Стр. Предисловие

С появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит дальнейшая эволюция биосферы, приводит к изменению качественного состава самой биосферы, к ее переходу в ноосферу, где разумная деятельность людей становится главным, определяющим фактором развития. Человек как элемент природы является частью сложной системы «природа - общество». С научно-техническим развитием человечество только усиливает свою взаимосвязь с природой. Человек снял или частично разрушил практически все природные механизмы популяционного гомеостаза по отношению к своей популяции.

Нарушение временного фактора развития биосферы и среды обитания приводит к несоответствию темпов изменения среды и адаптационных возможностей организмов. Следствием этого является нарушение в соотношении численности отдельных видов (результат неодинаковой адаптивности), снижение устойчивости и продуктивности экосистем, гибель некоторых видов.

Действия человека характеризуются не только нарушением временного фактора в развитии биосферных процессов, но и отчужденностью от природы, подчинением ее своим целям. Чаще всего он выступает как внешний фактор по отношению к экосистемам. Это дает основание говорить о специфической экологической нише человека.

Загрязнение окружающей природной среды промышленными предприятиями и автотранспортом, вызывающее деградацию окружающей среды и наносящее ущерб здоровью всего населения, является важной и наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное экономическое и социальное значение.

КУРС ЛЕКЦИЙ

Лекция 1. Несущая способность биосферы

Несущая способность биосферы.

Цель лекции: сформировать представление об основных свойствах биосферы, типах веществ биосферы, роли биосферы в развитии Земли и человеческого общества, перехода биосферы в новое качественное состояние - ноосферу.

ПЛАН

  • 1. Понятие, возникновение и структура биосферы.
  • 2. Типы веществ биосферы, живое вещество биосферы.
  • 3. Основные свойства биосферы, развитие биосферы в ноосферу.
  • 4. Законы экологии Г. Коммонера.
  • 1. Понятие, возникновение и структура биосферы.

Космический корабль Земля уникален среди планет Солнечной системы. В тонком слое, где встречаются и взаимодействуют воздух, вода и земля, обитают удивительные объекты - живые существа, среди которых и мы с вами.

Впервые понятие «биосфера» (от греч. bios - жизнь и sohaira) в научную литературу ввел австрийский ученый-геолог Э. Зюсс в 1875 г., однако он не дал ни четкого определения, ни обоснования применения этого термина. Используя термин, предложенный Э. Зюссом, В.И. Вернадский создал учение о биосфере, которое произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе геологические процессы. Он назвал биосферой оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль. Согласно современным представлениям, биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и разрушения. Это произошло вследствие того, что из общего геологического круговорота веществ выделился биотический круговорот. Живое вещества, образовавшись на Земле, вовлекло в грандиозный круговорот все элементы ее поверхности. Так начался процесс создания биосферы.

Биосфера с момента возникновения претерпевает постоянные изменения, проявляющиеся в увеличении разнообразия видов, в усложнении их организации, в росте биомассы. В геологических масштабах времени в истории Земли происходили очень значительные преобразования. Облик планеты постоянно менялся. На смену жаркому климату приходил холодный. Известен ледниковый период. В результате подъемов и опускания суши большим изменениям подвергались очертания и размеры материков и океанов. Несмотря на такие грандиозные явления, жизнь на Земле продолжала существовать и развиваться. Таким образом, суммарная жизнедеятельность развивающихся видов организмов определяет особенности биосферы, которая в свою очередь обусловливает возможность выживания и направление эволюционных преобразований отдельных видов.

Основные этапы эволюции биосферы как глобальной среды жизни на Земле целесообразно рассматривать с точки зрения закономерности и формирования основных сред жизни. С этой позиции четко выделяются 5 исторических этапов эволюции биосферы:

I - возникновение и развитие жизни в воде;

II - формирование новой среды жизни - организмов-хозяев;

III - заселение организмами суши со сформировавшимися новыми средами жизни: наземно-воздушной и почвенной;

IV - появление человека и превращение его из обычного биологического вида в биосоциальное существо;

V - переход биосферы под влиянием человека в новое качественное состояние в ноосферу.

По физическим природным условиям биосфера может быть подразделена на три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу. Атмосфера простирается примерно до озонового экрана (у полюсов -8-10 км, у экватора - 17-18 км и над остальной поверхностью Земли - 20-25 км). За пределами озонового слоя жизнь невозможна вследствие наличия губительных космических ультрафиолетовых лучей. Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская -11022 м) Мирового океана, занята жизнью.

Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры - в почве. Почва возникла на Земле вместе с живой материей -пока не было живых организмов, не могло быть и почвы. Но в литосферу входит и земная кора, сложенная горными породами. Земная кора -важнейший ресурс для человечества. Она содержит горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, горючий газ), рудные (железо, алюминий, медь, апатиты и др.) полезные ископаемые, естественные строительные материалы (известняки, пески, гравий и т.д.).

2. Типы веществ биосферы, живое вещество биосферы

В ряду научных обобщений, лежащих в основе учения о биосфере, центральное место занимает концепция о живом веществе, о его особой роли в эволюции Земли и на ней биосферы. В.И. Вернадский осуществил классификацию веществ, так или иначе связанных со сферой жизни на земле. Все многообразие веществ, входящих в состав Земли, ученый подразделил на 7 типов:

  • 1.Живое вещество. Живым названо вещество, входящее в состав живых организмов: растений, животных, микроорганизмов. Живое вещество -это совокупность всех организмов, населяющих нашу планету, выраженная в весе, химическом составе и энергии. Живое вещество -мощная геологическая сила, активно изменяющая нашу планету.
  • 2. Биогенное вещество - это результат жизнедеятельности организмов.

Источником образования биогенного вещества являются организмы прошлых геологических эпох, из которых образовались залежи каменного угля, торфа, известняков. Биогенное вещество, образовавшееся в прошлые геологические эпохи, образно называют жизнью, превращенную в камень. Источником образования биогенного вещества могут быть организмы, живущие в настоящее время: растения и животные. Биогенным веществом являются: опавшие листья, нектар, мед, воск, экскременты, молоко, сброшенные рога млекопитающих, перья птиц и т.д. Продукты жизнедеятельности растений и животных могут превышать вес самих организмов. Так, к примеру, многолетний опад может превышать вес дерева в 3-4 раза; речной рак за 20 лет своей жизни сбрасывает 50 панцирей. Трупы животных и тела умерших растений - это тоже биогенное вещество. Любой живой организм имеет биогенное происхождение. Все живое от живого. Следовательно, термином «живое вещество» обозначают биомассу живых организмов. Мертвый материал, образовавшийся из организмов, называют биогенным веществом.

3. Косное вещество - неживое вещество, образовавшееся без участия живых

организмов. Оно может быть твердым, жидким и газообразным. Косное вещество земного происхождения - продукты вулканизма: твердые тела, извергавшиеся из недр, лава, газообразные выбросы. Косное вещество неземного происхождения: космическая пыль, метеориты. Считают, что количество вещества, упавшего из Космоса на землю, и объем космической пыли велик. За 4-5 миллиардов лет, составляющих геологическую историю, на Земле накопилось бы такое количество вещества неземного происхождения, которое могло бы образовать слой несколько сот метров. Но благодаря воздушной оболочке Земли, процессов, происходящих в биосфере, этого мы не наблюдаем. Земная кора - это композиция веществ земного и космического происхождения.

4. Биокосное вещество - это вещество, которое образовалось в результате

взаимодействия живой и неживой природы. Классическими представителями биокосного вещества являются почвы и илы (подводные почвы). Биокосным веществом являются атмосфера, океаническая вода.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. К нему относятся

радиоактивные элементы: радий, уран.

6. Рассеянные атомы. Атомы, рассеянные в среде в виде чрезвычайно малых

концентраций, менее 0,1%.

7. Вещество космического происхождения.

Живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества составляет 1/11000000 часть массы всей земной коры. В качественном же отношении живое вещество представляет собой наиболее организованную часть материи Земли. В.И. Вернадский подчеркивал, что живое вещество - самая активная форма материи во Вселенной. Оно проводит гигантскую геохимическую работу в биосфере, полностью преобразовав верхние оболочки Земли за время своего существования.

Основные особенности живого вещества:

1. Живое вещество, в отличие от косного, содержит огромное количество свободной энергии. Правда, в некоторых случаях богато энергией и косное вещество, например, огненная лава из кратера вулкана. Но это не правило, а исключение. Богатство энергией косного вещества обычно бывает кратковременным.

  • 2. В живом веществе, в отличие от косного, очень высокая скорость протекания химических реакций. В живых организмах протекают реакции, которые, с точки зрения химии и физики, являются невероятными. Так, при фотосинтезе в зеленых растениях вода разлагается на водород и кислород при обычной температуре, тогда как в условиях эксперимента для этого потребуется температура более 1000°С. В живом организме окисление жиров и углеводов осуществляется при t - 37°С, а в неживой природе при t - 400-500°С. Промышленный синтез аммиака осуществляется при t - 500°С и давлении 300-350 атм., а микроорганизмы это вещество синтезируют при обычной температуре и при обычном давлении.
  • 3. Живое вещество состоит из ассиметричных (диссемитричных, хиральных) молекул, могущих существовать в двух зеркально симметричных формах. Вещество, не связанное с жизнедеятельностью, свойствами хиральность не обладает. Молекулы живого вещества (белков, жиров, углеводов и т.д.) защищены от растворения и разложения защитными механизмами организма. Смерть организма сопровождается переходом живого вещества в неживое, подверженное растворению, разложению, минерализации.
  • 4. Живое вещество обладает концентрационной способностью. Самообразование жизни на углеродной основе является яркой иллюстрацией концентрационной способности живого вещества. Содержание углерода в неживой природе - доли процента, а в живых организмах - 10%. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. На первом месте, естественно, стоит углерод. В угле содержание углерода по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть -концентратор углерода и водорода, поскольку она имеет биогенное происхождение. В отношении концентрации металлов первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены останками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния выступают некоторые водоросли и губки; йода - водоросли ламинарии; железа -особые бактерии. Фосфор накапливается позвоночными животными, сосредотачиваясь в их костях.
  • 5. Для живого вещества характерна специфическая форма движения. Одна из них выражается ростом и развитием растений и животных (пассивная форма движения). Некоторые виды обладают активной способностью передвигаться из одного места в другое.
  • 6. Газовая функция. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы - продукты разложения органических веществ. Наиболее распространенным является болотный газ - метан (СН4).
  • 7. Окислительно-восстановительная функция. Она играет важную роль в истории многих химических элементов с переменной валентностью. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и этим самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью.
  • 8. Биогеохимическая деятельность человека. Она охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Эта функция занимает особое место в истории земного шара и заслуживает особого внимательного изучения.
  • 9. Химическое разнообразие живого вещества выражено неизмеримо больше, чем у косного. В живом веществе насчитывают 2 млн. химических соединений, а в неживом - около 2 тыс.

Ю.Живое вещество дисперсно: оно состоит из живых организмов. Нет таких морфологических контрастов в косном веществе как в живом, например, различия между бактерией и слоном.

  • 11. Живое вещество никогда не бывает в морфологически чистой форме в виде группы организмов одного вида. Оно всегда представлено в форме сообщества организмов разных видов, т.е. биоценоза.
  • 12. Живое вещество образуется по принципу: все живое от живого. Живое вещество существует в биосфере в форме непрерывной смены одних поколений другими.
  • 13. Количество живого вещества, находящегося на планете в тот или иной момент времени, относительно невелико. Оно представляет собой одевающую Землю пленку толщиной в среднем всего 2 см.

Уровни существования живого вещества

Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества - от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

  • 1. Молекулярный - самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул - белков, нуклеиновых кислот, углеводов.
  • 2. Клеточный - уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему.
  • 3. Тканевый - уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань.
  • 4. Органный - уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.
  • 5. Организменный - уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма.
  • 6. Популяционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местообитанием.
  • 7. Биоценоз и экосистема более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы.
  • 8. Биосферный - уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты.
  • 3. Основные свойства биосферы, развитие биосферы в ноосферу

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Основные свойсова биосферы:

1. Биосфера централизованная система. Центральным звеном ее

выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В.И. Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается человеком.

  • 2. Биосфера - открытая система Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.
  • 3. Биосфера - саморегулирующая система. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, т.е. способность возвращаться в исходное состояние.
  • 4. Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием.

Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема характеризуется максимальным разнообразием. В настоящее время описано около 2 млн. видов (примерно 1,5 млн. животных и 0,5 млн. растений). Полагают, однако, что число видов на Земле в 2-3 раза больше, чем их описано. Неучтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях.

5.Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов,

обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ними

неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

С появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит дальнейшая эволюция биосферы, приводит к изменению качественного состава самой биосферы, к ее переходу в ноосферу. Под ноосферой понимают сферу взаимодействия природы и общества, в котором разумная деятельность людей становится главным, определяющим фактором развития. Название «ноосфера» происходит от греческого «ноос» - разум и таким образом обозначает сферу разума. Понятие ноосферы было введено в 1927 г. учеными Леруа и Тейером де Шарденом. В.И. Вернадский, как основатель учения о биосфере, отмечал, что сама живая материя как носитель разума составляет небольшую часть биосферы по массе. Возникновение человеческого общества явилось результатом длительного развития живого вещества в пределах биосферы. Появление человека на Земле предопределило неизбежность возникновение нового состояния биосферы - переход ее в ноосферу, оболочку разума, охваченную целенаправленной деятельностью самого человека.

В XX столетии накопился огромный фактический материал по биосфере, по производственной деятельности человеческого общества. Рождающаяся ноосфера в своих главных проявлениях характеризуется следующими признаками:

1. Возрастающим количеством механически извлекаемого материала литосферы - ростом разработки месторождений полезных ископаемых.

  • 2. Массовым потреблением продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, главным образом в энергетических целях.
  • 3. Процессы в ноосфере приводят к рассеиванию энергии Земли.
  • 4. В ноосфере создаются в массовом количестве вещества, которые ранее в биосфере отсутствовали.
  • 5. Характерно для ноосферы появление новых трансурановых химических элементов в связи с развитием ядерной технологии.
  • 6. Ноосфера выходит за пределы биосферы в связи с огромным прогрессом научно-технической революции. Возникла космонавтика.
  • 7. С образованием ноосферы планета Земля переходит в новое качественное состояние. Если биосфера - это сфера Земли, то ноосфера - это сфера Солнечной системы. Ноосфера в будущем станет областью Солнечной системы в познавательных и производственных целях человеческого общества.
  • 4. Законы экологии Г. Коммонера

Известный эколог Гарри Коммонер сформулировал 4 экологических закона, лаконичных и ярких по форме и глубоких по содержанию. Законы Коммонера приобрели большую известность; они имеют важное значение для оценки экосистем - элементарных структурных единиц биосферы.

Первый закон: все связано со всем.

При исследовании экосистем отмечается взаимосвязь между живой и неживой природой, между флорой и фауной, между популяциями растений и животных и т.д. Связи многочисленны и разнообразны. Существуют положительные и отрицательные связи. Одна из таких связей, подмеченных еще в 19 веке, состоит в положительном влиянии кошек, живущих в селе, на урожайность клевера, растущего на близлежащих полях. Чем больше кошек, тем меньше мышей, которые разрушают гнезда шмелей. Чем меньше мышей, тем больше шмелей - опылителей бобовых. Чем больше шмелей, тем выше урожайность опыленного ими клевера.

Второй закон: ничего не дается даром.

Возьмем, к примеру, почву - продукт наземной экосистемы и главный ее компонент. Почва обеспечивает рост и развитие растений и связанных с ними животных. Растения получают из почв продукты минерального питания, имя питаются фитофаги, ими хищники и т.д. Следовательно, растительный и животный мир наземных экосистем своим существованием обязан почве.

Чем же расплачиваются с почвой растения и животные? Они удобряют почву. Органические удобрения состоят из растительного опада и экскрементов животных.

Третий закон: все должно куда-то деваться.

Природные экосистемы, например, лесные, «работают» миллионы лет, и в них отходов, опасных для жизни, не образуется. Отходы одних групп организмов используют другие. Так, например, отходы животных служат элементами минерального питания растений. Отход жизнедеятельности растений - кислород -используется животными для дыхания. Экологические законы функционирования природных экосистем легли в основу концепции о возможности и жизненной необходимости создания безотходных технологий в промышленности и в сельском хозяйстве.

Четвертый закон: природа «знает» лучше.

Природа «знает», как себя воспроизводить, как себя регулировать и сохранять. Примером тому могут служить природные леса, которые воспроизводят и сохраняют себя миллионы лет. Цивилизации можно рассматривать как творения гения человека разумного. Несмотря на большие достижения, современная наука до сих пор еще не познала все тонкости организации природных комплексов. В силу этого люди еще пока не могут регулировать и воспроизводить экосистемы так искусно, как это «делает» сама природа.

5. Место человека в биосферных процессах

Человек снял или частично разрушил практически все природные механизмы популяционного гомеостаза по отношению к своей популяции. Абиотические факторы почти не сказываются на численности. Она практически не регулируется хищниками, паразитами и межвидовыми конкурентными отношениями. Острота внутривидовых взаимоотношений снимается социальными и юридическими нормами поведения. Болезни, уносившие ранее миллионы жизней (оспа, малярии, холера, чума и др.), полностью или в основном локализованы. Болезни цивилизации (сердечнососудистые, онкологические, СПИД и др.) при современных темпах увеличения народонаселения (на 85-90 млн. человек ежегодно) заметно не изменяют тенденций экспоненциального роста численности вида.

Применительно к человеку практически «не работает» принцип территориальности как фактор регулирования численности популяции. Территориальные перемещения ресурсов снимают различия их запасов в пределах обширных регионов. Природно-территориальные (экосистемные) границы все больше заменяются административно-территориальными.

Регулирование плотности человеческой популяции, если оно имеет место, осуществляется за счет осознанного воздействия на рождаемость, а не в ответ на имеющуюся численность, что характерно для биологических популяций.

Отдельные экосистемы и даже их крупные блоки (например, степи, прерии) человек практически полностью уничтожил. В других он серьезно нарушает свойственные им процессы, принципы и закономерности функционирования:

а) цепи питания и экологические пирамиды. В природных экосистемах на высоких звеньях цепей питания не бывает большой продукции, биомассы и численности организмов. Человек нарушил этот принцип по отношению как к своей популяции, так и к другим видам (сортам, породам). Такое несоответствие природным экосистемам стало возможным благодаря присвоению и вложению в системы дополнительной энергии.

Нарушение правил экологических пирамид оказывается неоправданно дорогим. Оно неизбежно сопровождается изменениями в круговоротах веществ, накоплением отходов и загрязнением среды (например, животноводческие комплексы).

Нарушение правил пирамид обуславливается также тем, что потребительские интересы человека вышли за пределы биологических ресурсов в целом.

  • б) изменение границ экологических ниш. Человек существенно изменяет границы экологических ниш организмов. За этим следует усиление конкуренции и действие правила конкурентного исключения. Конечный результат таких явлений — обеднение видового состава сообществ. Последнее, в свою очередь, расширяет возможности для внедрения в экосистемы несвойственных им видов.
  • в) воздействие на динамику экосистем Рубки лесов, осушение болот, пожары и другие виды антропогенной деятельности приводят к разрушению или нарушению конечных (климаксных) стадий экосистем, к замене их промежуточными сообществами. Человек нередко поддерживает экосистемы на промежуточных стадиях динамики в течение длительного времени для получения интересующего его эффекта. К примеру, он сохраняет лиственные леса на месте коренных хвойных, поскольку они более ценные в рекреационном (для отдыха) отношении или устойчивые к загрязнениям атмосферы.

Иногда наоборот стимулируются сукцессионные процессы для быстрейшего перевода экосистем в завершающие стадии динамики. Все это приводит к снижению устойчивости сообществ.

Одним из масштабных результатов деятельности человека является нарушение механизмов функционирования живого вещества и его функций.

а) контрастность живого вещества. Важным условием постоянства (контрастности) массы живого вещества в биосфере является сохранение условий, обеспечивающих нормальную продуктивность сообществ. Эти условия нарушаются в результате истощения почв, замены более продуктивных экосистем менее продуктивными экосиситемами, отчуждения земель под различные виды строительства и т.п.

За счет повышения человеком продуктивности экосистем, например, окультуривание земель, потери живого вещества не компенсируются;

  • б) транспортная и рассеивающая функция живого вещества. Эти функции человек изменяет или дополняет, перемещая большие массы продукции в пространстве, нарушая при этом круговороты (например, вынос водным стоком натрия, магния, кальция, калия и азота с площадей вырубок увеличился соответственно в 3; 8; 9; 20 и 100 раз).
  • в) деструкционная и конструкционная функции. Усиление человеком разрушительных явлений в биосфере происходит в результате извлечения ресурсов из недр, а также использования поверхности литосферы.

Результатом интенсификации концентрационных процессов является накопление на поверхности земли ресурсов или продуктов их переработки в таких объемах, что они выделяются в специфические техногенногеохимические провинции.

Для социальных и связанных с ними техногенных структур характерна низкая экологическая эффективность. Основная часть ресурсов составляет отходы. Такие явления во многом обусловлены несоответствием темпов развития технических и социальных структур.

Период развития биосферы, связанный с деятельностью человека, рассматривают как «ноогенез». Ему предшествовал период «биогенеза». Эти периоды не сопоставимы ии по продолжительности, ни по интенсивности изменения среды и биосферных процессов.

Нарушение временного фактора развития биосферы и среды обитания приводит к несоответствию темпов изменения среды и адаптационных возможностей организмов. Следствием этого является нарушение в соотношении численности отдельных видов (результат неодинаковой адаптивности), снижение устойчивости и продуктивности экосистем, гибель некоторых видов.

Действия человека характеризуются не только нарушением временного фактора в развитии биосферных процессов, ио и отчужденностью от природы, подчинением ее своим целям. Чаще всего он выступает как внешний фактор по отношению к экосистемам. Это дает основание говорить о специфической экологической нише человека.

Различают два вида круговоротов веществ: большой, или геологический (между сушей и океаном), и малый, или биологический (в пределах экосистемы). Самостоятельность малого круговорота относительна: он является элементом геологического круговорота. Об изменении последнего под влиянием антропогенных факторов можно судить по выносу с суши в океан продуктов разрушения почв. За последние 50 лет вынос увеличился с 3 млрд, т/год в 40-50-х годах до 45-50 млрд, т в конце столетия.

Малые круговороты чаще всего нарушаются в результате несоответствия между количеством веществ, поставляемых в среду, и возможностями организмов по их разложению либо концентрированию. Накопление человеком веществ достигает столь значительных объемов, что даже легко разрушаемые из них (например, отходы животноводческих комплексов) долгое время не включаются в круговороты. Вещества, чуждые организмам-деструкторам выключаются из круговоротов на более длительное время.

Круговорот углерода. Содержащийся в атмосфере углерод (в виде СО) в процессе, фотосинтеза включается в органическое вещество растений и далее в цепи питания. Высвобождение углерода из органического вещества происходит в процессе дыхания организмов. Основная масса углерода высвобождается из мертвого органического вещества организмами-редуцентами. Небольшая часть органического вещества и содержащегося в нем углерода ускользает от круговорота и «уходит в геологию» в виде торфа, угля, нефти и карбонатных отложений в водных экосистемах.

Основное нарушение циклов углерода связано с высвобождением его из геологических структур (горючие ископаемые, известняки), а также в результате изменения площадей и продуктивности лесных и других растительных сообществ, разрушения органического вещества почв и высвобождения из вечномерзлых грунтов при их оттаивании (в виде метана). Часть этого углерода накапливается в атмосфере в форме углекислого газа и метана, обусловливая парниковый эффект.

Круговорот азота. Основным источником данного элемента является атмосфера, откуда в почву, а затем в растительные организмы азот попадает только в результате превращения в усвояемое соединение -нитраты. Последние образуются в основном в результате деятельности организмов-азотфиксаторов. К ним относятся отдельные виды бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов (актиномицетов). Частично нитраты образуются при грозовых разрядах и при фотохимических реакциях в атмосфере. Откуда с осадками они попадают в почву.

Второй источник азота для растений - результат разложения органических веществ и, в частности, белков особой группы организмов-аммонификаторов. При этом в начале образуется аммиак, который в результате деятельности бактерий-нитрификаторов преобразуется в нитриты и нитраты. Часть азота растениями усваивается в виде ионов аммония и мочевины, образующихся в результате разложения органических веществ, Возвращение азота в атмосферу происходит в процессе деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до свободного азота и кислорода.

Значительная доля азота, попадая в океан, используется водными фотосинтезирующими организмами (фитопланктоном), а затем, попадая в цепи питания животных, частично возвращается на сушу с продуктами морского промысла или птицами. Наибольшая часть азота, как и углерод, попадает в осадочные соединения.

Изменения круговорота азота под влиянием антропогенных факторов обусловлено переводом его в усвояемые формы из атмосферного воздуха в результате техногенных процессов как целенаправленно (при получении азотных удобрений), так и непреднамеренно (в результате высоких температур, создаваемых, например, двигателями внутреннего сгорания или промышленными установками). Существенные изменения в циклах азота происходит также в результате разрушения органического вещества почв, сапропелей, гуано и т.п.

Основные отрицательные последствия нарушения круговорота азота проявляются через загрязнение оксидами, аммиаком и другими соединениями атмосферного воздуха и вод, накопление нитратов в пищевых продуктах.

Круговорот серы. Сера является одним из наиболее агрессивных и распространенных загрязнителей среды, особенно воздушной. Основные нарушения круговорота серы связаны со сжиганием органических веществ, переработкой серосодержащих руд, нарушением циклов в системе почвы-растения. Сера при этом поступает в атмосферу в виде такого токсического соединения как диоксид (сернистый ангидрид). Частично в виде триоксида, сероводорода, сероуглерода и др. Диоксид серы относится к числу наиболее агрессивных загрязнителей. Он действует на природные и созданные человеком объекты как в результате осаждения из воздуха, так и через кислотные осадки. Сера и ее соединения рассматриваются как основной или мировой загрязнитель среды.

В целом антропогенные поступления серы в атмосферу составляют порядка 200-250 млн./т в год. Это соизмеримо с ее поступлением из естественных источников (вулканы, распад серосодержащих минералов и органических веществ, природные пожары и т.п.).

Круговорот фосфора. После неоднократного потребления фосфора организмами на суше и в водной среде он, в конечном счете, выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Не компенсируются эти потребности и в результате использования природных минеральных соединений. В данном случае, односторонний процесс, заканчивающийся осадочным циклом, грозит дефицитом фосфора для организмов. Последний в значительной мере восполняется человеком через внесение минеральных удобрений, представляющих в основном продукты переработки морских осадочных пород.

Часть фосфора из океана на сушу попадает с морепродуктами. В том и другом случаях основная масса его включается в биогеохимические циклы, начальным звеном которых являются живые организмы. Отрицательным следствием нарушения круговорота фосфора является попадание его в водные экосистемы с минеральными удобрениями и моющими синтетическими средствами. Наряду с азотом фосфор является основным фактором зарастания водоемов и загрязнения вод органическими веществами.

Понятие экологической ниши человека и его разумной деятельности неразрывно связаны. Именно благодаря разуму пространственной нишей человека стала вся Земля, а в настоящее время в значительной мере и космическое пространство, человек предельно расширил трофические границы ниши. Социальные и технические возможности позволили использовать все продукты, представляемые природой. Кроме этого, человек постоянно расширяет объемы и спектр продуктов, получаемых в культурном хозяйстве и в промышленных условиях.

Крайне специфична ниша человека и по поведенческому статусу. Она больше обуславливается социальными условиями (законами, правилами, моралью), чем биологическими критериями и природными факторами. Свою зависимость от природных условии человек свел до минимума. В таких условиях практически не работают механизмы регулирования численности человеческой популяции (гомеостаз), в том числе практически все модифицирующие (абиотические) и регулирующие (биотические) факторы, включая хищничество, паразитизм, территориальность и т.п.

Другие механизмы гомеостаза (стрессовые явления, миграции и т.п.) действуют в сильно смягченной форме. Они в значительной мере снимаются социальными условиями (достижения медицины, информационное обеспечение, бытовые условия и пр.). Важнейший результат этого - взрывообразный рост численности народонаселения и связанные с ним проблемы.

Широкая экологическая, валентность (гиперэврибионтность) человека, как и неограниченная экологическая ниша, позволили ему перейти в ранг уникального вида, способного подчинять своим интересам другие виды, уничтожать их. Такие явления чужды видам, существующим в границах экосистем и занимающим определенные места в цепях питания, поскольку уничтожение других видов равносильно самоуничтожению. Это один из парадоксов развития человека как биосоциального существа.

Человек обеспечил свое превращение в гиперэврибионта не за счет биологических механизмов, а за счет технических средств, и поэтому он в значительной мере утратил потенциал биологических адаптаций. В этом причина того, что человек находится в числе первых кандидатов на уход с арены жизни в результате им же вызываемых изменений среды.

Отсюда важный вывод: если современная ниша человека - прежде всего результат разумной деятельности, власти над окружением, следовательно, разум должен выступать и основной движущей силой ее изменения.

Реально изменение ниши за счет второй составляющей - образа действия или жизненного статуса. В двух словах - это отказ от подчинения природы себе и переход на сотрудничество с ней.

Можно выделить несколько специфических особенностей действия антропогенных факторов. Важнейшие из них следующие:

  • 1) нерегулярность действия и в связи ездим непредсказуемость для организмов, а также высокая интенсивность изменений, несоизмеримая адаптационными возможностями организмов;
  • 2) практически неограниченные возможности действия на организмы, вплоть до полного их уничтожения, что свойственно природным факторам и процессам лишь в редких случаях (стихийные бедствия, катаклизмы). Воздействия человека могут быть как целенаправленными, типа конкурентной борьбы с организмами, именуемыми вредителями и сорняками, так и непреднамеренными, типа промысла, загрязнений, разрушения местообитаний и т.п.;
  • 3) являясь результатом деятельности живых организмов (человека), антропогенные факторы действуют не как биологические (регулирующие), а как специфические (модифицирующие). Эта специфика проявляется либо через изменения природной среды в направлении, неблагоприятном для организмов (температура, влага, свет, климат и т.п.), либо посредством привнесения в среду чуждых организмам агентов, объединенных термином «ксенобиотики»;
  • 4) ни один вид не совершает никаких действий во вред самому себе. Эта способность присуща только человеку, наделенному разумом. Именно человеку приходится в полной мере получать отрицательные результаты от загрязняемой и разрушаемой среды. Биологические виды одновременно изменяют и кондиционируют среду; человек, как правило, изменяет среду в неблагоприятном для себя и других существ направлении;
  • 5) человек создал группу социальных факторов, которые являются средой для самого человека. Действие этих факторов на человека, как правило, не менее значительно, чем природных.

Интересным проявлением действия антропогенных факторов является специфическая среда, созданная влиянием этих факторов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >