Антропогенное воздействие на биосферу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

Реферат

«Антропогенное воздействие на биосферу»

Выполнил:

Студент гр. Р-7791

Павловский М.И.

г. Владивосток 2007г.

Оглавление

Введение

Глава 1. Современное состояние природной среды

1.1 Этапы взаимодействия человека и биосферы

1.2 Загрязнение природной среды

Глава 2. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы

2.1 Атмосфера Земли

2.2 Кислород

2.3 Углекислый газ (диоксид углерода)

2.4 Азот

2.5 Загрязнение атмосферы

Глава 3. Почва - биокосная система. Загрязнение почвы

3.1 Почва

3.2 Загрязнение почв

Глава 4. Вода - основа жизненных процессов в биосфере. Загрязнение природных вод

4.1 Вода

4.2 Круговорот воды в биосфере

4.3 Загрязнение природных вод

Глава 5. Радиоактивность в биосфере

Глава 6. Экологические проблемы биосферы

6.1 Хозяйственная деятельность человека в биосфере

6.2 Демографический взрыв

6.3 «Парниковый эффект»

6.4 Истощение озонового слоя

6.5 Массовое сведение лесов

6.6 Кислотные дожди

6.7 Отходы производства

6.8 Сельское хозяйство

6.9 Производство энергии

Глава 7. Основы рационального управления природными ресурсами и их использования

7.1 Цели и задачи рационального управления природными ресурсами

7.2 Подходы к управлению промысловыми популяциями

7.3 Подходы к управлению сельскохозяйственными экосистемами

7.4 Рациональное использование минеральных ресурсов; общие требования к охране окружающей среды

Заключение

атмосфера почва вода загрязнение

Введение

Человек на протяжении веков стремился не приспособиться к природной среде, а сделать её удобной для своего существования. Он всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу существованию и биосферы, и самого человека.

Глава 1. Современное состояние природной среды

1.1 Этапы взаимодействия человека и биосферы

С появлением и развитием человечества процесс эволюции видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ, истреблению многих животных. По мере развития цивилизации, особенно бурного после промышленной революции конца средних веков, человечество овладело всё большей мощью, всё большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества как органического, живого, так и минерального, косного.

Рост населения и интенсивное развитие сельского хозяйства, промышленности, строительства, транспорта вызвали массовое уничтожение лесов в Европе, Северной Америке. Выпас скота в больших масштабах привёл к гибели лесов и травяного покрова, к эрозии почвенного слоя (Средняя Азия, Северная Африка, юг Европы и США). Истреблены десятки видов животных в Европе, Америке, Африке.

Учёные предполагают, что истощение почв на территории древнего центрально-американского государства майя в результате подсечно-огневого земледелия явилось одной из причин гибели этой высокоразвитой цивилизации. Аналогично в Древней Греции исчезли обширные леса в результате вырубки и неумеренного выпаса скота. Это усилило эрозию почвы и привело к уничтожению почвенного покрова на многих горных склонах, повысило засушливость климата и ухудшило условия ведения сельского хозяйства.

Строительство и эксплуатация промышленных предприятий, добыча полезных ископаемых привели к серьёзным нарушениям природных ландшафтов, загрязнению почвы, воды, воздуха различными отходами.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в ХХ веке в результате очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растёт пропорционально численности населения и даже опережает его прирост.

Предупреждая о возможных последствиях расширяющегося вторжения человека в природу, ёще полвека назад академик В.И.Вернадский писал: «Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли». Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия антропогенной деятельности проявляются в истощении природных ресурсов, загрязнении биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 млрд. т углекислого газа и поглощается соответствующее количество кислорода. Природный запас CO₂ в атмосфере составляет величину порядка 50000 млрд. т. Эта величина колеблется и зависит, в частности, от вулканической активности. Однако антропогенные выбросы углекислого газа превышают естественные и составляют в настоящее время долю его общего количества. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, сопровождающееся ростом количества аэрозоля (мелких частиц, пыли, сажи, взвесей растворов некоторых химических соединений), может привести к заметным изменениям климата и соответственно к нарушению складывавшихся в течение миллионов лет равновесных связей в биосфере.

Выброс в атмосферу промышленных газов, включающих такие соединения, как окись углерода CO, окислы азота, серы, аммиака и других загрязнителей, приводит к угнетению жизнедеятельности растений и животных, нарушениям обменных процессов, к отравлению и гибели живых организмов.

