Основные принципы устройства биосферы

Основные принципы устройства биосферы.

Биосфера – совокупность всех живых организмов вместе со средой обитания. Среда обитания включает воду, нижнюю часть атмосферы и  верхнюю часть земной коры. Живые  и неживые вещества биосферы находятся  в непрерывном взаимодействии и единстве, образуя целостную систему. Многолетняя работа В. И. Вернадского над проблемами взаимодействия живой материи и геохимических процессов на Земле была завершена созданием учения о биосфере, основными положениями которого являются следующие.

1. Целостность биосферы  определяется самосогласованностью  всех процессов в биосфере, ограниченных  физическими константами, уровнем  радиации и пр.

2. Земные законы движения  атомов, преобразования энергии  являются отражением гармонии  космоса, обеспечивая гармонию и организованность биосферы. Солнце как основной источник энергии биосферы регулирует жизненные процессы на Земле.

3. Живое вещество биосферы  с древнейших геологических времен  активно трансформирует солнечную  энергию в энергию химических  связей сложных органических веществ. При этом сущность живого постоянна, изменяется лишь форма существования живого вещества. Само живое вещество не является случайным созданием, а есть результат превращения солнечной световой энергии в действительную энергию Земли.

4. Чем мельче организмы,  тем с большей скоростью они  размножаются. Скорость размножения  зависит от плотности живого  вещества. Растекание жизни –  результат проявления ее геохимической  энергии.

5. Автотрофные организмы  получают все необходимые для  жизни вещества из окружающей косной материи. Для жизни гетеротрофов необходимы готовые органические соединения. Распространение фотосинтезирующих организмов (автотрофов) ограничивается возможностью проникновения солнечной энергии.

6. Активная трансформация  живым веществом космической энергии сопровождается стремлением к максимальной экспансии, стремлением к заполонению всего возможного пространства. Этот процесс В. И. Вернадский назвал «давлением жизни».

7. Формами нахождения  химических элементов являются  горные породы, минералы, магма, рассеянные элементы и живое вещество. В земной коре происходят постоянные превращения веществ, круговороты, движение атомов и молекул.

8. Распространение жизни  на нашей планете определяется  полем устойчивости зеленых растений. Максимальное поле жизни ограничивается крайними пределами выживания организмов, которое зависит от устойчивости химических соединений, составляющих живое вещество, к определенным условиям среды.

9. Количество живого  вещества в биосфере постоянно  и соответствует количеству газов в атмосфере, прежде всего кислорода.

10. Всякая система достигает  устойчивого равновесия, при котором  свободная энергия системы приближается  к нулю.

Особое место в трудах В. И. Вернадского занимает концепция  эволюции биосферы. Он выделяет три этапа развития биосферы. Первый – возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом веществ. Ведущие факторы на этом этапе – геологические и климатические изменения на Земле. Второй этап – усложнение структуры биосферы в результате появления одноклеточных и многоклеточных эукариотных организмов. Движущим фактором выступает биологическая эволюция. И, наконец, третий этап – возникновение человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу. Ведущим фактором в этом процессе является разумная деятельность человека, характеризующаяся рациональным регулированием взаимоотношений человека и природы.

Таким образом, основные принципы естественного устройства биосферы можно кратко изложить в  следующих тезисах: биосфера использует внешние источники энергии (солнечный свет и энергию радиоактивного разогрева земных недр). Это позволяет упорядочивать структуру биосферы, усложнять ее организацию, эффективно использовать свободную энергию, не вызывая загрязнения окружающей среды. Постоянный приток определенного количества энергии, ее использование и рассеяние в виде тепла создало эволюционно сложившийся тепловой баланс в биосфере. Биосфера использует вещество, в основном, в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению вредных отходов. В биосфере преимущественно используются легкие (биогенные) элементы. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между видами способствуют установлению равновесия между отдельными видами, при этом практически отсутствуют доминирующие виды с чрезмерной численностью, что обеспечивает защиту биосферы от чрезмерной опасности со стороны внутренних факторов.

Человек издавна рассматривал окружающую среду в основном как источник ресурсов. Стремясь достигнуть независимости от природы, улучшить условия жизни, человек наращивает темпы материального производства. При этом большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, что ставит под угрозу существование, как биосферы, так и человека.

Рост хозяйственной  деятельности человека приобретает  такие масштабы, когда нарушаются основные принципы естественного устройства биосферы: энергетический баланс, сложившийся  круговорот веществ, сокращение многообразия видов и биологических сообществ.

Это есть основные причины  экологического кризиса.

 

Водообеспеченность  населения.

Общий объем воды на Земле (включая соленую, солоноватую и  др.) составляет по примерным оценкам  около 1400 млн. км3. При этом две трети от этого объема перманентно находится в твердом состоянии, хотя эта доля уменьшается по причине глобального потепления. Несмотря на то, что вода является самым распространенным веществом на Земле, лишь 2,5% (35 млн. км3) ее является пресной.

Примерно половина континентальной воды (60 млн. км3) расположена на глубине десятков и сотен метров от поверхности. Несколько меньше воды – около 50 млн. км3 – сосредоточено в верхних слоях земной поверхности, на глубине нескольких метров и в почве. Еще меньше – около 20 млн. км3 воды – в форме ледников покрывает Антарктиду, Гренландию, острова Ледовитого океана и вершины горных хребтов. Вода, возможная для потребления человеком, в основном находится в озерах (750 тыс. км3), в атмосфере – в виде пара и облаков (13 тыс. км3) и лишь около 1 тыс. км3 – в реках. Эксплуатационная часть этих ресурсов составляет около 200 тыс. км3, т.е. менее 1% всех запасов пресной воды и 0,01% всей воды на Земле.

Разница между количеством  осадков (119 тыс. км3/год), выпадающих на сушу, и испарением с ее поверхности (72 тыс. км3/год) приходится на сток и пополнение запасов грунтовых вод (47 тыс. км3/год).

Основные среднемноголетние  характеристики возобновления ресурсов пресной воды в мире, России и  ряде зарубежных стран представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Основные среднемноголетние  характеристики возобновления ресурсов пресной воды в мире, России и  ряде зарубежных стран, км3/год

Страна	Осадки 1	Испарение и транспирация 2	Внутренний сток 3	Внешний приток на территорию 4	Сток (отток) с территории 5
В целом по миру	119000	72000	47000	…	44500
Россия	9653,0	5676,0	4030,0	227,0	…
Бельгия	28,5	16,1	12,4	8,3	17,8
Болгария	68,2	52,9	15,3	0,45	15,8
Венгрия	58,0	52,0	6,0	114,0	120,4
Германия	307,0	190,0	117,0	75,0	182,0
Греция	115,0	55,0	60,0	12,0	…
Дания	38,5	22,1	16,3	…	1,94
Испания	346,5	235,4	111,1	…	111,1
Нидерланды	29,8	21,3	8,5	81,2	86,3
Норвегия	470,7	112,0	378,0	12,8	390,8
Польша	193,1	138,3	54,8	8,3	63,1
Португалия	82,2	43,6	38,6	35,0	34,0
Румыния	154,0	114,6	39,4	2,88	17,9
Турция	501,0	273,6	227,4	6,9	178,0
Финляндия	222,0	115,0	107,0	3,2	110,0
Франция	…	…	…	11,0	168,0
Швейцария	60,1	20,0	40,2	13,1	53,5
Швеция	335,0	…	170,0	…	179,0

 

 

1. По европейским странам  – данные Евростата, по России  – данные Росводресурсов, по остальным странам – оценки Института мировых ресурсов за последний год, по которому имеются данные.

2. Объем воды, поступивший  с поверхности земли в атмосферу  в результате испарения или  транспирации растений.

3. Общий объем природного  речного стока и естественное восполнение ресурсов подземных вод, формирующихся только за счет осадков, выпавших на данной территории.

4. Общий объем притока  речной воды и подземных вод  с территорий других государств.

5. Общий объем оттока  речной воды и подземных вод в результате впадения в море и поступления на территории других государств.

Распределение водных ресурсов в мире отличается значительным дисбалансом (табл. 1.2, рис. 1.1).

 

Таблица 1.2. Региональная доступность водных ресурсов, % от мирового показателя

Показатель	Северная и Центральная  Америка	Южная Америка	Европа	Африка	Азия	Австралия и Океания
Вода	15	26	8	11	36	5
Население	8	6	13	13	60	<1
Соотношение	1,9	4,3	0,61	0,84	0,6	5

 

По запасам на Россию приходится более 20% мировых ресурсов пресных вод (без учета ледников и подземных вод). Среди шести стран мира, обладающих наибольшим речным стоком (Бразилия, Россия, Канада, США, Китай, Индия) по абсолютной величине Россия занимает второе место в мире после Бразилии, по водообеспеченности на душу населения – третье (после Бразилии и Канады). В расчете объема пресной воды на одного жителя России приходится около 30 тыс. м3 речного стока в год. Это примерно в 5,5 раза больше среднемирового уровня, в 2,5 раза больше, чем в США и в 14 раз больше, чем в Китае.

Таблица 1.3. Общий объем ресурсов пресной воды в ряде стран Европы, км3/год

Страна	Общий объем ресурсов	Страна	Общий объем ресурсов
Россия	7770,6	Норвегия	390,8
Бельгия	20,7	Польша	63,1
Болгария	15,8	Португалия	73,6
Венгрия	120,0	Румыния	42,3
Германия	188,0	Турция	234,3
Греция	72,0	Финляндия	110,0
Дания	16,3	Франция	189,1
Испания	111,1	Швейцария	53,3
Нидерланды	89,7	Швеция	179,0

 

Однако не весь указанный  объем пресной воды подвергается регулярному перераспределению. Определенная часть находится в статическом (вековом) виде, который значительно замедляет круговорот (перемещение) пресной воды. В количественном отношении водные ресурсы России представлены в табл. 1.4.

 

Таблица 1.4. Суммарные  водные ресурсы России

Ресурс	Статический запас, км3	Среднее многолетний объем (возобновление), км3/год	Всего %	Всего %
Реки	470	0,5	4875,5	45,1
Озера	26500	29,8	530,0	4,9
Болота	3000	3,4	1000,0	9,2
Ледники	15148	17,0	110,0	1,0
Подземный лед	15 800	17,8	-	-
Подземные воды	28 000	31,5	787,5	7,3
Почвенная влага	-	-	3500,0	32,5
Всего	88918	100	10803	100

 

Статические (вековые) запасы водных ресурсов на территории России, большая часть которых сосредоточена  в озерах (26,5 тыс. км3) и подземных (28,0 тыс. км3) водах, составляют в целом 88,9 тыс. км3/год. В ледниках сосредоточено около 18 тыс. км3 льда, в котором законсервировано более 15 тыс. км3 статических запасов пресной воды.

Возобновляемые водные ресурсы, оцениваемые объемом годового стока рек, на территории России составляют 10% мирового речного стока. Разведанные месторождения подземных вод располагают суммарными эксплуатационными запасами более чем в 30 км3/год (потенциальные эксплуатационные ресурсы подземных вод, относящихся к данной категории, превышают 300 км3/год).

Таким образом, суммарные  возобновляемые ресурсы пресных вод России оцениваются в размере 10803 км3/год, основной объем которых приходится на долю речного стока (45%) и почвенные воды (33%). За последние 15-20 лет в целом по России удельная водообеспеченность (на одного жителя) заметно увеличилась, в том числе за счет уменьшения численности населения. Однако главный недостаток российских водных ресурсов – их неравномерное распределение по территории страны, не согласующееся с реальными потребностями в пресной воде – сохранился. Во многих регионах России имеются серьезные проблемы с водообеспечением из-за указанного неравномерного распределения, очень большой их временной изменчивости (особенно в южных районах), высокой степени загрязнения. По величине местных водных ресурсов Южный и Дальневосточный федеральные округа России различаются почти в 30 раз, а по водообеспеченности населения примерно в 100.