Антропогенный круговорот веществ

Антропогенный круговорот веществ

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7

Антропогенный круговорот (обмен) веществ — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. По причине не замкнутости антропогенного круговорота его часто называют обменом.

С появлением человека возникантропогенный круговорот, или обмен, веществ. Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека.

Еще более сложные закономерности сопровождаютантропогенный круговорот вещества при использовании ресурсов экологических систем.

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Не замкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды — основным причинам всех экологических проблем человечества.

Таким образом, человек своей деятельностью фактически замыкает на себя процессы естественного круговорота веществ. Разумеется, антропогенный круговорот также естествен, как и любой другой, но он опять-таки предполагает разумное волевое начало. Количества вещества, вовлекаемого человеком в круговорот, соизмеримы с естественно участвующими количествами. Например, при сжигании ископаемого топлива высвобождается масса углерода, образующийся СО2 поступает в атмосферный воздух.

Природные круговороты веществ являются практически замкнутыми. В естественных экосистемах вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других. Антропогенный круговорот веществ значительно разомкнут, сопровождается большим расходом природных ресурсов и большим количеством отходов, вызывающих загрязнение окружающей среды. Создание даже самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Поэтому основной задачей является разработка технологий, позволяющих сделать антропогенный круговорот как можно более замкнутым, так называемых малоотходных и безотходных технологий.

Круговорот воды в природе

Вода является самым распространенным веществом в биосфере. Круговорот воды в природе – это непрерывный замкнутый процесс перемещения воды между гидросферой, атмосферой и литосферой на Земле. Это становится возможным, благодаря способности воды изменять свое состояние. На нашей планете вода существует в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном.

Основные запасы воды – это соленые воды морей и океанов (97%). Только 3% воды из общего объема гидросферы – пресные. Причем 70% пресной воды находится в твердом состоянии в ледниках (2,24%). На грунтовые воды приходится 0,61% пресной воды, а на воды озер, рек и атмосферной влаги, соответственно, — 0,016%, 0,0001% и 0,001%. Из-за непрерывной циркуляции воды на земном шаре ее общее количество остается постоянным.

Круговорот воды осуществляется, благодаря испарению, передвижению водяного пара в атмосфере, конденсации его, выпадению осадков и наличию стоков. Начинается круговорот с испарения воды с подстилающей поверхности водоемов. С воздушными течениями водяные пары перемещаются из одной области в другую. Большая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана и при конденсации в виде осадков возвращается обратно. Меньшая доля испарившейся воды переносится на сушу воздушными течениями. Объем воды, которая испаряется над сушей и выносится воздушными течениями в океан, незначителен. Таким образом, при испарении моря и океаны теряют значительно больше воды, чем получают влаги при выпадении осадков, на суше – наоборот. Но в моря и океаны с материков постоянно поступает сток речной воды. Это обеспечивает постоянство объема воды на планете.

В связи с процессами конденсации влаги происходит выпадение осадков. Часть влаги атмосферных осадков испаряется, часть образует временные или постоянные водостоки и водоемы. Определенная массовая доля влаги атмосферных осадков просачивается в грунт, формируя подземные воды.

В природе различают несколько типов круговоротов воды в зависимости от места, где влага испарилась, и где выпали осадки. Выделяют большой (мировой) и малые (океанический и континентальный) круговороты воды. При большом круговороте водяной пар, образовавшийся над морями и океанами, переносится воздушными течениями на континенты, конденсируется там с выпадением осадков, и влага снова попадает в океан в виде стоков. Данный вид круговорота сопровождается изменением качества воды, так как при испарении соленая вода становится пресной, а грязная вода очищается.

В процессе малого океанического круговорота водяные пары, сформировавшиеся над океаном, подвергаются конденсации, и в виде осадков возвращаются в океан. Малый внутриконтинентальный круговорот – это конденсация над поверхностью суши испарившейся воды, и последующее выпадение осадков над материками. Конечный этап малого континентального круговорота – также Мировой океан.

Скорости транспортировки воды в различных состояниях отличается, так же, как различны временные промежутки расходов воды и время ее обновления. Самая высокая скорость водообмена – в живых организмах (несколько часов). В ледниках полярных областей круговорот воды протекает тысячи лет. Воды Мирового океана полностью обновляются за 2,7 тысячи лет.

