Биосфера, ее структура и функции

Основные причины  загрязнения атмосферы - сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX веке поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого  топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее  время содержание вредных продуктов  сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей  в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них особенно выделяется сернистый ангидрид - ядовитый газ, легко растворимый в воде.

Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание опадание листьев хвои. Часть SO2 окисляется до серного ангидрида. Растворы сернистой  и серной кислот, выпадая с дождями  на поверхность Земли, причиняют  вред живым организмам, разрушают  здания. Почва приобретает кислую реакцию, из нее вымывается перегной (гумус) - органическое вещество, содержащее компоненты, необходимые для развития растений. Кроме того, в ней снижается  количество солей кальция, магния, калия. В кислых почвах уменьшается и  число обитающих в ней видов  животных, замедлена скорость разложения опада. Все это создает неблагоприятные условия для роста растений.

Каждый год в  результате сжигания топлива в атмосферу  поступают миллиарды тонн CO2 . Половина диоксида углерода, образующегося при  сгорании ископаемого топлива, поглощается  океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание CO2 в  атмосфере постепенно возрастает и  за последние 100 лет увеличилось более чем на 10 %. CO2 препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая так называемый "парниковый эффект". Изменение содержания CO2 в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли.

Промышленные предприятия  и автомобили служат причиной поступления  в атмосферу многих ядовитых соединений - оксид азота, оксида углерода, соединений свинца (каждый автомобиль выделяет за год 1 кг свинца), различных углеводородов - ацетилена, этилена, метана, пропана, и др. Вместе с капельками воды они  образуют ядовитый туман - смог, вредно действующий на организм человека, на растительность городов. Жидкие и твердые частицы (пыль), взвешенные в воздухе, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Так, в больших городах солнечная радиация уменьшается на 15 %, ультрафиолетовое излучение - на 30 % (а в зимние месяцы оно может совсем исчезнуть).

Загрязнение пресных  вод. Масштабы использования водных ресурсов быстро увеличиваются. Это  связано с ростом населения и  улучшением санитарно-гигиенических  условий жизни человека, развитием  промышленности и орошаемого земледелия. Суточное потребление воды на хозяйственно-бытовые  нужды в сельской местности составляет 50 л на одного человека, в городах - 150 л.

Огромное количество воды используется в промышленности. На выплавку 1 т стали необходимо 200 м3 воды, а на изготовление 1 т синтетического волокна - от 2500 до 5000 м3. Промышленность поглощает 85 % всей воды, расходуемой  в городах.

Еще больше воды необходимо для орошения. В течение года на 1 га поливных земель уходит 12-14 м3 воды. В нашей стране ежегодно на орошение расходуется более 150 км3 .

Постоянное увеличение водопотребления на планете ведет  к опасности "водного голода", что обусловливает необходимость  разработки мероприятий по рациональному  использованию водных ресурсов. Кроме  высокого уровня расхода нехватка воды вызывается ее растущим загрязнением вследствие сброса в реки отходов  промышленного и особенно химического  производства. Бактериальное загрязнение  и ядовитые химические вещества (например, фенол) приводят к омертвлению водоемов. Вредные последствия имеет также  молевой сплав леса по рекам, который  часто сопровождается заторами. При  длительно пребывании древесины  в воде она теряет деловые качества, а вымываемые из нее вещества губительно действуют на рыб.

В реки и озера  поступают и вымываемые из почвы  дождями минеральные удобрения - нитраты и фосфаты, которые в  больших концентрациях способны резко изменять видовой состав водоемов, а также различные ядохимикаты - пестициды, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями. Для аэробных организмов, обитающих  в пресных водах, неблагоприятным  фактором служит и сброс предприятиями  теплых вод. В теплой воде кислород плохо растворяется и его дефицит  может приводить многие организмы  к гибели.

Загрязнение Мирового океана. Значительному загрязнению  подвергаются воды морей и океанов. С речным стоком, а также от морского транспорта в моря поступают болезнетворные отходы, нефтепродукты, соли тяжелых  металлов, ядовитые органические соединения, в том числе пестициды. Загрязнения  морей и океанов достигает  таких масштабов, что в ряде случаев  выловленные рыбы и моллюски оказываются  непригодными для употребления в  пищу.

Антропогенные изменения  в почве. Плодородный слой почвы  формируется очень долго. В тоже время ежегодно вместе с урожаем  из почвы изымаются десятки миллионов  тонн азота, калия, фосфора - главных  компонентов питания растений. Перегной, основной фактор плодородия почвы, содержится в черноземах в количестве менее 5 % от массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше. При  отсутствии пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-100 лет. Этого не происходит, поскольку культурное земледелие предусматривает  внесение в почву органических и  неорганических (минеральных) удобрений.

Внесенные в почву  азотные удобрения используются растениями на 40-50%. Остальная часть  восстанавливается микроорганизмами до газообразных веществ, улетучивается  в атмосферу или вымывается из почвы. Таким образом, минеральные  азотные удобрения быстро расходуются, поэтому их приходиться вносить  ежегодно. При недостаточном применении органических и неорганических удобрений  почва истощается и урожаи падают. Неблагоприятные изменения в  почве наступают и в результате неправильных севооборотов, т. е. ежегодного посева одних и тех же культур, например картофеля.

К числу антропогенных  изменений почвы относится эрозия (разъедание). Эрозия представляет собой  разрушение и снос почвенного покрова  потоками воды или ветром. Широко распространена и наиболее разрушительна водная эрозия. Она возникает на склонах  и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и дождевыми водами с полей  ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн почвы. Если размыву ничто не препятствует, мелкие промоины превращаются в более глубокие и, наконец, в овраги.

Ветровая эрозия возникает в районах с сухой  обнаженной почвой, с изреженным растительным покровом. Чрезмерный выпас скота  в степях и полупустынях способствует ветровой эрозии и быстрому разрушению травяного покрова. Для восстановления слоя почвы толщиной 1 см в естественных условиях требуется 250-300 лет. Следовательно, пыльные бури приносят невосполнимые  потери плодородного слоя почвы.

Значительные территории со сформированными почвами изымаются  из сельскохозяйственного оборота  вследствие открытого способа разработки полезных ископаемых, залегающих на небольшой  глубине. Открытый способ добычи дешев, так как избавляет от сооружения дорогостоящих шахт и сложной  системы коммуникаций, а также  является более безопасным. Вырытые  глубокие карьеры и отвалы грунта разрушают не только земли, подлежащие разработке, но и окружающие территории, при этом нарушается гидрологический  режим местности, загрязняются воды, почва и атмосфера, снижается  урожай сельскохозяйственных культур.

Влияние человека на растительный и животный мир. Воздействия  человека на живую природу складывается из прямого влияния и косвенного изменения природной среды. Одна из форм прямого воздействия на растения и животных - рубка леса. Выборочные и санитарные рубки, регулирующие состав и качество леса и необходимые  для удаления поврежденных и больных  деревьев, существенно не влияют на видовой состав лесных биоценозов. Другое дело - сплошная вырубка древостоя. Оказавшись внезапно в условиях открытого местообитания, растения нижних ярусов леса испытывают неблагоприятное влияние прямого солнечного излучения. У тенелюбивых растений травянистого и кустарничкового ярусов разрушается хлорофилл, угнетается рост, некоторые виды исчезают. На месте вырубок поселяются светолюбивые растения, устойчивые к повышенной температуре и недостатку влаги. Меняется и животный мир: виды, связанные с древостоем, исчезают или мигрируют в другие места.

Ощутимое воздействие  на состояние растительного покрова  оказывает массовое посещение лесов  отдыхающими и туристами. В этих случаях вредное влияние заключается  в вытаптывании, уплотнения почвы и ее загрязнении. Прямое влияние человека на животный мир заключается в истреблении видов, представляющих для него пищевую или другую материальную пользу. Считается, что с 1600 г. человеком было истреблено более 160 видов и подвидов птиц и не менее 100 видов млекопитающих. В длинном списке исчезнувших видов значится тур - дикий бык, живший на территории всей Европы. В XVIII в. была истреблена описанная русским натуралистом Г.В. Стеллером морская корова (стеллерова корова) - водное млекопитающее, относящееся к отряду сиреновых. Немногим более ста лет назад исчезла дикая лошадь тарпан, обитавшая на юге России. Многие виды животных находятся на грани вымирания или сохранились только в заповедниках. Такова судьба бизонов, десятками миллионов населявших прерии Северной Америки, и зубров, прежде широко распространенных в лесах Европы. На Дальнем Востоке почти полностью истреблен пятнистый олень. Усиленный промысел китообразных привел на грань уничтожения несколько видов китов: серого, гренландского, голубого.

На численность  животных оказывает влияние и  хозяйственная деятельность человека, не связанная с промыслом. Резко  снизилась численность уссурийского тигра. Это произошло в результате освоения территорий в пределах его  ареала и сокращения кормовой базы. В Тихом океане ежегодно погибает несколько десятков тысяч дельфинов: в период лова рыбы они попадают в сети и не могут из них выбраться. Еще недавно, до принятия рыбаками специальных  мер, число погибающих в сетях  дельфинов достигало сотен тысяч. Для морских млекопитающих очень  неблагоприятно влияние загрязнения  воды. В таких случаях оказывается  неэффективным запрет на отлов животных. Например, после запрета отлова дельфинов  в Черном море их численность не восстанавливается. Причина заключается  в том, что в Черное море с речной водой и через проливы из Средиземного моря поступает много ядовитых веществ. Эти вещества особенно вредны для  детенышей дельфинов, высокая смертность которых предотвращает рост поголовья  этих китообразных.

Исчезновение сравнительно небольшого числа видов животных и растений может показаться не очень  существенным. Каждый вид занимает определенное место в биоценозе, в цепи и заменить его не может никто. Исчезновение того или иного вида ведет к уменьшению устойчивости биоценозов. Еще важнее то, что каждый вид обладает уникальными, присущими только ему свойствами. Утрата генов, определяющих эти свойства и отобранных в ходе длительной эволюции, лишает человека возможности в будущем воспользоваться ими для своих практических целей (например, для селекции).

Радиоактивное загрязнение  биосферы. Проблема радиоактивного загрязнения  возникла в 1945 г. после взрыва атомных  бомб, сброшенных на японские города Хиросиму и Нагасаки. Испытания ядерного оружия, производимые до 1963 г. в атмосфере, вызывали глобальное радиоактивное загрязнение. При взрыве атомных бомб возникает  очень сильное ионизирующее излучение, радиоактивные частицы рассеиваются на большие расстояния, заражая почву, водоемы, живые организмы. Многие радиоактивные  изотопы имеют длительный период полураспада, оставаясь опасными в  течение всего времени своего существования. Все эти изотопы  включаются в круговорот веществ, попадают в живые организмы и оказывают  губительное действие на клетки.

У испытаний ядерного оружия (а тем более при использовании  этого оружия в военных целях) есть еще одна отрицательная сторона. При ядерном взрыве образуется громадное  количество мелкой пыли, которая держится в атмосфере и поглощает значительную часть солнечной радиации. Расчеты  ученых различных стран мира показывают, что даже при ограниченном, локальном  применении ядерного оружия образовавшаяся пыль будет задерживать большую  часть солнечного излучения. Наступит длительное похолодание ("ядерная  зима"), которое неизбежно приведет к гибели всего живого на Земле.

В настоящее время  практически любая территория планеты  от Арктики до Антарктиды подвержена многообразным антропогенным влияниям. Очень серьезный характер приобрели  последствия разрушения природных  биоценозов и загрязнения окружающей среды. Вся биосфера находится под  все усиливающимся давлением  деятельности человека, поэтому актуальной задачей становятся природоохранительные мероприятия.

Кислые атмосферные  выпады на сушу. Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков  и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных  вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный  профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные  дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств окислов серы, азота, углерода. Эти окислы, поступая в атмосферу, переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и  превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в  индустрии, в сельском хозяйстве, в  быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу окислов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.