Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Воздействие биосферу
Биосфера, весьма динамичная планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно изменялась под воздействием различных природных процессов. В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов. Достигалось это посредством сложного механизма круговорота веществ, рассмотренного нами во втором разделе.[ . ]
Воздействие человека на природу обычно связано со стремлением достигнуть каких-либо заранее поставленных целей, однако они не всегда совпадают с возможностями биосферы. Воздействие человека на природу именно и отличается от воздействия на нее животного тем, что деятельность первого переходит ту грань, когда сохраняется биологическое равновесие. В свою очередь малейшие изменения в природе могут привести к новым взаимосвязям природы и общества, к непредвиденным последствиям.[ . ]
Биосфера представляет собой систему, т.е. единое целое, функционирующее благодаря взаимодействию определенным образом организованных элементов. Биосфера есть целостная система, выполняющая определенную программу и в своих собственных интересах стабилизирующая себя и окружающую среду и устраняющая-внешние и внутренние искажающие воздействия.[ . ]
Воздействие биоты на окружающую среду сводиться к синтезу органических веществ из неорганических, разложению органических на неорганические составляющие и, соответственно, к изменению соотношения между запасами органических и неорганических биогенных соединений в биосфере.[ . ]
Биосфера, как глобальная оболочка Земли, в которой функционирует жизнь в форме различных организмов, является результатом совместного развития и взаимного влияния биоты и окружающей среды в течение миллиардов лет. В процессе такого эволюционного развития биосфера превратилась в глобальную систему, находящуюся в состоянии устойчивого динамического равновесия и способную противостоять против различных внешних и внутренних возмущений. -лсдОьа¡.сльни, оиосфсрз — это целостная система, выполняющая определенную программу в интересах жизни, стабилизирующая окружающую среду и гасящая внешние и внутренние искажающие воздействия.[ . ]
Воздействие антропогенных факторов на биосферу. Современный период развития мировой экономики связан с интенсификацией производства, увеличением объемов используемых природных ресурсов и поступлением во все возрастающих масштабах вредных веществ в биосферу. Научно-техническая революция обостряет проблемы природопользования.[ . ]
Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (лито-,.гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под юс воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.[ . ]
Защита биосферы от загрязнения различного рода выбросами представляет собой важнейшую проблему современности. Число химических веществ, загрязняющих биосферу, постоянно увеличивается. Они выбрасываются в атмосферу, сбрасываются в водоемы, вносятся в почву. Нерегулируемое воздействие человека на крупномасштабные процессы в атмосфере и океанах может привести к катастрофическому изменению биосферы в целом.[ . ]
Системы биосферы могут блокировать космические воздействия нацело или частично. Поиск чисто математических закономерностей тут едва ли целесообразен (см. также принцип скользящих среднемаксимальных случайного статистического ряда в разд. 3.2.5). Тенденции существуют, но они не четко детерминированы во времени.[ . ]
Масштабы воздействия организмов на, окружающую среду определяются их видовыми потребностями. У всех нидов организмов биосферы весь объем потребностей, необходимый для их жизнедеятельности, определен генетически, и запрограммирован в нормальном геноме вида. Скорость изменения потребностей этих видов определяется скоростью эволюции, т.е. скоростью накопления генетической информации. Поэтому потребности всех этих организмов существенно изменяются лишь за времена, сопоставимые с временем существования видов порядка миллионов лет и за тысячи и сотни тысяч лет остаются практически неизменными. У всех этих видов удовлетворение энергией всего объема потребностей обеспечивается метаболической мощностью, поэтому численность их согласуется с экологической ёмкостью территорий функционирование их не наносит урон окружающей среде.[ . ]
