Биосфера и человек. Изменения в биосфере. Последствия деятельности человека в окружающей среде. Глобальные экологические проблемы и пути их решения.

С развитием цивилизации ее негативный вклад в биосферные круговороты увеличивается. На каждую тонну промышленной продукции приходится 20—50 т отходов. На каждогочеловека в крупных городах приходится более 1 т пищевогои бытового мусора в год. Дисгармония в биосфере отражаетсякак на растительном и животном мире, так и на здоровьелюдей. Множество загрязняющих веществ, попадая в почву,атмосферу и водоемы, накапливаются в тканях растений иживотных и через пищевые цепи заражают организм человека.Токсичные соединения способны заметно увеличивать количество мутаций, приводящих к врожденным наследственнымотклонениям и раковым заболеваниям. Сопоставление данныхпо различным регионам планеты привело ученых к выводу,что не менее 80 % раковых заболеваний вызваны химическимзагрязнением среды.

Загрязнение атмосферыв основном происходит от сжиганияприродного топлива транспортом, коммунальным хозяйством,промышленностью. В городах на долю транспорта приходитсяболее 60 % загрязняющих веществ, на предприятия теплоэнергетики — около 15 %, на промышленные и строительные предприятия — 25 % выбросов. Основные загрязнители воздуха — оксиды серы, азота, метан и угарный газ. У растений загрязнениеатмосферы ведет к серьезным нарушениям метаболизма и различным заболеваниям. От сернистого газа разрушается хлорофилл и затрудняется развитие пыльцевых зерен, высыхают иопадают листья и хвоя. Не менее пагубно воздействие и другихзагрязняющих веществ.Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 100 млн т оксидов серы, более 70 млн т оксидов азота, 180 млн т угарного газа.

Кислотные осадки. Высокая концентрация загрязняющихвеществ приводит к образованию кислотных дождей и смога.Кислотные осадки (дождь, снег, туман) образуются при растворении в воде диоксидов серы и азота (SО2, NО2). Кислые осадкиповреждают верхний защитный слой растительности, вымываютиз листьев белки, аминокислоты, сахар, калий. Растворы кислотсоздают в почве кислую среду, вызывают вымывание гумуса,снижая количество жизненно важных солей кальция, калия,магния. Кислые почвы бедны микроорганизмами, в них замедляется скорость деструкции опада; сокращение численностиредуцентов нарушает сбалансированность экосистем.Кислотные дожди уничтожают громадные экосистемы, вызывают гибель растений и лесов, превращают озера и реки вбезжизненные водоемы. В США за последние 100 лет кислотныедожди стали в 40 раз более кислыми, около 200 озер осталисьбез рыбы, в Швеции 20 % озер находятся в катастрофическомсостоянии. Более 70 % шведских кислых дождей вызвано выбросами других стран. Около 20 % кислотных дождей в Европе — следствие выбросов окислов серы в Северной Америке.

Смог. В нижних слоях атмосферы под действием солнечногосвета загрязняющие вещества образуют крайне вредные дляживых организмов соединения, наблюдаемые как туман. Вбольших городах количество солнечного света из-за смога уменьшается на 10—15 %, ультрафиолетовых лучей — на 30 %.

Озоновые дыры. В атмосфере на высоте 20—25 км расположено большое количество молекул озона (О3), поглощающегожесткую часть солнечного спектра, губительную для живыхорганизмов. В 1982 г. ученые обнаружили дыру в озоновом слоенад Антарктидой, в 1987 г. — над Северным полюсом, началивозникать дыры и над обитаемой частью земного шара. Это может привести к всплеску заболеваний раком кожи, катарактой,к нарушениям лесных и морских экосистем.Ученые предполагают, что главной причиной возникновенияозоновых дыр является накопление фреонов (хлорфторуглеродовСFСl3, СF2Сl2), используемых при изготовлении аэрозолей и вхолодильной промышленности. Эти газы сохраняются в атмосфере десятилетиями. Попадая в стратосферу, они разлагаютсясолнечной радиацией с образованием атомов хлора, катализирующих превращение озона в кислород.

