С известной степенью условности всю проблему деградации глобальной экологической системы можно расчленить на две составные части:
- 1) деградацию окружающей природной среды в результате нерационального природопользования;
- 2) деградацию этой среды в результате загрязнения её отходами человеческой деятельности.
Яркими примерами деградации окружающей природной среды в результате нерационального природопользования могут служить нарушения глобального баланса невозобновляемых и возобновляемых природных ресурсов. Нарушения, которые уже привели к таким отрицательным последствиям, как истощение некоторых минеральных ресурсов, эрозия почвенного покрова, засоление, заболачивание и опустынивание, вырубка и деградация обширных лесных массивов (которая отражается в прогрессирующем обезлесивании), сокращение биологического разнообразия на Земле.
Вторая причина деградации мировой экологической системы - загрязнение её отходами производственной и непроизводственной деятельности человека. Количество этих отходов в последнее время приняло размеры, которые стали угрожать самому существованию цивилизации. И вполне можно согласиться с академиком Н.Н. Моисеевым, заметившим, что "ни один живой вид не способен жить в среде, образованной отбросами его жизнедеятельности".
Под антропогенным загрязнением окружающей природной среды понимают комплекс различных воздействий человеческого общества на эту среду, которые приводят к увеличению уровня содержания в ней вредных веществ или повышению концентрации имеющихся. Такое загрязнение угрожает здоровью человека, состоянию окружающей среды. Оно ограничивает возможности дальнейшего развития человеческой цивилизации.
Следует различать - количественные и качественные загрязнения.
Количественным загрязнением можно назвать возвращение в окружающую природную среду тех веществ и соединений, которые встречаются в ней в естественном состоянии, но в гораздо меньших количествах, а вследствие роста разного рода антропогенных отходов возрастают во много раз.
Наглядным примером такого рода служат соединения железа и других металлов, добыча которых в ряде случаев уже превосходит размеры их глобальной миграции, что в свою очередь, приводит к возрастанию металлизации окружающей среды.
Другой пример подобного же рода - увеличение выбросов углекислого газа (диоксида углерода, СО 2), которое угрожает человечеству глобальным потеплением в результате действия парникового эффекта. Изменение газового баланса атмосферы в связи с увеличением содержания СО 2 и других парниковых газов уже привело к тому, что по сравнению с концом XIX в. среднегодовая температура воздуха у поверхности Земли увеличилась примерно на 0,6°С.
При этом наибольшим повышением среднегодовых температур были отмечены 1980-е гг. на которые пришлось шесть самых жарких лет за всю историю наблюдений: 1981, 1983.1986, 1987, 1988 и 1990 гг. Такое потепление было отмечено нарастанием засух в США, Китае. России и некоторых других странах мира. Эта же тенденция имела место и в 1990-х гг. Особенно жарким и засушливым и в России, и в зарубежной Европе, и в Северной Америке, и в Азии оказалось лето 1995 г. В результате в России был собран урожай в 65 млн. т - один из самых низких за последние тридцать лет, а это в свою очередь, привело к необходимости закупить за рубежом несколько миллионов тонн зерна. Но из-за того, что 1995 г. был неурожайным и в большинстве главных зернопроизводящих стран, мировые запасы зерна сократились со 160 до 90 млн. т, а цена за 1 т поднялась со 120 до 220 долл. Очень жаркими были также 1998 и 2000 гг.
Но еще большую угрозу для окружающей среды представляет качественное загрязнение, связанное с поступлением в нее неизвестных природе веществ и соединений. Главную роль среди них играют химические продукты, в особенности продукты органического синтеза. Общий ассортимент их уже превысил 100 тыс. наименований, причем не менее 5000 из них производятся в более или менее массовом масштабе. В результате происходит негативный процесс химизации окружающей среды, который иногда не без основания называют ее отравлением.
В последнее время внимание ученых особенно привлекают хлорфторуглеродистые соединения (ХФУ, фреоны), имеющие чисто антропогенное происхождение. Эту группу газов широко используют в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, в виде растворителей, распылителей, стерилизаторов, моющих средств и др. Хотя было известно и парниковое действие хлорфторуглеродов, их производство продолжало довольно быстро расти, достигнув уже 1,5 млн. т. Оно и продолжало бы расти, если бы не было обнаружено крайне отрицательное воздействие фреонов на озоновый слой атмосферы.
Гипотеза о разрушении озонового слоя хлорфторуглеродами была выдвинута еще в середине 1970-х гг. Но сначала она не вызвала большого интереса и оказалась в центре внимания ученых лишь десять лет спустя. Вскоре весь механизм этого процесса был выяснен в деталях. Было доказано, что, накопившись в тропосфере, хлорфторуглероды проникают оттуда в стратосферу и катализируют (прежде всего благодаря выделению свободного хлора) реакции разложения озона, тонкий слой которого расположен на высоте 20-30 км. В результате началось разрушение этого слоя, выполняющего важнейшую функцию щита биосферы, предохраняющего все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца.