Развитие биосферы связано с появлением человека на Земле, но длительное время воздействия человека на биосферу определялись только наличием его как биологического вида.[ . ]
Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу — природном или антропогенном — ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что экологические условия есть продукт взаимодействия биоты и окружающей среды, и лишь правильная оценка этого взаимодействия позволяет разработать достоверные методологические подходы к сохранению или даже улучшению экологической обстановки в случае ее нарушения на всех экосистемных уровнях, вплоть до глобального.[ . ]
Выбросы в биосферу вызывают экологические последствия, т. е. оказывают вредное воздействие на ландшафты, животных и растительный мир, на человека.[ . ]
В понятие биосферы включаются только характеристики планеты, управляемые современной биотой. В это понятие не включаются компоненты природы, несущие следы деятельности жизни в геологическом прошлом (следы прошлых биосфер), не подверженные воздействию современной биоты.[ . ]
Загрязнение биосферы. Под загрязнением понимается многочисленное воздействие различных факторов (физических, химических, биологических и др.), которые так или иначе разрушают естественную природную среду.[ . ]
Вопросами развития биосферы занимается экология 2 — наука, изучающая условия существования живых существ и взаимоотношения их со средой обитания. Экология рассматривает самые различные аспекты проблемы: географические, биологические эволюционные и т. д. Основным предметом изучения экологии является воздействие человека на природу. По выражению акад. С. С. Шварца, «возникшая более 100 лет назад экология на наших глазах становится теоретической основой поведения человека индустриального общества в природе».[ . ]
Во-первых, в биосфере весьма значительно количество жидкой воды. Во-вторых, на нее воздействует поток энергии Солнца. В-третьих, для биосферы характерны поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях.[ . ]
Проявления отрицательного воздействия загрязнения составных частей биосферы — атмосферы, гидросферы, литосферы, фоносферы — весьма разнообразны. Наряду с ущербом, наносимым здоровью людей, загрязнение окружающей среды приводит к большим экономическим потерям из-за резкого уменьшения продуктивности естественных и искусственных биосистем, ускоренной коррозии оборудования и материалов, прямых и косвенных потерь продукции и т. д.[ . ]
В связи с большим загрязнением биосферы во многих странах принимаются меры к созданию определенных ограничений на выброс вредных веществ промышленными предприятиями, в частности путем установления предельно допустимых концентраций (ПДК). Под ПДК понимают такую концентрацию химического соединения, которая при ежедневном воздействии на человека в течение длительного времени не вызывает в его организме каких-либо патологических изменений или заболеваний.[ . ]
Еще одной отрицательной стороной воздействия на биосферу является сжигание топлива, приводящее не только к загрязнению воздуха, воды, почвы, но и к таким изменениям атмосферы, которые в дальнейшем могут привести и к изменениям климата и ко многим другим, иногда трудно прогнозируемым последствиям. В настоящее время ежегодно сжигается около 2,5 млрд. т нефти и более 20 млрд. т каменного угля. Это приводит к расходу не менее 15 млрд. т свободного кислорода, взамен которого в атмосферу поступает около 25 млрд. т углекислого газа. В результате подобной деятельности человека за последние 50 лет было использовано кислорода столько же, сколько за всю предыдущую историю человечества [1.11].[ . ]
Возможен и обратный эффект, когда совокупное воздействие на биосферу двух или нескольких веществ оказывается менее вредным, чем если бы они действовали порознь. Такое явление называется антагонизмом.[ . ]
Основными параметрами, ограничивающими загрязнение биосферы отходами производства, являются ПДК — предельно допустимые массовые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе или воде водоемов. Под ПДК понимается такая концентрация загрязняющего вещества, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования, а также не нарушает биологического оптимума для человека.[ . ]