Парниковый эффект. Некоторые атмосферные газы прозрачны для видимого света, но поглощают тепловое излучение планеты, вызывая этим общее потепление (если их нет — тепловое излучение уходит в космос). Парниковый эффект на 50 %обусловлен присутствием углекислого газа, 18 % вносит метан и14 % — фреоны. Увеличение количества СО2 в атмосфере вызвано в основном сжиганием топлива и сведением (выжиганием) лесов под распашку, а также интенсивной минерализацией гумуса обширных пахотных земель. Метан поступает в атмосферу из болотистых районов, от переувлажненных почв рисовых плантаций, от многочисленных скотоводческих хозяйств (метан — один из основных продуктов метаболизма жвачных), при вскрытии угольных месторождений. В ХХ в. количество СО2 в атмосфере выросло на 25 %, а метана — на 100 %, что повысило среднюю температуру на 0,5 °С.

При такой тенденции в ближайшие 50 лет средняя температура может подняться на 3—5 °С. Расчеты показывают, что таяние полярных льдов приведет к повышению уровня мирового океана на 0,5—1,5 м. В Египте окажутся затопленными 20—30 %плодородных земель дельты Нила, под угрозой окажутся прибрежные селения и крупные города Китая, Индии, Европы и США. Общее количество осадков увеличится, но в центральных частях материков климат может стать более засушливым и пагубным для урожая, прежде всего зерновых и риса (а для60 % населения Азии рис — основной продукт).Таким образом, даже небольшие изменения в газовом составе атмосферы негативно сказываются на биосферных процессах.

Нарушения в гидросфере.Крупномасштабные ошибки в сельскохозяйственной деятельности привели к разрушению многих природных экосистем. Отвод стоков Амударьи и Сырдарьи под орошение хлопковых плантаций стал причиной катастрофического падения уровня Аральского моря. Пыльные бури вего высыхающем ложе вызвали засоление почв на огромных территориях. Деградация биогеоценозов Приаралья — результат недостатка воды и опустынивания.Х ищнический забор воды на орошение, на нужды промышленности (на производство 1 т никеля уходит 4 000 м3 воды, 1 тбумаги — 100 м3, 1 т синтетического волокна — до 5 000 м3),уничтожение водоохранных лесов и осушение болот привелик массовому исчезновению рек.

Если в 1785 г. в районе Калугибыло несколько тысяч рек, то в1990 г. их осталось всего 200. Экосистемы рек очень чувствительны и уязвимы. Огромное количество удобрений, смываемыхс полей, отходов животноводстваи канализационных вод вызываетрост концентрации в водоемахсоединений азота и фосфора. В водных экосистемах с повышением уровня эвтрофикации начинается бурное развитие цианобактерий, вытесняющих необходимые зоопланктонудиатомовые водоросли. Рыбы гибнут от голода. Цианобактериинакапливаются на дне и гниют (разлагаются бактериями), отравляя воду и истощая запасы кислорода. Живописные водоемыпревращаются в дурно пахнущие, покрытые тиной и пеной сточные канавы. Если вода не отравлена, то на каждом квадратномметре насчитывается до 15 моллюсков, каждый из которых засутки тщательно фильтрует до 50 л воды. Эти существа гибнутс поступлением в водоемы посторонних химических веществ.