Было установлено, что за последние 20-25 лет в связи с ростом выбросов фреонов (а также оксидов азота) защитный озоновый слой атмосферы уменьшился примерно на 2%, а по другим данным - даже на 2-5%. Казалось бы, это очень небольшое сокращение. Но, во-первых, по расчетам ученых, уменьшение озонового слоя всего на 1% приводит к усилению ультрафиолетового излучения на 2%. Во-вторых, в Северном полушарии содержание озона в атмосфере уменьшилось уже на 3%. причем в зимние месяцы, когда низкие температуры особенно способствуют разрушительному воздействию фреонов на озоновый слой, понижение может доходить и до 5%. Особую подверженность Северного полушария воздействию фреонов можно объяснить и с экономико-географических позиций: ведь 31% фреонов производят США, 30 - Западная Европа, 12 - Япония, 10% - страны СНГ. Наконец, в-третьих, надо иметь в виду, что в некоторых районах нашей планеты время от времени стали возникать такие "озоновые дыры", которые отличаются значительно более сильным разрушением озонового слоя.
Первая такая "дыра" была обнаружена над Антарктидой в 1978 г. Сначала ее изучали со спутников Земли, затем - с наземных станций, и в 1985 г. английские ученые опубликовали сенсационное сообщение о том, что ежегодно в октябре над Антарктидой количество атмосферного озона уменьшается на 40 - 50%, а иногда падает и до нуля. При этом размеры "дыры" колеблются от 5 млн. до 20 млн. км 2. В первой половине 1990-х гг. международные исследования в Антарктиде были продолжены. Они показали, что "озоновая дыра" не только продолжает возникать, но и увеличивается в размерах. Например, особенно ярко она была выражена в 1992 г
Вторая подобная "дыра" была обнаружена над Арктикой. Хотя она оказалась не столь обширной и к тому же состоящей из нескольких "дыр" меньшей площади, интенсивности и продолжительности, для населения северных широт Евразии она может представлять значительно большую опасность, чем огромная "озоновая дыра" над безлюдной Антарктидой. А в середине 1980-х гг. содержание озона начало уменьшаться и над территорией средних широт Северного полушария. В конце 1994 г. возникла огромная озоновая аномалия над территорией зарубежной Европы, России, США. В начале 1995 г. было зарегистрировано рекордное (на 40%) падение содержания озона над территорией Восточной Сибири. Весной 1997 г. снова наблюдалось аномально низкое содержание озона над Арктикой и значительной частью Восточной Сибири. Диаметр этой "озоновой дыры" составлял примерно 3000 км.
Естественно, что особую проблему представляет радиоактивное загрязнение окружающей среды, выражающееся в повышении естественного уровня содержащихся в ней радиоактивных веществ вследствие испытаний ядерного оружия и аварий на АЭС. До 2000 г. в мире было проведено примерно 1850 испытаний ядерного оружия" причем последствия атомных взрывов в атмосфере имели глобальный характер. Наиболее опасны для человека изотопы цезия и стронция, которые адсорбируются на почве и затем по пищевым цепям попадают в организм человека.
В условиях экологического кризиса ученые разных стран составляют экологические прогнозы. В большинстве своем они скорее пессимистичны чем оптимистичны.
Нерациональное землепользование приводит к деградации наземных экосистем. Имеются в виду такие процессы, как сведение лесов, эрозия, засоление и загрязнение почв, опустынивание и, как следствие, падение продуктивности почвы, снижение урожаев, высыхание поверхностного слоя почвы, оврагообразование, наступление песчаных дюн на орошаемые земли, уничтожение урожаев песчаными бурями и т.д.
Сведение лесов – серьезная проблема не только потому, что лес – это природный ресурс чрезвычайной важности для человека, который не может быть восстановлен в короткие сроки, возникает также огромное число побочных эффектов. Оно является главной причиной таких экологических проблем, как опустынивание, деградация почв, наводнение, образование селевых потоков, заиливание водотоков, разрушение ареалов диких животных, вымирание видов животных и растений и т.п.
Россия обладает более чем одной пятой мировых лесных ресурсов, из них 79,6% хвойные леса, 2,7% твердолиственные и 17,7% мягколиственные. За пятилетний период леса погибли на площади 1,5 млн. га. Что приводит к сведению лесов в России?
Пожары . В районах Сибири и Дальнего Востока они часто носят глобальный характер. В период 1988 – 1993 гг. в России произошло 122,8 тысяч лесных пожаров, охвативших 5,1 млн. га лесной площади. По мнению специалистов, площадь гарей и погибших древостоев в стране втрое превышает площадь рубок.
Промышленные рубки . В 1988 – 1993 гг. в России рубки производили на площади 8,8 млн. га, а лесовосстановление – только на 7,2 млн. га.
Потери заготовленной древесины (особенно в Сибири и на Дальнем Востоке) . Лесозаготовка проходит со значительными потерями древесины. В 1993 г. она составила 4,9 млн. м3 древесины. Это создает дополнительную пожарную опасность, способствует возникновению очагов вредителей.
Незаконные порубки . Хотя объемы заготовки древесины в России в последние годы сократились, тем не менее специалисты полагают, что значительный объем заготовленной древесины просто не учитывается. Согласно данным Государственной лесной службы России, незаконные порубки в 1993 г. выросли по сравнению с 1992 г. в 2,8 раза. Учащаются случаи незаконного вывоза древесины за рубеж. По данным МВД России, только в 1993 г. предотвращен незаконный вывоз за рубеж 157,4 тыс. м3 леса и пиломатериалов.
Вредные насекомые и болезни . Эксперты ежегодно регистрируют очаги насекомых и болезней на площади от 1,5 до 2,5 млн. га.
Поражение промышленными выбросами . В целом по Российской Федерации промышленными выбросами поражено более 780 тыс. га леса, в том числе 380 тыс. га погибли или усыхают. В районе Норильска уничтожено около 300 тыс. га. Территория лесов, зараженных в результате ядерных аварий и испытаний ядерного оружия, составляет 3,5 млн. га.
Опустынивание – процесс, в результате которого уменьшается продуктивность земель, подверженных засухе. Опустынивание может происходить вследствие сведения лесов, нерационального землепользования, засухи, перевыпасов скота, нерационального орошения (заболачивания и засоления) и т.д.
Другая причина, приводящая к опустыниванию, – перевыпас скота . С увеличением поголовья скота возрастает нагрузка на пастбища, и одновременно падает их продуктивность. Перевыпас ведет к:
Уменьшению количества подножного корма и съедобной растительности;
Замещению многолетних видов растений однолетними, которые не способны уберечь почву от эрозии;
Сбиву пастбищ копытами скота;
Дестабилизации песчаных дюн в результате того, что скот поедает растительность на их гребнях;
Ухудшению здоровья животных и постоянным падениям надоев молока и производства мяса.
Специалисты ООН (программа ЮНЕП) подсчитали, что из-за опустынивания к концу XXI века человечество потеряет треть пахотных земель. Оно является одной из причин деградации почв и в Российской Федерации. Нерациональное использование земель, в частности бесконтрольный выпас скота, привело к появлению единственной в Европе пустыни “Черные земли” в Калмыкии. Ученые подсчитали, что если процесс будет продолжаться теми же темпами, то через 15 – 20 лет площадь опустыненных земель в этой республике достигнет 1 млн. га. Кроме того, опустыниванию подвергаются земли на вырубках в Республике Коми.
Ежегодно в Южном регионе пески занимают 40 – 50 тыс. га. Только в Прикаспии песками занято около 800 тыс. га. Также отмечается увеличение площади сбитых пастбищ. За пять лет с 1985 г. в Дагестане, Саратовской и Астраханской областях эти площади возросли на 1426 и 394,2 тыс. га соответственно.
Некоторые мероприятия, предлагаемые для решения проблемы опустынивания, включают в себя улучшение качества землепользования, рациональную ирригацию, бережное обращение со скотом, целесообразное использование пастбищ и уменьшение поголовья скота и восстановление лесов. Другие мероприятия предусматривают восстановление пустынных земель, “социальное лесопользование” (когда местные жители берут на себя ответственность за сохранение лесов вокруг их деревень), создание лесонасаждений.
Засоление почв (вторичное засоление; имеется в виду, что хозяйственная деятельность человека усиливает естественные природные процессы засоления почв) –процесс деградации почв, обычно связанный с неумеренным поливом орошаемых земель в засушливых районах, как результат нерациональной ирригации. Сначала происходит подтопление и заболачивание земли. Это приводит к тому, что соленые грунтовые воды выходят на поверхность, если дренажные системы не отводят их. Площадь засоленных почв в России – 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв снижает урожайность сельскохозяйственных культур, вплоть до полной потери и изъятия земель из оборота.
Этот процесс ослабляет биологический круговорот веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения – галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций, усиливаются миграционные процессы.
Эрозия почв (от лат. erosio – разъедание) – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся такому разрушению, называют эродированными. Эрозия почвы может быть вследствие промышленных и сельскохозяйственных работ (промышленная эрозия), военных действий – воронки, траншеи (военная эрозия) и т.д. Пылевые бури и водные потоки способны в считанные часы снести до 10 – 15 см верхнего слоя почвы, наиболее богатого гумусом (в естественных условиях гумусовый слой почвы образуется со скоростью 2 – 3 см за 100 лет).
Эрозия оказывает существенное негативное воздействие на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество зерновых культур, хлопка, чая и т.п.
Рассмотренные процессы деградации почв приводят к тому, что ежегодно во всем мире сокращаются площади пахотных земель, снижается урожайность продовольственных культур. Все это в совокупности с неуклонным ростом народонаселения Земли неизбежно ведет к проблеме нехватки пищевых ресурсов, которая обостряется и процессом урбанизации, т.е. ростом городов и городского населения. При этом из сельскохозяйственного обращения изымается большая площадь пахотных земель и сельхозугодий. Рост городов, а вместе с ним автотранспорта и промышленных предприятий приводит к увеличению степени загрязнения окружающей природной среды и к деградации экосистем.
Выход из создавшегося положения наряду с рациональным природопользованием (оно должно существенно замедлить процессы деградации экосистем, т.е. свести их к уровню естественных) видится в дальнейшем проведении селекционной работы по выведению более продуктивных сортов растений и животных, а также в применении современной биотехнологии, в основе которой лежит так называемая генная инженерия; она с помощью методов молекулярной биологии и генетики позволяет целенаправленно конструировать новые, несуществующие в природе сочетания генов. Все это дает возможность выращивать растения и животные (трансгенные) с заранее заданными потребительскими свойствами (в настоящее время ведутся дискуссии о том, можно ли потреблять в пищу такие трансгенные культуры без ущерба для здоровья людей и не приведет ли их потребление к генным мутациям).
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЕГРАДАЦИЯ
процесс, в результате которого снижается способность экосистем поддерживать постоянство качества жизни. Экосистема в самых общих чертах может быть определена как взаимодействие живых организмов с их окружением. Результаты такого взаимодействия на суше - это обычно устойчивые сообщества, т.е. совокупности животных и растений, связанных друг с другом, а также с ресурсами почвы, воды и воздуха. Область науки, изучающая функционирование экосистем, называется экологией. Природа экосистемных взаимодействий варьирует от чисто физических, таких, как влияние ветров и дождей, до биохимических, к которым можно отнести, например, обеспечение метаболических потребностей разных организмов или разложение органических отбросов, возвращающее в среду те или иные химические элементы в форме, пригодной для повторного использования. Если под влиянием каких-то факторов эти взаимодействия становятся несбалансированными, то изменяются внутренние связи в экосистеме, и ее способность обеспечивать существование разнообразных организмов может значительно уменьшиться. Самая частая причина деградации окружающей среды - это деятельность человека, постоянно наносящая ущерб состоянию почв, воды и воздуха. Естественные перемены в экосистемах, как правило, происходят очень постепенно и являются составной частью эволюционного процесса. Однако многие перемены вызваны такими внешними воздействиями, к которым система не приспособлена. Чаще всего эти воздействия связаны с деятельностью человека, но иногда являются результатом природных катастроф. Так, например, извержение в 1980 вулкана Сент-Хеленс в северо-западной части США привело к глубоким изменениям ряда природных экосистем.
СТАБИЛЬНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ
Поддержание нормального функционирования наземных экосистем зависит от четырех факторов: качества воды, качества почвы, качества воздуха и сохранения биоразнообразия.
Качество воды.
Жизнь в обычных ее формах зависит прежде всего от кислорода, высвобождаемого при фотосинтезе из молекул воды (H2O). Вода, заполняющая океаны, озера и реки, покрывает более двух третей земной поверхности.
Запасы ее содержатся также во льдах полярных шапок и ледников, в виде грунтовых вод, а также в атмосфере в виде пара и мелких капель. Избыток биогенных элементов. О качестве воды чаще всего судят по двум показателям, а именно по концентрациям в ней растворенных соединений азота и фосфора. Оба эти элемента абсолютно необходимы для завершающей стадии процесса фотосинтеза - серии биохимических реакций, в ходе которых растения, используя энергию солнечного света, синтезируют разнообразные органические вещества, обеспечивающие их существование и рост. В "нормальных" условиях азот и фосфор встречаются в низких концентрациях и могут почти полностью потребляться растениями в ходе жизнедеятельности. Если же во внешнюю среду по тем или иным причинам этих элементов начинает поступать слишком много, то их избыток уже является загрязнением среды. Основной источник дополнительного количества азота и фосфора в пресных водах - это вымывание (дождем и тающим снегом) минеральных (неорганических) удобрений с возделываемых земель. Накопление в экосистеме избытка биогенных элементов (прежде всего азота и фосфора) ведет к нарушению биологического равновесия, что проявляется в стремительном увеличении численности и биомассы каких-то отдельных компонентов сообщества. Однако для других видов того же сообщества возникший дисбаланс может оказаться губительным. Так, при наличии в воде озера очень большого количества биогенных элементов в нем разрастаются водоросли, и они достигают столь высокой численности, что могут истратить почти весь содержащийся в воде свободный кислород и вызвать гибель рыб (т.н. "замор").
Бактерии.
В некоторых случаях загрязнение водоемов, используемых как место отдыха и ловли рыбы, выражается в виде значительного повышения концентрации в воде бактерий, обычно обитающих в кишечнике человека и известных под названием "кишечная палочка". Большое количество этих бактерий - убедительное свидетельство того, что в данный водоем попадают фекалии. Именно поэтому в популярных местах отдыха обычно проводят регулярные анализы проб воды в водоемах на содержание в них кишечной палочки; это содержание не должно превышать некоего допустимого предела (считается, что определенное количество таких бактерий всегда присутствует даже в чистых водах). Высокая концентрация кишечной палочки - это показатель неудовлетворительного санитарного состояния данного водоема. Загрязнение кишечными палочками может быть следствием сброса неочищенных сточных вод, поступления в водоем химических элементов, служащих пищей для бактерий, а также поверхностного стока с территории, сильно загрязненной пометом животных.
Количество воды.
Помимо качества воды, оцениваемого химическими или биологическими методами, для существования всех наземных экосистем не менее важно и само наличие воды в достаточном количестве. Когда в каком-то регионе возникает засуха, уровень грунтовых вод резко понижается, что наносит существенный вред всей экосистеме. Деревья, не способные достичь своими корнями грунтовых вод, увядают и погибают; небольшие реки и мелкие озерки высыхают, а вдоль речек, которые еще существуют и питают оставшиеся озера и созданные человеком водохранилища, происходит сильная эрозия почвы. Иссушение тех или иных мест почти всегда есть результат деятельности человека, прежде всего - уничтожения им естественного растительного покрова. Лишенная растительности, открытая действию солнца и ветра, почва очень быстро теряет содержащуюся в ней влагу. Высыхание делает почву более уязвимой для эрозии, а эрозия, в свою очередь, снижает способность почвы поддерживать растительность и таким образом ведет к еще более сильному обезвоживанию. Другая распространенная причина понижения уровня грунтовых вод и иссушения территорий - чрезмерная эксплуатация подземных водных ресурсов (через колодцы и скважины).
Качество почвы.
98% всего продовольствия человечеству дает земля. Безлесным пространствам с богатыми почвами принадлежит ключевая роль и в пополнении водоносных горизонтов дождевыми и талыми водами. По некоторым оценкам, начиная с 1945 во всем мире значительной деградации подверглось ок. 17% (более 1,2 млрд. га) плодородных земель, причем из них примерно 9 млн. га пришли в полную негодность. Ухудшение качества почв может происходить вследствие разных причин, но основные из них - это урбанизация и эрозия. Первые центры урбанизации возникали там, где природные условия позволяли значительной части населения не участвовать непосредственно в производстве продуктов питания. Неудивительно, что каждый такой город был со всех сторон окружен возделываемыми землями. Однако в 20 в. по мере роста городов все большую площадь на прилегающих территориях начали занимать дороги, свалки, места захоронения отходов, водохранилища, рекреационные комплексы и, наконец, сами дома. Значительные площади превращались по сути в непроницаемые поверхности (к примеру, покрытые асфальтом); в результате дождевые и талые воды вместо того, чтобы просачиваться через почву и пополнять подземные водоносные слои, отводились в сторону, где быстро испарялись. В настоящее время главный и повсеместно действующий фактор деградации почвы - эрозия, которая в основном есть следствие ошибок, совершаемых человеком при эксплуатации земель. В результате водной эрозии верхний слой почвы смывается в 25 раз быстрее, чем на нетронутых природных участках, а ведь именно в этом слое скапливаются органические вещества, определяющие плодородие земли. Эрозия ведет не только к потере плодородия: унесенные водой мелкие илистые частицы заполняют водохранилища, реки, озера и бухты, что совершенно меняет характер местообитаний. Способствует эрозии и практика нещадящей обработки земли, перевыпас скота, сведение лесов, засоление и прямое загрязнение химикалиями. Под нещадящей обработкой земли понимается слишком частая вспашка, возделывание участков на крутых склонах без предварительного террасирования (формирования плоских участков - террас, окруженных валами), а также вспашка больших площадей земли, которая остается открытой для действия солнца и ветра. Перевыпас скота и сведение лесов разрушают защищающий почву растительный покров, подвергая ее ветровой и водной эрозии. Исследования, проведенные в Африке (в Кот-Д"Ивуар), показали, что в год с одного гектара склона, покрытого лесом, сносится примерно 30 кг почвы, а с такого же склона после сведения на нем леса - уже по 138 т. Уничтожение леса и разрушение травяного покрова также приводит к химическим изменения ее состава. Засоление - это непосредственный результат излишнего орошения в регионах, где очень высока скорость испарения влаги. Соли, всегда присутствующие в природных водах, по мере испарения воды накапливаются в почве. Отходы современного технологически развитого общества представляют серьезную угрозу для качества почвы. Заполненные мусором котлованы и места захоронения токсичных веществ почти никогда не бывают полностью изолированы от окружающей среды. Нелегальное выбрасывание мусора на обочины дорог и вполне узаконенное, но плохо организованное захоронение токсичных отходов уже привело к потере многих тысяч гектаров сельскохозяйственных земель. Радиоактивное загрязнение, вызванное ядерной катастрофой в Чернобыле, сделало непригодными для использования огромные территории на Украине - одном из самых плодородных сельскозяйственных регионов Восточной Европы. Меры, предпринимаемые для сохранения почв, часто оказываются недостаточными и запоздалыми. Например, в африканской стране Мали претворение в жизнь программы восстановления лесов из-за нехватки средств не успевает за темпами аридизации (иссушения) и опустынивания земель. Даже в регионах с устойчивым земледелием меры по охране почвы по-прежнему требуют вложения значительных средств. Фермеры и иные работники сельского хозяйства, чье благополучие зависит от качества почвы, на самом деле редко уделяют охране земель надлежащее внимание - ведь в краткосрочной перспективе предпринимаемые меры могут снизить плодородие и уменьшить доходы.
Качество воздуха.
Атмосфера является источником кислорода и диоксида углерода, необходимых для жизненно важных биохимических процессов. Атмосфере принадлежит также роль одеяла, которое поддерживает температуру в пределах, допускающих жизнь, и роль щита, который препятствует проникновению из космоса излучения, губительного для подавляющего большинства организмов (или, по крайней мере, значительно его ослабляет). Чтобы эти важнейшие функции атмосферы сохранялись, ее состав не должен подвергаться серьезным изменениям. Земная атмосфера - это единая система. Методы современной метеорологии, в частности наблюдения со спутников, убедительно доказывают теснейшую взаимосвязь атмосферных явлений, ответственных за состояние погоды, на обширных пространствах земного шара. Эффект от изменения атмосферы в каком-то одном регионе в конце концов распространяется по всей атмосфере.
См. также АТМОСФЕРА . Изменения в атмосфере, вызванные деятельностью человека, всегда связаны с выбросом тех или иных веществ, разносимых далее ветрами. Чаще всего это выбросы продуктов сжигания. В большом количестве поступают в атмосферу газы, отходы химического производства и радиоактивные вещества. Наиболее очевидное загрязнение - выброс в атмосферу веществ, оказывающих прямой отравляющий эффект на все живое. Однако некоторые загрязняющие вещества проявляют свое действие спустя длительное время. Например, поступление в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ), используемых в качестве наполнителей аэрозольных упаковок, охлаждающих агентов (фреонов) и химических растворителей, приводит к разрушению озона - газа, который образует в стратосфере слой, поглощающий ультрафиолетовое излучение Солнца. (Под действием ультрафиолетовых лучей молекулы ХФУ распадаются с высвобождением атомов хлора и оксидов хлора, которые и разрушают озоновый слой).
Озоновая дыра.
Собственно говоря, озоновый слой не является слоем в строгом смысле этого слова: молекулы озона присутствуют везде в атмосфере, но на высоте 10-40 км над уровнем моря озон содержится в количестве 1 молекула озона на 100 000 других молекул, тогда как на меньшей высоте его концентрация ниже. Выражение "озоновая дыра" означает снижение концентрации озона в стратосфере над определенными районами земного шара. Чаще всего под "озоновой дырой" понимают весеннее снижение содержания озона над Антарктидой, но недавно истощение озонового слоя обнаружено и в Северном полушарии. Поскольку ученые связывают наблюдаемое в последние годы сезонное уменьшение концентрации озона в стратосфере с возросшим поступлением в атмосферу ХФУ, отдельными государствами и на международном уровне были предприняты попытки сократить применение этих веществ. В США, например, применение ХФУ в качестве наполнителей аэрозольных упаковок не допускается с 1978, а все производство ХФУ запрещено начиная с 1995. В 1987 в Монреале представителям разных государств удалось достичь соглашения, предписывающего обязательное сокращение использования ХФУ. Эти договоренности были подтверждены в 1990, когда на международном уровне было решено полностью прекратить применение ХФУ к 2000. Некоторые ученые оспаривали наличие непосредственной связи между выбросами ХФУ и уменьшением содержания озона в стратосфере на том основании, что, во-первых, относительно большая молекулярная масса ХФУ препятствует попаданию этих веществ в стратосферу в ощутимом количестве, а во-вторых, соединения хлора, поступающие в верхние слои атмосферы из природных источников, например из морской воды или при извержении вулканов, должны в значительной мере перекрывать эффект, оказываемый ХФУ. Однако специалисты в этой области указывают на то, что движения крупных воздушных масс перемешивают тяжелые и легкие молекулы газов в равной мере и что хлорсодержащие соединения естественного происхождения вымываются из атмосферы дождями и только ничтожное количество их достигает стратосферы; в то же время ХФУ, нерастворимые в воде и химически крайне инертные, сохраняются и в конечном итоге попадают в стратосферу. Многое остается неясным. Так, например, не доказано, что интенсивность ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, действительно возрастает. Кроме того, степень сезонного уменьшения содержания озона колеблется, из чего следует, что на этот процесс существенное влияние оказывают какие-то другие факторы помимо концентрации ХФУ; это могут быть природные изменения в характере атмосферной циркуляции или выделение серной кислоты при извержении вулканов.
Парниковый эффект и глобальное потепление.
С состоянием атмосферы связана и другая серьезная проблема, а именно изменения температуры в масштабах всего земного шара. Вследствие сжигания ископаемого топлива (нефти, каменного угля, природного газа) и выжигания лесов в атмосферу выбрасывается ежегодно громадное количество углерода. Определенная доля его остается взвешенной в воздухе в виде мельчайших твердых частиц, препятствующих проникновению солнечного света, а следовательно, и процессам фотосинтеза. Значительная часть выброшенного в атмосферу углерода соединяется с кислородом, образуя диоксид углерода, что не только сокращает запас свободного кислорода - потенциального источника озона, но и способствует удержанию атмосферой тепла. Сохраняющееся в атмосфере тепло приводит к повышению температуры земной поверхности. Явление это широко известно как "парниковый эффект". Парниковый эффект не является, однако, чем-то новым для Земли. Изолирующий покров атмосферы - естественное образование, существующее уже по крайней мере более миллиарда лет и совершенно необходимое для сохранения жизни. Установлено, что природный парниковый эффект обеспечивает в настоящее время поддержание средней температуры на поверхности Земли на 33° C выше той, которая наблюдалась бы в отсутствие атмосферного покрова. Современные ежегодные выбросы в атмосферу углерода за счет таких источников, как промышленность, автомобильный транспорт и сжигание растительности (лесов и травяного покрова с целью расчистки площадей для сельскохозяйственных культур), оценивается приблизительно в 7 млрд. т. Это намного больше того количества углерода, которое выбрасывалось в атмосферу до наступления промышленной эры. По данным регулярных измерений, за период с 1958 содержание диоксида углерода в атмосфере возросло на 15% (в объемных единицах), что соответствует повышению его концентрации с 0,030% до 0,035%. Существует убеждение, что рост содержания углерода в атмосфере может стать причиной усиления парникового эффекта и глобального потепления с вероятными разрушительными последствиями. Некоторые математические модели, учитывающие повышение концентрации СО2 в атмосфере, предсказывают сравнительно быстрое возрастание средней температуры на Земле на 5° C, что может привести к разрушению многих естественных местообитаний и сельскохозяйственных угодий, а также к таянию полярных шапок и затоплению прибрежных городов. Хотя 7 млрд. т - огромное количество, это лишь малая доля от массы углерода, выделяемого в атмосферу естественным образом. Дыхание растений, животных и микроорганизмов, биологическое разложение органических остатков и другие природные процессы в сумме дают ежегодное поступление в атмосферу ок. 200 млрд. т углерода в год, что составляет ту часть глобального круговорота углерода, которая связана с выделением СО2 (см. также ЦИКЛ УГЛЕРОДА). Кроме того, содержащаяся в атмосфере вода (пары и капли) обеспечивают поддержание парникового эффекта на 98%. Общее (в масштабах земного шара) возрастание температуры с 1880 по 1990 составило всего 0,5° C, что находится в пределах обычных температурных колебаний. В течение этого времени были периоды как похолодания (1940-е и 1950-е годы), так и относительного потепления (1890-е, 1920-е и 1980-е годы). Кроме того, надо отметить, что в разных регионах ситуация складывалась по-разному. В США, например, фактического потепления за последние 100 лет не обнаружено. Оказалось также, что ежегодное увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере составляет только около половины той величины, которую следовало бы ожидать при учете реальных промышленных выбросов этого вещества в атмосферу. Причина такого несоответствия - поглощение СО2 океанами и лесами, функционирующими фактически как громадные поглотители или резервуары. Более того, общее повышение температуры на Земле не пропорционально отмеченному выше увеличению содержания диоксида углерода в атмосфере. Наконец, небольшое глобальное потепление всегда можно объяснить не парниковым эффектом, а иными причинами, например продолжающимся восстановлением "нормальной" температуры после длительного глобального похолодания, наблюдавшегося с 1400-х до 1850-х годов.
Кислотные дожди.
Нейтральный раствор характеризуется величиной рН 7,0. Более низкие значения указывают на кислую реакцию, а более высокие - на щелочную. "Чистый" дождь обычно имеет слегка кислую реакцию, поскольку содержащийся в воздухе диоксид углерода вступает в химическую реакцию с дождевой водой, образуя слабую угольную кислоту. Теоретически такой "чистый", слабо-кислотный дождь должен иметь рН 5,6, что соответствует равновесию между СО2 воды и СО2 атмосферы. Однако из-за постоянного присутствия в атмосфере различных веществ дождь никогда не бывает абсолютно "чистым", и его рН варьирует от 4,9 до 6,5, со средним значением ок. 5,0 для зоны умеренных лесов. "Кислотным" считают дождь, рН которого ниже 5,0. Загрязнение атмосферы большим количеством оксидов серы и азота может увеличить кислотность осадков до pН 4,0, что выходит за пределы значений, переносимых большинством организмов. Соединения серы, попадающие в атмосферу, могут вступать в реакцию с парами воды, образуя разбавленную серную кислоту. По крайней мере половина общего количества соединений серы в атмосфере имеет естественное происхождение; это может быть диоксид серы, высвобождающийся при извержении вулканов, или диметилсульфид, выделяемый некоторыми микроскопическими планктонными водорослями. Остальное же приходится на диоксид серы, поступающий в атмосферу при сжигании угля, используемого в промышленности, а также для обогрева домов и приготовления пищи. В формировании кислотных дождей участвуют также оксиды азота, которые образуются при сжигании топлива, в результате жизнедеятельности некоторых почвенных микробов, а также при грозовых разрядах (из содержащегося в атмосфере свободного азота). За счет электрических разрядов образуется менее 10% от общего количества азотсодержащих соединений (связанного азота). Оксиды азота, подобно оксидам серы, растворяются в дождевой воде, образуя разбавленную азотную кислоту. Даже очень слабая (в тысячу раз менее кислая, чем апельсиновый сок) угольная кислота "чистого" дождя способна оказывать заметный эффект: действуя в течение столетий, она разъедает мраморные статуи и бетонные сооружения. Последствия настоящих "кислотных" дождей бывают гораздо более серьезными. Помимо коррозии, вызванной выпадающими с дождями разбавленными кислотами (серной и азотной), кислые вещества, накапливаясь в почве, могут выводить из нее биогенные (необходимые для питания растений) элементы, повреждать и даже уничтожать леса, а также приводить к необратимым нарушениями химического баланса экосистем. Из-за этих разрушительных последствий именно кислотные дожди считают основной причиной очень сильного закисления озер и прудов (в некоторых из них рН понижается до 3,0, что сопоставимо с уксусом), приводящего к гибели рыб и многих водных растений. Однако, как показали исследования, закисление большинства водоемов в восточной части Северной Америки связано не столько с кислотными дождями, сколько с естественной кислотностью почв. (Кислотные дожди выпадают в основном на востоке США; на западе страны они нейтрализуются пылью щелочных почв этого региона.) В Новой Англии, например, вклад кислотных дождей в закисление водоемов оценивался в 16%, тогда как вклад кислотности почв - в 80%. Предполагается, что богатая в прошлом жизнь ныне сильно закисленных озер была временным явлением, связанным со сведением на окружающих территориях лесов и выжиганием растительности (при этом не только удалялось много скопившегося на поверхности почвы кислого органического вещества растительного происхождения, но и происходила нейтрализация кислот пеплом, имеющим щелочную реакцию). Когда в окрестностях этих озер снова выросли леса, возобновилось закисление и почв, и озер.
