Владимир Живетин - Биосферные риски

По абсолютному количеству биомассы суша во много раз превосходит океан, однако накопление биогенного вещества на континентах не происходит. Высшие растения предпочитают строить свой каркас из лигнина, а не из карбоната кальция, как морские организмы. В результате после отмирания растений их остатки обычно полностью разлагаются.

Все живые организмы существуют только в форме популяций , т. е. совокупности особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией (панмиксия). Каждая популяция имеет определенные свойства: соотношение особей разного возраста, соотношение полов, размещение в виде колоний, семей, стай, численность и амплитуда ее колебаний. Свойства (структура) популяций определяются экологической нишей данного вида, соответствием условий места обитания (биотопа).

Между живой и неживой природой существует тесная энергетическая связь. Любой живой организм зависит от параметров окружающей среды, химического состава пищи. С другой стороны, например, атмосферный кислород, почва, минеральные ископаемые имеют биогенное происхождение. При этом живая природа формирует неживую, которая определяет ее жизнь.

Это свойство вещества обусловлено его движением по замкнутому кругу. Солнечная энергия трансформируется в другие виды энергии и запасается в виде энергии химических связей. Выделяют большой круговорот вещества и энергии (геологический) и малый (биологический), который непосредственно влияет на человека. Биологический круговорот заключается в непрерывном обмене веществом и энергией между организмом и средой в процессах возникновения и разрушения организмов (рождения и смерти). Элементарной структурной единицей биосферы считается биогеоценоз (экосистема) – совокупность живых организмов и косных компонентов (слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) в их динамическом взаимодействии (обмен веществом и энергией).

Особо отметим энергетические потоки. Сегодня дополнительная энергия (помимо той, которая создается солнечной радиацией), возникающая по воле человека, составляет 10 млрд. кВт. Это столько же, сколько несет тепловой поток из недр Земли, хотя и существенно меньше потока солнечной энергии, устремленной к Земле, равной 1,23×10 5млрд. кВт. Чтобы не причинять вред биосфере, величина дополнительной энергии не должна превышать 0,1 % от солнечной [26], т. е. не должна быть больше 123 млрд. кВт, значит, Е доп ≤ 123 млрд. кВт. При существующих темпах производства и потребления энергии в мире верхний предел Е доп земной энергетики, обусловленной температурой земной поверхности, прогнозируется достигнуть через 200 лет.

Важными в проблеме сохранения и потерь биосферы являются биотические факторы, представляющие собой совокупное влияние жизнедеятельности одних организмов на другие. Взаимоотношения между животными, растениями, микроорганизмами чрезвычайно разнообразны и включают прямые и косвенные связи. Первые характеризуются непосредственным воздействием одних организмов на другие; вторые проявляются в том, что одни живые организмы изменяют режим биотических факторов среды для других организмов. Роль биотических факторов в окружающей среде особенно заметна на примере человеческой деятельности. Горы Древней Греции, как известно из поэм Гомера, были покрыты густым лесом. Сейчас это голые скалы. Их травяной покров был вытоптан стадами домашних коз (из всех домашних животных они нарушают покров наиболее сильно).

В качестве другого примера может служить самая большая пустыня планеты – Сахара. Как показывает результаты бурения долины Нила, пустыни Сахары не существовало во время теплых промежутков между древними ледниковыми периодами. Скорее всего, и она результат деятельности человека, пасшего стада на непрочном травяном покрове. В настоящее время площадь Сахары увеличивается из-за уничтожения аборигенами тропических лесов.

Судьба Аральского моря, строительство плотин на равнинных реках, распашки целинных земель и многие другие факты антропогенного воздействия на окружающую среду убедительно свидетельствуют о роли биотических факторов в биосфере. Альбедо песчаных пустынь выше, чем альбедо участков, покрытых растительностью. В то же время сухость воздуха пустынь способствует их радиационному охлаждению. Поэтому пустыни (занимающие 6 % территории суши), в том числе Сахара, дополнительно охлаждают Землю. Напротив, лесонасаждения и орошение засушливых земель человеком положительно влияют на климат.

Воздействие человека на биосферу сводится к изменениям:

– структуры земной поверхности (распашка, вырубка леса, мелиорация, искусственные водоемы и др.);

– состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие ископаемых, выбросы веществ), вызывают глобальные изменения физико-химических параметров среды;

– энергетического баланса отдельных регионов Земли;

– живого мира (изменение биомассы, истребление животных, рыб, снижение генетического разнообразия вследствие того, что генные повреждения у 30 % особей популяции ведут к ее полной гибели).

Экологический фактор — это состояние среды, характеризуемое параметром (свойством) и способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития. К факторам неживой природы ( абиотическим ) относятся: свет, температура, влажность, давление, скорость потоков, возникающих в воздушной среде; механический состав, влажность, воздухопроницаемость и плотность почвы; рельеф, высота над уровнем моря; газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов. К факторам живой природы ( биотическим ) относятся: растительные и животные организмы, включая человека, вирусы, бактерии, грибы, риккетсии (неподвижные микроорганизмы) и другие простейшие микроорганизмы.

Любому живому организму необходимы не вообще температура, влажность, минеральные и органические вещества и прочее, а их определенный режим, т. е. существуют верхние и нижние границы допустимых изменений амплитуды этих факторов, представляющие область допустимых состояний Ω доп , вне которой, т. е. в критической области Ω кр , жизнь данного организма невозможна. Чем шире допустимые пределы какого-либо фактора, тем выше устойчивость, т. е. толерантность данного организма. Американский ученый В. Шелфорд показал, что факторы, значения которых либо превосходят, либо меньше оптимальных для организма, называются лимитирующими, а соответствующее соотношение получило название закона «лимитирующего фактора»или «закона толерантности». Этот закон частично учитывается в мероприятиях по охране окружающей среды от загрязнения. Превышения нормы вредных веществ в воздухе, воде, почве представляют серьезную угрозу для живых организмов вообще и для здоровья людей в частности.