Антропогенные воздействия и направления этих воздействий

     Введение

            Биосфера (от греч. bios — жизнь, sphaira — пленка) — живая оболочка Земли.

     Термин  «биосфера» впервые был использован  известным австрийским ученым Э. Зюссом (1831-1914) в его книге «Лик Земли» (1875).

     Позднее термин «биосфера» использовали и другие ученые, но учение о биосфере в современном  понимании было сформулировано В. И. Вернадским (1863-1945) в его знаменитой книге «Биосфера» (1926). По В. И. Вернадскому «Биосфера представляет собой определенную геологическую оболочку, резко отличную от всех других оболочек нашей планеты...» И далее: «Живое вещество проникает всю биосферу и ее в значительной степени создает».

     Как отмечал В. И. Вернадский, геохимические  процессы на Земле и формирование лика Земли связаны с живыми существами, поэтому биосфера включает в себя собственно живую оболочку Земли (живой  материал в виде живых организмов, населяющих Землю в каждый момент) и былые живые оболочки (былой  живой материал), границы которых  определяются распределением биогенных  осадочных пород.

     По  В. И. Вернадскому «Живое вещество биосферы, единственной области планеты, закономерно  связанной с космическим пространством, есть совокупность ее живых организмов, ее живого вещества как планетного явления».

     Отмечая, что «Века и тысячелетия прошли, пока человеческая мысль могла отметить черты единого связного механизма  в кажущейся хаотической картине  природы», В. И. Вернадский сумел подняться  на вершины научного творчества. Развитые им положения стали одним из крупнейших естественно-научных обобщений XX в. 

     1.Подразделения  Биосферы 

     В. И. Вернадский подразделил биосферу на тропосферу, литосферу и гидросферу.

     Тропосфера — нижняя часть атмосферы, высота которой доходит до 20 км, где жизни уже нет, но происходят миграция и обмен биогенных газов. Объем атмосферы, в которой обнаруживается жизнь, составляет 7 444 600 км⁸.

     Литосфера — это твердая поверхность Земли, представленная ее верхними водонепроницаемыми слоями глубиной до 2-5 км, ниже которых уже лежат осадочные породы, а еще ниже — переплавленные породы гранитной оболочки. Объем почвенного слоя, в котором обнаруживают жизнь, составляет около 100 000 км³. Почва заселена такими организмами как бактерии, корненожки, инфузории, черви (нематоды), олигохеты, насекомые, клещи, мелкие млекопитающие, растения.

     Гидросфера — это водная часть биосферы, представленная реками, озерами,морями и океанами. Объем морей и океанов составляет около 1 млрд 370 млн км³, тогда как объем озер, рек, водохранилищ и учтенных подземных вод составляет около 8 млн км³. Моря и океаны являются одним из основных биотопов, хотя около 90% их объема представлены глубинами, для которых характерен полный мрак. С другой стороны, для глубин более 4000 м характерно также очень высокое давление, составляющее около 400 атмосфер. Можно сказать, что часть Мирового океана является естественной барокамерой, заполненной живыми организмами.

     Население гидросферы представлено планктоном, бентосом и нектоном. Планктон представляет собой совокупность мелких организмов животной и растительной природы, которые  либо не способны к самостоятельному движению, передвигаясь вместе с водой, либо способны, двигаясь в воде самостоятельно. Различают фитопланктон, который  в морях представлен одноклеточными водорослями (диатомовыми), цианобактериями и другими организмами, и зоопланктон, представленный одноклеточными форами-ниферами, радиоляриями и многоклеточными кишечнополостными, а также червями, ракообразными, личинками беспозвоночных животных и т. д. В планктоне пресных вод встречаются в основном низшие ракообразные и коловратки.

     Бентос  представляет собой совокупность животных (зообентос) и растений (фитобентос), ведущих придонный образ жизни (губки, кишечнополостные, черви, моллюски, ракообразные, иглокожие, асцидии, водоросли  и др.). В пресноводном бентосе содержатся личинки некоторых насекомых, брюхоногие моллюски, пиявки, губки (бадяги) и др. Нектон представлен крупными плавающими организмами (морские млекопитающие, рыбы, кальмары и др.). Нектон пресных вод представлен карповыми рыбами.

     Зона  морских приливов и отливов (осушная зона), которая может составлять всего лишь несколько метров, носит название лито-рали. Она заселена ракообразными, червями, моллюсками.

     Глубины водной части биосферы зависят от водоема. В океане они доходят  до 10 км и более, причем жизнь встречается на самых разных глубинах.

     Считают, что со времени появления жизни  на Земле живые существа непрерывно перерабатывали вещество литосферы, тропосферы и гидросферы. Поэтому мощность биосферы определяется биомассой живущих  одновременно на Земле организмов. Подсчитано, что биомасса живых существ  составляет 2,423´10¹² тонн, из которых на долю сухопутных организмов приходится 2,42´10¹² тонн, водных — 0,003´10¹². Подсчитано также, что одну треть биомассы Земли составляют одноклеточные организмы, бактерии и простейшие. Кислород в живом веществе составляет 65-70%, водород — 10%, остальные более 60 элементов — 20-25%.

     Жизнь и деятельность человека связана  с нижними слоями тропосферы (несколько  метров), верхним слоем литосферы (биогеоце-нотический покров с почвой и подпочвой, где сосредоточены корневые системы растений) и гидросферой. Теперь мы знаем, что жизнь человека длительное время возможна и в космосе.

     2.Экологические  системы

     Впервые представления об экологических  системах сформулированы в 30-е гг. А. Тенсли (1935). В нашей стране близкое понятие о биогеоценозах сформулировал в 1944 г. В. Н. Сукачев (1880—1967). В наше время под экологическими системами понимают совокупность живых и неживых элементов на определенной территории. Экологические системы состоят из живых организмов (биоценозов) и среды обитания — косной (атмосфера) и бикосной (почва, водоем и т. д.). Они иногда отделены одна от другой, но часто между ними имеются переходы. Примерами экологических систем являются озеро, лесной массив и т. д. От экосистем следует отличать биомы, под которыми, как показано выше, понимают значительные сообщества организмов, приуроченные к определенным географическим районам с их климатическими и почвенными зонами.

     Экологические системы являются элементарными  единицами биосферы. В то же время  они являются элементарными единицами  биогеохимической активности, протекающей  в биосфере. Любая экологическая  система имеет энергетический ввод, через который в нее поступает  энергия солнечного света. Световая энергия, поступающая в экосистему через ввод, поддерживает порядок  в этой системе, предупреждая повышение  энтропии

     Рассмотрим  экологическую систему на примере  озера. Как и любая экологическая  система, озеро состоит из абиотической и биотической частей.

     Абиотическая (неживая) часть экосистемы представлена воздухом, почвой, водой, растворенными  в воде кислородом, двуокисью углерода, неорганическими солями (фосфаты  и хлориды натрия, калия и кальция) и органическими соединениями. Абиотической частью является также температура, свет, ветер и гравитация, которые оказывают влияние на живую часть.

     Биотическая (живая) часть озера представлена организмами-производителями (продуцентами), организмами-потребителями (коксумен-тами) и организмами-разрушителями (редуцентами). Организмами-производителями являются автотрофы — прибрежная растительность, водные многоклеточные и одноклеточные плавучие растения (фитопланктон), живущие до глубин, куда еще проникает свет. За счет энергии, поступающей через ввод, организмы-производители в процессе фотосинтеза синтезируют органическое вещество из воды и углекислого газа. Основным показателем мощности экосистемы является ее продуктивность, под которой понимают массу органического вещества в телах организмов-продуцентов. Продуктивность экосистемы зависит от количества света, воды, богатства почвы или воды органическими и минеральными соединениями.

     Организмами-потребителями (коксументами) органического вещества служат гетеротрофы, среди которых различают потребителей первого и второго порядка. Первичными потребителями служат травоядные животные, вторичными — плотоядные, которые питаются первичными потребителями. Организмы-разрушители — это бактерии и грибы, которые разлагают «мертвую» протоплазму (органические соединения) клеток погибших организмов-производителей и организмов-потребителей вплоть до низкомолекулярных органических и неорганических соединений. Органические соединения затем используются самими организмами-разрушителями, тогда как неорганические — зелеными растениями. Итак, в экологической системе в процессе ее функционирования происходит круговорот веществ и энергии.

     Мы  рассмотрели в качестве экологической  системы природную систему (озеро), не уделяя внимания участия в ней  человека. Однако большинство экологических  систем функционирует с участием человека. В связи с этим различают  экологию отдельных индивидуумов и  сообществ людей.

     Экология  отдельных индивидуумов заключается  в том, что каждый индивидуум должен «подогнать» свою внутреннюю физиологию к меняющимся условиям среды обитания. Индивидуум получает энергию с пищей  и расходует ее для обеспечения  своих физических и интеллектуальных усилий, метаболических процессов, протекающих  в организме, роста и т. д. Благодаря  нейрогуморальной регуляции в организме  индивидуума поддерживается постоянная температура тела, оптимальные концентрации воды, кислорода, двуокиси углерода, NaCI, углеводов, белков и других важных соединений. Проникновению в организм индивидуума патогенных факторов препятствует кожа, антитела, фагоциты и другие факторы защиты. Органы чувств, нервная система и локомоторные органы позволяют индивидууму обезопасить пищу, найти друзей, избегать врагов, создавать ситуацию, наиболее благоприятную для выживания. Каждый индивидуум способен адаптироваться к измененным климатическим условиям. Все это приводит к тому, что между внутренней физиологией индивидуума и условиями окружающей среды устанавливается динамический эквилибриум.

     Однако  люди объединены в сообщества. В  состав этих сообществ входят также окружающие их растения и животные, которые являются источником пищи и других необходимых материалов для людей. Следовательно, с учетом абиотических факторов экологическую систему, в которой функционирует ^человек, составляют сообщества людей и среда их обитания. Экологические системы, в которых человек занимает важное место, чрезвычайно разнообразны по размерам, содержанию и организации, что чрезвычайно затрудняет классификацию этих систем. Тем не менее, они являются экологическими системами, в которых центрами являются деревни, города и другие населенные пункты.

     Все элементы экологических систем составляют единую совокупность, и это определяется тем, что они объединены между  собой так называемыми цепями питания, под которыми понимают передачу от организмов потребителей заключенной в пище энергии первоначального источника (Солнца) через организмы-потребители (в ряде цепей питания конечным звеном является человек) к организмам-разрушителям.

     Важнейшей особенностью цепей питания является то, что их количество в каждой экосистеме ограничено, поскольку в каждом звене  каждой цепи питания происходит потеря энергии при ее передаче. В результате этого продукция вещества понижается на каждом звене цепи. Например, 10 000 кг водорослей достаточно для накопления вещества в количестве 1000 кг водных членистоногих, а 10 кг рыбы — для накопления 1 кг вещества человека. Таким образом, пищевая цепь представляется в виде пирамиды, состоящей из нескольких трофических уровней У основания расположены фотосинтезирующие бактерии, которые являются пищей для следующего уровня, а эти организмы являются пищей для последующего уровня и т. д.

     3.Круговорот  веществ

     Химические  механизмы, лежащие в основе пищевых  цепей, представляют собой круговороты (циклы) веществ. С другой стороны, круговороты  веществ обеспечивают самоподдержание популяций.

     Круговороты веществ не являются замкнутыми. Часть  органических и неорганических веществ  вытесняется за пределы сообществ, но при этом происходит их пополнение за счет внешних источников (осадки, фиксация азота атмосферы и т. д.). Рассмотрим в качестве примеров круговороты углерода, кислорода  и азота.

     Круговорот  углерода, входящего в состав всех органических соединений, начинается с конверсии двуокиси углерода (формы углерода в атмосфере) и воды в органическое вещество (пищу). Часть этого вещества используется живыми организмами при дыхании, в результате чего часть двуокиси углерода снова возвращается в атмосферу.

     Подсчитано, что весь углерод атмосферы проходит через живые организмы за время, равное 7-8 годам. Другая часть двуокиси углерода запасается в протоплазме клеток. После смерти организмов протоплазма их клеток разлагается, в результате чего двуокись углерода также освобождается и уходит в атмосферу. Основная часть углерода содержится в форме COg в морях и океанах. Его круговорот является таким же, как и в случае атмосферного углерода.