Учебник по экологии для технических специальностей - Н.И. Николайкин. Учебник по экологии для технических специальностей - Н.И. Никола. Технические науки и по специальностям в области 650000 Техника и технологии е издание, стереотипное москва 2004
 Скачать 4.61 Mb.
|
|
(1626—1698) и заново сформулированный В. И. Вернадским (1924): живое происходит только от живого, между живыми неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие. Если бы в наши дни сложились локальные условия для повторного возникновения жизни (например, в жерле затухающего вулкана) или она была бы занесена извне (из космоса, то возможны следующие два исхода она не смогла бы долго существовать, так как была бы уничтожена уже существующими организмами стала бы глобальным бедствием, ибо подавила бы существовавшее ранее. Сначала формирования биосферы современного типа постепенно росло число видов организмов, их биомасса и продуктивность. Это увеличение продолжалось до тех пор, пока названные характеристики биосферы не стали постоянными. Такой рост и стабилизация могли произойти достаточно быстро. Предельное число видов входе эволюционного процесса могло возникнуть всего за 70 млн лет. Биосфера развивается при тесной совместной эволюции организмов. Такую коллективную, сопряженную эволюцию называют коэволюцией 1 . Она шла в геологическом масштабе времени миллиарды лет. Мощные антропогенные факторы возникли на Земле за исключительно короткое время, однако по мощности воздействия на биосферу они стали сопоставимы с природными. Часть организмов приспособилась и сделалась синантропами — спутниками человека, обитая в местах, населенных человеком, ив созданных им агроценозах. Однако надеяться на 1 Коэволюция — это тип эволюции сообщества, заключающийся во взаимных селективных воздействиях друг на друга двух больших групп организмов, находящихся в тесной экологической взаимозависимости, таких, как растения и травоядные, крупные организмы и их микроскопические симбионты, паразиты и их хозяева. Обмен генетической информацией между группами минимален или отсутствует. 3 0 6 Глава 7. БИОСФЕРА коэволюцию человека и природы в современных условиях нельзя, так как природе не угнаться за человеком, за производимыми им изменениями. Кроме того, при всем социальном и экономическом величии люди остаются биологическими существами — рождаются, живут и умирают. Находясь в единой сети жизни, человек подчиняется ее законам, в соответствии с одним из которых любой вид может существовать до тех пори постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниями изменениям. В чуждой среде вид существовать немо жет. Именно поэтому в природе виды поддерживают среду своего обитания, во всяком случае не разрушая ее. Даже паразиты настолько разумны, что полностью не уничтожают своих хозяев. Входе геологического времени развитие биосферы носило необратимый характер. Основываясь на эволюционном учении и палеонтологических данных, бельгиец Л. Долло (1857— 1931) сформулировал закон необратимости эволюции организм не может вернуться, хотя бы частично, к предшествующему состоянию, которое было уже осуществлено в ряду его предков. История развития атмосферы ярко иллюстрирует абсолютную зависимость живых организмов, и прежде всего человека, от других организмов, населяющих биосферу. Однако антропогенное воздействие на биосферу, в частности загрязнение воздуха пылью, парниковыми газами (С 2 , СН 4 , N 2 0 и др, фреонами и иными веществами, может нарушить существующую хрупкую стабильность. 7 . 4 . 2 . 3 . Развитие теории эволюции История развития теории эволюции показывает, что концепция непрерывности или постепенного развития более сложных видов из предществующих более простых форм возникла у ряда философов и естествоиспытателей еще в Древнем Китае (Конфуций, в Античную эпоху (Диоген, Демокрит, Аристотель и др) ив Средневековье, те. задолго до формального провозглашения эволюционных гипотез вначале в. 7.4. Эволюция — история жизни 307 Французский биолог Ж. Б. Ламарк (1809) выдвинул гипотезу о механизме эволюции, основанную на двух предпосылках упражнение и неупражнение частей организма и наследование приобретенных признаков. Взгляды Ж. Ламарка способствовали подготовке почвы для принятия эволюционной концепции, ноне получили широкого признания. Несколько раньше священник Т. Мальтус (1798) опубликовал Трактат о народонаселении, где привлек внимание к репродуктивному потенциалу человека и ярко обрисовал, к чему мог бы привести рост населения, происходящий по экспоненте, если бы он ничем не сдерживался. Ч. Дарвин (1809—1882), вернувшись в 1836 г. из пятилетнего кругосветного путешествия, совершенного на военном корабле «Бигль», перенес рассуждения Т. Мальтуса на полученные им в плавании материалы наблюдений за флорой и фауной Галапагосских островов. Сопоставляя огромное количество сведений, он в 1839 г. сформулировал теорию эволюции путем естественного отбора. Считают, что основной вклад Ч. Дарвина в науку заключается не в доказательстве существования эволюции, а в объяснении, как именно она может происходить. Одновременно с Ч. Дарвином другой много путешествовавший естествоиспытатель АР. Уоллес (1822—1913), изучив труд Т. Мальтуса, пришел к таким же выводам, что и Ч. Дарвин. В 1858 гон изложил свою теорию в письме к Ч. Дарвину. В июле 1858 гони выступили с докладами на заседании Лин- неевского общества в Лондоне, а уже в ноябре следующего года Ч. Дарвин опубликовал Происхождение видов путем естественного отбора. Тираж книги был продан за один день, и считают, что по своему воздействию на человеческое мышление она уступала только Библии. Теория эволюции, предложенная Ч. Дарвиным и А. Уол лесом, была значительно расширена и доработана в свете современных данных генетики, палеонтологии, молекулярной биологии и экологии и получила название неодарвинизма, который определяют как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически. Теория эволюции завоевала широкое признание, однако предстоит еще многое сделать для ее уточнения и приложения 1 Запрет Ватикана на теорию эволюции Ч. Дарвина был снят лишь в 1996 га четырьмя годами раньше, в 1992 г, было отменено действие Декрета от 1633 г, осуждавшего Г. Галилея за приверженность гелиоцентрической теории строения Солнечной системы. 308 Глава 7. БИОСФЕРА ко всем наблюдаемым ситуациям. В научных дискуссиях об эволюции давно обсуждается не сам факт ее существования, а то, что она происходит путем естественного отбора случайно возникающих мутаций. Современное объяснение изменчивости живых организмов — это рез гльтат синт? за теории эволюции, основанной на работах Ч. Дарвина и А. Уоллеса, и теории наследственности, основанной на законах Менделя. 7.4.2.4. Учение о ноосфере Эволюция органического мира, осуществлявшаяся на основании только биологических закономерностей жизнедеятельности и развития, происходила в два этапа возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом (химическая эволюция по АИ. Опарину) примерно 4,6—3,5 млрд лет тому назад усложнение биоценоза как результат появления многоклеточных организмов (органическая эволюция, начиная примерно с 3,5 млрд лет тому назад. Возникновение на Земле человеческого общества способствовало выделению третьего этапа эволюции биосферы. Эволюция центральной нервной системы постепенно превратила Homo sapiens в самое могущественное существо наземном шаре, по крайней мере по способности изменять функционирование экосистем и биосферы в целом. Человек долгое время усиливал власть над природой, развивал технический потенциал, увеличивал эксплуатацию природных ресурсов, однако в дальнейшем этот процесс может привести лишь к катастрофическому разрушению природной среды с последующим снижением качества жизни. Приняв за исходное биогеохимическую основу биосферы, установленную академиком В. И. Вернадским, французский философ Э. Леруа (1927) предложил понятие ноосферы (от греч noos — ум, разум sphaira — шар, назвав так современную ему стадию развития биосферы. Э. Леруа и его последователи дали трактовку ноосферы как мыслящего пласта, зародившегося в конце неогена (около 1 млн лет назад) и с тех пор разворачивающегося над миром растений и животных вне биосферы и над ней. В свою очередь В. И. Вернадский приняли в последующие 15—20 лет развил понятие ноосферы как сферы разума — высшей стадии развития биосферы, связанной с возникновением и становлением в ней цивилизованного 7.4. Эволюция — история жизни 309 человека, с периодом, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития на Земле. Окончательно сформулировавшиеся кг. и опубликованные в 1945 г. идеи В. И. Вернадского о неотделимости человечества от биосферы указывают на главную цель в построении ноосферы. Она заключается в неизменности того типа биосферы, в которой возник и может существовать человек как вид, сохраняя свое здоровье, образ жизни. На современном этапе отношения «человек—природа» носят сложный характер. Преобразующая деятельность человека в биосфере неизбежна, так как с ней связано благосостояние населения. Незнание или нежелание учитывать свойственные природе законы поставило на грань сомнения если не существование всей биосферы, то как минимум возможность достойного развития в ней Человека разумного. Мозг человека представляет собой устройство с низкими количественными и высокими качественными энергетическими характеристиками, а также с огромными способностями к управлению. Однако нельзя не признать, что человек пока не обладает достаточной прозорливостью, чтобы понимать последствия своих действий. Говорить о сегодняшнем состоянии биосферы, как о ноосфере, еще рано. В современном понимании ноосфера — это гипотетическая стадия развития биосферы, когда в будущем разумная деятельность людей станет главным определяющим фактором ее устойчивого развития. Гармония антропогенной деятельности человека и природы возможна только при осуществлении контроля численности человечества ограничении чрезмерных потребностей людей рационализации использования природных ресурсов использовании только экологически целесообразных промышленных технологий с максимальной переработкой и применением вторичных материальных и энергетических ресурсов осуществлении глобального мониторинга за состоянием окружающей природной среды и др. Определенный шаг в направлении перехода биосферы в ноосферу — осознание и провозглашение необходимости перехода мирового сообщества на позиции устойчивого развития. 310 Глава 7. БИОСФЕРА 7.5. Ресурсы биосферы Источниками существования живого в биосфере, или ее ресурсами, являются кислород, вода, почва, минералы, растительность, животные и др. Ресурсы делятся на неисчерпаемые и исчерпаемые (рис. 7.29). Неисчерпаемость Космоса, энергии Солнца, гравитации и многого другого в масштабе сроков эволюции человека в биосфере очевидна. Быстро возобновимые исчерпаемые ресурсы воссоздаются популяциями, имеющими большой биотический потенциал видовая способность к размножению при отсутствии ограничений со стороны среды) и большую скорость роста (травяная растительность, животные. Относительно (медленно или не полностью) возобновимые ресурсы являются сложными многокомпонентными экосистемами (почва, лес. Так, почва — результат деятельности почвенных микроорганизмов, растений, грибов и животных способна возродить свое плодородие, но происходит это крайне медленно. Для восстановления 1 см толщины плодородного слоя почвы требуется в среднем около 150 лет. Враз н ы х кли- Рис. 7.29. Классификация ресурсов поп риз на ка ми сч ер паем ости. Ресурсы биосферы 311 матических и ландшафтных зонах этот процесс идет с разной скоростью. Для восстановления зрелого хвойного леса (устойчивое климаксное сообщество) требуется около 100 лет. Молодые леса, не являющиеся устойчивыми сообществами, восстанавливаются быстрее. Невозобновимые ресурсы биосферы (например, ископаемые руды, осадочные породы и др) и сейчас образуются при геохимических процессах в недрах, глубинах океана, а также на поверхности земной коры, но скорость их формирования в земной коре или ландшафтной сфере несравнимо меньше скорости их потребления человеческим обществом. 7 . 5 . 1 . Природные ресурсы Часть ресурсов биосферы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут использоваться для удовлетворения потребностей человеческого общества, принято называть природными ресурсами (по определению А. А. Минца). При этом к природным ресурсам также относят некоторые компоненты недр Земли, которые никому, кроме человека, ненужны и даже вредны (нефть, ртуть, уран и др. В настоящее время природными ресурсами называют природное сырье и топливо для производства продуктов потребления человека. Важно отметить, что тела и явления природы становятся определенным ресурсом лишь в том случае, если в них возникает потребность. Поэтому объем природных ресурсов меняется в зависимости от района земного шара и стадии социально-экономи ческого развития общества. Так, в первобытно-общинном обществе потребности человека и его возможности по их удовлетворению путем использования природных богатств были исключительно скромными и не выходили за рамки охоты, рыбной ловли и собирательства. Потребности общества изменяются с развитием новых технических возможностей освоения природных богатств. Например, нефть была известна как горючее вещество еще залет дон. э, нов качестве сырья для топлива в промышленных масштабах ее стали использовать лишь в середине XIX в. Именно с тех пор нефть превратилась в реально доступный энергетический природный ресурс, значение которого неуклонно возрастало. 312 Глава 7. БИОСФЕРА До середины XX в. нефть, залегающая в донных отложениях шельфа Мирового океана, не считалась ресурсом, ибо уровень развития техники не позволял производить ее добычу на шельфе. Лишь в х годах XX в. в акваториях озера Маракайбо (Венесуэла) и Каспийского моря впервые началась промышленная разработка нефтяных залежей мелководья морей и океанов. Исходя из первоочередности цели сохранить окружающую среду на нашей планете в неизменном, привычном человеку виде, следует особо отметить, что природными ресурсами для человечества являются абсолютно все ресурсы биосферы, а биота, обладающая мощнейшей средообразующей и средорегули- рующей функцией, есть главный природный ресурс. 7.5.2. Классификация природных ресурсов В зависимости от технического и технологического совершенства процессов извлечения и переработки природных ресурсов, экономической рентабельности, а также с учетом сведений об объемах природного сырья выделяют две категории природно-ресурсных запасов • доступные (доказанные или реальные) запасы — объемы природного ресурса, выявленные современными методами разведки, технически доступные и экономически рентабельные для освоения • потенциальные (общие) ресурсы — ресурсы, помимо доступных, установленные на основе теоретических расчетов и обследований, включая те, которые в настоящее время нельзя освоить по техническим или экономическим соображениям (например, залежи бурого угля на больших глубинах, запасы пресной воды в ледниках. Кроме того, потребности в природном ресурсе могут полностью блокироваться технологической невозможностью их освоения в наши дни, например, производство энергии на основе управляемого термоядерного синтеза. Поэтому потенциальные ресурсы образно называют ресурсами будущего. С развитием научно-технического прогресса потенциальные ресурсы переходят в категорию доступных. Разработаны и применяются несколько классификаций природных ресурсов по природному происхождению, по ви- 7.5. Ресурсы биосферы 3 1 3 дам хозяйственного использования, по признаку исчерпа- емости. Классификация по происхождению. По указанному признаку природные ресурсы подразделяют на минеральные, климатические, водные, земельные, почвенные, биологические растительные и животные. Эта классификация не отражает хозяйственной роли ресурсов и их экономического значения, поэтому чаще применяют классификацию по направлениями формам использования. Классификация по видам хозяйственного использования. В зависимости от отнесения к тому или иному сектору материального использования природные ресурсы подразделяют на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производства. Ресурсы промышленного производства включают в себя все виды сырья, используемого промышленностью энергетические (горючие полезные ископаемые, гидроэнергоресур сы, биоконверсионная энергия, ядерная энергия) и не энергетические (ресурсы металлургии, химии и нефтехимии, лесопереработки и т. п. Классификация по признаку исчерпаемости. По признаку исчерпаемости все природные ресурсы, как и ресурсы биосферы, подразделяют на исчерпаем ы е и неисчерпаемые (рис. 7.29). Неистощимость ресурса подразумевает его бесконечность, хотя бы в сравнении с потребностями в нем. Так, условно неисчерпаемым ресурсом для первобытных людей была, например, территория Земли. Однако поскольку сегодня численность человечества растет опасными темпами, а планета имеет совершенно конкретные конечные размеры, то возникли два очевидных ограничения на ограниченной в целом Земле не может быть ничего бесконечного (часть не может быть больше целого, а следовательно, для человека нет неисчерпаемых природных ресурсов экспоненциально растущая часть планеты — человечество со своими постоянно увеличивающимися потребностями легко исчерпывает ресурсы любой емкости. Ресурсы, которые иногда еще кажутся неисчерпаемыми например, поток солнечной энергии и иные мощные природ- 1 При этом необходимо иметь ввиду важное замечание Н. Ф. Рей- мерса о том, что выделить группу неисчерпаемых природных ресурсов можно лишь со значительными оговорками. 314 Глава 7. БИОСФЕРА ные явления) по сравнению с энергопотреблением человечества (разница действительно велика см. табло ка з ы в а ют с я в действительности резко ограниченными из-за лимитов потребления. Контрольные вопросы и задания 7.1. Дайте определение биосферы какова ее структура 7.2. Кто впервые ввел в науку термин биосфера 7.3. Назовите основные оболочки Земли. 7.4. Каковы важнейшие аспекты учения В. И. Вернадского о биосфере 7.5. Чем отличается земная кора от мантии и ядра 7.6. Как отражается на развитии жизни на Земле нарушение равновесия ос о 7.7. Почему человек абсолютно зависим от жизнедеятельности и разнообразия других организмов 7.8. Что такое ноосфера и почему возникло это понятие 7.9. Возможно ли возникновение ноосферы в результате коэволю ции человеческого общества и природной среды 7.10. Что такое природные ресурсы 7.11. Как классифицируются природные ресурсы 7.12. Как формировалась кислородная атмосфера Земли ГЛАВА ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ Представления о роли человечества в эволюции Земли, также как и знания о влиянии экологических факторов на жизнь и здоровье отдельного человека, сложились в основном во второй половине XX в. (см. гл. 1). Базовым положением современного экологического мировоззрения является общность природы человека со всеми живыми существами Земли и необходимость сохранения современной биосферы для продолжения жизни человечества. Проблемы взаимодействия природы и общества рассматриваются в этой книге неоднократно (см. гл. 1, 7, 9, 10). В настоящее время активно развиваются такие направления экологии, как экология человека и социальная экология. Первая изучает закономерности взаимодействия человеческих обществ с окружающей природной средой, а также зависимость здоровья и качества жизни человека от экологических факторов. Вторая посвящена динамике численности и особенностям размещения населения наземном шаре, перспективам развития этносов |