1.2 Загрязнение природной среды

Появление в природной среде новых компонентов, вызванное деятельностью человека или какими-либо грандиозными природными явлениями (например, вулканической деятельностью), характеризуют понятием загрязнение. В общем виде загрязнение - это наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качество среды с точки зрения проживания человека или ведения им хозяйственной деятельности.

К загрязнителям относят все те вещества, явления, процессы, которые в данном месте, но не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, появляются в окружающей среде и могут выводить её системы из состояния равновесия.

Загрязнение:

- физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное, световое, радиоактивное);

- химическое (аэрозоли, химические вещества, тяжёлые металлы, пестициды, пластмассы);

- биологическое (биотическое, микробиологическое, генная инженерия);

Экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться по-разному; оно может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне), либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом.

На организменном уровне могут происходить нарушение отдельных физиологических функций организмов, изменения их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиям иных неблагоприятных факторов внешней среды.

На уровне популяций загрязнение может вызвать изменения их численности и биомассы, рождаемости и смертности, а также изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств.

На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ. Одни и те же загрязняющие вещества по-разному влияют на разные компоненты сообществ. Соответственно меняются количественные соотношения в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других. Изменяется пространственная структура сообществ, цепи разложения (детритные) начинают преобладать над пастбищными, отмирание - над продукцией.

В конечном счете, происходит деградация экосистем, ухудшение их как элементов среды человека, снижение положительной роли в формировании биосферы, обесценивание в хозяйственном отношении.

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин: извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение - результат деятельности человека.

Загрязняющие вещества, возникшие в результате хозяйственной деятельности человека, и их влияние на среду очень разнообразны. К ним относятся: соединения углерода, серы, азота, тяжёлые металлы, различные органические вещества, искусственно созданные материалы, радиоактивные элементы и многое другое.

Так, по оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 млн. т нефти. Нефть на воде образует тонкую плёнку, препятствующую газообмену между водой и воздухом. Оседая на дно, нефть попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов. Кроме нефти, значительно возрос выброс в океан бытовых и промышленных сточных вод, содержащих, в частности, такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, мышьяк, обладающие сильным токсическим действием. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз.

Каждый загрязнитель оказывает определённое отрицательное воздействие на природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго контролироваться. Законодательство устанавливает для каждого загрязняющего вещества предельно допустимый сброс (ПДС) и предельно допустимую концентрацию (ПДК) его в природной среде.

Предельно допустимый сброс - это масса загрязняющего вещества, выбрасываемого отдельными источниками за единицу времени, превышение которой приводит к неблагоприятным последствиям в окружающей среде или опасно для здоровья человека.

Предельно допустимая концентрация понимается как количество вредного вещества в окружающей среде, которое не оказывает отрицательного воздействия на здоровье человека или его потомство при постоянном или временном контакте с ним. В настоящее время при определении ПДК учитываются не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие их на животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природное сообщество в целом.

Специальные службы мониторинга (наблюдения) окружающей среды осуществляют контроль за соблюдением установленных нормативов ПДС и ПДК вредных веществ. Такие службы созданы во всех районах страны. Особенно важна их роль в крупных городах, вблизи химических производств, атомных электростанций и других промышленных объектов. Службы мониторинга имеют право применять предусмотренные законом меры, вплоть до приостановки производства и любых робот, если нарушаются нормы охраны окружающей среды.

Огромные масштабы использования природных ресурсов привели к значительному изменению ландшафтов в некоторых регионах (например, в угольных бассейнах). Если на заре цивилизации человек использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале ХХ века около 60, то сейчас более 100 - почти всю таблицу Менделеева. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд. т руды, топлива, минеральных удобрений.

Быстрый рост потребностей в топливе, металлах, минеральном сырье и их добыче ведут к истощению этих ресурсов.

Экологический принцип пределов гласит: «Ресурсы ограничены и не должны расходоваться впустую; нельзя бесконечно открывать новые ресурсы».

По оценкам специалистов, при сохранении современных темпов добычи и потребления, разведанные запасы нефти будут исчерпаны уже через 30 лет, газа - через 50, угля - через 200 лет. Аналогичная ситуация сложилась не только с энергетическими ресурсами, но и с металлами (истощение запасов алюминия ожидается через 500-600 лет, железа - через 250 лет, цинка - через 25, свинца - через 20 лет) и минеральными ресурсами, как, например, асбест, слюда, графит, сера.

Биосфера Земли способна к саморегуляции, она может выдержать и исправить результаты неразумного вмешательства человека. Но всему есть предел. Сегодня мы достигли этого предела и стоим на краю пропасти.

Глава 2. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы

2.1 Атмосфера Земли

Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная масса Земли. Однако её роль в природных процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает её от вредных космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования.

Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78,09%) и кислорода (20,95%). В норме в нём присутствуют также аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твёрдые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.

Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических круговоротах.

2.2 Кислород

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей кислород (O₂) превращается в озон (его молекула содержит три атома кислорода - O₃). По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. И теперь озоновый слой, как экран, надёжно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой солнечной радиации, гибельной для живых организмов.

Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и оксидах, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство учёных связывают это с деятельностью человека.

Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым кислород образует воду.

2.3 Углекислый газ (диоксид углерода)

Углекислый газ используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа (CO₂) в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе зависят от времени суток и сезона года в данной местности, а также биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Учёные связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

2.4 Азот

Азот - незаменимый биогенный элемент (N₂), поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине-зелёных водорослей (к счастью, весьма многочисленных), которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то, что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода. Как правило, азот проходит свой круговорот быстрее.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических круговоротах, но наличие большого количества загрязнителей в атмосфере может привести к серьёзным нарушениям в круговоротах биогенных элементов.

2.5 Загрязнение атмосферы

Различные негативные изменения атмосферы Земли связаны, главным образом, с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха.

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.

Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных. К основным антропогенным источникам загрязнения относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия.

Сегодня уже ясно, что любая человеческая деятельность, влияющая на физические свойства или химический состав атмосферы, может вызвать серьёзные последствия, в том числе глобальные изменения климата на планете. Если человечество не сможет принять своевременные меры по защите атмосферы от загрязнений, то его ждут катастрофические последствия.

Помимо газообразных загрязняющих веществ, в атмосферу поступает большое количество твёрдых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность таит загрязнение природной среды тяжёлыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров. Особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха свинцом.

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии природных экосистем, в первую очередь - на зелёном покрове нашей планеты.

Особенно сильно страдают зелёные насаждения в промышленных городах, атмосфера которых содержит большое количество загрязняющих веществ.

Самочувствие растений может быть одним из самых наглядных показателей состояния биосферы в данном регионе.

Глава 3. Почва - биокосная система. Загрязнение почвы

3.1 Почва

Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится.

Строение почвы:

1.подстилка;

2.перегной;

3.слой вымывания;

4.слой накопления минеральных солей;

5.подпочва;

Почва - это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими её частями. В почве взаимодействуют следующие основные компоненты:

- минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;

- детрит - отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных;

- множество живых организмов от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса.

Таким образом, почва - биокосная система, основанная на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами.

В своём развитии и формировании почвы проходят несколько этапов. Молодые почвы являются обычно результатом выветривания материнских горных пород или переноса отложения осадков (например, аллювия). На этих субстратах поселяются микроорганизмы, лишайники, мхи, травы, мелкие животные. Постепенно внедряются другие виды растений и животных, состав биоценоза усложняется, между минеральным субстратом и живыми организмами возникает целая серия взаимосвязей. В результате формируется зрелая почва, свойства которой зависят от исходной материнской породы и климата.

Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие, соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает состояние стабильности. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе ее формирования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.

Каждому типу почв соответствуют определённые типы растительных сообществ. Так, сосновые боры, как правило, растут на лёгких песчаных почвах, а еловые леса предпочитают более тяжёлые и богатые питательными веществами суглинистые почвы.

Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем состоянии, необходимо знать природу обменных процессов всех её составляющих.

Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и животных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса. Количество гумуса определяет почвы.

В почве обитает великое множество различных живых организмов, формирующих сложную пищевую детритную сеть: бактерии, микроорганизмы, водоросли, простейшие, моллюски, членистоногие и их личинки, дождевые черви и многие другие. Все эти организмы играют огромную роль в формировании почвы и изменения её физико-химических характеристик.

Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества. Однако после смерти растительных организмов изъятые элементы возвращаются в почву. Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки. Таким образом, в естественных условиях происходит постоянный круговорот веществ в почве.

В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен, так как человек изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя её для своих нужд. Из-за неучастия этой части продукции в круговороте почва становится малоплодородной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные удобрения.

3.2 Загрязнение почв

В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. Но нередко в нарушении равновесного состояния почвы повинен человек. В результате развития хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже её уничтожение.

Громадные площади плодородных земель погибают при горнопромышленных работах, при строительстве предприятий и городов. В настоящее время на каждого жителя нашей планеты приходится менее одного гектара пахотной земли. И эти незначительные площади продолжают сокращаться из-за неумелой хозяйственной деятельности человека.

Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводят к возникновению эрозии почвы - разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром.

В естественных условиях снос поверхностных слоёв происходит медленно и не отражается на плодородии почвы. Но неумелая хозяйственная деятельность человека может существенно ускорить процесс эрозии.

Различают несколько видов эрозии почв:

а) ветровая;

б) водная;

Ветровая эрозия распространена, как правило, в засушливых зонах, на почвах, содержащих много мелких пылевидных частиц и лишённых растительности. Различают повседневную ветровую эрозии (позёмку) и пыльные, или чёрные, бури. Последние возникают при сильных ветрах и могут практически уничтожить плодородный слой почвы.

Водная эрозия может быть плоскостной, струйчатой, овражной, а также в виде селевых потоков и оползней.

При плоскостной эрозии происходит смыв поверхностного слоя почвы талыми водами и дождями в более низкие места.

Струйчатая (или бороздчатая) эрозия развивается при дружном таянии снега весной и в результате сильных ливней на склонах, лишённых растительности.

Овражная эрозия развивается на склонах, лишённых древесной растительности, со слабо развитой растительностью.

Селевые потоки и оползни - наиболее опасные формы водной эрозии в горах. Сели (от арабск. поток) - это мощные грязекаменные потоки, возникающие на горных склонах после сильных дождей.

Плодородие почвы считают возобновимым ресурсом, но время, необходимое для его восстановления, может исчисляться многими сотнями и тысячами лет. На земном шаре ежегодно теряются миллиарды тонн плодородного почвенного слоя, что превышает объём вновь образующихся почв. Поэтому эрозия в настоящее время стала серьёзной экологической проблемой.

Современная наука и практика разработала меры борьбы с эрозией. Важнейшие противоэрозионные мероприятия:

1) распашка поперёк склона;

2) минимальное нарушение структуры почвы тяжёлой техникой;

3) введение севооборотов;

4) сохранение растительного покрова;

5) борьба с оврагами;

6) посадка лесозащитных полос;

7) рекультивация земель.

Одним из последствий усиления производственной деятельности человека является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и её соединения. Ртуть поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные её соединения.

Ещё более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используется в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьёзным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных автострад.

Вблизи крупных центров чёрной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами. Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.

Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твёрдых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии. Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы животных и человека, накапливаются в них.

Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное сельское хозяйство, широко использующее удобрения и различные химические вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В настоящее время количество веществ, вовлекаемых в круговорот в процессе сельскохозяйственной деятельности, примерно такое же, что и в процессе промышленного производства. При этом с каждым годом производство и применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве возрастает. Неумелое и бесконтрольное использование их приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере.

Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных отложениях водоёмов. Но самое главное, они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а конечном счёте попадают с пищей в организм человека.

Подсчитано, что только за последнее столетие в результате водной и ветровой эрозии на планете потеряно 2 миллиарда га плодородных земель активного сельскохозяйственного пользования.

В Российской Федерации эрозии подвержено 66% пахотных земель. Только от роста оврагов теряются до 25-30 тысяч га пахотных земель в год. За последние 20 лет запасы гумуса в почвах сократились на 25-30%.

Глава 4. Вода - основа жизненных процессов в биосфере. Загрязнение природных вод

4.1 Вода

Вода - самое распространённое неорганическое соединение на нашей планете. Вода - основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоёмах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых существах. Последние содержат до 80-90% воды в своей биомассе. Потеря 10-20% воды живыми организмами приводят к их гибели.

В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные газы и соли, находятся взвешенные твёрдые частички. В 1 литре пресной воды может содержаться до 1 грамма солей.

Большая часть всей воды на нашей планете сосредоточена в морях и океанах. Запас пресной воды составляет всего 2%. Большая часть пресных вод (85%) сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Возобновление пресных вод происходит в результате круговорота воды.

С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так как к простому явлению физического испарения (превращения воды в пар) добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов. К тому же роль человека по мере развития его деятельности становится всё более значительной в этом круговороте.

4.2 Круговорот воды в биосфере

Круговорот воды в биосфере происходит следующим образом. Вода попадает на поверхность Земли в виде осадков, образующихся из водяного пара атмосферы. Часть выпавших осадков испаряется с поверхности и возвращается в атмосферу в виде водяного пара. Другая часть воды проникает в почву, всасывается корнями растений и затем, пройдя через растения, испаряется в процессе транспирации. Третья часть просачивается в глубокие слои подпочвы до водоупорных горизонтов, пополняя подземные воды. Четвёртая часть в виде поверхностного, речного и подземного стока стекает в водоёмы, откуда также испаряется в атмосферу. Наконец, часть используется животными и потребляется человеком для своих нужд. Вся испарившаяся и вернувшаяся в атмосферу вода конденсируется и вновь выпадает в качестве осадков.

Таким образом, один из основных путей круговорота воды - транспирация, то есть биологическое испарение, осуществляется растениями, поддерживая их жизнедеятельность. Количество воды, выделяющееся в результате транспирации, зависит от вида растений, типа растительных сообществ, их биомассы, климатических факторов, времени года и других условий.

Интенсивность транспирации и масса испаряющейся при этом воды могут достигать весьма значительных величин. У таких сообществ, как леса (с мощной фитомассой и большой листовой поверхностью) или болота (с водонасыщенной моховой поверхностью), транспирация в целом вполне сравнима с испарением открытых водоёмов (океана) и нередко даже превышает его. В среднем для растительных сообществ умеренного климата транспирация составляет от 2000 до 6000 м³ воды в год.

Величина суммарного испарения (с почвы, с поверхности растений и через транспирацию) зависит от физиологических особенностей растений и их биомассы, поэтому служит косвенным показателем жизнедеятельности и продуктивности сообществ. Растительность, в целом, выполняет роль грандиозного испарителя, существенно влияя при этом на климат территории. Растительный покров ландшафтов, особенно леса и болота, имеет также огромное водоохранное и водорегулирующее значение, смягчая перепады стока (паводки), способствуя удержанию влаги, препятствуя иссушению и эрозии почв.

4.3 Загрязнение природных вод

Под загрязнением природных водоёмов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных её выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Наибольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и их соединения.

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях приводит к сильному химическому загрязнению водоёмов вредными соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при обработке водоёмов для борьбы с вредителями, поступления в водоёмы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоёмы отходов предприятий-производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в воде приводит к нарушению биологического равновесия в водоёме.

Вначале в таком водоёме резко увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоёме меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых форм организмов. Водоём постепенно умирает.

Одним из видов загрязнения водоёмов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в водоём. Это приводит к повышению в нём температуры воды. С повышением температуры в водоёме уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.

В загрязнённой воде с повышением температуры начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

В ряде регионов важным источником питьевой воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды - в основном на промышленные и сельскохозяйственные нужды. Наиболее водоёмкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной воды.

Подсчёты показывают, что на все виды водопользования тратится 2200 км³ воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчёты на 2000 год показывают, что если даже очистка охватит все сточные воды, всё равно на их разбавление потребуется 30-35 тыс. км³ пресной воды. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию.

Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, ещё недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже такие крупные реки, как Волга, Дон, Днепр. При этом уменьшились объёмы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образование растительной биомассы. Следовательно, она не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8%, а у таких рек, как Дон, Терек, Урал, - на 11-20%.

Ограниченные запасы пресной воды ещё больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.

Глава 5. Радиоактивность в биосфере

Радиоактивные загрязнения имеют существенное отличие от других. Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, испускающие заражённые частицы и коротковолновые электромагнитные излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человека, разрушают клетки, вследствие чего могут возникать различные болезни, в том числе и лучевая.

В биосфере повсюду действуют естественные источники радиоактивности. И человек, как и все живые организмы, всегда подвергался естественному облучению. Внешнее облучение происходит за счёт излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее облучение создаётся радиоактивными элементами, попадающими в организм человека с воздухом, водой и пищей.

Для количественной характеристики воздействия излучения на человека используют единицы: биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт (Зв) (1Зв=100 бэр).

В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года в среднем получает дозу 0,1 бэр и, следовательно, за всю свою жизнь около 7 бэр. В этих дозах облучение не приносит вреда человеку. Но если суммарная доза внешнего и внутреннего облучения превышает определённый предел, то это вызывает различные изменения в организме, что может привести к болезням и даже смерти человека. Вот почему каждый человек должен знать допустимые дозы радиоактивного облучения.

Таблица. Степени радиоактивного облучения человека.

1 мкбэр	Просмотр одного хоккейного матча по TV
100 мбэр	Фоновое облучение за год
500 мбэр	Допустимое облучение населения в нормальных условиях за год
3 бэр	Облучение при рентгенографии зубов
5 бэр	Допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год
10 бэр	Допустимое аварийное облучение населения (разовое)
25 бэр	Допустимое аварийное облучение персонала (разовое)
30 бэр	Облучение при рентгеноскопии желудка (местное)
75 бэр	Кратковременные незначительные изменения состава крови
100 бэр	Нижний уровень развития лёгкой степени лучевой болезни
450 бэр	Тяжёлая степень лучевой болезни (погибает 50% облучённых)

На земном шаре есть такие местности, где ежегодная доза радиоактивности выше средней. Так, например, люди, живущие в высокогорных районах, за счёт космического излучения могут получить дозу в несколько раз большую. Большие дозы излучения могут быть в местностях, где содержание естественных радиоактивных источников велико. Так, например, в Бразилии (200 км от Сан-Паулу) есть возвышенность, где годовая доза составляет 25 бэр. Эта местность необитаема.

Наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение биосферы в результате деятельности человека. В настоящее время радиоактивные элементы достаточно широко используются в различных областях. Халатное отношение к хранению и транспортировке этих элементов приводит к серьёзным радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное заражение биосферы связано, например, с испытаниями атомного оружия.

Во второй половине нашего столетия начали вводить в эксплуатацию атомные электростанции, ледоколы, подводные лодки с ядерными установками. При нормальной эксплуатации объектов атомной энергии и промышленности загрязнение окружающей среды радиоактивными нуклидами составляет ничтожно малую долю от естественного фона. Иная ситуация складывается при авариях на атомных объектах.

Так, при взрыве на Чернобыльской атомной станции в окружающую среду было выброшено лишь около 5% ядерного топлива. Но это привело к облучению многих людей, большие территории были загрязнены настолько, что стали опасными для здоровья. Это потребовало переселения тысяч жителей из заражённых районов. Повышение радиации в результате выпадения радиоактивных осадков было отмечено за сотни и тысячи километров от места аварии.

В настоящее время все острее встаёт проблема складирования и хранения радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций. С каждым годом они представляют всё большую опасность для окружающей среды. Таким образом, использование ядерной энергии поставило перед человечеством новые серьёзные проблемы.

Глава 6. Экологические проблемы биосферы

6.1 Хозяйственная деятельность человека в биосфере

В результате деятельности человека при выбросах даже одного предприятия может произойти загрязнение атмосферы, реки, озера или будет уничтожен большой лесной массив. Это примеры местных (локальных) экологических проблем.

Загрязнение морей, речных бассейнов, природной среды городов, нарушение состояния территории разработками полезных ископаемых можно рассматривать как региональные экологические проблемы.

Однако хозяйственная деятельность человека, приобретая всё более глобальный характер, начинает оказывать весьма ощутимое влияние на процессы, происходящие в биосфере. К счастью до определённого уровня биосфера способна к саморегуляции. И это позволяет свести к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддерживать равновесие. Тогда начинаются необратимые процессы, приводящие к экологическим катастрофам. С ними человечество уже столкнулось в ряде регионов планеты.

Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимических круговоротов и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возник ряд таких сложнейших глобальных экологических проблем биосферы, которые необходимо решать в ближайшее время.

6.2 Демографический взрыв

Численность и структура любой популяции контролируется и регулируется множеством факторов окружающей среды, а также внутренними механизмами популяционной регуляции. Учёные считают, что если бы Homo sapiens (Человек разумный) как вид подчинялся всем биологическим законам, то численность человеческой популяции на нашей планете была бы не более 500 тысяч. Но человек, используя достижения науки и техники, в значительной мере освободился от давления лимитирующих факторов окружающей среды. Преобразуя естественную среду, человечество создало условия для роста своей популяции. Изменение численности и структуры популяции человека изучает демография.

На протяжении многих тысячелетий рост численности населения земного шара происходил сравнительно медленно. Начиная с XV века, темпы роста народонаселения стали заметно нарастать. В XX веке рост численности населения приобрёл характер «демографического взрыва». За одно столетие численность населения Земли увеличилась почти в 4 раза и достигла 6 млрд человек. Особенно быстро население растёт в слаборазвитых странах.

По прогнозам учёных, к середине XXI века численность человечества достигнет 8,5-10 млрд, после чего, как полагают учёные, она должна стабилизироваться. В то же время демографическая ёмкость планеты, то есть максимальная численность людей, которая сочетается с достаточным обеспечением жизненными ресурсами и нормальным качеством среды, по разным оценкам учёных, составляет от 1,5 до 3 млрд человек. Следует также учитывать, что человек - единственное биологическое существо, которое не ограничивает себя первичными биологическими потребностями. Современное общество вовлекает в производство и потребляет в 150 раз больше веществ и материалов, в 1400 раз больше воды и в 30 раз больше энергии, чем необходимо человеку для поддержания жизни.

Практически человечество существует благодаря использованию природных ресурсов, которые накопила биосфера за миллиарды лет. Но мы знаем, что уже сейчас эти ресурсы истощаются.

Увеличение численности человечества может привести к нарушению природного равновесия, так как по закону постоянства количества живого вещества такое увеличение может привести к нарушению природного равновесия, так как по закону постоянства количества живого вещества такое увеличение может происходить только за счёт других видов. Если человечество не изменит своих взаимоотношений с биосферой, то возникнет реальная угроза существования самой человеческой цивилизации.

Неконтролируемый рост численности может привести к снижению качества человеческой популяции. Стремление всемерно облегчить физический и умственный труд, техническая автоматизация общества усугубляют это положение. Люди всё больше пользуются имитациями и суррогатами естественной биологической активности, «виртуализацией» реальной жизни. В человеческой популяции накапливается генетический груз наследственных заболеваний, предрасположенность к болезням, злокачественные новообразования, огромное число инфекций, психические и аллергические расстройства, явления дезадаптации и т.д. У многих жителей больших городов наблюдаются признаки стресса перенаселения, которые иногда встречаются и в переуплотнённых популяциях животных: неврозы, агрессивность, снижение физической плодовитости и др. Многие люди поддерживают своё существование и дееспособность только с помощью искусственных приспособлений (протезы, механические стимуляторы деятельности органов, слуховые аппараты, очки и др.) и лекарственных препаратов. Проблемы экологии человечества всё больше становятся проблемами здравоохранения. Быстрый рост населения не только создаёт экономические проблемы, но и усиливает социальное неравенство среди людей. В человеческом обществе всё больше наблюдается разрыв между максимальными возможностями получения благ и их реальной доступностью для большинства людей.

В настоящее время человечество начинает понимать, что природные ресурсы на нашей планете крайне ограниченны, в то же время основной современной цивилизации является общество потребления. Оно стимулирует потребности и вырабатывает продукцию, которая не только не является необходимой для жизни человека, но и направлена против неё (оружие, отравляющие вещества, наркотики, алкоголь, табак и т. д.).

Все современные экологические проблемы биосферы - результат антропогенной деятельности.

6.3 «Парниковый эффект»

По новейшим данным учёных, за 80-е годы средняя температура воздуха в Северном полушарии повысилась по сравнению с климатом в конце XIX века на 0,5-0,6 ^оС. По прогнозам, к началу XXI века средняя температура на планете может повыситься на 1,2 ^оС по сравнению с доиндустриальной эпохой. Экологи связывают такое повышение температуры, в первую очередь, с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере. Это приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли. Очевидно, определённую роль в создании так называемого «парникового эффекта» играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ, АЭС и других промышленных предприятий.

Потепление климата может привести к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Опасные изменения, которые могут произойти вследствие этого, просто трудно предсказать.

6.4 Истощение озонового слоя

В последние годы учёные всё с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов.

Под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода (O₂) распадаются на свободные атомы, которые, в свою очередь, могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (O₃). Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие.

O₂ = O + O

O + O₂ = O₃

O₃ + O = 2O₂

Однако загрязнители в виде фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона.

Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 году должно сократиться примерно на 50%.

6.5 Массовое сведение лесов

Массовое сведение лесов - одна из наиболее важных глобальных проблем современности.

Последствия сведения лесов:

1) повышение концентрации CO₂ в атмосфере;

2) парниковый эффект, потепление климата;

3) рост частоты засух, пыльные бури;

4) сокращение числа видов растений и животных;

5) нарушение связей в экосистеме;

6) загрязнение, заиление, нарушение систем водоснабжения;

7) быстрое таяние снегов;

8) рост наводнений;