Экологичеокий ущерб прямым образом зависит от отепени воздействия различных факторов на биосферу; экономический й эстетический ущербы в значительной отепени связаны о экологическим.[ . ]
Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение. Большинство острейших экологических ситуаций в мире и в России так или иначе связаны с загрязнением окружающей природной среды (Чернобыль, кислотные дожди, опасные отходы и т. д.). Поэтому понятие «загрязнение» рассмотрим подробнее.[ . ]
Фактором, ограничивающим предельную метаболическую мощность биосферы, является внешняя энергия — энергия радиации Солнца, на значение которой биота Земли не может оказать воздействия и должна приспосабливаться. Какая доля от внешней энергии будет составлять метаболическую мощность биосферы, определяется её биотой. В соответствии с законом максимизации энергии биота Земли стремится достигнуть максимально возможной метаболической мощности при постоянном значении внешней энергии, доведя до возможного максимума валовую продукцию биосферы. Достигается это за счет оптимизации состава продуцентов -растительного царства биоты. При определенной, постоянной в целом для биосферы, доступности биогенов и воды, валовая продукция биоты составляет постоянную величину. Постоянство продукции биоты Земли во времени может быть обеспечено только при постоянстве количества биогенов в окружающей среде. При отсутствии мощных потоков биогенов извне такое постоянство количества биогенов в биосфере может поддерживаться только при постоянной их регенерации и замкнутости круговорота вещества в биосфере. Такая регенерация биогенов осуществляется в результате разложения образующихся органических продуктов фотосинтеза в процессе дыхания всех организмов биосферы.[ . ]
Задача этого раздела не только отвлеченно показать, как устроена биосфера и сколь многолики и множественны направления потоков вещества и энергии в ней (а, следовательно, взаимосвязи между структурами и подсистемами), но и в том, чтобы обратить внимание на те структуры, которые в наши дни подвержены антропогенному воздействию и потому заслуживают внимательного изучения и мониторинга, а в ряде случаев поддержки, управления и воспроизводства. Это тем более важно в связи с тем, что биосфера — целостное системное образование, «сцепление» подсистем, внутри которого многое еще известно недостаточно или вовсе неизвестно. Те пока еще не очень четкие штрихи, которые проведены нами, должны наметить объекты будущих исследований, порой весьма трудоемких и сложных. Однако зная, что изучать, делать это значительно легче, чем бродить в потемках бесструктурного целого, называемого биосферой, и строить обобщения на зыбком песке поверхностного взгляда на «черный ящик» этого всепланетного образования.[ . ]
Это диктовалось указанным выше расхождением результатов измерений радиоактивности отдельных проб нефти и подземных вод из скважин Осинского, Гежского и других месторождений, выполненных разными организациями. Расхождения в отдельных случаях достигали трех-четырех порядков. Была подписана договоренность об участии в этом эксперименте трех лабораторий: ВНИПИпромтехнологии Минатома РФ, кафедры радиохимии Химфака МГУ, НПО «Тайфун». Однако затем ВНИПИпромтехнологии нарушил соглашение и отказался от эксперимента. И поскольку причины столь резких различий в определении содержания радионуклидов остались не выясненными, то это, с одной стороны, оставило без ответа ряд вопросов методики радиационного обследования зон ПЯВ, а с другой, — подорвало доверие к данным, которые предоставлялись ВНИПИпромтехнологии, причастного к проведению ПЯВ.[ . ]
Естественно, что основную тревогу вызывает разрушительное действие загрязнения биосферы на здоровье человека, характер которого может быть самым различным. Это прежде всего токсическое действие многих химических веществ, приводящих к острому или хроническому отравлению организма. Многие агрессивные вещества, а также излучения большой интенсивности могут вызвать травматические повреждения органов (кожного покрова, зрения, слуха и т. д.). Ряд веществ, содержащихся в отходах производства, вызывает изменение чувствительности организма к внешним воздействиям — аллергию. Наконец, некоторые вещества и излучения являются канцерогенами или мутагенами, т. е. могут стать причиной раковых заболеваний или генетической патологии.[ . ]