Самыми устойчивыми к загрязнению воды являются пиявки иличинки стрекоз, а в морях — асцидии.Составные части биосферы взаимосвязаны круговоротомвеществ и пищевыми цепями, нарушение одной экосистемывызывает смещение экологического равновесия в других. Когдав северном полушарии насекомых стали травить ДДТ, вскорезначительные количества этого яда обнаружили в организмахарктических тюленей и антарктических пингвинов, получившихего с рыбой. Многие ядохимикаты очень устойчивы и способныдлительное время накапливаться в тканях организмов, многократно умножаясь на каждом следующем пищевом уровне.Вследствие неразумной хозяйственной деятельности человекаприродные водоемы оказались отравленными солями тяжелыхметаллов: ртути, свинца, кадмия, а также меди и цинка.Эти соединения накапливаются в иле, в тканях рыб, а черезпищевые цепи попадают в организм человека, вызывая тяжелейшие отравления. Содержание свинца в организмах жителейиндустриальных районов США за последние 100 лет возросло в50—1 000 раз. Даже в ледниках Памиро-Алая содержание ртутиувеличилось в пять раз. Ничтожные количества многих химикатов нарушают поведение рыб, омаров и других водных видов.На этих признаках основана регистрация минимальных концентраций меди, ртути, кадмия, фенолов. Один из самых распространенных пестицидов токсафен при объемном содержании10–6% вызывает гибель некоторых рыб (например, гамбузий),необратимые изменения в печени и жабрах сомов и форели.Утечка нефти при добыче и транспортировке приводит к образованию на поверхности рек и морей нефтяной пленки (более40 % всей нефти добывается на шельфе). По наблюдениям со спутников, загрязнено около 10—15 % поверхности мирового океана.Нефть с поверхности постепенно испаряется и разлагается бактериями, но это происходит медленно. Гибнет множество водныхптиц, уничтожается планктон, а вслед за ним и его основныепотребители — обитатели морских глубин (в т. ч. бентос). «Бентическая пустыня» в Балтийском море охватывает более 20 %поверхности дна. В Средиземном море в результате стока промышленных вод уже погибло 80 % некогда обитавшей там рыбы. Массовую гибель рыб вызвало строительство плотин электростанций. Рыба проплывает на нерест сотни и тысячи километров, находит родную речку, а она оказывается перегороженной.Рыба мечется, выбрасывается на берег и погибает. Перегораживаются реки — исчезает рыба. Когда Волга текла свободно, вода проходила путь от верховья до устья за 50 дней, теперь — за2 года. Вода заиливается, загнивает, в ней быстро размножаются паразиты, уничтожающие ослабленную рыбу. Не менее пагубным по своим последствиям может стать поворот северных рек. Интенсивная добыча рыбы и моллюсков истощила многие шельфовые экосистемы.

Разрушение почв.Обширная распашка степей в нашей стране и США стала причиной пыльных бурь, унесших миллионы гектаров плодороднейших земель. Для воссозданиясантиметрового слоя почвы природе требуется 100—300 лет!В настоящее время около 1/3 обрабатываемых угодий утратили 50 % плодородного слоя из-за различных видов эрозии.Ежегодно из-за эрозии теряется около 3 млн га, по причинеопустынивания — 2 млн га, вследствие отравления химическимивеществами — 2 млн га. За время существования цивилизациичеловечество потеряло около 2 млрд га плодородных земель.Почвы многих сельскохозяйственных районов оказались засоленными. В Приаралье это произошло в результате пыльныхсоляных бурь, в других районах — от неправильной организации стока оросительных вод. Избыток воды вызывает подъемк поверхности богатых солями грунтовых вод. Интенсивноеиспарение производит засоление верхних горизонтов почвы, ичерез несколько лет на таких землях становится невозможнымвыращивать сельскохозяйственные культуры. Засоление почвыеще 4000 лет назад привело к упадку сельского хозяйства вМесопотамии. Ирригационные воды сначала обеспечивали тамхорошие урожаи, но вследствие интенсивного испарения вызвали химическую деградацию почвы.Большая проблема связана и с физической деградацией обрабатываемых земель — сильным уплотнением тяжелыми сельскохозяйственными машинами.

Утрата природного разнообразия видов.Значительная частьживотных и растений обитает в лесных биоценозах. Если1500 лет назад леса занимали 7 млрд га планеты, то сегодня — не более 4 млрд га. Особенно варварски идет вырубка тропических лесов, в которых сосредоточено около 80 % всех видоврастений планеты. Тропические леса расположены в основном вслаборазвитых странах, для которых продажа древесины — одиниз основных источников дохода. Леса в тропиках сократилисьдо 7 % территории суши, и если темпы их уничтожения сохранятся, то к 2030 г. останется лишь 2 %.В Центральной России практически уничтожены вековыехвойные леса, интенсивно вырубаются самые ценные и наиболеедоступные для техники лесные массивы Сибири и Дальнего Востока. С уничтожением лесов нарушается климат, деградируютпочвы, исчезают реки, умирают животные и растения.Уникальный лес в бассейне Амазонки вырубают на 2 % вгод. В Гаити еще 20 лет назад леса занимали 80 % территории,сегодня — только 9 %. Из-за хищнической вырубки каждый годбезвозвратно исчезают тысячи видов растений, на грани исчезновения находятся около 20 тыс. видов цветковых, 300 видовмлекопитающих, 350 видов птиц. С исчезновением каждоговида растений вымирает от 5 до 35 видов животных (в основном беспозвоночных), экологически с ним связанных. И дажеесли вид не исчез полностью, интенсивное сокращение егочисленности приводит к эрозии генофонда, а значит, нарушаетцелостность вида, снижает его приспосабливаемость.

Ежегодно в Европе уничтожается около 300 млн мигрирующих и зимующих птиц, 55 млн особей болотной, полевой илесной дичи, в США — 2,5 млн траурных голубей, в Греции —3 млн скворцов, на о. Майорка — 3,5 млн дроздов.С развитием сельского хозяйства почти полностью исчезлистепи в Европе. Варварски разрушаются экосистемы тундры.Во многих районах океана находятся под угрозой исчезновениякоралловые рифы.

Видовое разнообразие — это не только красота, но и необходимый фактор устойчивости биосферы. Экосистемы способныпротивостоять внешним биотическим, климатическим, токсическим воздействиям, если населены достаточно большим количеством разнообразных видов. В одном из исследований ученыевносили в экосистемы ядовитое вещество фенол. Нейтрализуютфенол только бактерии, но оказалось, что нейтрализация эффективнее совершается в экосистемах с большим разнообразиеморганизмов. Исчезновение видов — это невосполнимая потеря длябиосферы и реальная опасность для выживания человечества.Разнообразие растительности расширяет возможности дляподдержания здоровья. Огромное количество лекарств сегодняпроизводится из дикорастущих растений. Мы еще не знаем всехполезных качеств растений, не можем предположить, какие изних нам понадобятся. В 1960 г. выживали только 20 % детей,больных лейкемией, сегодня — 80 %, т. к. в одном из лесныхтропических растений Мадагаскара ученым удалось найти активные вещества для борьбы с этой болезнью. Теряя видовоеразнообразие, мы теряем свое будущее.

Радиоактивное заражение атмосферы.Радиоактивные частицы в атмосферных потоках быстро распространяются набольшие расстояния, заражая почву и водоемы, растения иживотных. Через четыре месяца после каждого ядерного взрыва на атоллах Тихого океана радиоактивный стронций обнаруживался в молоке европейских женщин.Радиоактивные изотопы особенно опасны тем, что способнызамещать в организмах другие элементы. Стронций-90 по свойствам близок к кальцию и накапливается в костях, цезий-137сходен с калием и концентрируется в мышцах. Особенно многорадиоактивных элементов накапливается в организмах консументов, потреблявших зараженные растения и животных. Так, ворганизмах эскимосов Аляски, питавшихся мясом оленей, былообнаружено повышенное содержание цезия-137. Олени питаются лишайниками, накапливающими за свою продолжительнуюжизнь значительные количества радиоактивных изотопов. Ихсодержание в лишайниках в тысячи раз превышает почвенное.В тканях оленей это количество возрастает еще втрое, а в организмах эскимосов радиоактивного цезия оказывается вдвое больше, чем у оленей. Смертность населения некоторых арктическихрайонов от злокачественных образований заметно выше средней.

Особенно долго сохраняется радиация после аварий на АЭС.Во время Чернобыльской катастрофы радиоактивные частицыподнялись на высоту 6 км. Атмосферными потоками они впервый же день распространились над Украиной и Белоруссией.Затем облако разделилось, одна его часть на второйчетвертыйдень оказалась над Польшей и Швецией, к концу недели пересекла Европу и на 10й день достигла Турции, Ливана и Сирии. Другая часть облака за неделю пересекла Сибирь, на 12-йдень оказалась над Японией, и на 18-й день достигла СевернойАмерики. После аварии частота заболеваний раком щитовиднойжелезы возросла, например, в Гомельской области в 20 раз.

Изучение биосферных процессов помогает понять важностькаждой частички сотворенного мира и осознать болезненное состояние разума современного человека. На Западе, а теперь ив России преобладает стремление к комфортному образу жизникак наивысшему благу. Что же такое, например, Америка глазами эколога? Это 5,5 % населения планеты, 40 % потребленияприродных ресурсов и 70 % вредных выбросов! Такова цена роскошной жизни за счет других народов и будущего планеты.

Пришло время трезво отнестись к желанию все большихматериальных благ и понять, что стратегия потребительскогообщества ведет нас к катастрофе. Если в ближайшие десятилетия мы не перейдем к истинным духовным ориентирам,то нашим потомкам достанется проблема выживания. Мыдолжны вспомнить о бережном отношении друг к другу и кнашей родной планете.

Экология как теоретическая основа рационального природопользования и охраны природы. Ноосфера. Правила поведения людей в окружающей природной среде. Бережное отношение к биологическим объектам (растениям и животным и их сообществам) и их охрана.

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособленности. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид отличается от всех остальных наличием мышления, способностью к осознанной деятельности и умением изготавливать и использовать орудия труда. Человек, в отличие от всех других живых организмов, не приспосабливался к окружающей его среде, а приспосабливал ее к своим потребностям. В палеолите человек еще вписывался в естественный круговорот веществ в природе. После появления земледелия, скотоводства, начала добычи и использования полезных ископаемых он сам стал активно вмешиваться в его формирование, вовлекая в круговорот новые вещества — углеводороды, железо и другие полезные ископаемые.

В XVIII в. началось бурное развитие промышленного производства. С тех пор и до сего дня влияние человечества на биосферу возрастает с каждым годом. Человек наступает на природу, не задумываясь о неизбежных последствиях своей деятельности. Строятся города, огромные площади в сельской местности заняты техническими монокультурами, уничтожаются леса и болота, бесполезные с точки зрения современного человека. Все больше сокращается разнообразие видов живых организмов в средах, эксплуатируемых человеком. Уменьшение биологического разнообразия естественной среды приводит к нарушению равновесия в природе.

Редуценты уже не в состоянии полностью переработать отходы, оставляемые человеческим обществом. Положение усугубляется тем, что в процессе промышленного производства создается большое количество веществ, которые невозможно разрушить биологическим путем (например, многие пластмассы).

Загрязнение среды приобретает все большие размеры. Происходит быстрое истощение невозобновимых природных ресурсов биосферы (рис).

Теперь мы все отчетливее понимаем, что цивилизации, основанные на представлении о неисчерпаемости природных ресурсов, ведут человечество к катастрофе.

В данной ситуации перед человечеством возможны лишь два пути.

Первый — положиться на волю стихии: в этом случае наступающий кризис приведет, скорее всего, к уничтожению человечества. Следовательно, возможен лишь второй путь, при котором стихии развития должна быть противопоставлена разумная стратегия, общая для всего человечества. Она должна быть направлена на преобразование биосферы Земли, по определению В. И. Вернадского, в ноосферу — сферу разума, В. И. Вернадский писал: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом ставится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».

К сожалению, мы еще очень далеки от решения данной проблемы. Для перестройки биосферы в ноосферу требуются не только обширные и глубокие знания закономерностей и механизмов функционирования экологических систем, но определенный уровень нравственности общества, осознание каждым человеком своего единства с природой, необходимости перестройки системы общественного производства и потребления.

Каждый из нас и человечество в целом должны осознать ограниченность ресурсов на нашей планете. Необходимо четко уяснить, что ни один вид живых организмов не может жить, пренебрегая законами природы. Нельзя потреблять больше, чем производят экосистемы. Нарушение законов природы неизбежно ведет к гибели человеческой цивилизации.

Человек — лишь один из биологических видов на нашей планете, и он не должен забывать: биосфера без человека существовала и может существовать, человек вне биосферы существовать не может.

Контрольные вопросы:

1. Опишите четыре основных следствия загрязнения атмосферы. Как распространяются загрязняющие вещества?

2. Чем опасно ирригационное земледелие?

3. Каковы негативные последствия избытка удобрений?

4. Почему ученые считают опасным для человека сокращениевидового многообразия экосистем?

5. С чего необходимо начать оздоровление планеты?

6. С какого момента человек выделился из остальной природы? В чем его жизнь стала отличаться от жизни других живых существ?

7. Чем вызван экологический кризис на нашей планете?

8. Существуют ли пути преодоления этого экологического кризиса?

9. Что В. И. Вернадский понимал под ноосферой?

Раздел 7. Бионика