Реферат по экологии. Краткий курс общей экологии. Часть 2_Миркин, Наумова_БГПУ, 2011. Краткий курс общей экологии
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
3. Какую опасность представляет таяние ледников? 4. Приведите примеры истощения запасов надземных конти- нентальных вод. 5. Какой ущерб наносит гидросфере строительство водохра- нилищ? 6. Что является главной причиной истощения запасов под- земных вод? 7. Охарактеризуйте химическое загрязнение морей. 8. Охарактеризуйте состояние проблемы радиационного за- грязнения морей. ivagant.ru 132 16.1.3. Литосфера Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли. Ее мощность составляет 50-200 км. Верхний слой литосферы называется земной корой. Вещества, слагающие литосферу, частично образованы за счет деятельности организмов и это не только торф, каменный уголь, горючие сланцы, но и куда более распространенный карбо- нат кальция, образовавшийся из моллюсков и других морских жи- вотных. Совершенно особую среду представляет собой почва (см. 3.3), находящаяся на границе литосферы и атмосферы. Масштабы техногенного влияния человека на литосферу дос- тигли колоссальных величин, которые превышают интенсивность естественных потоков вещества и подтверждают вывод В.И. Вернадского о том, что человек сегодня является главной гео- логической силой планеты. Влияние человека на литосферу про- должает возрастать: если к 1985 г. суммарная площадь суши, по- крываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т. п.), составляла около 8 %, то к 1990 г. она превысила 10 %, а к 2000 г. возросла до 15 %, т.е. примерно до 1/6 площади суши Земли. В отличие от процессов загрязнения атмо- сферы и океана, нарушения литосферы всегда более или менее ло- кальны, их влияние распространяется на территории, непосредст- венно примыкающие к району нарушений. Влияние таких наруше- ний может простираться на десятки и сотни километров. Впрочем, если нарушения литосферы вызывают загрязнения водной или воз- душной среды, то их влияние может стать глобальным. Основными последствиями влияния человека на литосферу являются следующие. Нарушения при добыче полезных ископаемых. Особенно губи- тельна для литосферы добыча полезных ископаемых открытым спо- собом. Так, в 2000 г. в мире было добыто 900 млн т железа, после чего на поверхности литосферы осталось 6 млрд т пустой породы. На каждую тонну добытой меди приходится 110 т пустой породы и свыше 200 т снятой почвы. В Российской Федерации общая пло- щадь земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, а так- же занятых отходами горного производства, превысила 2 млн га, из которых 65 % приходится на европейскую часть страны. Только в Кузбассе угольными карьерами занято свыше 30 тыс. га, а в районе ivagant.ru 133 Курской магнитной аномалии – более 25 тыс. га плодородных уго- дий. Нарушение целостности литосферы происходит также при строительстве угольных шахт и добыче нефти. Нарушения при строительстве гидротехнических сооруже- ний. Суммарная длина только искусственных водохранилищ, по- строенных на территории бывшего СССР к середине 1980-х гг., равнялась длине экватора Земли. На всем их протяжении разви- вались и продолжают развиваться различные геологические про- цессы (активизация склоновых процессов – смыв грунта, перера- ботка берегов, подтопление и т. д.). Протяженность магистраль- ных оросительных и судоходных каналов на территории СНГ, также изменяющих геологическую обстановку, намного больше и составляет около 3/4 расстояния от Земли до Луны. Фактором, нарушающим литосферу, является откачка грунтовых вод, вызы- вающая опускание поверхности. Нарушения при строительстве городов. Искусственные (или техногенные) грунты уже покрывают более 55 % площади город- ских территорий, а в ряде урбанизированных районов (Европа, Япония, Гонконг и др.) – 95–100 % территории, их мощность достигает нескольких десятков метров. Усиление эрозии и других форм твердого стока. Эрозия со- провождает сельскохозяйственное использование земель и явля- ется основной причиной их разрушения. На распаханных склонах эрозия достигает десятков и сотен тонн мелкозема с 1 га в год и может привести к полному разрушению почвы. При линейной эрозии в массивах пахотных почв возникают и быстро разраста- ются овраги. Особенно интенсивно эрозия развивается на пахот- ных почвах Нигерии, Руанды и Зимбабве. В Нигерии ежегодно теряется около 500 км 2 пашни, которая превращается в пустын- ные земли. С превращением пашни в пустыню столкнулся и Ал- жир, находящийся на северном краю Сахары. В России доля па- хотных почв, подверженных эрозии, превышает 40 %, что ведет к ежегодной потере 1,5 млрд. т плодородного слоя. Твердый сток усиливается также при строительстве гидро- технических сооружений. Загрязнение поверхности твердыми промышленными отхо- дами. На планете ежегодно образуется 85 млрд. т отходов (в том числе в РФ – 7 млрд. т). Их общий объем к концу 1990-х гг. дос- ivagant.ru 134 тиг 1500 км 3 , что эквивалентно 600 тыс. пирамид Хеопса. В со- ставе отходов около 15 % приходится на токсичные отходы, со- держащие тяжелые металлы и другие ядовитые вещества (мута- генные и канцерогенные вещества, шламы гальванические, шла- мы коксохимических заводов и др.). Свой вклад в загрязнение поверхности литосферы вносят твердые бытовые отходы, кото- рые накапливаются на полигонах и необорудованных свалках. Радиоактивное загрязнение. Это наиболее опасный вариант за- грязнения литосферы, который сопровождает нормальную работу атомных электростанций и аварии на них. Различают три типа ра- диоактивных отходов (РАО): низкоактивные (активность менее 0.1 Kи/м 3 ), среднеактивные (от 0.1 до 100 Kи/м 3 ) и высокоактивные (свыше 100 Kи/м 3 ). Низкоактивные РАО образуются в процессе добычи и обогащения урановой руды. Их количество сегодня пре- вышает 500 млрд. т. Основным источником средне- и высокоак- тивных РАО являются АЭС, которые могут работать по схеме от- крытого (захоронение РАО) или закрытого (переработка РАО) ядерного топливного цикла. Однако количество образующихся РАО значительно превышает возможности их переработки. К 2000 г. в Европе накопилось уже около 6 тыс. т высокоактивных РАО, в США, где используется открытый топливный цикл, накоплено бо- лее 20 тыс. т высокоактивных РАО. В РФ имеется 227 хранилищ РАО, из которых 81 уже законсервированы. Значительные сложно- сти представляет захоронение демонтируемых блоков АЭС, срок службы которых составляет 40-60 лет. Крупные вмешательства человека в литосферу стали также причиной землетрясений. Чаще всего землетрясения техногенно- го происхождения возникают в связи с созданием крупных и глу- боких водохранилищ. Контрольные вопросы 1. Какова мощность литосферы? 2. Как влияет на литосферу добыча полезных ископаемых? 3. Как влияют на литосферу гидротехнические сооружения? 4. Какую роль в разрушении литосферы играет эрозия почвы? 5. Охарактеризуйте состояние загрязнение литосферы твер- дыми промышленными отходами. 6. Охарактеризуйте радиоактивное загрязнение литосферы. ivagant.ru 135 16.2. Общая характеристика биосферы Биосфера охватывает всю гидросферу, часть атмосферы и часть литосферы. Ее верхняя граница расположена на высоте 6 км над уровнем моря, нижняя – на глубине 15 км в толще земной коры (на такой глубине обитают бактерии в нефтяных водах) и 11 км в океане. 16.2.1 Величина и структура биомассы По сравнению с диаметром Земли (13000 км) биосфера – это тонкая пленка на ее поверхности. Однако основная жизнь в био- сфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, ох- ватывающих всего несколько десятков метров на континентах, в атмосфере и в океане (табл. 29). Таблица 29 Структура биомассы биосферы (сухое вещество) Среда Группа организмов Масса, 10 12 т Доля, % Континенты Автотрофные 2,40 99,2 Гетеротрофные 0,02 0,8 Итого 2,42 100 Океаны Автотрофные 0,0002 6,3 Гетеротрофные 0,0030 93,7 Итого 0,0032 100 Биосфера Автотрофные 2,4002 99,0 Гетеротрофные 0.0232 1,0 Итого 2.4232 100 16.2.2. Влияние человека на бисферу Биосфера испытывает все формы влияния человека, которые уже рассматривались при обсуждении влияния человека на гео- графические оболочки. Кроме того, под влиянием человека в биосфере происходят изменения ее биоты: снижение биологиче- ского разнообразия (см. 15.4), уменьшение площади лесов, опус- тынивание, а также разрушение почв. Обезлесивание. Процесс сведения лесов под влиянием хозяйст- венной деятельности человека имеет глобальный характер и спо- собствует усилению парникового эффекта, отрицательно влияет на ivagant.ru 136 круговороты воды и кислорода (см. 16.3.3, 16.3.5). Около 10 тыс. лет назад, еще до того как человек стал заниматься сельским хозяй- ством, на земном шаре существовали обширные массивы лесов, общая площадь которых составляла примерно 62 млн. км 2 . Однако в настоящее время их площадь сократилась приблизительно до 42 млн. км 2 , т.е. почти на одну треть по сравнению с до- сельскохозяйственным периодом. В некоторых районах мира си- туация много хуже. Так, во Франции леса, некогда покрывавшие 80 % территории, уже в 1789 г. занимали лишь 14 % площади. Ис- следования в бассейне Амазонки показали, что при сведении тро- пических влажных лесов произошли существенные изменения климата: на 2,5-3,5 о С возросла температура воздуха, на 26 % уменьшилось количество атмосферных осадков, активизировались процессы эрозии почвы, увеличилось количество катастрофиче- ских паводков и др. Аналогичные процессы наблюдаются и в дру- гих странах, где на значительных площадях сводятся леса. В Китае в бассейне реки Янцзы было сведено 85 % лесов, что привело в 1998 г. к наводнению невиданной разрушительной силы. Мировое сообщество осознает опасность утери лесов. В Ев- ропе в последние десятилетия посадка леса ведется столь актив- но, что доля лесопокрытой территории неуклонно возрастает. Китай, чтобы ограничить наступление пустыни с северо-запада на центральные земледельческие районы, создает «Великую зе- леную стену», которая будет иметь длину 4500 км и ширину не- сколько сот километров. К числу лидеров по посадке леса, отно- сятся также Россия, США, Индия и Япония. Однако рукотворные леса значительно уступают естественным лесам по богатству биологического разнообразия. В 2006 г. ЮНЕП (межправитель- ственная программа ООН по окружающей среде) успешно провел акцию по посадке 1 млрд деревьев. Опустынивание. Под влиянием хозяйственной деятельности че- ловека появляются ландшафты, близкие к пустыням, с редким расти- тельным покровом. При этом резко снижаются биологическая про- дукция и биологическое разнообразие, разрушаются почвы. Опусты- нивание сопровождало сельскохозяйственное освоение территорий в «плодородном полумесяце» (от юга Палестины через север Сирии и Месопотамии до восточной части современного Ирана). В настоящее время в этом некогда процветающем крае простираются бесплодные ivagant.ru 137 пустыни. Особенно быстро процессы опустынивания развивались в ХХ в. В мире только за последние 50 лет подверглось опустыниванию свыше 800 млн. га земли, основная часть этой площади приходится на районы, расположенные южнее пустыни Сахара. На рубеже тысячелетий основным фактором, вызывающим опустынивание, является пастбищная дигрессия (см. 14.3.6), свя- занная с быстрым ростом поголовья скота. Ослабление дерна стало причиной ветровой эрозии и возникновения пыльных бурь. Под влиянием неумеренного выпаса растет площадь пустынь в Китае, в котором имеется огромное поголовье овец. 18 апреля 2001 г. запад- ные штаты США от Аризоны до Канады были покрыты слоем пы- ли, принесенной облаком пыли, сформировавшимся 5 апреля в Ки- тае и Монголии (облако имело 1200 миль в поперечнике). Спустя год, над Южной Кореей пронеслась пыльная буря из Китая, были отменены авиарейсы и занятия в школе. Такие крупные пыльные бури в Северном Китае повторяются регулярно. Процессы опустынивания происходят в РФ и соседних стра- нах СНГ. Например, в Калмыкии в результате выпаса поголовья овец, которое во много раз превышало пастбищную емкость ес- тественных кормовых угодий, на огромных площадях сформиро- вались антропогенные пустыни. В Астраханской области «лун- ные пейзажи» окружили районы добычи газа, а в Якутии – карье- ры добычи золота. В Туркмении в 100-километровой зоне вдоль Каракумского канала, имеющего протяженность свыше 1000 км, произошло вторичное засоление почв, и образовались бесплод- ные пустыни. Свыше 2,5 млн. га мертвых пустынь, практически лишенных растительности, возникло при уменьшении площади Аральского моря. В 1995 г. подписана «Международная конвен- ция по борьбе с опустыниванием», однако ее реализация задер- живается ввиду отсутствия средств. 58 Сессия Генеральной Ас- самблеи ООН объявляла 2006 г. Международным годом пустынь и опустынивания. Однако существенных результатов в борьбе с опустыниванием также не было достигнуто. Разрушение почв. За последнее столетие разрушение почв при- обрело катастрофические масштабы, хотя и в прошлом это явление было причиной крушения древних цивилизаций – шумеров в Месо- потамии, инков и майя – в Америке. Главный фактор разрушения почв – эрозия. Пахотные почвы загрязняются остатками пестицидов ivagant.ru 138 и тяжелыми металлами, которые содержатся в фосфорных удобрени- ях; ухудшаются физические свойства – разрушается структура поч- вы. Глобальный характер приняли процессы потери почвами органи- ческого вещества (дегумификация) при внесении высоких доз удоб- рений и интенсивной обработке. В результате антропогенных преоб- разований формируются «агроземы», т. е. почвы, естественные свой- ства которых уже утеряны. Особенно большие площади «агроземов» сформировались в тропическом поясе в 1960-1970-е годы под влия- нием зеленой революции (внедрения интенсивной системы земледе- лия с высокими дозами минеральных удобрений, пестицидов и поли- вом). Под влиянием сельскохозяйственного использования к настоя- щему времени разрушено 2 млрд га почвы, т.е. столько же, сколько сегодня находится в глобальном пахотном фонде. Колоссальный ущерб почвам наносит гидромелиорация, вы- зывающая вторичное засоление. Контрольные вопросы 1. Как различается соотношение биомассы автотрофов и ге- теротрофов на суше и в океане? 2. Охарактеризуйте процесс обзелесивания биосферы. 3. Какие главные факторы вызывают процесс опустынивания? 4. Каков масштаб процесса разрушения почв? 16.3. Основные биосферные круговороты веществ и влияние на них хозяйственной деятельности человека Важнейшей функциональной характеристикой биосферы яв- ляются протекающие в ней круговороты веществ, которые обу- словлены биогенными и абиогенными причинами. В настоящее время сильное влияние на них оказывает хозяйственная деятель- ность человека, что ведет к нарушению биосферы и может иметь тяжелые последствия для будущих поколений землян. Рассмот- рим круговороты наиболее важных биогенов – углерода, кисло- рода, азота, воды. 16.3.1. Круговорот углерода Это один из самых важных биосферных круговоротов, по- скольку углерод составляет основу органических веществ. В кру- говороте особенно велика роль диоксида углерода (рис. 34). ivagant.ru 139 Запасы «живого» углерода в составе организмов суши и океана составляют, по разным данным, 550-750 Гт (1 Гт равна 1 млрд т), причем 99,5 % этого количества сосредоточено на су- ше, остальное – в океане. Кроме того, в океане содержится до 700 Гт углерода в составе растворенного органического вещества. Запасы неорганического углерода значительно больше. Над каждым квадратным метром суши и океана находится 1 кг угле- рода атмосферы, и под каждым квадратным метром океана при глубине 4 км – 100 кг углерода в форме растворенных в воде кар- бонатов и бикарбонатов. Еще больше запасов углерода в осадоч- ных породах – в известняках содержатся карбонаты, в сланцах – керогены и т.д. Рис. 34. Круговорот углерода в биосфере Примерно 1/3 «живого» углерода (около 200 Гт) циркулиру- ет, т.е. ежегодно усваивается организмами в процессе фотосинте- за и возвращается обратно в атмосферу, причем вклад океана и суши в этот процесс примерно сходный (по некоторым данным вклад суши в 2 раза выше). До 50 % (по некоторым данным – до 90 %) углерода в форме диоксида возвращают в атмосферу микроорганизмы-редуценты РАЗРУШЕНИЕ ДЫХ АНИ Е РА ЗРУШЕНИЕ О С АЖ ДЕНИЕ СЖИГАНИЕ ПОЕДАНИЕ ФОТОСИНТЕЗ СО 2 АТМОСФЕРЫ ИСКОПАЕМОЕ ТОПЛИВО И БИОМАССА РАСТЕНИЯ ЖИВОТНЫЕ БАКТЕРИИ И ГРИБЫ ОКЕАН ivagant.ru 140 почвы. В этот процесс равный вклад вносят бактерии и грибы. Возврат диоксида углерода при дыхании всех прочих организмов, таким образом, меньше, чем при деятельности редуцентов. Некоторые бактерии кроме диоксида углерода образуют ме- тан. Выделение метана из почвы возрастает при переувлажнении, когда создаются анаэробные условия, благоприятные для дея- тельности метанообразующих бактерий. По этой причине резко увеличивается выделение метана лесной почвой, если древостой вырублен и вследствие уменьшения транспирации происходит ее заболачивание. Много метана выделяется с городских свалок, ри- совых полей и пищеварительной системы домашнего скота. Приведенные данные характеризуют биогенный круговорот углерода. В круговороте участвуют и геохимические процессы, при которых происходит обмен атмосферного углерода и углерода, со- держащегося в горных породах. Однако данных о скорости этих процессов нет. Полагают лишь, что их интенсивность менялась в истории планеты, и парниковый эффект, который наблюдается се- годня, многократно проявлялся в прошлом при усилении геохими- ческих процессов с выделением диоксида углерода, и при ослабле- нии процессов, которые «оттягивали» его из атмосферы. 16.3.2. Проблема потепления климата В настоящее время происходит процесс потепления климата. Существует две основные гипотезы объяснения этого явления: а) антропогенная – причиной потепления климата являются выбросы в атмосферу антропогенного диоксида углерода (в пер- вую очередь при сжигании углеродсодержащего топлива); б) потепление климата – это естественный процесс, связанный с солнечной активностью, так как вклад техногенного углерода в атмосферу не превышает 10 %, а океан и наземные экосистемы об- ладают высокой буферностью и связывают «лишний» углерод. Этой точки зрения придерживался крупный климатолог-географ М.И. Будыко, сегодня ее представляют ректор Гидрометеорологи- ческого университета Санкт-Петербурга Л.Н. Карлин и академик РАН, директор Института географии РАН В.М. Котляков. Эти уче- ные считают процесс потепления климата временным, на смену ко- торому в ближайшее время придет похолодание. ivagant.ru 141 Антропогенная гипотеза потепления климата. Эта гипотеза лучше обоснована фактическим материалом (Рамсторф, Шельн- хубер, 2009), ее придерживается авторитетная Межправительст- венная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). Изу- чение газового состава пузырьков воздуха в льдах Антарктиды показало, что в истории планеты были периоды, когда концен- трация диоксида углерода в атмосфере была выше, чем сейчас (например, 30 млн лет назад). Тем не менее, никогда процесс по- вышения концентрации диоксида углерода в атмосфере не был столь быстрым, что дает дополнительные аргументы в пользу ги- потезы антропогенной природы потепления климата. В соответствии с антропогенной гипотезой наибольшую опасность представляет СО 2 (диоксид углерода), ответственный за 60 % потепления. Концентрация СО 2 в ХХ в. повысилась с 280 ppm (0,028 %) до 383 ppm и может достигнуть к концу XXI в. 540-970 ppm. Средняя температура атмосферы в ХХ в. повыси- лась на 0,8 о С (в Европе – на 1 о С, в России – на 1,3 о С), в течение XXI в зависимости от величина эмиссии СО 2 это повышение мо- жет составить 2-7 %. Из числа прочих парниковых газов сущест- венный вклад в потепление климата вносит метан. Метан быстро разрушается в атмосфере и потому менее опасен, чем СО 2 , высо- кое содержание которого длительное время будет сохраняться в атмосфере даже если удастся снизить величину его эмиссии. Большую роль играют пары воды, однако этот фактор определя- ется испарением с поверхности мирового океана, и человек прак- тически не может влиять на него. Возможные последствия потепления климата. Потепление климата может вызвать ряд опасных последствий. Прогнозиру- ются следующие изменения: таяние ледников Гренландии и Антарктиды. Скорость про- цесса трудно предсказать, кроме того, есть мнение, что полного исчезновения этих ледников не произойдет: при потеплении кли- мата увеличится количество осадков, за счет чего ледовый по- кров будет нарастать, и таяние льда хотя бы частично будет ком- пенсировано; вследствие таяния ледников может значительно повыситься уровень мирового океана (в XXI в. – до 88 см, к 2300 г. – до 2,5 м); ivagant.ru 142 массы пресной воды, образовавшейся при таянии ледников Гренландии, могут нарушить «тепловой конвейер» Гольфстрима, что приведет к похолоданию в Европе; таяние льдов Арктики может стать причиной гибели белых медведей; вследствие усиления поглощения СО 2 океаном произойдет подкисление морской воды. До начала потепления климата рН вод океана составлял 8,1, в настоящее время отмечен сдвиг на 0,1, возможно дальнейшее увеличение сдвига на 0,3-0,4. Это повлечет серьезные изменения биоты океана и может привести к полному разрушению экосистем коралловых рифов; таяние ледников Гималаев (самых больших после Антарк- тиды и Грунландии) может снизить водность рек Инда, Ганга, Брахмапутры, что приведет к катастрофическим последствиям для сельского хозяйства Индии; вытаивание многолетней мерзлоты может пагубно сказаться на лесах, озерах, городских строениях, инфраструктуре (дороги, линии электропередачи, трубопроводы и др.). Этот прогноз осо- бенно важен для России, значительная часть территории которой представляет зону распространения мерзлотных грунтов. Про- изойдет эмиссия в атмосферу огромного количества метана, ко- торый содержится в мерзлотных почвах в форме клатрата метана, что «подхлестнет» процесс потепления. произойдет дальнейшее усыхание ветландов, что усилит эмиссию СО 2 из минерализующихся торфов; станут более частыми и масштабными лесные пожары, ура- ганы, наводнения и др.; снизится биологическое разнообразие природных экоси- стем, в первую очередь коралловых рифов, влажных тропических лесов и высокогорий; повысится смертность людей от высоких температур (в Ев- ропе в 2003 г. от жары умерло 35 тыс. человек) и от заболеваний вследствие распространения на Север «южных» болезней (в пер- вую очередь малярии); ухудшится обеспечение продовольствием, так как некото- рое повышение урожаев в странах умеренного климата не ком- пенсирует их значительного снижения в южных странах; ivagant.ru 143 Возможности противодействия потеплению климата. Как ос- новное направление смягчения влияния потепления климата рас- сматривается декарбонизация энергетики на основе ВИЭ и атомной энергетики. Некоторую роль может сыграть лесовосстановление. Обсуждаются возможности захоронения СО 2 в геологических пластах. Для этого СО 2 должен улавливаться в местах его образо- вания (в первую очередь на предприятиях теплоэнергетики) и пе- реводиться в сжиженное состояние, что позволит транспортиро- вать его в цистернах к местам захоронения. Однако технология такого секвестрования пока недостаточно разработана, и оно бу- дет обходиться очень дорого. Кроме того, невозможно улавли- вать СО 2 , который образуется при работе транспорта и неболь- ших предприятий. В последние годы ряд климатологов (особенно академик Ю.А. Израэль) пропагандируют идею снижения температуры ат- мосферы за счет распыления аэрозолей соединений серы для снижения количества солнечной энергии, достигающей поверх- ности пленты. Этот вариант контроля потепления климата эколо- гически опасен, так как последствия распыления этих аэрозолей непредсказуемы. Необходима адаптация цивилизации к последствиям потеп- ления климата путем экологизации всех сфер хозяйственной дея- тельности (сельского хозяйства, медицины, обустройства при- морских территорий, подверженных ураганам, регулирования режима стока рек и т.д.). Международное сотрудничество по проблеме потепления климата координирует Киотский протокол – важнейшее между- народное соглашение, регламентирующее выбросы в атмосферу техногенного углерода, который является причиной потепления климата. Контрольные вопросы |