Говоря об активной борьбе с загрязнением окружающей среды, следует различать прямые и косвенные методы. Прямые методы охраны биосферы заключаются в таком воздействии на источники загрязнений, которое ведет к непосредственному снижению массы, объема, концентрации вредных материальных загрязнений либо уровня энергетических загрязнений. Например, к прямым методам охраны воздушного бассейна от загрязнения продуктами сгорания топлива относятся следующие мероприятия, направленные на уменьшение вредных выбросов в атмосферу: 1) улучшение качества твердого и жидкого топлива (главным образом, за счет его десульфуризации, т. е. снижения содержания серы, образующей основное загрязнение атмосферы — сернистый газ); 2) совершенствование топочных устройств, форсунок и горелок для сжигания соответственно твердого, жидкого и газообразного топлива; 3) перевод котельных на газовое топливо.[ . ]
Воздейст вие горно-металлургического производства по сравнению с другими отраслями характеризуется комплексностью и более сильным воздействием сразу на все элементы биосферы: воздушный бассейн, водный бассейн, земную поверхность, флору, фауну и недра (табл. 4).[ . ]
Научно-технический прогресс — решающий фактор роста объема общественного производства. С развитием научно-технической революции неизбежно возрастает воздействие человека на природу, которое становится все более и более заметным. Перед современным обществом стоит задача не только сохранить на основе рационального использования богатства и продуктивность природы сегодня, но и предупредить отрицательные последствия вмешательства человека в будущем. Для этого необходимо всестороннее изучение и анализ многообразных процессов, постоянно происходящих в природе. Реальной основой для всестороннего подхода к природе является учение о биосфере Земли.[ . ]
Огромное поле деятельности для научно-технической общественности — экологическое воспитание каждого сотрудника нефтегазовой отрасли. Прежде всего необходимо показать, что антропогенные воздействия играют в современном мире главенствующую роль в изменении биосферы и что без серьезных затрат на предупреждение отрицательных воздействий и восстановление качества нарушенных природных сред могут произойти не только локальные, но и глобальные изменения в окружающей среде.[ . ]
Важнейшим итогом всей этой деятельности является призыв к переходу на путь устойчивого развития, обеспечивающий коэволюцию, т. е. совместную эволюцию природы и человека. Общество может жить и развиваться только внутри биосферы и за счет ее ресурсов, поэтому оно жизненно заинтересовано в ее сохранении. Однако из-за того, что эволюция природы идет очень медленно, а социальная эволюция человека — очень быстро, многие процессы деформируются, в частности многие виды, не успевая приспособиться, вымирают, нарушая устойчивость экосистем. Человечество должно сознательно ограничить свое воздействие на природу, чтобы сохранить возможность дальнейшей коэволюции.[ . ]
На основе того, что биота поддерживает определенный химический состав окружающей среды следует, что биота подчиняется принципу Ле Шателье-Брауна. При возникновении внешних возмущений, нарушающих равновесное состояние биосферы, в ней возникают внутренние процессы, компенсирующие это внешнее воздействие. Сейчас много говорится об избыточной величине СО2 в атмосфере. Для биосферы принцип Ле Шателье-Брауна выражается в том, что скорость поглощения углерода биотой пропорциональна приросту концентрации углерода по отношению к невозмущенному состоянию. На основе анализа выбросов ископаемого углерода и накопления его в атмосфере показано, что в биосфере принцип Ле Шателье-Брауна выполнялся до начала XX века. С начала XX века биота суши перестала поглощать избыток углерода в атмосфере. Однако большинство ученых считает, что современное состояние биосферы обратимо, при уменьшении антропогенного воздействия биосфера может еще вернуться в устойчивое состояние.[ . ]
