Термины и понятия: природные ресурсы; парниковый эффект; смог; эрозия почвы; биологическое разнообразие; реакклиматизация; охрана природы.
Человек и изменения биосферы. Современный человек сформировался по эволюционным меркам совсем недавно, не более 50 тыс. лет назад. Тем не менее, только одному единственному виду — человеку разумному, да ещё за исторически короткий период, удалось получить такую власть над процессами, происходящими на Земле. В наше время деятельность человека стала силой планетарного масштаба, одним из решающих факторов эволюции биосферы. В результате человек сумел так изменить среду своего обитания и жизнь на планете в целом, что поставил под угрозу факт своего существования как биологического вида и биосферы в её нынешнем виде. Особенно негативные изменения произошли за последние 100 лет — в период научно-технической революции. Они привели к изменению климата, загрязнению среды обитания, нарушению состава атмосферы, вымиранию сотен видов и поставили на грань существования ещё тысячи и тысячи видов организмов.
Вымирания организмов, обитающих на Земле, достаточно часто случались и в прошлом. Крупнейшей катастрофой биосферы считается Великое пермское вымирание, которое произошло примерно 251,4 млн лет назад. По данным палеонтологов тогда вымерло 96 % всех морских видов животных, 70 % наземных видов позвоночных и 83 % насекомых. Причинами катастрофы, вероятнее всего, были изменения газового состава атмосферы, резкое увеличение сухости климата, подъём уровня моря, а также изменения океанических течений. Симптоматично, что похожие нарушения наблюдаются и в современной биосфере и возникли они в результате деятельности человека.
Существует несколько проблемных точек взаимоотношений человека и биосферы. Каждая из них может стать причиной серьёзных катаклизмов биосферного характера.
Проблема ограниченности природных ресурсов и всё возрастающих потребностей человека. Как и любой биологический вид, человек не может жить без источников вещества и энергии, обеспечивающих его жизнедеятельность и промышленное производство необходимыми материалами. Такими источниками главным образом выступают природные ресурсы Земли и биосферы. Их можно разделить на две группы: абиотические - ресурсы неживой природы и биотические — ресурсы живой природы.
Наиболее важны для человека абиотические ресурсы — излучение Солнца, нагревающее Землю и необходимое для фотосинтеза, пресная вода, чистый воздух, почва, полезные ископаемые, служащие для производства и получения энергии. С каждым годом человек использует всё больше минеральных ресурсов (полезных ископаемых), осваивает всё большую часть планеты. Это достигается благодаря новым технологиям, открывающим всё новые области применения чёрных и цветных металлов, различного неметаллического сырья. В результате расширяется разработка руд, увеличивается добыча нефти и газа, в том числе и со дна моря.
Одни абиотические ресурсы возобновляемы, например солнечная радиация, энергия ветра и морских приливов. Другие можно исчерпать только теоретически — кислород в атмосфере, а пресную воду на суше. Третья категория ресурсов однозначно относится к исчерпаемым: почва, минеральные ресурсы и полезные ископаемые. Если потерю многих минеральных ресурсов можно компенсировать (железо можно заменить деревом или полимерными материалами), то кислород и пресная вода — незаменимы. Очевидно, человечеству следует создавать производство, которое не поглощало бы безвозвратно абиотические ресурсы, превращая какую-то их часть в отходы, а использовало бы последние, подобно тому, как это происходит в круговороте вещества в биосфере.
Биотические ресурсы (животный и растительный мир), которые являются пищевой базой человека, считают возобновляемыми. Действительно, растения и животные размножаются, а потому, если какой-то их частью разумно пользоваться, то через определённый период времени они смогут полностью восстановиться. Но не всё так просто. Прежде всего, следует чётко знать, сколько можно взять, чтобы всё это потом восстановилось. Кроме того, необходимо исключить браконьерство — не разрешённую законом добычу и охоту. И самое главное: всякое изъятие — это разрушение природной среды обитания, в результате которого изменяются условия существования, а потому восстановление популяций животных и растений после интенсивного промысла, вырубки леса, распашки лугов или степей, зарегулирования рек может оказаться процессом очень долгим и не всегда успешным.
Особую проблему представляет противоречие между необходимостью расширять производство, с каждым годом увеличивая материальные блага (вспомните: до сих пор существенная часть населения Земли испытывает голод), и тем, что ресурсов на Земле становится меньше. Очевидно, необходимы принципиально новые решения, связанные с построением экологически чистого производства. Кроме того, чтобы избежать безвозвратных потерь природных ресурсов, необходимы новые исследования по биологии, прежде всего экологии, зоологии и ботанике. А правительствам стран, их органам, принимающим решения, следует больше прислушиваться к рекомендациям учёных.
Самые негативные воздействия человека на биосферу. Загрязнение воздуха. Основной причиной загрязнения атмосферы является сжигание топлива и выбросы тяжёлой промышленности. В XIX ст. все поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля полностью усваивались растительностью. В настоящее время растения всей Земли с этой задачей не справляются. Более того, с каждым годом из-за вырубки лесов, прежде всего тропических, из-за того, что биомасса продуцентов с каждым годом уменьшается, растительность перестаёт справляться с огромным количеством постоянно накапливающегося углекислого газа. Около половины диоксида углерода, образующегося при сгорании топлива, в настоящее время поглощают океан и зелёные растения, другая же половина остаётся в атмосфере.
В результате состав атмосферы постоянно изменяется. И всё больше в ней содержится продуктов сгорания, прежде всего углекислого газа. В результате сжигания топлива в атмосферу ежегодно поступают миллиарды тонн С02. По подсчётам учёных, за последние 100 лет содержание С02 в атмосфере увеличилось более чем на 10 %. В результате того, что накопившийся в атмосфере диоксид углерода мешает тепловому излучению Земли, возник парниковый эффект, при котором из года в год растёт средняя температура на поверхности Земли. Это приводит к таянию ледников и засушиванию климата.
Взвешенные в воздухе жидкие и твёрдые частицы (пыль), рассеивая световые лучи, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Сейчас характерным явлением всех мегаполисов стал смог (от англ. smoky fog — дымовой туман) — смесь из тумана, пыли и дыма (рис. 147). Из-за смога только в городах солнечная радиация уменьшилась на 15 %, а ультрафиолетовое излучение — на 30 %.
Загрязнение пресных вод. Больше всего пресной воды расходуется на орошение. Огромное её количество использует промышленность, меньшая её часть идёт непосредственно на удовлетворение физиологических нужд населения. С каждым годом потребности в пресной воде возрастают. При этом всё более опасным становится неравномерное распределение ресурсов пресной воды на Земле.
Загрязнение пресных вод вызывает не только сброс в реки отходов производства, но и смыв с полей пестицидов и минеральных одобрений. В результате этого гибнут многие водные организмы, прежде всего моллюски, раки, рыба, повышается концентрация в воде макро- и микроэлементов. Последнее приводит к «цветению» водоёмов — вспышкам численности цианобактерий в жаркий период, что делает воду прудов, рек и водохранилищ непригодной не только для питья, но и для обитания животных.
Проблема пресной воды особенно актуальна для Украины. Пресная вода — один из самых дефицитных природных ресурсов нашей страны. В Украине на одного жителя приходится около 1000 м3 воды в год, тогда как согласно расчётам ООН достаточной считается величина 10000—15000 кубических метров. Именно поэтому промышленные и коммунальные предприятия пропускают воды больше, чем её вообще есть на территории страны. Этот парадокс значит, что та же самая вода используется в промышленности неоднократно. А поскольку полного очищения воды достичь невозможно, то в результате почти 90 % подземных и речных вод Украины имеют санитарное состояние, которое оценивается от «плохого» до «критического».
Рис. 147. Смог в мегаполисе
Рис. 148. Загрязнение океана нефтью.
Проблемы Мирового океана Речной сток, морской транспорт, особенно потерпевшие аварии танкеры, несут в моря и океаны огромное количество нефтепродуктов (рис. 148), солей тяжёлых металлов, пестицидов. Загрязнение многих морей достигло угрожающих для их биоты масштабов. В частности, во многом критической считается ситуация в Азовском море, северо-западной части Чёрного.
Деградация почвы. Плодородный слой почвы формируется столетиями, тогда как разрушить его можно за несколько лет. Причиной деградации почвы, прежде всего, является её истощение. Каждый год вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора — главных компонентов питания растений. Если почву не пополнять соединениями азота, то запас плодородия может быть исчерпан за 50—100 лет. Однако поэтому земледелие предполагает внесение в почву органических и минеральных удобрений. Даже при правильном внесении только 40—50 % их используется растениями. Остальная часть улетучивается в атмосферу или вымывается из почвы, что опять же приводит к загрязнению и «цветению» водоёмов.
Ещё одним фактором деградации почвы является эрозия (от лат. ерозио — разъедание) — разрушение и снос почвенного покрова потоками воды или ветром (рис. 149). Эрозия возникает вследствие распашки, особенно проведенной не по правилам. Талые и дождевые воды ежегодно уносят с полей в реки и моря миллионы тонн почвы. Если размыву ничто не препятствует, мелкие промоины превращаются в более глубокие, а те — в овраги.
Рис. 149. Эрозия почвы.
Украина имеет одну из самых распаханных территорий в мире. Даже в разгар кризиса сельского хозяйства более 55 % её находилось под плугом. Распаханная земля не до конца реализует свои биосферные функции, поскольку не даёт полной продукции растений и животных. Сравните: во Франции и Германии пашней занято не более 33 %, в Англии — 18 % , а в США — 15 % территории страны.
Рис. 150. Третье издание Красной книги Украины.
По расчётам учёных, ежегодные потери почвы в Украине составляют 600 млн тонн, в том числе гумуса — до 20 млн тонн. Это значит, что с территории Украины каждый год в Мировой океан смывается столько земли, сколько поместилось бы более чем в 100 тыс. железнодорожных вагонах. Чтобы компенсировать потерю гумуса, на поля ежегодно должно вноситься 400 млн тонн минеральных удобрений. Их необходимо создать из имеющихся на сегодня минеральных ресурсов.
Снижение биологического разнообразия. Под биологическим разнообразием обычно понимают всю совокупность видов живых организмов, обитающих в целом на планете Земля или на какой-то определённой её части. Производственная деятельность человека и непосредственное истребление многих видов, которые были пищевыми объектами, однозначно приводят к снижению численности и биологического разнообразия, вымиранию видов животных и растений, а это чревато отрицательными последствиями для биосферы. Каждый вид организмов занимает определённую экологическую нишу, имеет своё место в биосфере. Его исчезновение не проходит для экосистем бесследно, так как ведёт к упрощению трофической цепи, уменьшает стабильность экосистем.
За последние два столетия с лица Земли исчезло несколько сотен видов животных. Прежде всего, это виды млекопитающих (их вымерло уже более 100 видов), птиц и рептилий. Под реальной угрозой существование ещё 2 тыс. видов животных.
Сейчас стало совершенно очевидным, что очень многие виды, особенно ценные промысловые, в изменившихся условиях никогда не восстановят свою прежнюю численность.
Рис. 151. Виды животных, которые: исчезли с территории Украины (а — орёл степной); могут исчезнуть в ближайшее время (б — осётр русский; в — зубр; г — лось европейский).
Очень непростая ситуация сложилась в Украине. С каждым десятилетием исчезнувших видов животных и растений становится всё больше. Если в первое издание Красной книги Украины, опубликованное в 1980 г., вошло 245 видов животных и растений, в следующее, вышедшее в свет в 1994—1995 гг., — 895, то в третьем издании 2009 г. (рис. 150) — уже свыше 1300 видов.
К настоящему моменту с территории Украины исчезли такие виды, как тур (дикий предок коровы), тарпан (дикий предок лошади), сайгак, кулан (дикий осёл), росомаха, орёл степной. На грань существования поставлены такие виды, как зубр, медведь бурый, лось, самая крупная летающая птица дрофа, и самый крупный орёл беркут (рис. 151).
В Украине резко подорваны запасы рыбы. Если ещё 70 лет назад Азовское море и северо-западная часть Чёрного моря считались самыми богатыми рыбными регионами мира, то сейчас — это зона бедственного состояния фауны и флоры. В начале XXI столетия в бассейне Днепра рыбы ловится в три раза меньше, чем её добывали до зарегулирования реки и создания системы водохранилищ.
Сохранению животного и растительного мира способствует организация систем заповедников и заказников, которые должны образовывать экологическую сеть по всей территории страны.
Заповедники охраняют в нетронутом виде популяции и сообщества организмов, служат базой для одомашнивания диких животных, обладающих ценными хозяйственными свойствами. В Украине к этой категории относится биосферный заповедник «Аскания-Нова». Кроме того, заповедники могут служить центрами по расселению животных, исчезнувших в данной местности, или целям обогащения фауны. Во многом благодаря природоохранным мероприятиям и реакклиматизации удалось восстановить популяции бобра европейского и оленя благородного, которые к середине XX ст. в Украине практически исчезли.
Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов Охрана природы — это комплекс последовательно осуществляемых государственных мероприятий, включающих поиск новых научных решений, расширение имеющихся знаний.
Государственные мероприятия — это, прежде всего, различные законы
и законодательные акты, которые должны неукоснительно выполняться правительством, административными органами и местным самоуправлением. В Украине принято множество законов в области охраны природы. Это «Закон о животном мире», «Кодекс законов о лесе», «Закон об охоте», «Закон о Красной книге Украины» и другие.
На практике сначала нужно перейти к рациональному использованию природных ресурсов, к экологически обоснованному использованию недр земли, водных ресурсов, растительного и животного мира. Необходимо сделать ряд неотложных шагов для сохранения в чистоте воздуха и воды. Можно выделить два стратегических направления. Первое — научиться обеспечивать энергетические потребности человечества из возобновляемых источников, не разрушая среду обитания. Такими источниками могут быть энергия ветров, использование биологического топлива и искусственный фотосинтез. Второе направление — создание безотходного производства, поскольку отходы в любой их форме неизбежно будут загрязнять окружающую среду.
В настоящее время человечество стало мощным экологическим фактором, влияющим на биосферу. За короткий период времени (100—200 лет) хозяйственная деятельность человека привела к изменениям планетарного масштаба. Их последствия в будущем могут иметь катастрофический характер, привести к массовым вымираниям представителей флоры и фауны, разрушению существующей цивилизации и поставить под сомнение возможность выживания человека как биологического вида.
Проверьте себя
1 Можно ли считать человечество и существующее промышленное производство экологическим фактором планетарного уровня? 2. В чём состоит основная проблема природных ресурсов? 3. Каковы особо «горячие» точки взаимоотношений человека и природы? 4. Что собой представляет государственная программа охраны природы? 5 Какие экологические законы приняты в Украине? 6. Решение каких двух стратегических задач позволит человеку и природе гармонично развиваться?
Как вы считаете?
1. Какие, кроме упомянутых в параграфе, источники энергии не приводят к разрушению природной среды обитания? 2. Возможно ли в принципе безотходное производство? Если вы считаете, что невозможно, то какие шаги следует предпринять, чтобы решить проблему загрязнения окружающей среды?