Рекомендуемые страницы:

Экология СПРАВОЧНИК

Антропогенным веществом называются химические соединения, которые включены в земные сферы вследствие деятельности человека. Среди антропогенных веществ различают вещества, входящие в естественный круговорот, и искусственные соединения, чуждые природе. Особую опасность для окружающей среды имеют искусственные соединения, так как антропогенные вещества, входящие в естественный круговорот, рано или поздно утилизируются в экосистемах, а искусственные соединения очень и очень медленно разрушаются живыми организмами и абиотическими агентами. Искусственные соединения остаются в природе вне естественного обмена веществ, и это хорошо при их прямом использовании человеком для своих нужд. Но, будучи выброшенными в окружающую природу при их использовании, они способствуют накопительному загрязнению экосистемы. Поэтому для предотвращения накопительного загрязнения экосистем человеку в своей хозяйственной деятельности необходимо предусматривать специальные технологии переработки искусственных соединений, являющихся чуждыми природе.

Круговорот фосфора (рис. 3.8). Фосфор, как и азот, относится к лимитирующим биогенам. Но в отличие от циклов углерода, кислорода и азота цикл фосфора в биосфере существенно разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океанических осадках. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений качественно недостаточна. Примерно такие же отношения наблюдаются в глобальном круговороте серы и других минеральных элементов, природные резервы которых велики, но относительно мало доступны для биоты.

Потокам вещества в ЭЭС могут быть приписаны константы равновесия и скорости, что позволяет осуществить кинетический анализ системы и выявить условия ее уравновешивания и стабильности. В сбалансированной эколого-экономической системе совокупная антропогенная нагрузка не должна превышать самовосстановительного потенциала природных систем.

Антропогенное вмешательство в биосферные процессы порой так ускоряет движение многих веществ, что их круговороты становятся значительно менее совершенными или процесс теряет цикличность. Складываются различные противоестественные ситуации, например, в одних местах возникает недостаток каких-либо веществ, а в других — их избыток. В частности, добыча и переработка фосфатных пород ведется столь несовершенно, что вблизи шахт, карьеров и заводов создается сильное локальное загрязнение.

Антропогенное воздействие на окружающую среду оказалось деструктивным. Эволюция вынуждена идти экстенсивно, под воздействием внешних факторов, с темпом, диктуемым не ходом естественных явлений, а трансформацией природы человеком. Закон исторического развития биосистем работает не в полной мере или совсем не работает в силу того, что роль биотического воздействия на среду относительно снизилась. Преобладает преобразующая деятельность человека. Здесь вслед за прямым уничтожением видов следует ожидать самодеструкции живого. Этот процесс фактически и идет в виде массового размножения отдельных организмов, разрушающих сложившиеся экосистемы. Все зависит от темпов изменений. Следует учесть, что эволюция биосферы не была равномерной (рис. 332), и, несмотря на увеличение степени совершенства биогеохимического круговорота, этот процесс не шел гладко.

Антропогенный обмен существенно изменяет общепланетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Он отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, носит открытый характер. На входе антропогенного обмена находятся природные ресурсы, а на выходе — производственные и бытовые отходы. Экологическое несовершенство антропогенного обмена заключается в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов, как правило, чрезвычайно низок, а отходы производства ухудшают природную среду, многие из них не разлагаются до природного состояния. В период научно-технического прогресса и на стадии его интенсификации масштабы и скорость антропогенного обмена резко возрастают, вызывая заметные напряжения в биосфере.

Антропогенное давление на природу не ограничивается загрязнением. Не меньшее значение имеет эксплуатация природных ресурсов и обусловленные ею нарушения экологических систем. Природопользование стоит очень дорого — намного больше обычной денежной стоимости потребляемых ресурсов. В первую очередь потому, что в экономике природы, как и в экономике человека, не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, кислород, какими бы неисчерпаемыми ни казались их запасы на Земле, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой, оплачиваются полнотой и скоростью возврата, оборота ценностей, замкнутостью материальных круговоротов — биогенных элементов, энергоносителей, пищи, денег, здоровья… Потому что по отношению ко всему этому действует закон ограниченности ресурсов.