С середины столетия все большее значение приобретают исследования в области биосферологии, начатые В .И. Вернадским (1863-1945) еще в 20-х годах. Одновременно общеэкологические подходы распространяются на эко-лоппо человека и факторы антропогенных воздействий. Ярко выступает зависимость экологического состояния различных стран и регионов планеты от развития экономики и структуры производства. Быстро растет дочерняя об ласть экологии — наука об окружающей человека среде с ее прикладными отраслями. Экология оказывается в центре острых общечеловеческих проблем. Это подтвердили в 60-х — начале 70-х годов исследования В. А. Ковды по техногенному воздействию- на земельные ресурсы, разработки Н. Н Моисеева пб модели «ядерной зимы», труды М. И. Будыко по техногенным воздействиям на климат и по глобальной экологии. Большую роль сыграли доклады Римского клуба — коллектива авторитетных специалистов по системной динамике и глобальному моделированию (Дж . Форрестер, Д. Медоуз, М. Месарович, Э. Пестель), а также представительная Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Стокгольме в 1972 г.. Ученые указывали на угрожающие последствия неограниченного антропогенного воздействия на биосферу планеты и на тесную связь экологических, экономических и социальных проблем.[ . ]
Очевидно, что загрязнение окружающей среды суперэкотоксикантами из-за миграции загрязняющих веществ между природными средами носит комплексный характер Опыт экологических исследований как в России, так и за рубежом показал, что антропогенному воздействию независимо от источников подвергаются все элементы биосферы: поверхностные и подземные воды, атмосфера, почвенные экосистемы, растения и др. При этом загрязнение атмосферы — самый мощный, постоянно действующий и всепроникающий фактор, оказывакиций негативное воздействие не только на человека, биоценозы, трофические цепи, но и на важнейшие природные среды. Принимая во внимание тот факт, что в подавляющем большинстве случаев степень кумуляции суперэкотоксикантов в биоте характеризует протяженность и направленность трофических цепей, можно констатировать, что техногенное поступление этих веществ в организм человека в первую очередь связано с атмосферными загрязнениями агроландшафтов. В большинстве случаев атмосферное загрязнение кормовых трав и пищевых растений суперэкотоксикантами более опасно, чем их поглощение из воды и почвы.[ . ]
Мощным дестабилизатором экологической обстановки являются и стихийные природные бедствия, в результате которых гибнет огромное число людей, меняются рельеф и климат планеты, уничтожается растительный покров, нарушаются основные системы жизнеобеспечения Земли. Экстремальные воздействия на биосферу рассматриваются ниже в следующем порядке: оружие массового уничтожения, техногенные катастрофы, стихийные бедствия.[ . ]
Однако глобальные угрозы количественно предсказать труднее, чем риск неоправданного роста числа конкретных объектов. Это связано с буферностыо природных систем, внезапным развитием событий в них по экспоненциальным законам, а главное, с ощутимым недостатком информации. Так, нельзя точно указать какая концентрация СО2 и других атмосферных примесей приведет к катастрофическому изменению климата на планете. Строительство плотин на реках разрывает связи между экосистемами Мирового океана и континентальных вод. Когда-то это может вызвать неустранимую экологическую катастрофу. Предсказать ее сроки невозможно.[ . ]
Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина «биосфера» Э. Зюсс в своей книге «Лик Земли», опубликованной спустя почти 30 лет после введения термина (1909), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и обитающую на поверхности Земли».[ . ]
Как будет показано в этом разделе, в биогеохимические циклы вовлекаются не только атомы биофильных элементов, но практически все химические элементы земной коры. Познание масштабов, «механизма» действия и степени замкнутости этих циклов, их взаимного переплетения является ключом к пониманию закономерностей формирования всех жизненно важных характеристик природной среды. Оно необходимо для установления допустимых пределов воздействия человечества на биосферу и для выяснения его возможностей недеструктивного управления происходящими в ней процессами.[ . ]
Основоположники учения о ноосфере — Э. Леруа, П. Тайяр де Шарден, В. И. Вернадский, отчасти П. А. Флоренский — вкладывали в понятие «разум человека» и божественное начало (снисхождение к людям божественного разума), что следовало из их общего мировоззрения. В приведенной формулировке закон ноосферы кажется логичным, поскольку человечество как часть природы, превратившись в разрушительную общемировую «геологическую» силу, вольно либо окончательно разрушить биосферу, а тем самым уничтожить себя, либо сохранить и ее, и собственное существование. Как всякая религиозная и любая иная социальная утопия, а именно так совершенно справедливо назвал учение о ноосфере В. А. Ку-тырев1, оно может быть определено в возвышенных словах: «. это гармоническое соединение природы и общества, это торжество разума и гуманизма, это слитая наука, общественное развитие и государственная политика на благо человека, это мир без оружия, войн и экологических проблем, это мечта, цель, стоящая перед людьми доброй воли, это вера в великую миссию науки и человечества, вооруженного наукой» (Барсуков В. Л., Яншин А. Л.//Вестник АН СССР. 1988. № 6. С. 56; цит. по статье Кутыре-ва В. А.). Мечта и вера, конечно, светлая, но весьма далекая от реальности и недостаточная ни как научный прогноз, ни как определение закона ноосферы, хотя сам закон, безусловно, справедлив. Он точен в том смысле, что если человечество не начнет разумно регулировать свою численность и давление на природу, сообразуясь с ее законами, биосфера в измененном виде может сохраниться, но цивилизация, а не исключено, и вид Homo sapiens погибнут.[ . ]
Существенный вклад в загрязнение воздушного бассейна вносит нефтяной газ, который ежегодно сжигается в факелах в объеме десятков миллиардов кубических метров. Потери нефтяного газа только в нашей стране составляют более 8 % общих мировых потерь этого ценного углеводородного сырья. Утилизация ресурсов нефтяного газа в целом не превышает 75 %, что эквивалентно потере 80 млн.т нефти. Несмотря на то, что максимальная степень использования ресурсов нефтяного газа в старых нефтегазодобывающих районах Поволжья и Северного Кавказа достигает 90-96 %, его отрицательное воздействие на биосферу в ряде случаев является доминирующим среди существующих источников загрязнения.[ . ]
Обратимся к рис. 3.10, показывающему соотношение экологических кризисов и так называемых экологических (хозяйственных) революций — ответных реакций в развитии человечества на кризисное состояние системы «природа — человек». Оставляя в стороне доантропогенный эволюционный экологический кризис, приведший к возникновению существ, изготовляющих орудия труда, можно отметить, что первая экологическая революция была реакцией на нехватку естественных продуктов живой природы при выходе человечества из фазы чисто биологического существования. Она ознаменовалась активным воздействием людей на природу путем выжигания растительности (для улучшения пастбищ диких животных) и организации массовых охот («биотехническая» революция). Вторая экологическая революция произошла как следствие перепромысла крупных животных (кризис консументов) и истощения ресурсов собирательства, что привело к развитию примитивного орошаемого земледелия и скотоводства. Третья «промежуточная» экологическая революция была следствием ограниченности ресурсов орошаемого земледелия и привела к широкому переходу к богарному (неполивному) земледелию. Сведение лесов и общее истощение ресурсов растительного мира (кризис продуцентов), привело к промышленной революции — широкому использованию минеральных ресурсов,— переросшей в научно-техническую революцию текущего времени (подробней см. главу 6). Современный экологический кризис характеризуется опасным загрязнением биосферы (кризис редуцентов), приближением к безопасному максимуму использования энергии (энергетический, или термодинамический кризис) у поверхности земли и резким нарушением экологического равновесия. Ему соответствует начавшаяся гуманитарная экологическая революция, если угодно, ноосферная революция замыкания производственных циклов, максимальной экономии энергии, миниатюризации технических объектов, экологического планирования, позволяющего поддерживать и улучшать экологическое равновесие, регуляции демографических процессов, подавления конфронтаций пока еще иногда военным, но как правило экономическим путем, через экономическое давление. Как только социально-экономическая взаимозависимость стран станет абсолютной (подобно органам в организме), так экономические механизмы получат абсолютный приоритет. Окончательно наступит постконфронтационная эпоха (см. главу 6).[ . ]