Предыдущая страница Биология. 10-11 классы Следующая страница

Биология

Учебник для 10-11 классов

Глава XVII. Влияние деятельности человека на биосферу

Человек — элемент биосферы. Все жизненные ресурсы — воздух, пищу, воду и значительную часть энергетических и строительных ресурсов — он получает из биосферы. В биосферу же человек сбрасывает отходы — бытовые и промышленные. Долгое время такой тип человеческой деятельности не нарушал равновесия биосферы. Однако в последние два столетия, расширяя промышленную деятельность, человечество активно вторглось в живой мир Земли.

Человек воздействует на биосферу локально — в сотнях миллионов мест выбрасываются загрязняющие вещества в реки и воздух, сносится плодородный слой почвы, вырубаются леса, разрушаются местообитания растений и животных. Однако биосфера — единая система, охваченная круговоротами веществ, и миллионы локальных воздействий, сливаясь и усиливая друг друга, вызывают глобальные изменения во всех компонентах биосферы. Реки текут в моря и океаны и вносят туда загрязнения, сброшенные промышленностью и сельским хозяйством на всем пути водотоков. Вырубка лесов и деградация почв ведут к климатическим изменениям, утрате почвенного плодородия и разрушению природных экосистем на всей планете. Загрязнения, выброшенные в воздух в одной точке, немедленно распространяются на тысячи километров.

Насколько быстро совершаются атмосферные переносы, человечество узнало на примере чернобыльской катастрофы. Во время взрыва реактора часть ядерного топлива была выброшена наружу. Взрыв освободил радиоактивные газы и твердые частицы, подняв их на высоту 6 км. Образовалось радиоактивное облако, которое в первый день после взрыва распространилось над территорией Украины и Белоруссии, а затем разделилось на два облака. Одно из них начало двигаться на северо-запад, достигло Польши и Швеции (второй — четвертый дни), затем повернуло на юго-восток, пересекло Европу (пятый — шестой дни) и достигло Греции, Турции, Ливана, Сирии (седьмой — десятый дни). Другое облако пересекло Европу к востоку, направляясь к Азии, прошло над Сибирью (пятый — шестой дни), Японией (двенадцатый день), северной частью Тихого океана, достигнув на восемнадцатый день после аварии Северной Америки.

Этот пример показывает, как быстро мощное локальное воздействие приводит к глобальному эффекту. И точно так же огромное количество мелких локальных воздействий приводит к глобальной деградации окружающей среды: истощению природных ресурсов, гибели ряда видов растений и животных, загрязнению и отравлению среды промышленными и бытовыми отходами, ядохимикатами, разрушению естественных экосистем (озер, лесов). Все неблагоприятные изменения в биосфере воздействуют как на животный и растительный мир, так и на человека.

Загрязнители попадают в почву и водоемы, накапливаются в тканях растений и животных, а через них — в организме человека. Различные химические вещества часто усиливают мутационный процесс у человека. Понятно, что это может приводить к возникновению различных врожденных и наследственных аномалий. Экологические проблемы на национальном и глобальном уровне тесно связаны с экономическими и социальными проблемами, являясь часто их следствием или причиной.

§ 78. Глобальные экологические проблемы

Климатические изменения. Потепление на Земле связывают с добавочным парниковым эффектом. С 1860 г. средняя температура на земном шаре повысилась на 0,5—0,7°С. Некоторые газы, подобно стеклу, поглощают инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью, и тем самым способствуют сохранению тепла в атмосфере. Этот эффект и называют парниковым, а газы, молекулы которых способствуют накоплению тепла, — парниковыми газами. К ним относят диоксид углерода, метан, оксид азота (I) и фреоны, которые в XX в. начали широко применять для распыления лаков, красителей и в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах.

До развития промышленности природные парниковые газы обеспечивали нагрев земной поверхности до +15°С. С конца XVIII в. содержание С02 и СН4 в атмосфере начало увеличиваться. Так, с 1960 по 1990 г. концентрация С02 возросла с 315 до 350 ррм, концентрация СН4 с начала XIX в. почти удвоилась. Добавочное поступление С02 связано в основном со сжиганием топлива, а также со сведением лесов и минерализацией гумуса пахотных почв. Возрастание концентрации метана в атмосфере объясняют увеличением поголовья скота (СН4 — один из продуктов метаболизма жвачных животных), переувлажнением земель при культивации риса и возрастанием добычи угля, в залежах которого этот газ накапливается.

Является ли добавочный парниковый эффект причиной повышения температуры Земли? Большинство климатологов отвечают на этот вопрос утвердительно. Глобальный нагрев атмосферы, по мнению ученых, на 50% связан с С02, на 18% — с СН4, на 14% — с фреонами и на 18% — с другими газами, включая N20.

По прогнозам, если концентрация С02 в атмосфере достигнет 600 ррм, температура биосферы повысится на 1°С к 2025 г. и на 3°С к концу XXI столетия.

Ученые сегодня не могут сказать точно, с какой скоростью и как изменится климат, но определенные предсказания климатических сдвигов имеются. Наибольшие изменения наблюдаются в погоде: увеличение числа экстремально жарких дней, длительные засухи, сменяющиеся проливными дождями, страшные ураганы, штормы и смерчи, причудливые, непредсказуемые смены погоды. Потепление может изменить привычную, частично прогнозируемую схему зарождения тайфунов, привести к уменьшению количества осадков в основных зерновых районах — в США, Китае, Казахстане, к резкому уменьшению урожая риса в Азии (в этом регионе 60% населения потребляют рис как основной продукт), вызвать усиление опустынивания в Африке и на Среднем Востоке, стать причиной гибели тропических лесов в Африке и Южной Азии.

Частичное таяние льдов и подъем уровня Мирового океана, вызванные потеплением, страшны тем, что большинство людей живет на побережьях. Подъем моря на 1 м приведет к затоплению 25% культивируемой дельты Нила в Египте, а в Бангладеш под водой может оказаться от 12 до 28% территории страны. Под угрозой находятся огромные прибрежные города США, Индии, Китая.

Таким образом, изменение климата, обусловленное изменением газового режима атмосферы, неизбежно вызовет сдвиги экологического и социального характера в биосфере и мировом сообществе.

Нарушение озонового слоя. Озон содержится во всех слоях атмосферы. Максимальных величин его концентрация достигает на высоте 20—25 км над поверхностью Земли. Слой атмосферы с наибольшим количеством этого вещества называется озоновым. Роль озонового слоя для биосферы исключительная: он поглощает, не пропуская к поверхности Земли, ультрафиолетовое излучение, смертоносное для живых организмов.

Уже ряд лет отмечается ослабление озонового слоя, что, вероятно, связано с попаданием в верхние слои атмосферы оксида азота (II) и фреонов.

В 80-е гг. появился новый тревожный феномен — образование озоновых дыр (в 1982 г. такая дыра была обнаружена над Антарктидой, а в 1987 г. — над Северным полюсом). Ученые опасаются, что озоновые дыры могут в ближайшее время возникнуть над Скандинавией, Россией, Канадой. Возрастание дозы ультрафиолетового излучения вызывает увеличение числа заболевших раком кожи, катарактой, приводит к уменьшению продукции моря, повреждению лесов. Возникла необходимость принятия мер по защите озонового слоя. В 1987 г. 50 стран подписали в Монреале соглашение, предусматривающее снижение производства фреонов на 50%.

Загрязнение атмосферы. Загрязняющие вещества поступают изначально в атмосферу, водоемы и почвы. Из атмосферы они могут попасть в воду и почвы, из воды — в почвы, из почв — в воду. Две трети массы загрязнителей поступают в атмосферу. Основные загрязнители воздуха — оксиды серы, азота, твердые частицы и оксид углерода (I). В 1996 г. в течение года в атмосферу было выброшено около 100 млн т оксидов серы, 70 млн т оксидов азота, около 180 млн т оксида углерода (I) и 60 млн т твердых частиц. Основная часть выбросов приходится на развитые страны. За период 1970—1990 гг. отмечается слабая тенденция к снижению выбросов S02, S03 и СО. Главные источники выбросов в атмосферу — это потребители энергии, сжигающие ископаемое топливо: промышленность, коммунальное хозяйство и транспорт.

Особую тревогу вызывает загрязнение воздуха сернистым газом, порождающее кислотные дожди. Последствия кислотных дождей для биосферы исключительно тяжелые. Они превращают озера, реки и пруды в безжизненные водоемы, уничтожая сообщества животных и растений. В США около 200 озер лишились рыбы, в Швеции приблизительно 20% озер уже мертвы или умирают. Кислотные дожди — одна из главных причин гибели лесов. Уменьшение загрязнения атмосферы в месте выбросов происходит за счет переноса загрязнений по всему земному шару, что угрожает здоровью людей и природным ресурсам всех наций.

Загрязнение водных систем. За последние 50 лет оказались разрушенными водоемы и водоносные системы многих стран мира. Отмечается истощение подземных вод. Бесконтрольное потребление воды для полива и промышленных предприятий, уничтожение водоохранных лесных массивов и осушение верховых болот привели к массовой гибели малых рек. Сокращается объем стока крупных рек.

Черезмерное расширение поливных площадей оказалось одной из причин гибели Аральского моря. За последние годы высохли сотни естественных водоемов и озер Приаралья. Аридизация (опустынивание) и острый недостаток воды обусловили деградацию природных экосистем района.

Загрязнение водоемов отходами промышленности превращает их в сточные канавы. Обитатели рек и даже морей погибают под слоем нефтепродуктов, которые препятствуют поглощению кислорода из воздуха. Загрязненными оказались и океаны.

Выбросы нефти могут резко замедлить газовый обмен атмосферы с гидросферой, нарушить сложившиеся равновесные процессы, убить планктонные организмы океана, а вместе с ними — жизнь океанских глубин.

Смыв удобрений, сбросы отходов животноводства и канализационных вод приводят к загрязнению водоемов избыточными концентрациями азота и фосфора. Высокое содержание этих элементов стимулирует быстрый рост водорослей. Начинается «цветение» водоемов. После отмирания большой массы водорослей они быстро разлагаются. Запасы кислорода в воде истощаются. Обитатели водоемов начинают задыхаться без кислорода, в результате чего рыба гибнет.

Около 70% загрязнения морской среды связано с наземными источниками, включая большие и малые города, промышленность, строительство, сельское хозяйство, лесное хозяйство и туризм. Загрязняющими веществами, которые создают главную угрозу для морской среды обитания, являются сточные воды, химические вещества, мусор и пластмассы, тяжелые металлы, радиоактивные отходы и нефть. Некоторые из этих материалов ядовиты, они медленно разлагаются в окружающей среде и накапливаются в живых существах. Загрязнения возникают также в результате судоходства и сброса отходов в море. Около 600 т нефти ежегодно попадает в океаны и моря в результате обычных морских перевозок, аварий и незаконного слива.

Прибрежные воды испытывают особую нагрузку в связи с интенсификацией добычи рыбы и моллюсков, что приводит к деградации шельфовых и морских экосистем.

Уничтожение лесов. Лесам принадлежит важная роль в сохранении почвы и воды, поддержании растительного и животного мира. Кроме того, леса являются источником промышленной древесины, топлива и других продуктов.

Ныне леса по всему миру оказались под угрозой вырождения и уничтожения в результате возрастающих нагрузок со стороны человека. За счет лесов расширяются сельскохозяйственные поля и пастбища, продолжается хищнический лесоповал, леса страдают от пожаров и загрязнения атмосферы. Особое беспокойство вызывает разрушение тропических лесов, среднегодовой процент гибели которых достигает 1% от их площади. Оценки, полученные Продовольственной и сельскохозяйственной организацией ООН (ФАО) в 62 странах (что представляет 78% мировых площадей, занимаемых тропическими лесами), свидетельствуют о том, что в период 1980—1990 гг. леса сводились со скоростью 16,8 млн га/год (рис. 109).

Гибель лесов в развивающихся регионах

Рис. 109. Гибель лесов в развивающихся регионах, 1980—1990 гг.

Оставшиеся 800 млн га тропических лесов вырубаются и разрушаются с такой скоростью, что к 2030 г., по различным оценкам, уцелеет всего от 200 до 370 млн га. Последствия сведения тропических лесов — это вымирание видов, деградация почв, снижение водостока на водоразделах и увеличение накопления осадков в водоемах, снижение буферной роли лесных болот, снижение запасов углерода в наземной биомассе, рост содержания С02 в атмосфере, уменьшение количества атмосферных осадков.

Леса гибнут не только в тропиках. Началось массовое заболевание и гибель лесов Европы и Северной Америки из-за загрязнения атмосферы, вод и почв. Вследствие интенсивных рубок практически уничтожены хвойные леса Центральной России, неуклонно сводятся наиболее ценные и доступные для техники массивы лесов в Сибири и на Дальнем Востоке.

Уничтожение северных лесов, так же как и тропических, вызывает изменение климатических условий, водного режима, состояния почв.

Состояние почв. Почва является не только основным средством сельскохозяйственного производства, но и важнейшим компонентом экосистем, регулирующим состав атмосферы и гидросферы, и надежным барьером на путях миграции загрязняющих веществ. И эта тончайшая оболочка Земли — педосфера — претерпевает значительную деградацию под воздействием человека. Деградация используемых человеком почв в процентах от всей их площади характеризуется следующими цифрами: крайняя степень деградации — 1%, сильная — 15%, умеренная — 46%, легкая — 38%. Наиболее широко распространенный процесс разрушения почвенного покрова — эрозия.

Кроме эрозии — потери верхнего плодородного слоя почвы в результате его сноса текущими водами или ветром — неблагоприятное воздействие на почвы оказывает их полив при плохой системе дренажа. При неправильном регулировании режимов полива и сброса дренажных вод грунтовые воды, часто несущие соли, поднимаются к поверхности почв и засоляют ее верхние горизонты (химическая деградация). Часть почв подвергается физической деградации — очень сильно уплотняется под влиянием тяжелых сельскохозяйственных машин.

Главные причины деградации почв: перевыпас на пастбищах, оскудение и вырубка лесов, сельскохозяйственная деятельность.

Опустынивание. Опустынивание — это процесс деградации экосистем, вызванный изменением климата и хозяйственной деятельностью человека. Опустыниванию подвержены прежде всего засушливые земли. Причины антропогенного опустынивания: перевыпас на пастбищах, интенсивное использование пахотных земель, расширение неполивного земледелия в аридные области, нарушение лесных массивов, длительное или технологически неправильное искусственное орошение, приводящее к засолению почв.

От деградации почвы уже пострадало 3,6 млрд га засушливых земель, что составляет около четверти площади земной суши. Засоление почв, связанное с неправильным дренажом, поражает огромные пространства поливных земель. Засоление в засушливых областях обусловлено сильным испарением, в результате которого растворенные соли поднимаются к поверхности почвы и здесь накапливаются. Концентрации солей могут быть такими высокими, что рост растений становится невозможным. Яркий пример упадка сельского хозяйства в древние времена — Верхняя Месопотамия. Там 4000 лет назад ирригационные воды, забираемые из Евфрата, вначале обеспечивали хорошие урожаи, но постепенно привели к засолению почвы.

В наше время приблизительно 280 млн людей, населяющих сельские местности, находятся в той или иной степени под влиянием опустынивания. Опустынивание и засухи являются причинами бедности и голода. В странах Африки к югу от Сахары в засуху в середине 80-х гг. от голода погибло около 3 млн человек.

Потеря биоразнообразия. Ученые считают, что на Земле обитает от 5 до 30 млн видов, хотя описано около 1,7 млн. Совокупность всех видов составляет биоразнообразие Земли. От половины до 80% (по разным оценкам) видов планеты живет в тропических лесах, хотя последние занимают всего 7% территории Земли. Так, в дождевом лесу Панамы на площади 50 га ученые обнаружили около 300 видов деревьев и кустарников, в Малайзии на такой же площади — 835 видов деревьев. По направлению к Северному полюсу биоразнообразие снижается. Например, в штате Вашингтон на 50 га растет около 40 видов деревьев, а в Западной Сибири — 5—6.

Разрушение тропических лесов уже привело к гибели около 6000 видов. Тропические леса в основном принадлежат бедным государствам с быстрым ростом народонаселения. Эти страны вынуждены экспортировать древесину, сжигать леса, чтобы построить дороги и города, вырастить урожай. К сожалению, почвы тропических лесов очень бедны, за 2—3 года они истощаются и вновь требуется вырубка лесов.

Виды гибнут не только в тропиках. Везде, где разрушаются экосистемы или сильно сокращается их площадь, исчезают виды. И это невосполнимая потеря для биосферы и человечества.

Люди научились использовать всего 0,1% видов. Мы употребляем в пищу лишь около 50 видов растений, в то время как 75 тыс. растений имеют съедобные части и гораздо богаче питательными веществами, чем употребляемая сейчас растительная пища. Растения не только пища, но и строительный материал, источник энергии, составная часть лекарств.

Биотехнология тоже зависит от биоразнообразия: селекция — от генов диких растений, производство антибиотиков — от микроскопических грибов, продукция ферментов — от дрожжей и бактерий. Биотехнологи надеются создать природные удобрения и пестициды, сорта культурных растений, которые устойчивы к засухе, заморозкам и разным болезням.

Вот некоторые примеры социально-экологических выгод биологического разнообразия:

  • Стоимость лекарств, производимых в мире из дикорастущих растений и естественных продуктов, составляет около 40 млрд долларов США в год.
  • В 1960 г. только один ребенок из пяти больных лейкемией имел шанс выжить. Теперь четверо из пяти имеют такой шанс. Это стало возможным благодаря лечению лекарственным препаратом, содержащим активные вещества, обнаруженные в тропическом лесном растении Catharantus, родина которого — Мадагаскар.
  • В Азии к середине 70-х годов генетические улучшения привели к росту производства пшеницы на 2 млрд и риса на 1,5 млрд долларов США в год. Эти результаты были достигнуты за счет выведения и использования низкорослых сортов зерновых культур.
  • Один ген эфиопского ячменя защищает сейчас от вируса желтой карликовости урожай всего калифорнийского ячменя стоимостью 160 млн долларов США в год.

Биоразнообразие — основа устойчивости экосистем.

Проблемы энергетики. Для производства материальных благ, обогрева, освещения, работы транспорта необходима энергия.

Самый распространенный вид топлива — каменный уголь. Одновременно это и наименее энергетически эффективное и наиболее опасное топливо. При сгорании угля образуется гораздо больше диоксида углерода на единицу произведенной энергии, чем при сгорании остальных видов ископаемого топлива. А это означает, что сжигание угля для получения единицы энергии приводит к усилению парникового эффекта в большей степени, чем сжигание нефти и газа. Кроме того, более 70% выбросов диоксида серы и около 25% выбросов оксидов азота вызвано сжиганием угля, особенно на электростанциях. Природный газ выделяет больше тепла при сжигании и в меньшей степени загрязняет воздух, чем уголь и нефть.

Энергия, получаемая на гидроэлектростанциях, является чистой, но общество платит за эту энергию плодороднейшими пойменными землями, уходящими под воду при строительстве водохранилищ.

Первоначально ядерная энергия рассматривалась как источник чистой, безопасной и дешевой энергии. Предполагалось, что к 2000 г. 1800 атомных электростанций будут поставлять 21% мировой дополнительной энергии. Однако к 1990 г. на ядерную энергию приходилось лишь 5% общего производства энергии.

С момента аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. многие страны пересмотрели планы строительства новых АЭС в сторону уменьшения или вовсе отказались от них. Кроме опасности аварий на АЭС, существует проблема удаления и хранения радиоактивных отходов. По мере того как вводятся в эксплуатацию новые и выводятся из эксплуатации старые атомные электростанции, количество таких отходов растет. После 40 лет исследований и дискуссий ученые все еще не пришли к согласию относительно безопасных методов хранения радиоактивных отходов.

Итак, фактически любое производство энергии приводит к загрязнению окружающей среды. Но человек не может жить без энергии. Решение энергетических проблем лежит в повышении эффективности использования энергии любого типа, в новых экологически более безопасных технологиях использования ископаемого топлива, в получении энергии за счет солнца, ветра, текущей воды, геотермальных источников, ежегодно возобновляющейся биомассы и органических отходов.


  1. Каковы недостатки и преимущества тепловых, атомных и гидроэлектростанций? По какому пути следует развивать энергетику?
  2. Какие вы знаете вещества, загрязняющие воздух? Какие предприятия в вашей местности загрязняют воздух?
  3. Каковы основные проблемы и причины загрязнения Мирового океана?
  4. Почему важно сохранять биоразнообразие Земли и какие виды человеческой деятельности приводят к его сокращению?
  5. Что вы знаете об уничтожении лесов в вашей местности? Достаточно ли в ней лесов сейчас? Если леса были истреблены ранее, то по какой причине?

Рейтинг@Mail.ru