Круговорот воды в природе — это циркуляция воды на Земле, происходящая по условной схеме: выпадение атмосферных осадков, поверхностный и подземный сток, инфильтрация, испарение, перенос водяного пара в атмосфере, конденсация водяного пара, повторное выпадение атмосферных осадков. В процессе круговорота воды в природе вода может переходить из одного агрегатного состояния в другое. Различают круговорот воды в атмосфере, между атмосферой и поверхностью литосферы, недрами литосферы и внутри недр литосферы. Антропогенные воздействия на природу в виде загрязнений, изменений климата, растительности, структуры почв, создания искусственных водохранилищ и т. п. заметно влияют на круговорот воды.

КРУГОВОРОТ УГЛЕКИСЛОТЫ (УГЛЕРОДА) — процесс освобождения и связывания диоксида углерода (включая растворение в воде океанов), идущий практически по двум циклам — океаническому и на суше, объединение между которыми происходит через атмосферную углекислоту. Баланс углерода в биосфере положителен в связи с антропогенными выбросами: с 1958 по 1976 г. концентрация углекислоты в атмосфере возросла на 4%. Ожидается дальнейший рост концентрации углекислоты до конца века не менее чем на 12-20%.

Круговорот вещества и энергии в городах значительно превосходит таковой в сельской местности. Средняя плотность естественного потока энергии Земли — 180 вт/м2, доля антропогенной энергии в нем — 0,1 вт/м2. В городах она возрастает до 30 — 40 и даже до 150 вт/м2 (Манхэттен).

Антропогенный круговорот (обмен) веществ — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. По причине незамкнутости антропогенного круговорота его часто называют обменом.

Круговорот серы находится под сильным влиянием антропогенной деятельности, в первую очередь, в результате сжигания ископаемого топлива. В органических энергоносителях всегда содержится то или иное количество серы, выделяющейся в виде диоксида, который, как и оксиды азота, токсичен для живых организмов. Диоксид серы способен интенсивно поглощаться надземным ассимиляционным аппаратом растений и в сильной степени подавлять процесс фотосинтеза вплоть до некроза и полной гибели листьев. Диоксид серы может реагировать с водяными парами атмосферы, образуя триоксид серы и далее — серную кислоту.

Круговорот углерода в биосфере, включающий последствия антропогенной деятельности (по Т. Миллеру, 1993)

Природные круговороты веществ являются практически замкнутыми. В естественных экосистемах вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других. Антропогенный круговорот веществ значительно разомкнут, сопровождается большим расходом природных ресурсов и большим количеством отходов, вызывающих загрязнение окружающей среды. Создание даже самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Поэтому основной задачей является разработка технологий, позволяющих сделать антропогенный круговорот как можно более замкнутым, так называемых малоотходных и безотходных технологий.

Биогеохимические круговороты любых экосистем замкнуты не полностью, однако степень незамкнутости варьируется в очень больших пределах. Ф. Борманн и Г. Патэн в 1979 г. установили, что примерно за 10 лет с момента начала восстановления растительного покрова разомкнутость круговоротов уменьшается со 100 до 10%, а далее снижается еще более, достигая минимума в климаксе. В этом заключается правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота веществ в ходе сукцессии. Антропогенная трансформация растительности и экосистем в целом нарушает сформулированное правило, что ведет к многочисленной череде аномалий в природной среде.

Важнейшей особенностью круговорота веществ и энергии при развитии антропогенного процесса почвообразования является отчуждение части созданного растениями урожая и заключенных в нем питательных элементов. Развитие антропогенного почвообразовательного процесса в условиях разумной целенаправленной деятельности человека способствует улучшению почв и повышению их плодородия. Нарушение этого принципа может привести к утрате почвенного плодородия (развитие эрозии, процессов засоления, потери гумуса, разрушение структуры и др.).

Принципиальным отличием антропогенного обмена от биологического круговорота является его незамкнутость. На вводе антропогенного обмена идет потребление природных ресурсов, а на выходе — образование промышленных и бытовых отходов. Незамкнутость антропогенного обмена является его основным недостатком, поскольку создает экологическое несовершенство.

Человек в XX веке направил в антропогенный канал поток биосферной энергии. В начале XX века человечество потребляло примерно 1% чистой биосферной продукции, в конце того же века эта цифра увеличилась в 10 раз. В результате деятельности человека нарушаются биогеохимические циклы: нарушаются фитоценозы и уменьшается их продуктивность; увеличивается доля гетеротрофного звена в экосистемах, часть биомассы растений изымается из круговорота в пользу человека. Кроме того, накапливается громадное количество отходов, деструкция которых природными редуцентами невозможна. Катастрофически нарастают процессы деградации природной среды. В 1900 году естественные экосистемы были разрушены на 20% суши, сейчас — на 63% суши. Разрушаются также морские экосистемы, начиная, прежде всего, с внутренних морей. Многие виды живых организмов исчезают с лица Земли. Перечни редких и исчезающих биологических видов («красные книги») содержат тысячи наименований.

С появлением человека возник антропогенный круговорот, или обмен, веществ. Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот (обмен)).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды — основным причинам всех экологических проблем человечества.

Наиболее существенным отличием антропогенного массообме-на на Земле от биотического круговорота является то, что первый не образует или почти не образует замкнутых циклов, он существенно разомкнут и в количественном, и в качественном отношении. Только часть изъятых человеком из природы биологических ресурсов может быть реально возобновлена. Только часть отходов производства может быть утилизирована биотой или нейтрализована в результате биогеохимической миграции веществ. При этом темпы возобновления, утилизации и нейтрализации в современную эпоху уже отстают от темпов изъятия ресурсов и загрязнения среды. Поскольку антропогенный массообмен составляет заметную часть биосферного круговорота веществ, своей разомкнутостью он нарушает необходимую высокую степень замкнутости глобального биотического круговорота, выработанную в длительной эволюции и являющуюся важнейшим условием стационарного состояния биосферы.

По его мнению, важнейшим фактором антропогенного воздействия на глобальный климат является деградация биосферы, а следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной экологической безопасности. Человек, используя мощность порядка 10 ТВт, разрушил или сильно нарушил на 60% суши нормальное функционирование естественных сообществ организмов (Данилов-Данильян, Горшков и др., 1995). В результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная их масса, которая ранее затрачивалась биотой на стабилизацию климатических условий. На фоне постоянного сокращения площадей с ненарушенными сообществами, деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость биосфера становится важнейшим источником повышенного выброса в атмосферу диоксида углерода и других парниковых газов.

В почвах более тяжелых и гумусированных антропогенные радионуклиды активнее и надолго закрепляются в верхнем гумусовом горизонте. В почвах же легких они могут мигрировать в течение 10—15 лет на глубину 40—50 см. В экологическом отношении особенно опасны долгоживущие антропогенные радионуклиды: 90 г, 106Н.и, 129 , 137Сз, 144Се, 22б11а, 232Т1г, 238и, 239Ри. У стронция-90 период полураспада 28 лет, у цезия-137 — 33 года, а у некоторых других долгоживущих радионуклидов он составляет сотни лет. Цезий и стронций наиболее активно вовлекаются в биологический круговорот веществ благодаря тому, что цезий является аналогом калия, а стронций — кальция. Основное количество стронция и цезия, поступившее в растения, накапливается в их надземной массе, а остальных радионуклидов — в корнях. В урожае сельскохозяйственных культур содержание стронция можно уменьшить в 4—5 раз, применяя органические и минеральные удобрения, а на кислых почвах — известь. Стронций-90 задерживается в организме человека и животных гораздо дольше, чем цезий-137.

На рисунке показано также вмешательство антропогенных воздействий в биосферный круговорот углерода.

Несмотря на то, что вода планеты находится в непрерывном круговороте, ее нельзя относить к возобновимым ресурсам: периодически возобновимым является вещество с химической формулой Н2О, но лишь малая доля вод Мирового океана представляет собой ресурс требуемого человеку качества. Как ресурс вода является (см. Введение, рис. 1) исчерпаемым локально и качественно веществом. Более того, поскольку круговорот воды сводит в единую систему воды литосферы, почвы, атмосферы, Мирового океана, он способствует миграции в биосфере антропогенных примесей, в том числе ксенобиотиков. Последние являются ингредиентами загрязнения. К водопотреблению (т. е. использованию воды, изымаемой из природных источников) в полной мере применим рассмотренный выше закон ресурсного цикла: масса изъятой из водоемов и водотоков воды равна массе возвращаемой. Тот факт, например, что для орошаемого земледелия характерен значительный “безвозвратный” расход воды, означает лишь то, что изъятая вода не возвращается непосредственно в места, откуда она взята.

Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы является круговорот веществ и превращение энергии. Он слагается из множества процессов превращения и перемещения вещества. Отдельные циклические процессы представляют последовательный ряд изменений вещества, чередующихся с временным состоянием равновесия. Как только вещество вышло из данной системы, в которой оно находилось в равновесии, происходит его последовательное изменение до тех пор, пока оно не возвращается к частично первоначальному состоянию. Хорошо известны глобальные процессы круговорота воды на Земле, круговорот кислорода, углерода, азота, минеральных веществ. До появления жизни на Земле действовали одни абиотические факторы. С момента появления жизни на Земле к абиотическим факторам прибавились биотические, а с появлением человека — антропогенные факторы, связанные с вмешательством человека в природные процессы, протекающие в биосфере.

К биосферному мониторингу должны быть отнесены наблюдения над мировым водным балансом и глобальным кругооборотом влаги, антропогенными изменениями водных балансов и нарушениями кругооборотов влаги, а также прогнозы на будущее. Объектом наблюдения должны стать антропогенные преобразования глобальных круговоротов важнейших химических элементов с обязательным включением в объект наблюдения почвенного покрова. Особую часть биосферного мониторинга должны составлять наблюдения над загрязнением Мирового океана, вызванным антропогенными причинами (И. П. Герасимов, 1975).

Среди множества проблем, волнующих современное общество, охрана окружающей среды занимает одно из первых мест. Эго связано с тем, что антропогенные факторы в биогеохимическом круговороте многих токсичных для человека веществ стали сопоставимы с природными, а порой и превосходят их. При этом циркуляция чужеродных живым организмам соединений и их неизбежный перенос по пищевым цепям возросли до уровня, угрожающего здоровью настоящего и будущего поколений.

Миграция и трансформация серы имеют большое значение в биогеохимии почв (рис. 1). Почвы с дефицитом серы обычно встречаются на территориях, удаленных от антропогенных источников серы. В развитых промышленных районах Северной Америки и Европы, особенно при использовании в качестве топлива сернистых углей, атмосферный привнос серы значителен в результате эмиссии диоксида 502. Быстрый переход его в серную кислоту Н2804 оказывается причиной кислотных выпадений. Однако повышенная кислотность атмосферных выпадений связана не только с эмиссией газообразных оксидов серы, но и с миграцией сульфатов — основной формы серы в почвенном растворе. Они, в свою очередь, оказывают влияние на круговорот металлов — элементов питания (Са, №, К), а также токсичного для растений алюминия.

Учитывая, что единственным биогеном, лимитирующим развитие биоты в экосистеме Ладожского озера, является фосфор, авторы построили остальные модели, ради ограничения числа переменных, как модели круговорота фосфора. В базовой модели комплекса в качестве переменных использованы три группы фитопланктона, зоопланктон, детрит, растворенное органическое вещество, растворенный минеральный фосфор и растворенный кислород. Кроме базовой модели в комплекс входят: модель, в которой зоопланктон представлен обобщенными биомассами мирного (фильтрующего) зоопланктона и хищного зоопланктона; модель, содержащая подмодель зообентоса; модель, в которой фитопланктон представлен в виде совокупности девяти экологических групп, названных по входящим в них доминирующим комплексам. Последняя модель создана для воспроизведения сукцессии фитопланктона в процессе антропогенного эвтрофирования озера. Здесь сукцессия — это закономерное изменение состава доминирующих комплексов фитопланктона под влиянием тех или иных воздействий на экосистему (например, изменение с годами биогенной нагрузки, возникновение заметных тенденций изменения климата, рост загрязнений и т. д.). Важность определения состава доминирующих групп фитопланктона для оценки качества воды в озере мы уже отмечали. Без воспроизведения сукцессии, перестройки фитопланктонного сообщества, как справедливо отмечает В. В. Меншуткин (1993) в монографии «Имитационное моделирование водных экологических систем», картина эвтрофирования Ладожского озера не может быть полной.

В учебном пособии впервые системно изложены основы общей и инженерной экологии, приведены термины, понятия, определения, состав, структура сфер Земли, уровни организованности жизни, энергетика и продукция экосистем, круговорот вещества в природе, экология человека, экологические факторы и законы экологии, освещены антропогенное воздействие на окружающую среду, меры защиты, мониторинг состояния окружающей среды, экологическая культура, законодательство, право, управление качеством окружающей среды, проблемы цивилизации в области создания качества окружающей природной среды.

Почва (по В. И. Вернадскому) — биокосное тело природы, занимающее промежуточное положение между биологическими организмами и косными телами (горные породы, минералы). Является гигантской экологической системой, активно участвует в круговороте веществ и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы. Важнейшее свойство почвы — плодородие (способность обеспечить рост и размножение растений) нарушается в результате антропогенной деятельности: выпас скота, вспахивание, выращивание монокультур, уплотнение, нарушение гидрологического режима (уровня грунтовых вод), загрязнение. В связи с тем, что почва — это основа биологического круговорота, она становится источником миграции загрязненных веществ в гидросферу, атмосферу, в продукты питания (через растения и животных). Строительство дороги в результате указанных выше причин приводит к снижению плодородия почв.

За миллиарды лет эволюции природа выработала наиболее эффективные способы восстановления действия принципа Ле Шателье в кратчайшие сроки. Решающую роль в этом процессе шрают девственные территории с неискаженной биотой, характеризующиеся полной замкнутостью круговорота веществ и высокой продуктивностью. Поэтому для сокращения антропогенного возмущения и восстановления дейс твия принципа Ле Шателье в биосфере необходимо уже сейчас прекратить расширение хозяйственной деятельности в глобальных масштабах и прекратить освоение все еще не искаженных цивилизацией естественных участков биосферы, которые должны стать реальными источниками восстановления биосферы. Наиболее продуктивными сообществами континентов являются леса и болота, среди которых максимальную продуктивность имеют тропические сооощсства. Продуктивность этих сообществ в 4 раза превосходит продуктивность соответствующих сообществ умеренных зон. Поэтому, с точки зрения эффективности компенсации возмущений внешней среды, в соответствии с принципом Ле Шателье, единица площади девственных тропических лесов и болот эквивалентна четырем единицам площади, занятой лесами и болотами в умеренной зоне. Вторичный лес, вырастающий на вырубках, обладает примерно в тысячу раз худшей замкнутостью круговорота веществ и способностью компенсации возмущений внешней среды, че!М девственные леса и болота. Только примерно через 300 лет после вырубки процесс восстановления заканчивается и лес переходит в первоначальное невозмущенное состояние. Периодические вырубки леса, происходящие сейчас в среднем через 50 лет по мере образования экономически пригодной для вырубки древесины, обрывают процесс восстановления первичного леса с замкнутым круговоротом веществ и способностью компенсации возмущений внешней соеды.

В окрестностях завода первая колония кротов обнаружена на расстоянии 16 км от центра выбросов, отловы полевок имели место не ближе 7—8 км, а бурозубок — в 3—4 км. Причем на этих расстояниях от завода животные не обитают постоянно. Это означает, что биогеоценоз при увеличении антропогенной нагрузки упрощается в первую очередь за счет выпадания или резкого сокращения консументов (см. рис. 1.4) и схема круговорота углерода (и других элементов) становится двучленной: продуценты — редуценты.

Почва — один из важнейших компонентов окружающей среды. Все основные ее экологические функции замыкаются на одном обобщающем показателе — почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т. е. ухудшать свои свойства. К деградации почв (земель) ведут и другие причины, преимущественно антропогенного характера.

В данном разделе рассмотрены лишь наиболее значимые источники йнгредиентного, параметрического и стациально-деструкционного загрязнения водных экосистем на планете. Степень воздействия этих источников на биосферу закономерно переходит от локальной или региональной к глобальной. Все эти воздействия в принципе не меняют глобального круговорота вода, но необходимо учитывать, что он определяет и круговорот ксенобиотиков. На глобальные процессы круговорота и водный баланс безусловно могут оказать влияние такие антропогенные воздействия, как прогнозируемые, с одной стороны, парниковый эффект, а с другой -космическая зима. В первом случае может произойти уменьшение объемов воды в твердой фазе (таяние льдов, снега), а во втором прогнозируется даже новое оледенение, поскольку усиливающееся поступление твердых частиц (пыли) в атмосферу может привести к снижению ее прозрачности для солнечных лучей. Именно такой прогноз был сделан для ситуации, связанной с последствиями войны с применением ядерного оружия (“ядерная” зима).

Стресс — 1) состояние напряжения организма — ■»■»совокупность физиологических реакций, возникаю- ® ™щих в организме животных и человека в ответ на воздействие различных неблагоприятных (холода, голода, психических и физических травм, облучения, кровопотери, инфекции) или, наоборот, исключительно благоприятных (радости, полового возбуждения и т.п.) факторов. Различают большое число форм С.: антропогенный, биогенный, культурный, шумовой и др.; 2) напряженное состояние экосистемы, испытывающей повреждающее воздействие необычных природных и антропогенных факторов, проявляющееся в изменении энергетических процессов, круговорота биогенных веществ и структуры сообщества. Одним из следствий С. является увеличение доли выносимой из экосистемы или не используемой в ней продукции и усиление горизонтального переноса веществ. Длительное состояние С. грозит экосистеме разрушением.

Взаимообусловленность материальных потоков экономической и экологической подсистем легко представить, рассматривая экономическую часть как историческую «надстройку» над природным базисом — экологической подсистемой. Если мысленно сложить плоскость схемы по линии аа — условной границе подсистем, то все основные потоки совпадут и окажутся в одном цикле, в природном, где перенос веществ, энергии и информации осуществляют все живые существа и среда системы. Только человеческий, антропогенный цикл частично «отщепился» от этого всеобщего природного цикла благодаря исключительной мощности техногенного круговорота, его значительной разомкнутости и вовлечению большого количества веществ и материалов, чуждых живой природе. Но полное разделение циклов невозможно. Человечество всегда будет связано с природой общими материально-энергетическими потоками.

По данным анализа пузырьков воздуха, законсервированных в ледяных кернах из скважин в Гренландии и Антарктиде, колебания концентрации СО2 в атмосфере в течение последнего миллиона лет укладывались в диапазон от 0,018 до 0,03%. Они были связаны с чередованием ледниковых периодов и межледниковый и тесно коррелировали с колебаниями средней глобальной температуры. Современное увеличение концентрации СО2 намного больше всех прошлых естественных колебаний и по величине, и особенно по скорости (рис. 7.7). Оно связано не только с прямым техногенным выбросом, но с антропогенным нарушением биотической регуляции природного круговорота углерода.

Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В.И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов. При этом использование природных ресурсов происходит без учета закономерностей развития и механизмов функционирования биосферы. В результате хозяйственной деятельности из биотического круговорота изымаются или существенно преобразуются большие территории (сведение и насаждение лесов, осушение болот, строительство городов, дорог, плотин, распашка целинных земель, создание водохранилищ и т. д.). Добыча полезных ископаемых, сжигание огромных количеств топлива, создание новых, не существовавших ранее в биосфере веществ, интенсифицируют круговорот веществ, изменяют состав и структуру слагающих его компонентов. Антропогенные воздействия на биосферу, принявшие глобальный характер (на Земле не осталось ни одного участка суши или моря, где нельзя было бы обнаружить следов деятельности человека), ставят под угрозу возможность поддержания гомеостаза в биосфере.

Антропогенный круговорот веществ. Ресурсный цикл

Деятельность человека активно влияет на процессы круговорота всех химических элементов не только локально, но и на уровне биосферы. Процессы антропогенной трансформации вещества осуществляются в рамках глобальных биогеохимических циклов, которые человек не может изменить глобально, но может нарушить баланс на определенной территории или на определенных этапах.

Человек добывает ресурсы, перерабатывает, производит из них энергию и предметы, таким образом происходит вовлечение ресурсов в ресурсный цикл. Ресурсный цикл — это совокупность превращений и перемещений определенного вещества или их групп на всех этапах использования его человеком. Этот цикл не замкнут, поскольку используемые вещества не возвращаются на места их изъятия.

На каждом этапе цикла неизбежны потери, образуются побочные продукты, наносится вред окружающей среде, то есть природные ресурсы загрязняют окружающую среду. Например, при производстве удобрений масса отходов в разы превышает массу самих удобрений. Большое количество отходов производства образуется при выплавке металлов. Образующиеся отходы поступают в атмосферу, водоемы, почву.

Главный источник биогенных элементов на суше — почва, образующаяся при разрушении материнских пород. Растения извлекают элементы из почвы и аккумулируют, дальше по пищевым цепям они поступают в животные организмы. Минерализация погибших организмов возвращает элементы в почву, часть из них переносится в атмосферу и водоемы. При выщелачивании деградируют почвенные коллоиды, при вырубке лесов в почве быстро уменьшается запас минералов. Круговорот минеральных катионов сопровождается циклами азота и углерода.

Круговорот химических элементов (или веществ) из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии или энергии химических реакций носит название биогеохимического цикла.

К главным циклам относят биогеохимические циклы углерода, воды, азота, фосфора, серы, биогенных катионов. Рассмотрим круговорот таких важнейших элементов, как углерод и азот.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *