Биосфера и человек

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Биосфера и человек

2. Современное состояние природной среды

3. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы

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

5. Почва - важная составляющая часть биосферы. Загрязнение почвы

6. Влияние человека на растительный и животный мир

Заключение

Список литературы

Введение

Биосфера -- оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера сформировалась 500 млн лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3.000.000 видов растений, животных, грибов, бактерий и насекомых. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский-"человек становится могучей геологической силой".

Термин "биосфера" был введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Существует и другое, более широкое определение: Биосфера -- область распространения жизни на космическом теле. При том что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.

С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с деятельностью человечества.

1. Биосфера и человек

Ход исторических изменений взаимосвязей между природой и человеком приводил как к изменениям в природе, так и к изменениям в формах хозяйствования. Формы хозяйствования изменялись вследствие тех затруднений, которые возникали от перемен в природе. В свою очередь перемены в хозяйстве вызывали цепные реакции в природе. Эта постоянная взаимосвязь получила название закона бумеранга, или закона обратной связи взаимодействия человек - биосфера П. Дажо, или четвертого закона Б. Коммонера: "ничто не дается даром".

Неизбежность расплаты за вытеснение естественных живых сообществ подчеркивается законом незаменимости биосферы, который каждый по-своему формулировали многие известные ученые.

В силу того, что антропогенные преобразования природных систем имеют достаточно четкие ограничения, выявляются частные закономерности. Первое из этих обобщений - закон убывающей отдачи Тюрго - Мальтуса. Его современная трактовка: повышение удельного вложения в агросистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности (урожайности). Сейчас падение энергетической эффективности сельскохозяйственного производства стало общеизвестным. В настоящее время, в отличие от первичной биосферы , выделяется также и некое новое состояние природы - биотехносфера. Согласно этой концепции, человек будущего должен проектировать и формировать новую природно-техническую среду, поэтому его деятельность следует рассматривать как интегральную часть биосферы .

В отношении прогноза превращения биосферы в техносферу в научной среде сложились два подхода. Одни считают, что современная биосфера, с точки зрения потребностей человека , несовершенна и требует значительного улучшения на основе коренного преобразования природы (именно такому направлению соответствует понятие техносферы). Другие ученые отрицают возможность замены систем природы любыми техническими приспособлениями и призывают осторожно использовать законы и силы природы на благо человечества, так как нельзя заменить силы природы человеческим трудом. В качестве основных доказательств приводятся следующие аргументы:

Природа слишком сложна, чтобы ею легко могло управлять человечество, а тем более заменять техническими устройствами.

Если биосфера резко качественно изменится, то она не будет соответствовать биологическим потребностям людей .

Упрощение природы до возможностей технического управления ею со стороны человека привело бы к пагубным необратимым последствиям.

Биосфера как саморегулирующаяся система с мощными обратными связями теоретически должна сопротивляться антропогенным изменениям.

Любые технические устройства быстро стареют. Эксплуатационные расходы по их содержанию растут прямо пропорционально износу техники. Следовательно, техносфера в традиционном понимании термина стала бы огромной экономической обузой для общества.

Относительно пути дальнейшего развития человека и биосферы в целом Вернадский придерживался иного мнения: новый этап эволюции жизни он видел не в форме биогенеза, а как этап развития разума, т. е. ноогенеза. Соответствующее на базе биосферы развитие ноосферы, сферы разума - вполне закономерный и неизбежный этап разумного регулирования взаимоотношений человека и природы.

Взаимосвязь и взаимодействие человека и природы проиллюстрируем на примерах.

Человек до появления интенсивных систем хозяйственного освоения природных территорий тоже гармонично вписывался в общий круговорот веществ в биосфере. С освоением все более совершенных методов хозяйствования начали появляться и проблемы:

Ш развитие охотничьего промысла привело к исчезновению крупных травоядных животных: мамонтов, зубров, бизонов, стеллеровой коровы на Камчатке и т. п.;

Ш развитие скотоводства повлекло за собой опустынивание больших территорий в аридных зонах планеты;

Ш современное развитие сельского хозяйства привело, во-первых, к значительному сокращению территорий естественных биогеоценозов и, соответственно, сокращению биоразнообразия, которое обеспечивает экологическую устойчивость окружающей среды; во-вторых, человек в виде сельскохозяйственной продукции вывозит с полей большую часть необходимых растениям минеральных элементов, которые ранее оставались на этих территориях, то есть нарушается круговорот веществ в локальных биогеоценозах, что ведет к заметному повсеместному истощению почв и необходимости применения большого количества минеральных удобрений. Вывезенная продукция, вместо того, чтобы вернуться с помощью редуцентов в землю вместе с другими продуктами жизнедеятельности человека, попадает в реки, водохранилища, моря, вызывая вторичный комплекс экологических проблем (загрязнение водной среды, цветение водохранилищ, гибель наиболее чувствительных видов водных организмов, рыбы и т. п.);

Ш развитие промышленного производства, помимо пространственного воздействия на биоту (вытеснение, сокращение жизненного пространства зачастую до критических размеров), создало предпосылки для ряда техногенных кризисов: парникового эффекта, озоновых дыр, загрязнения окружающей среды, заполнения поверхности земли не усваиваемыми биосферой и иногда катастрофически вредными для нее промышленными отходами.

Приведем некоторые цифры. Человек сейчас потребляет от 15% до 40% первичной биологической продукции суши или 25% глобальной первичной продукции. При существующих темпах роста населения через 35 лет человек будет потреблять уже до 80% первичной продукции суши, или 50% глобальной. Но уже сейчас в результате изъятия первичной продукции, разрушения экологических ниш и загрязнения среды ежегодно исчезает от 5000 (оптимистические оценки) до 150.000 (пессимистические оценки) видов из примерно 5-30 млн. видов, существующих на Земле, - в 105-106 раз быстрее, чем в доисторическую эпоху. Такие темпы значительно превышают любую катастрофическую перестройку биоты в прошлом. Происходит это потому, что человек в буквальном смысле лишает множество организмов пищи, разрушает экологические ниши, при этом сужает ареалы организмов, что ведет к распаду генома популяций.

Таким образом, еще совсем недавно популярный лозунг покорителей природы о том, что "нельзя ждать милостей от природы: взять их у нее - наша задача", на практике привел человечество к экологическому кризису.

Для того, чтобы скорректировать поведение человека в отношении природы, Б. Коммонером были сформулированы четыре закона, которые, с точки зрения Реймерса, по сути, не столько законы, сколько афоризмы:

Все связано со всем. Поскольку все живые организмы включены в круговорот веществ в природе, между особями, видами, классами живых существ и окружающей средой образовано множество переплетающихся прямых, обратных, косвенных связей. Поэтому любое изменение среды (вещества, энергии, информации, других качеств среды) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формированию новых природных систем. Причем процесс может принять необратимый характер даже при небольшом сдвиге отдельного фактора. Так, очень малое в процентном отношении изменение содержания окислов азота и серы в атмосфере привело к возникновению кислотных осадков, деградации лесов в Европе, исчезновению рыбы в озерах Скандинавии.

Все должно куда-то деваться. Выше был рассмотрен пример кризиса, вызванного загрязнением окружающей природной среды вследствие промышленного производства, основанного на добыче и синтезе несовместимых с биологическим круговоротом веществ и химических соединений - они в виде продуктов, материалов или вещей некоторое время находятся в хозяйственном пользовании, а потом неизбежно попадают в окружающую среду, которая не может с ними справиться, т. е. нейтрализовать или вернуть в исходное инертное состояние.

Природа знает лучше. Связи и взаимоотношения в природе складывались миллионы лет, человек, возомнивший себя творцом природы, теперь начинает осознавать ограниченность своих знаний и возможностей. Становится очевидным, что неверные идейные установки "покорителя природы" привели к началу экологического кризиса. Следом может развиться экологическая катастрофа, с полной ликвидацией фактора, вызвавшего дисбаланс (т. е. самого человека).

Ничто не дается даром. В экологическом смысле это правило имеет в виду то, что любой успех в развитии антропосферы, любой рывок в росте численности населения, интенсивности труда, в области техносферы осуществляется за счет биосферы, усиления экологической нагрузки на природную среду, разрушения естественных биогеоценозов. В настоящее время достигнут предел устойчивости всей мировой экосистемы в целом. Причем не столько из-за неспособности биосферы прокормить существующее население (пищи может хватить и на много большее число людей), сколько из-за техногенной насыщенности, обеспечивающей все большие культурные потребности человека: необходимость современного жилья, личного автотранспорта, коммуникаций, предметов роскоши - это самые простые причины. Дальше идут научно-технические проекты, включая самые дорогостоящие - космические, гонку вооружений и т. д. Увлечение модой на одноразовые предметы потребления еще более увеличивает удельную экологическую нагрузку на среду для каждого человека, где пища занимает достаточно скромное место.

В качестве одного из примеров непроизводительного и нерационального природопользования, приводящего к неоправданной нагрузке на окружающую среду, приведем следующую ситуацию. Когда в квартирах есть и горячая, и холодная вода, для того, чтобы почистить зубы, мы включаем кран, и пока чистим зубы, воды утекает почти ведро. Когда воды в кране нет, можно принести из колонки, родника, налить из запасов один стакан воды, и его хватит на ту же операцию. Значит, каждый день почти каждый житель тратит одно-два ведра лишней согретой воды. В масштабах страны сотни заводов трудятся, тратят электроэнергию и топливо, чтобы эту лишнюю воду накачать, очистить, продезинфицировать, произвести для всего этого химические реагенты, нагреть, после использования пропустить через очистные сооружения. Указанные заводы обслуживает небольшая армия транспорта, дорожных служб, ремонтников, бюрократов и т. д. Для этих процессов требуется территория, отнятая у биоты. Все это сопровождается выбросами загрязняющих веществ и отходов производства в окружающую среду.

Есть и другой пример целенаправленной политики многих фирм-производителей ширпотреба по запрограммированной недолговечности, одноразовости своих изделий - увеличение уровня потребительского спроса или искусственное ускорение процессов изменения моды на одежду и предметы роскоши, что тоже приводит к увеличению объемов производства товаров для свалки.

2. Современное состояние природной среды

Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и количество вовлеченного в оборот вещества.

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

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX 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 растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось.

Последствия антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

биосфера атмосфера почва загрязнение

3. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы

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

Современный состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Состав атмосферы - кислород, азот, аргон, углекислый газ и инертные газы.

В процессе своей деятельности человек загрязняет окружающую среду. Над городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые обычно в сельской местности содержатся в очень небольших количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и выпадая в виде кислых дождей, ухудшают качество почвы и снижают урожай.

По данным ученых ежегодно в мире в результате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд. т оксидов углерода, 190 млн. т оксидов серы, 65 млн. т оксидов азота, 1,4 млн. т фреонов, органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные, большое количество твердых частиц (пыль, копоть, сажа).

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии природных экосистем, особенно зеленого покрова нашей планеты.

Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. От них страдают леса, особенно хвойные.

Основная причина загрязнения атмосферы - сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX и начале ХХ века поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них выделяется сернистый ангидрид - ядовитый газ, легко растворимый в воде. Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание и опадание листьев, хвои.

В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 миллиардов тонн углекислого газа. Антропогенные выбросы углекислого газа превышают естественные и составляют в настоящее время большую долю его количества, нарушают прозрачность тмосферы, а следовательно ее тепловой баланс. Половина диоксида углерода, образующегося при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание углекислого газа в атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилась более чем на 10%. Углекислый газ препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая там так называемый "парниковый эффект", т.е. увеличение средней температуры атмосферы на несколько градусов, что способно вызвать таяние ледников полярных областей, повышение уровня Мирового океана, изменение его солености, температуры и другие неблагоприятные последствия. Таким образом, изменение содержания углекислого газа в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли.

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

Вода - самое распространенное неорганическое соединение на планете; вода - основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе.

С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, т.к. к простому явлению испарения добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов, особенно человека.

Постоянное увеличение водопотребления на планете ведет к опасности "водяного голода", что обуславливает необходимость разработки мероприятий по рентабельному использованию водных ресурсов.

Кроме высокого уровня расхода, нехватки воды вызывается ее растущее загрязнение вследствие сброса в реки отходов промышленности и особенно химического производства и коммуникационных сточных вод. Бактериальное загрязнение и ядовитые химические вещества (например, фенол) приводят к омертвению водоемов. Вредные вещества, поступающие в воды: нефть, нефтепродукты (в результате нефтедобычи, транспортировки, переработки, использования нефти в качестве топлива и промышленного сырья), токсичные синтетические вещества (применяющиеся в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве), металлы (ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец). Вредные последствия имеет также молевой сплав леса по рекам, который часто сопровождается заторами.

5. Почва - важная составляющая часть биосферы. Загрязнение почвы

Почва - верхний слой суши, образующийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями.

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 ее уничтожение.

Плодородный слой почвы формируется очень долго. В то же время ежегодно вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора - главных компонентов питания растений. Основной фактор плодородия почв - перегной (гумус) содержится в черноземах в количестве менее 5% от массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше.

При отсутствии пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-100 лет. Этого не происходит, поскольку культура земледелия предусматривает внесение в почву органических и неорганических (минеральных) удобрений.

Загрязнение почвенного покрова ртутью (с ядохимикатами и отходами промышленных предприятий), свинцом (при выплавке свинца и от автотранспорта), железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием другими металлами (вблизи крупных центров черной и цветной металлургии), радиоактивными элементами (в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий, атомных станций или научно-исследовательских институтов, связанных с изучением и использованием атомной энергии), стойкими органическими соединениями, применяемыми в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве и воде и, главное, включаются в экологические пищевые цепи: переходят из почвы и воды в растения, в животных, и в итоге переходят в организм человека с пищей. Неумелое и бесконтрольное использование любых удобрений и ядохимикатов приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере.

К числу антропогенных изменений почв относится эрозия (от латинского erosio - разъедать). Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводят к эрозии почвы - разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Широко распространена и наиболее разрушительная водная эрозия. Она возникает на склонах и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и дождевыми водами с полей ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн почвы.

6. Влияние человека на растительный и животный мир

Воздействие человека на живую природу складывается из прямого влияния и косвенного изменения природной среды. Одна из форм прямого воздействия на растения и животных - рубка леса. Оказавшись внезапно в условиях открытого местообитания, растения нижних ярусов леса испытывают неблагоприятное влияние прямого солнечного излучения. У теплолюбивых растений травянистых и кустарничковых ярусов разрушается хлорофилл, угнетается рост, некоторые виды исчезают. На местах вырубок поселяются светолюбивые растения, устойчивые к повышенной температуре и недостатку влаги. Меняется и животный мир: виды, связанные с древостоем, исчезают или мигрируют в другие места.

Ощутимое воздействие на состояние растительного покрова оказывают массовые посещения лесов отдыхающими и туристами. В этих случаях вредное влияние заключается в вытаптывании, уплотнении почвы и её загрязнении.

Древесные растения засыхают. Прямое влияние человека на животный мир заключается в истреблении видов, представляющих для него пищевую или другую материальную пользу.

Исчезновение сравнительно небольшого числа видов животных и растений может показаться не очень существенным. Однако главная ценность живущих ныне видов заключается не в их единственном значении.

Каждый вид занимает определенное место в биоценозе, в цепи питания, и заменить его не может никто. Исчезновения того или иного вида ведет к уменьшению устойчивости биоценозов.

Заключение

Человечество в своем стремлении к улучшению условий существования постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. Например, современный человек увеличил объем привычных для природы загрязнений настолько, что она не успевает их перерабатывать. Мало того, он стал вырабатывать такие загрязнения, для переработки которых в природе пока нет соответствующих видов, а для некоторых загрязнений, к примеру радиоактивных, их никогда и не появится. Поэтому "отказ" биосферы перерабатывать плоды человеческой деятельности неизбежно будет действовать как все более нарастающий ультимативный фактор в отношении человека. Поэтому будущее человека как биологического вида предсказуемо: экологический кризис и снижение численности.

Список литературы

1. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 2008.

2. Общая биология. Справочные материалы. М. , Дрофа, 2005.

3. Общая биология. Учебник для средних специальных учебных заведений. С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, М., Высшая школа 2007 г.

4. Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 2006.

5. Человек и экология : [Сборник / Ред. Н. Филипповский]. - М.: Знание, 2006. - 96 c.

Размещено на Allbest.ru