ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Люди являются космополитами и приспосабливаются к различным условиям среды. Адаптации могут быть неспецифическими и специфическими. Неспецифические адаптации проявляются в общем повышении иммунных свойств и усилении устойчивости к неблагоприятным условиям. Специфические направлены на адаптацию к определенным климатическим условиям среды. Поэтому на популяционно-видовом уровне формируются адаптивные типы людей.

Под адаптивным типом понимают комплекс морфофизиологических, биохимических и иммунологических признаков и реакций, конвергентно возникающих в различных популяциях, находящихся в сходных условиях обитания.

Эти признаки не зависят от расовой и этнической принадлежности. К примеру, на Севере живут представители европеоидной и монголоидной рас, которые имеют одинаковый арктический адаптивный тип. Расы сформировались на заре человечества, а адаптивные типы сопровождают всю историю развития человека.

Выделяют пять основных адаптивных типов.

Арктический.

Тропический.

Зоны умеренного климата.

Высокогорный.

Пустынный.

Арктический адаптивный тип характеризуется комплексом приспособлений людей к низкой температуре, высокой влажности, кислородной недостаточности, питанию преимущественно животной пищей и малой микробной загрязненности воздуха.

Морфофизиологические признаки: увеличение массы тела (лучшее сбережение тепла), хорошее развитие подкожно-жировой клетчатки (теплоизоляция), низкий рост, уменьшение длины ног в сравнении с длиной тела, большой объем грудной клетки, усиленный газообмен. Хорошо развит красный костный мозг.

Биохимические признаки: повышенное содержание гемоглобина и эритроцитов в крови, усиление энергетического обмена, высокое содержание холестерина в сыворотке крови, усиленная минерализация костей скелета.

Иммунологические признаки: снижение содержания лейкоцитов крови.

Пустынный адаптивный тип обеспечивает приспособление людей к высокой температуре воздуха (до 50С) в течение 4-5 месяцев, недостатку воды, интенсивной солнечной радиации.

Морфофизиологические признаки: астенический тип телосложения (высокий рост, узкая грудная клетка, длинные конечности, слабое развитие подкожно-жировой клетчатки), относительное увеличение количества потовых желез на 1 см2 кожи, усиление потоотделения с кожи шеи, лица, рук. Понижен обмен веществ, уменьшается потребность в белках и жирах, основу рациона составляют углеводы, расход воды экономичный (коренные жители потребляют 1-2,5 л, а приезжие в первые дни до 4 л).

Биохимические признаки: в плазме крови понижается содержание аскорбиновой кислоты и других водорастворимых витаминов. В связи с этим суточное потребление витаминов должно быть увеличено.

Тропический адаптивный тип формировался под влиянием следующих экологических факторов: повышенная температура и высокая влажность воздуха, сглаженность сезонных изменений абиотических факторов. Растительный покров тропиков разнообразен - от фитоценозов влажных лесов до обширных равнин с редколесьем. Видовой состав животных также разнообразен. В окружающей человека среде содержится большое количество патогенных микроорганизмов, цист простейших и яиц гельминтов. В рационе коренного населения относительно низкое содержание животного белка.

Морфофизиологические признаки людей очень вариабельны. Здесь встречаются и самые высокорослые, и самые низкорослые люди. У всех удлиненная форма тела, сниженная мышечная масса, уменьшенная окружность грудной клетки, увеличенное количество потовых желез на 1 см2 кожи.

Биохимические признаки: низкие показатели основного обмена и синтеза жиров, сниженная концентрация холестерина в крови.

Иммунологические признаки: повышение содержания лейкоцитов в крови.

Адаптивный тип умеренного пояса формировался в зоне умеренного климата, которая характеризуется наличием районов, различающихся по количеству тепла и влаги (от степных районов до таёжных). Температура и влажность не достигают экстремальных величин, сезонность биоклиматических условий хорошо выражена. Животный мир отличается богатством видов.

Морфологические характеристики и интенсивность обмена веществ у жителей умеренного пояса занимают промежуточное положение между тропическим и арктическим адаптивными типами.

Высокогорный адаптивный тип формировался в условиях пониженной температуры, низкого атмосферного давления, гипоксии (снижения парциального давления кислорода), характерных для высокогорья.

Морфофизиологические признаки: респираторный тип телосложения с широкими плечами и широкой грудной клеткой, небольшим втянутым животом, узким тазом, длинными конечностями и ромбовидным лицом. Жизненная емкость легких увеличена, легочная вентиляция усилена.

Биохимические признаки: повышение содержания гемоглобина и эритроцитов в крови (до 8 млн. в кубическом мм), высокая активность окислительных ферментов, благодаря чему наблюдается быстрое связывание кислорода гемоглобином, повышение содержания миоглобина в мышцах. У некоторых жителей высокогорья наблюдается гипофункция щитовидной железы, что обеспечивает снижение основного обмена.

Последовательность появления адаптивных типов

Первым сформировался тропический адаптивный тип (прародина человечества - Африка), затем по мере расселения людей по планете - адаптивный тип умеренного пояса и высокогорный, а последними появляются арктический и пустынный (80000-12000 лет назад). Адаптивные типы человека не являются узко специализированными, они благоприятствуют существованию людей в определенных климатических зонах.

Медицинское значение адаптивных типов

Врач должен учитывать морфофизиологические и биохимические особенности адаптивных типов, чтобы не принять их за отклонения от нормы.

Представители различных адаптивных типов могут иметь неодинаковую предрасположенность к различным заболеваниям.

Следует учитывать адаптивный тип при снаряжении экспедиций в Арктику, пустынные и высокогорные районы.

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

Понятие биосферы было сформулировано в начале XIX века Ж.Б. Ламарком без употребления самого термина. Термин «биосфера» введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году для обозначения особой оболочки земли, находящейся в области взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы и образованной совокупностью живых организмов. В 20-30 годах 20-го века учение о биосфере разработал академик В.И. Вернадский. Он рассматривал биосферу следующим образом: это оболочки Земли, представляющие собой целостную саморегулирующуюся систему, в которой осуществляется круговорот веществ, благодаря жизнедеятельности живых организмов. Существуют различные определения биосферы, одним из которых является следующее:

Биосфера - часть оболочек Земли (атмосферы, гидросферы и литосферы), заселенная и активно преобразуемая живыми организмами, деятельность которых объединяет все оболочки Земли в единую целостную систему, связанную обменом веществ и преобразованием энергии.

Границы биосферы

В литосфере живые организмы проникают на глубину 4-5 км, распространению организмов вглубь литосферы препятствует высокая температура земных недр, превышающая 100С.

В гидросфере они заселяют всю ее толщу, в некоторых местах проникая на глубину свыше 11 км.

В атмосфере живые организмы (споры бактерий и плесневых грибов) встречаются в нижней её части, называемой тропосферой, на высоте 15-22 км, выше которой располагается озоновый экран. Дальнейшему их распространению препятствует губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение.

Концепции в изучении биосферы

Термодинамическая концепция, в соответствии с которой биосфера рассматривается как термодинамическая оболочка с температурой от +50 до -50 и давлением около одной атмосферы.

Биохимическая и биогеохимическая концепции связаны со сложными преобразованиями веществ в живых организмах за счет химической энергии, запасенной в результате фотосинтеза.

Геофизическая концепция заключается в том, что живые организмы, с одной стороны, создают геологические породы (известняки, сланцы), а с другой - разрушают горные породы, изменяя рельеф земной поверхности.

Биогеоценотическая концепция связана с тем, что элементарной структурой биосферы является биогеоценоз, включающий организмы с различными типами питания. Благодаря трансформации веществ, энергии и информации в биогеоценозах существенно видоизменился облик планеты.

Кибернетическая концепция предполагает изучение принципов организации и регулирования, осуществляющихся в живой природе.

Социально-экономическая концепция связана с тем, что человек из биосферы извлекает средства существования, одновременно преобразуя её.

Состав биосферы

По В.И.Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей.

Живое вещество - совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету.

Косное вещество - в образовании которого живые организмы не принимали участия. Косное вещество появляется в биосфере в результате тектонической деятельности (образование горных пород магматического происхождения, газообразные и твердые вещества, выделяющиеся при извержении вулканов и т.д.).

Биогенное вещество - образующееся в результате жизнедеятельности организмов (твердые: каменный уголь и породы осадочного происхождения - известняки, ракушечник, мел; жидкие - нефть; газообразные: природный газ - метан, кислород атмосферы и др.).

Биокосное вещество - особое природное тело - почва, представляющая собой результат совместной деятельности живых организмов, а также физико-химических и геологических процессов, протекающих в неживой природе.

В состав биосферы также входят радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещества космического происхождения.

Все живые организмы в совокупности образуют биомассу планеты, которая составляет около 0,01% массы земной коры. Однако, несмотря на незначительную общую массу, роль живых организмов в биосфере огромна.

Функции живого вещества в биосфере

Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, метан и др.

Кислород выделяется растениями, используется для дыхания животными, а образующийся углекислый газ вновь принимает участие в процессах фотосинтеза. Весь запас кислорода современной атмосферы растения могут воспроизвести за 10000 лет.

Атмосферный азот усваивается азотфиксирующими бактериями, включается в цепи питания, а после расщепления белков и нуклеиновых кислот может вновь возвращаться в окружающую среду.

Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде.

Кишечнополостные накапливают кальций, морские водоросли и губки - йод, лютики - литий, ряска - радий, моллюски - медь, асцидии - ванадий.

Наиболее активными концентраторами являются микроорганизмы. Концентрация железа в железобактериях в 65000 раз выше, чем в окружающей среде, а марганца в 1200000 раз. После гибели организмов могут образовываться залежи элементов.

Однако морские организмы могут накапливать не только полезные для человека микроэлементы, но даже радионуклиды и тяжелые металлы, что может привести к тяжелым отравлениям при употреблении их в пищу.

Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении веществ, содержащих элементы с переменной валентностью (соединения железа, марганца, серы, азота и др.). В организмах происходит окисление и восстановление большинства химических соединений.

Существуют бактерии окислители и восстановители. Благодаря данной функции появляются залежи руд.

Энергетическая функция обеспечивает преобразование солнечной энергии в энергию химических соединений. Часть её откладывается в виде запаса органических веществ (торф, каменный уголь) на длительный срок.

Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которых происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. Эти процессы осуществляют редуценты. В результате образуются биогенное и биокосное вещества биосферы, а также происходит химическое разложение горных пород, вовлечение минералов в биотический круговорот.

Средообразующая функция заключается в преобразовании (трансформации) физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Организмы преобразовали газовый состав первичной атмосферы, изменили химический состав вод первичного океана, образовался слой осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный слой.

Геологический и биологический круговороты

В биосфере происходит глобальный (большой, или геологический) круговорот веществ, который существовал и до появления первых живых организмов. В него вовлечены самые разнообразные химические элементы. Геологический круговорот осуществляется благодаря солнечной, гравитационной, тектонической и космической видам энергии.

С появлением живого вещества на основе геологического круговорота возник круговорот органического вещества - малый (биотический, или биологический) круговорот.

Биотический круговорот веществ - непрерывный, циклический, неравномерный во времени и пространстве процесс перемещения и превращения веществ, происходящий при непосредственном участии живых организмов. Он представляет собой непрерывный процесс создания и разрушения органического вещества и реализуется при участии всех трех групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. В биотические круговороты вовлечено около 40 биогенных элементов. Наибольшее значение для живых организмов имеют круговороты углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора, серы, железа, калия, кальция и магния.

По мере развития живой материи из геологического круговорота постоянно извлекается все больше элементов, которые вступают в новый, биологический круговорот. Общая масса зольных веществ, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот веществ только на суше, составляет около 8 млрд. тонн. Это в несколько раз превышает массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Скорость круговорота вещества в биосфере различна. Живое вещество биосферы обновляется в среднем за 8 лет, масса фитопланктона в океане обновляется ежедневно. Весь кислород биосферы проходит через живое вещество за 2000 лет, а углекислый газ - за 300 лет.

В экосистемах осуществляются локальные биотические круговороты, а в биосфере - биогеохимические циклы миграции атомов, которые не только связывают все три наружные оболочки планеты в единое целое, но и обуславливают непрерывную эволюцию её состава.

АТМОСФЕРА ГИДРОСФЕРА

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО

ПОЧВА

Эволюция биосферы

Биосфера появилась с зарождением первых живых организмов примерно 3,5 млрд. лет назад. В ходе развития жизни она изменялась. Этапы эволюции биосферы можно выделить с учетом характеристики типа экосистем.

Возникновение и развитие жизни в воде. Этап связан с существованием водных экосистем. Кислород в атмосфере отсутствовал.

Выход живых организмов на сушу, освоение наземно-воздушной среды и почвы и появление наземных экосистем. Это стало возможно благодаря появлению кислорода в атмосфере и озонового экрана. Произошло 2,5 млрд. лет назад.

Появление человека, превращение его в биосоциальное существо и возникновение антропоэкосистем произошло 1 млн. лет назад.

Переход биосферы под влиянием разумной деятельности человека в новое качественное состояние - в ноосферу.

ноосфера

Высшим этапом развития биосферы является ноосфера - этап разумного регулирования взаимоотношений между человеком и природой. Этот термин ввел в 1927 году французский философ Э. Леруа. Он считал, что ноосфера включает человеческое общество с его индустрией, языком и прочими атрибутами разумной деятельности. В 30-40-х гг. ХХ века В.И. Вернадский развил материалистические представления о ноосфере. Он считал, что ноосфера возникает в результате взаимодействия биосферы и общества, управляется за счет тесной взаимосвязи законов природы, мышления и социально-экономических законов общества, и подчеркивал, что

ноосфера (сфера разума) - стадия развития биосферы, когда разумная деятельность людей станет главным, определяющим фактором ее устойчивого развития.

Ноосфера - новая, высшая стадия биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, становится крупнейшей силой, сопоставимой по масштабам с геологическими, и начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов на Земле, глубоко изменяя ее своим трудом. Становление и развитие человечества выразилось в возникновении новых форм обмена веществом и энергией между обществом и природой, во все возрастающем воздействии человека на биосферу. Ноосфера наступит тогда, когда человечество с помощью науки сможет осмысленно управлять природными и социальными процессами. Поэтому нельзя ноосферу считать особой оболочкой Земли.

Науку управления взаимоотношениями между человеческим обществом и природой называют ноогеникой.

Основная цель ноогеники - планирование настоящего во имя будущего, а её главные задачи - исправление нарушений в отношениях человека и природы, вызванных прогрессом техники, сознательное управление эволюцией биосферы. Должно сформироваться плановое, научно обоснованное использование природных ресурсов, предусматривающее восстановление в круговороте веществ того, что нарушил человек, в противоположность стихийному, хищническому отношению к природе, приводящему к ухудшению окружающей среды. Для этого необходимо устойчивое развитие общества, которое удовлетворяет потребности настоящего времени и не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности.

В настоящее время на планете сформировалась биотехносфера - часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком в инженерно-технические сооружения: города, заводы и фабрики, карьеры и шахты, дороги, плотины и водохранилища и т.п.

БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК

Биосфера для человека является и средой обитания, и источником природных ресурсов.

Природные ресурсы - природные объекты и явления, которые человек использует в процессе труда. Они обеспечивают человеку пищу, одежду, жилище. По степени истощения они делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы подразделяются на возобновимые и невозобновимые. К невозобновимым относят те ресурсы, которые не возрождаются (или возобновляются в сотни раз медленнее, чем расходуются): нефть, каменный уголь, металлические руды и большинство полезных ископаемых. Возобновимые природные ресурсы - почва, растительный и животный мир, минеральное сырьё (поваренная соль). Эти ресурсы постоянно восстанавливаются с разной скоростью: животные - несколько лет, леса - 60-80 лет, почвы, потерявшие плодородие, - в течение нескольких тысячелетий. Превышение темпов расходования над скоростью воспроизводства ведет к полному исчезновению ресурса.

Неисчерпаемые ресурсы включают водные, климатические (атмосферный воздух и энергия ветра) и космические: солнечная радиация, энергия морских приливов и отливов. Однако растущее загрязнение окружающей среды требует осуществления природоохранных мероприятий для сохранения этих ресурсов.

Удовлетворение человеческих потребностей немыслимо без эксплуатации природных ресурсов.

Все виды деятельности человека в биосфере можно объединить в четыре формы.

Изменение структуры земной поверхности (распашка земель, осушение водоемов, вырубка лесов, строительство каналов). Человечество становится мощной геологической силой. Человек использует 75% суши, 15% речных вод, каждую минуту вырубается 20 га лесов.

Геолого-геоморфологические изменения - интенсификация процессов образования оврагов, появление и учащение селей и оползней.

Комплексные (ландшафтные) изменения - нарушение целостности и естественной структуры ландшафтов, уникальности памятников природы, потеря продуктивных земель, опустынивание.

Изменение состава биосферы, круговорота и баланса составляющих ее веществ.

Атмосферные изменения связаны с загрязнением атмосферы: химическим (смоги, кислотные дожди), механическим (пыль), тепловым (парниковый эффект), разрушением озонового экрана.

Ежегодно выбрасывается в атмосферу около 20 млрд. тонн углекислого газа, 200 млн. тонн окиси углерода, 53 млн. тонн оксида азота, 250 млн. тонн пыли, 120 млн. тонн золы.

Водные изменения. Идет истощение вод суши. Потребление воды крупными городами составляет более 600000 тонн в сутки. Для выращивания сельскохозяйственных растений также требуется огромное количество воды (для получения 1 тонны хлопка - 10 тонн воды). Ежегодный расход пресной воды составляет 3000 км3, или 0,01% всего запаса пресной воды планеты. Поверхностные и подземные воды загрязнены, 70% чистой воды находится в ледниках и является недоступной для использования.

Прибрежные и поверхностные воды Мирового океана загрязнены нефтепродуктами, ядохимикатами, тяжелыми металлами и твёрдыми отбросами. В моря и океаны ежегодно попадает 12-15 млн. тонн нефти (самым грязным из морей является Средиземное море).

Почвенные изменения связаны с водной и ветровой эрозией почв, снижением их плодородия, загрязнением, заболачиванием, иссушением пригодных для хозяйственного использования земель.

Из земных недр происходит изъятие полезных ископаемых. При строительстве и горных работах ежегодно перемещается 4000 км3 горных пород и извлекается 100 млрд. тонн руды.

Изменение энергетического и теплового баланса биосферы.

Человечеством ежегодно сжигается около 100 млрд. тонн условного топлива, в начале XXI века количество сжигаемого топлива возрастет в два раза, что приведет к изменению теплового баланса биосферы.

Изменение флоры и фауны планеты.

хозяйственная деятельность человека ведет к значительным негативным последствиям:

нарушается целостность растительного покрова,

вырубаются леса,

ухудшается состояние пастбищ,

снижается биоразнообразие организмов,

обедняется генофонд популяций (вследствие массового сбора дикорастущих растений, охотничьего и рыбного промысла),

аккумулируются вредные вещества растениями и животными.

При нерациональном рыболовстве и охоте истребляются ценные виды животных. В результате многие из них стали редкими. Подсчитано, что с 1600 г. человеком уничтожено 162 вида птиц (381 вид на грани исчезновения) и около 100 видов млекопитающих (255 на грани вымирания), несмотря на то, что часть этих видов находилась в условиях заповедников. За последние 300 лет биомасса планеты уменьшилась на 25%.

Вместе с тем, человек оказывает и конструктивное, положительное влияние на биосферу.

Создаются культурные антропогенные комплексы: сельско-хозяйственные, водохозяйственные и садово-парковые.

Проводятся мероприятия по повышению продуктивности природных систем: лесо-, луго- и охотохозяйственные работы.

Человек выращивает культурные растения и разводит домашних животных, постоянно увеличивает их численность, урожайность и продуктивность.

С деятельностью человека связано выведение новых высокопродуктивных пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

В морях и Мировом океане осуществляется искусственное разведение рыбы.

Ведутся работы по акклиматизации и разведению видов на новых территориях.

Человек проводит оздоровительные мероприятия в очагах природно-очаговых заболеваний, уничтожает переносчиков, контролирует численность зараженных животных.

Однако, несмотря на определенное положительное влияние, в настоящее время человечество стоит на грани развития глобального экологического кризиса, т.е. такого состояния среды обитания, которое вследствие произошедших в ней изменений оказывается непригодным для существования людей.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Неограниченное использование природных ресурсов и свободное удаление отходов в окружающую среду привело к тому, что во многих странах практически не осталось ненарушенных естественных экосистем, способных в полной мере выполнять свои средообразующие функции.

Прогнозы ведущих экологов говорят о том, что при таких темпах антропогенного воздействия на биосферу человечеству осталось жить 40+20 лет. Жители планеты стоят перед необходимостью как можно скорее решить ряд неотложных экологических проблем: парниковый эффект, озоновые дыры, кислотные дожди, снабжение населения пресной водой и пищевыми продуктами.

Парниковый эффект

Под образным выражением «парниковый эффект» подразумевается следующее геофизическое явление. Солнечная радиация, падая на Землю, трансформируется, 30% её отражается в космическое пространство, остальные 70% поглощаются поверхностью суши и океана. Поглощенная энергия солнечной радиации преобразуется в теплоту и излучается обратно в космос в виде инфракрасных лучей. При этом чистая атмосфера прозрачна для инфракрасных лучей, а атмосфера, содержащая пары воды, углекислый газ и другие газы, поглощает эти лучи, благодаря чему воздух нагревается. Парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия поверхности земли в парнике. Аналогичное явление возникает в автомобиле, оставленном на солнце.

Естественный парниковый эффект создает прирост средней температуры Земли на 30 С. Это значит, что если бы парникового эффекта не было, то средняя температура планеты, составляющая сейчас 15 С, понизилась бы до -15 С. Тогда всю Землю сковало бы льдом. А если содержание газов, вызывающих парниковый эффект, увеличится - на Земле станет ещё теплее. В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе регулируется так, что его поступление равняется удалению. Люди нарушают это равновесие. При сжигании топлива в атмосферу поступают дополнительные порции углекислого газа. Изменение количества парниковых газов в атмосфере приводит к ежегодному приросту их концентрации до единиц процентов. Этот процесс может привести к глобальному потеплению климата. Кривые климата показывают, что Земля нагрелась на 5С только на протяжении одного ХХ века, и появилась угроза дальнейшего нагрева. Ожидается, что к середине XXI века температура повысится в умеренных широтах на 2-3С, на полюсах - более чем на 10С. Потепление вызовет таяние полярных льдов. В океан дополнительно поступит такое количество воды, что его уровень поднимется почти на 100 м, будут затоплены обширные приморские низменности и расположенные на берегах морей города, в которых проживает подавляющее большинство населения планеты и сосредоточен основной промышленный потенциал. К 2030 г. увеличение концентрации углекислого газа и метана в атмосфере произойдет за счет ускорения разрушения флоры и фауны определенных территорий.

Различия температуры на полюсах и экваторе - основная движущая сила циркуляции слоев атмосферы. Более сильное потепление на полюсах приведет к её ослаблению. Это изменит всю картину циркуляции и связанный с ней перенос теплоты и влаги, в большинстве районов с жарким и сухим сейчас климатом количество атмосферных осадков увеличится, в умеренном поясе станет суше.

Разрушение озонового экрана

Наряду с видимым светом Солнце излучает также ультрафиолетовые волны. Особую опасность представляет их коротковолновая часть - жесткое ультрафиолетовое излучение. Все живое на Земле защищено от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения благодаря озоновому слою в атмосфере, существование которого было доказано в 20-е годы XX века английским физиком и метеорологом Гордоном Добсоном.

Озон (О3), содержащий три молекулы кислорода, является сильнейшим окислителем, в околоземном пространстве его молекулы живут недолго, быстро вступают в реакции. Слой озона находится на высоте примерно 20-60 км от поверхности земли. Естественным источником озона являются грозовые разряды, а главным производителем - солнечная радиация. Концентрация озона в стратосфере ничтожно мала - несколько молекул на миллион, толщина слоя озона при наземных значениях давления и температуры в пределах 2,3-5,2 мм, но, несмотря на это, он задерживает около 99% жесткого ультрафиолетового излучения. Если озоновый щит вдруг исчезнет, то, по мнению одних биологов, ультрафиолет уничтожит всю жизнь на земле, а других - жизнь будет, но в иных формах. Падение его концентрации всего на 1% приведет к увеличению вероятности заболевания раком кожи на 2,3%. Озон может частично разрушаться и вновь синтезироваться, то есть регенерировать.

В 1985 году спутниковые наблюдения обнаружили «дыру» в озоновом экране над Южным полюсом. В последние годы истощение озонового слоя составляет 1-2% ежегодно, происходит прирост площади озоновой дыры в Антарктиде. Исследования над Арктикой показали, что и тут содержание озона может резко сократиться.

Основными загрязнителями, разрушающими озоновый экран, являются синтезируемые людьми соединения - фторхлоруглеводороды (фреоны), используемые в холодильниках и аэрозольных товарах. Фреоны летучи и поднимаются в стратосферу. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который и разрушает озон. Если выбросы фреонов будут продолжаться, можно ожидать расширения озоновых дыр над полюсами. Международное сообщество, озабоченное этой тенденцией, уже ввело ограничения на выбросы фреонов. Согласно Венской конвенции об охране озонового слоя (1985), к 2000 году фреоны должны были быть запрещены. Однако данная тенденция сохранится даже при прекращении выброса фторхлороуглеродов, так как их разрушительное действие продлится ещё приблизительно 100 лет (такова их продолжительность жизни).

Основные положения антропогенной теории разрушения озонового экрана:

Главные виновники разрушения озонового слоя атмосферы - атомы хлора, брома и йода. Каждый из них как катализатор принимает участие в сотнях тысяч реакций превращения молекул озона в молекулы кислорода.

Источником атомов хлора, которые сами по себе живут в атмосфере недолго из-за высокой химической активности, является в основном соляная кислота.

За рост концентрации кислоты могут быть ответственны фреоны, молекулы которых на этих высотах должны активно разрушаться солнечной радиацией. Фреоны в силу химической инертности живут в атмосфере многие десятки лет, и потому их концентрация не должна меняться с высотой. Однако в нижних слоях атмосферы, именно там, где наблюдается рост содержания соляной кислоты, их концентрация падает.

Сами по себе молекулы соляной кислоты с озоном не взаимодействуют. Однако над Антарктидой протекают процессы, приводящие к распаду кислоты и появлению атомарного хлора, уничтожающего озон. Из-за сильного охлаждения воздуха во время полярной зимы над Южным полюсом образуется так называемый полярный вихрь, температура в котором опускается ниже температуры кристаллизации кислот (-80о С). Это ведет к образованию полярных стратосферных облаков, состоящих из замерзших частиц активных соединений азота. Внутри этих частиц протекают реакции, в результате которых относительно устойчивые молекулы соляной кислоты превращаются в молекулярный хлор, который накапливается в вихре. Зимой озону ничего не грозит, но весной, когда всходит солнце, его радиация начинает разбивать молекулы хлора на атомы, которые, в свою очередь, разрушают озон, и появляется озоновая дыра. К лету она затягивается, так как молекулярный хлор оказывается «выработанным», а его источник - полярный вихрь - существует только зимой.

Получено еще одно важное доказательство того, что озоновая дыра есть результат процессов, протекающих в полярном вихре. Над Арктикой полярный вихрь, а значит, и полярные стратосферные облака, не образуются по причине недостаточно низких температур. Однако зимы последних трех лет были настолько холодными, что над Арктикой вихрь все-таки возник, и в итоге озоновую дыру наблюдали над Северо-Восточной Сибирью.

Разрушение озона в нижних слоях стратосферы опасно не только потому, что он задерживает вредные для здоровья человека ультрафиолетовые лучи. Хотя озона очень мало, он активно поглощает солнечную радиацию и потому определяет химический баланс в стратосфере.

С другой стороны, некоторые ученые объясняют образование озоновой дыры естественными причинами и указывают на преходящий характер этого явления. В частности, соединения хлора, который действительно уничтожает озон, в больших количествах поступают в атмосферу с вулканическими выбросами (в основном в виде соляной кислоты) и из океана (хлористый метил). Сравнительно недавно в толще антарктического льда обнаружены соединения, структура которых очень похожа на озоноразрушающие промышленные фреоны. Причем глубина залегания этих веществ такова, что и речи не может быть об их техногенном происхождении.

Число реакций, разрушающих озон, уже перевалило за сотню. Установлено, что с озоном реагирует и окись азота, концентрация которой в стратосфере зависит от солнечной активности, и водород, образующийся в атмосфере из метана, который поступает туда из разломов земной коры.

Кислотные дожди

Кислотные дожди - это атмосферные осадки, рН которых ниже 5,5. Закисление осадков происходит вследствие попадания в атмосферу оксидов серы и азота. Источники SO2 в основном связаны с процессами сгорания каменного угля, нефти и природного газа, содержащих в своем составе сероорганические соединения. Часть SO2 в результате фотохимического окисления в атмосфере превращается в серный ангидрид, образующий с атмосферной влагой серную кислоту. Важным источником SO2 является цветная металлургия: производство меди, никеля, кобальта, цинка и других металлов включает стадию обжига сульфидов. Оксиды азота - предшественники азотной кислоты - попадают в атмосферу главным образом в составе дымовых газов котлов тепловых электростанций и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. При высоких температурах, развивающихся в этих устройствах, азот воздуха частично окисляется, давая смесь моно- и диоксида азота.

Кислотные осадки (их рН иногда достигает 2,5) губительно действуют на организмы, технические сооружения, произведения искусства. Твердо установлено, что под действием кислотных дождей и снегов за 1955-1985 годы сильно понизился водородный показатель тысяч озер Европы и Северной Америки, а это, в свою очередь, привело к резкому обеднению их фауны и гибели многих видов организмов. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов: в Северной Европе от них сильно пострадало примерно 50% деревьев. При понижении рН резко усиливается эрозия почвы и увеличивается подвижность токсичных металлов.

Снабжение населения Земли пресной водой

Вода - самое распространенное на Земле вещество. Гидросфера содержит 1,4 млрд. км3 воды, а воды суши составляют только 90 млн. км3.

Моря и океаны занимают около 71% поверхности земного шара, но их соленые воды используются людьми очень мало. А получение пресной воды за счет атмосферных осадков и ледников локально и ограничено.

Самым дефицитным полезным ископаемым XXI века, по прогнозам ученых, будет не нефть, золото и алмазы, а... вода. Уже сейчас треть населения планеты страдает от ее недостатка. На фоне мирового водного дефицита Россия обладает уникальными водными ресурсами: по объемам возобновляемых запасов пресных вод наша страна находится на третьем (после Канады и Бразилии) месте, а по суммарным запасам является крупнейшей державой мира. Но это благополучие кажущееся, поскольку статистика неумолима - каждая третья проба российской водопроводной воды не соответствует стандарту.

В сельском хозяйстве вода используется в огромных количествах - 70% от всего водопотребления.

Больше всего пресной воды расходуют на орошение. При этом получают высокие устойчивые урожаи, поэтому расход воды на орошение будет увеличиваться. Сейчас при орошении полей около 25% воды теряется на фильтрацию и испарение.

Недостаток воды стал особенно ощутим в связи с увеличением ее расходования на нужды промышленности. Так, для выплавки 1 т чугуна и перевода его в сталь и прокат требуется 300 м3 воды, 1 т никеля - 4000 м3, 1 т синтетического каучука - 3600 м3, 1 т капрона - 5600 м3.

Все в больших количествах вода идет на разбавление отходов.

Потребление воды увеличивается с ростом народонаселения и все возрастающей его концентрацией в городах и промышленных центрах.

Обеспеченность пресной водой разных стран неодинакова. Наиболее богаты пресной водой Бразилия (5668 км3 в год) и Канада (9740 км3 в год). В нашей стране годовой сток рек составляет 4384 км3 в год. Многие страны испытывают недостаток в пресной воде и импортируют ее. Вода транспортируется на десятки и сотни километров по трубопроводам, перевозится судами, автомашинами и даже самолетами. Привозную воду используют жители Алжира, Голландии, Гонконга, Сингапура. По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно 1,2 млрд. человек страдают от нехватки чистой питьевой воды.

Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек.

Эта проблема становится с каждым годом все острее. На фоне общей нехватки пресной воды, наиболее опасно загрязнение пресных континентальных вод бытовыми и промышленными стоками: в воде обнаруживаются нитраты, фосфаты, пестициды, тяжелые металлы и множество других токсических веществ. В США считают, что 90% речных вод загрязнено отходами промышленного производства. Поэтому прежде чем попасть к потребителям, вода предварительно очищается и дезинфицируется, это требует значительных экономических затрат. Ежегодный расход воды на земном шаре составляет 150 км3, а возможный водозабор из рек и подземных источников - порядка 600 км3, считается, что в реки и другие водоемы ежегодно сбрасывается около 450 км3 бытовых и промышленных стоков в год. Лишь половина этого количества подвергается химической очистке.

Контраст в средних показателях потребления воды на планете разителен: если американец использует для различных нужд 300 литров воды в день, то житель Нигерии - приблизительно 100 литров воды, а индиец лишь 25 литров. Самое избыточное потребление воды соседствует с ее вопиющей нехваткой.

Проблема обеспечения населения продуктами питания

Как одну из самых острых, человечество воспринимает проблему голода. Основным источником продуктов питания для людей является сельское хозяйство. Главной производительной силой земледелия служат плодородные почвы, возделываемые под пахотные угодья. Общая площадь пашни в мире - 1 млрд. 356 млн. гектаров. До половины пахотных земель в мире «съедаются» оврагами, плодородный слой смывается и выдувается. Большие площади сельскохозяйственных угодий отторгаются под строительство быстрорастущих городов, дорог, промышленных объектов. За исторический период человечество потеряло почти два миллиарда гектаров продуктивных земель - больше, чем ныне занято пашнями и пастбищами.

Большой урон сельскохозяйственным землям наносят процессы опустынивания. В условиях жаркого и засушливого климата уничтожается растительный покров, земли быстро полностью утрачивают свой ресурсно-экологический потенциал. Под угрозой опустынивания находится порядка 30 млн. кв. км (19%) суши Земли.

Наряду с абсолютным сокращением площади сельскохозяйственных земель происходит относительное её уменьшение в связи с быстрым ростом населения. Динамика пашни в бывшем СССР за десять лет имеет следующий вид: в 1980 - 0,85 га/чел., в 1988 - лишь 0,79 га/чел.

Считается, что если на одного человека в год собирать 1 тонну зерна, проблемы голода не будет. Шестимиллиардному населению планеты требуется 6 млрд. тонн, а собирается всего около 1,5 млрд. тонн зерна. На одного человека в мире сегодня приходится всего 0,28 га пахотных земель, и производительность их в целом низкая. Земля уже сегодня не в состоянии прокормить всех своих жителей.

Существует и другой расчет. В соответствии с законом пирамиды чисел человечество, занимая верхние этажи трофической цепи, может образовать биомассу существенно меньшую, чем биомасса живого вещества биосферы в целом. Считается, что биосфера сохранит устойчивость, если на душу населения будет приходиться 250 тонн живого вещества в год.

Суммарная продукция биосферы (суши и океана) составляет 51023 т/год; из расчетов следует, что, не нарушая устойчивости биосферы, на Земле может существовать всего 3-4 млрд. человек. Не случайно глобальные экологические проблемы стали проявляться именно после того, как численность населения превысила этот предел. И по мере быстрого роста населения острота этих проблем все усиливается. До 1992 г. рост потребления первичной биологической продукции - 40% на суше, 25% - глобальное. К 2030 г. рост потребления составит 80-85% на суше, 50-60% - глобальное.

На Всемирной продовольственной конференции в Риме в 1974 году было обещано покончить с голодом в мире в течение десятилетия. Надежды возлагались на интенсификацию сельского хозяйства за счет селекции новых высокопродуктивных сортов растений и пород животных и интенсивного ведения сельского хозяйства. Но через десять лет, в 1984 году, произошло резкое обострение продовольственного кризиса, вызванное жесточайшей засухой в тропической Африке. Сахельская трагедия унесла жизни миллионов людей.

Распределение мировых продовольственных ресурсов крайне неравномерно. На современной карте мира зона голода охватывает огромную территорию по обеим сторонам экватора, включая почти всю Африку, Азию, страны Карибского бассейна и Южной Америки. Всего в мире недоедает и голодает более 1 млрд. человек. В то же время в странах Европы, США - перепроизводство сельскохозяйственных продуктов.

Международные и российские программы по изучению и рациональному использованию ресурсов биосферы

Международное научное сообщество серьезно относится к изменениям в биосфере. Для изучения мировых ресурсов биосферы в 1964 году была принята Международная биологическая программа сроком на 8 лет. Задача программы состояла в определении биологической продуктивности естественных и искусственных биоценозов планеты. После ее завершения Международный союз биологических наук выдвинул новую программу «Биосфера и человек», цель которой - оценка сегодняшних методов хозяйствования человека для будущего, разработка рекомендаций по рациональному использованию и сохранению ресурсов биосферы. В настоящее время выполняется несколько крупных международных программ:

Всемирная программа исследования климата под руководством Всемирной метеорологической организации. Цель - прогнозирование климатических изменений и изучение влияния человека на эволюцию климата.

Международная программа по геосфере и биосфере «Глобел Чендж» (GLOBAL CHANGE) изучает воздействие климатических изменений на земные экосистемы и взаимодействие между биосферой Земли и химическими загрязнителями атмосферы.

Вопросы состояния окружающей среды и её улучшения находятся под контролем специализированных учреждений ООН: по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО), Продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО), Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), Международного союза охраны природы и природных ресурсов (МСОП), Всемирного фонда дикой природы (ВВФ), Международной организации по радиологической защите (МАГАТЭ). По инициативе ООН с 1972 года 5 июня отмечается Всемирный день охраны окружающей среды. У России существуют многосторонние и двусторонние соглашения со многими странами мира по вопросам охраны окружающей среды.

В 1993 году Министерством охраны окружающей среды и природных ресурсов России была принята целевая комплексная научно-техническая программа «Экологическая безопасность России». В обосновании этой программы сказано, что на конференции ООН в июне 1992 года Россия была названа в группе самых загрязненных в экологическом отношении стран на планете: у нас жители 100 с лишним крупных городов постоянно находятся в загрязненной среде, где концентрация вредных веществ более чем в 10 раз превышает допустимые нормы, половина населения России использует воду, не отвечающую гигиеническим требованиям… Цель программы - разработать комплекс научных мероприятий, направленных на ликвидацию этих нарушений.

Охрана окружающей природной среды -

это комплексная система научно обоснованных международных, государственных и общественных мероприятий, направленных на сохранение, рациональное (неистощительное) использование и воспроизводство природных ресурсов, в том числе на сбережение видового многообразия (генофонда) флоры и фауны Земли, её недр, атмосферного воздуха и на сохранение природных условий развития человеческого общества.

Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов в России закреплены в Конституции Российской Федерации, принятой 12 декабря 1993 года. В статьях 42 и 58 Конституции записано:

Статья 42

"Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию об её состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением."

Статья 58

"Каждый обязан охранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам."

На территории Российской федерации действует также Закон об охране окружающей природной среды, принятый 19 декабря 1991 года. В нем сказано, что природа и её богатства являются национальным достоянием народов России, естественной основой их устойчивого социально-экономического развития и благосостояния. Законом предусмотрены право граждан на здоровую и благоприятную окружающую природную среду, государственные гарантии экологических прав граждан и общественных объединений. Рассмотрен экономический механизм охраны окружающей природной среды. Нормирование качества окружающей природной среды предполагает введение нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в воде, воздухе, почве, пищевых продуктах. Закон предусматривает соблюдение экологических требований при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе и эксплуатации предприятий, сооружений и иных объектов. Определены зоны чрезвычайной экологической ситуации и зоны экологического бедствия, особо охраняемые территории и объекты, ответственность за экологические правонарушения. Уделяется внимание вопросам экологического воспитания, образования, научных исследований и международному сотрудничеству в области охраны окружающей природной среды.

В Федеральном законе об особо охраняемых территориях (14 марта 1995 года) идет речь об организации охраны природных территорий заповедников, заказников, национальных и природных парков и памятников природы, предусмотрена административная и уголовная ответственность за нарушение режима на данных территориях.

Федеральный закон об экологической экспертизе (23 ноября 1995 года) регулирует отношения в области государственной и общественной экологической экспертизы. Рассматриваются объекты, порядок проведения, финансирование экологической экспертизы, предусмотрена ответственность за нарушение законодательства Российской Федерации об экологической экспертизе.

Кроме того, были приняты ряд постановлений по охране региональных водных бассейнов (реки Волги, Аральского и Каспийского морей и озера Байкал).

Основная цель охраны природы состоит в создании благоприятных условий для жизни настоящих и последующих поколений людей, развития производства, науки и культуры всех народов, населяющих нашу планету.

Принципы и правила охраны природы

1. Все явления природы имеют для человека множественное значение и должны оцениваться с разных точек зрения. К каждому явлению необходимо подходить с учетом интересов различных отраслей производства и сохранения восстановительной силы самой природы.

Так, лес рассматривается прежде всего как источник древесины и химического сырья. Однако леса имеют, кроме того, водорегулирующее, почвозащитное и климатообразующее значение. Лес важен как место отдыха людей. В этих случаях промышленное значение леса отодвигается на второй план.

Река не может служить только транспортной магистралью или местом для сооружения гидроэлектростанций. Нельзя использовать ее как место для стока отработанных промышленных вод. Реки доставляют в моря биогенные вещества, необходимые для живых организмов. Поэтому использование реки только в интересах одной отрасли нерационально; необходимо комплексное использование ее в интересах различных отраслей производства, здравоохранения, туризма с учетом сохранения чистоты водоема и восстановления в нем запасов воды.

2. Второй принцип заключается в необходимости строгого учета местных условий при использовании и охране природного ресурса. Этот принцип называют правилом региональности. В большей степени он касается использования водных и лесных богатств.

На Земле много мест, где сейчас ощущается дефицит пресной воды. Избыток воды в других местах не улучшает затруднительного положения с водой в засушливых районах.

Там, где лесов много и они не освоены, допустимы интенсивные рубки, а в лесостепных районах, в центральных промышленных густонаселенных областях России, где лесов мало, эти ресурсы надо расходовать очень бережно, с постоянной заботой об их возобновлении.

Правило региональности действует и в отношении животного мира. В одних районах промысловые животные нуждаются в строгой охране, в других, при высокой численности, возможен интенсивный промысел.

3. Третий принцип состоит в том, что охрана одного объекта означает одновременно охрану и других объектов, тесно с ним связанных.

Охрана водоема от загрязнения - это одновременно охрана рыб, обитающих в нем. Сохранение с помощью лесов нормального гидрологического режима - это и предупреждение эрозии почвы, и многое другое.

Часто в природе складываются отношения противоположного характера, когда охрана одного объекта приносит вред другому. Охрана лосей приводит к их перенаселенности, и это наносит ощутимый ущерб лесу из-за повреждения подроста.

Значительный вред растительности некоторых национальных парков Африки приносят слоны, в избытке населяющие эти территории.

Поэтому охрана каждого природного объекта должна быть соотнесена с охраной других природных компонентов.

Охрана природы должна быть комплексной. Охраняться должна не сумма отдельных природных ресурсов, а природный комплекс (экосистема), включающий различные взаимосвязанные компоненты.

Охрана и использование природы - на первый взгляд, два противоположно направленных действия человека. Однако антагонистического противоречия между этими действиями нет. Важно разумное соотношение использования и охраны природы, что определяется количеством и распределением ресурсов, экономическими условиями страны, социальными традициями и культурой населения.

...