический, биогенный, биотический, биологический, природно-антропогенный, антропический); по среде возникновения (атмосферный, водный, геоморфологический, эдафогенный, физиологический, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный); по степени воздействия (летальный, приводящий живой организм к гибели; экстремальный; лимитирующий; беспокоящий; мутагенный; тератогенный, приводящий к уродствам в ходе индивидуального развития).
Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Так, сильный ветер в зимнее время весьма неблагоприятен для крупных животных, особенно обитающих открыто (лоси), но не действует на более мелких, обычно укрывающихся в норах или под снегом.
Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени: сила тяготения, солнечная постоянная, солевой состав океана, свойства атмосферы. Другие экологические факторы (температура, влажность, ветер, хищники, паразиты, изменчивы во времени и пространстве. При этом особенности среды обитания определяют, как уже указывалось, степень и характер изменчивости каждого из факторов. Так, например, температура меняется существенно на поверхности суши, но практически постоянна на дне океана или в глубине пещер.
А.С. Мончадский предложил выделять первичные и вторичные периодические факторы, а также непериодические факторы.
К первичным периодическим факторам относят явления, связанные в основном с вращением Земли: суточная смена освещенности, смена времен года. Эти факторы, которым свойственна правильная периодичность, действовали задолго до появления жизни на Земле, и возникающие организмы должны были адаптироваться к ним. Вторичные периодические факторы – следствие первичных периодических: например, влажность, температура, осадки, динамика растительной пищи (для животных), содержание растворенных газов в воде.
К непериодическим факторам относятся факторы, не имеющие правильной периодичности, цикличности. Таковы почвенно-грунтовые факторы, разного рода стихийные явления.
Общий характер действия экологических факторов
Несмотря на многообразие влияния экологических факторов, можно выявить общий характер их воздействия на организм.
Условия среды, в которых какой-либо фактор (или совокупность факторов) выходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетающее действие, часто называют экстремальными.