Биоразнообразие.
Термин "биоразнообразие" обозначает богатство видов, обитающих на определенной территории в определенный период времени. Уменьшение биоразнообразия, т.е. сокращение числа видов, образующих фрагменты экологической сети, есть одно из проявлений деградации природной среды. Представим себе, что в умеренных широтах озерцо, окруженное небольшим болотом, подверглось воздействию очень кислых осадков; это может привести к гибели, скажем, 25% видов планктона. Уменьшение количества планктона подорвет пищевую базу двух из пяти видов лягушек (поскольку головастики питаются водорослями и другими мелкими организмами) и одного из трех видов рыб, обитавших в этом озере. В итоге сложная пищевая сеть этого небольшого озера и связанного с ним болота потеряет внезапно несколько важных своих компонентов. Произошедшие перемены затронут далее и другие компоненты экосистемы; в частности, они скажутся на птицах, прилетающих на этот водоем кормиться, и на мелких млекопитающих, охотящихся здесь на птиц или водных животных. Разнообразие птиц, посещающих данное место, уменьшится, соответственно менее разнообразным станет и набор семян растений, заносимых сюда птицами на лапках или с пометом. Исчезновение таких млекопитающих, как выдра или енот, открывает возможности для проникновения на их место других видов, например серой крысы, которая легко вторгается в сложную пищевую сеть. Крысы, будучи гораздо менее разборчивы в питании, используют широкий набор пищевых объектов и способны очень быстро увеличивать свою численность. Крупная популяция крыс будет способствовать дальнейшему сокращению биоразнообразия, вытесняя конкурирующие виды.
Осознание угрозы окружающей среде.
Деятельность человека, разрушительная для природной среды, - это обычно слишком интенсивная эксплуатация каких-либо ресурсов или загрязнение экосистем синтетическими токсичными веществами, действие которых не может быть полностью нейтрализовано природными процессами. В большинстве случаев деградация природной среды начинает по-настоящему беспокоить общество только тогда, когда оно видит, что в результате деятельности человека вдруг существенно снизилась продуктивность экосистем. Так, 1960-е и 1970-е годы стали периодом серьезной озабоченности по поводу незащищенности различных экосистем и отдельных биологических видов от загрязнения, вызванного развитием промышленности и городского хозяйства. Широкое применение в 1940-х и 1950-х годах в качестве пестицидов двух хлорсодержащих углеводородов, ДДТ и дильдрина, как выяснилось, имело тяжелые последствия для популяций многих видов птиц. Эти вещества, попадая в организм птиц с пищей, накапливались в них в высоких концентрациях и вызывали истончение скорлупы яиц - это препятствовало размножению и привело к значительности сокращению численности. Особенно пострадали такие птицы, как белоголовый орлан и некоторые виды соколов.
См. также
ПЕСТИЦИДЫ . Однако, как это часто бывает и в других случаях, связанных с экологическими проблемами, мнения о пользе и вреде пестицидов расходятся. К примеру, практика использования ДДТ отнюдь не сводится только к отрицательным последствиям. В Шри-Ланке (на Цейлоне) в 1948 было отмечено 2,8 млн. случаев заболевания малярией, но применение ДДТ для истребления комаров, переносящих возбудителя этой болезни, привело к тому, что в 1963 наблюдалось всего 17 случаев заболевания малярией. В 1964 использование ДДТ в Шри-Ланке было запрещено, и к 1969 число заболевших малярией вновь выросло до 2 млн. человек. Необходимо все же отметить, что успех, достигнутый с помощью ДДТ, мог оказаться временным, поскольку комары, как и другие насекомые, способны за ряд поколений выработать устойчивость к пестицидам.
ПЕРСПЕКТИВЫ НА БУДУЩЕЕ
Можно ли восстановить поврежденную экосистему? В некоторых случаях деградация окружающей среды бывает обратимой, и чтобы вернуть систему в исходное состояние, достаточно просто прекратить дальнейшее загрязнение и дать системе очиститься за счет природных процессов. В других случаях, например при попытках восстановить леса Западной Африки или соленые марши (заболоченные места) на восточном побережье Северной Америки, достигнутые успехи были очень скромными. Часто к моменту, когда деградация окружающей среды становится очевидной, соответствующие экосистемы оказываются настолько поврежденными, что восстановить их уже невозможно. В период между 1960 и 1990 народонаселение земного шара почти удвоилось, достигнув 5,3 млрд. человек, а к 2025 ожидается, что оно будет составлять 8,5 млрд. Поскольку с ростом численности населения растут и потребности в продуктах питания, жилье и проч., а освоенное пространство ограниченно, деятельность человека начинает распространяться на такие регионы, которые ранее считались малопригодными для заселения (маргинальными), будучи слишком влажными, или слишком засушливыми, или слишком удаленными. В будущем основная активность в деле охраны природы, видимо, развернется именно в подобных маргинальных экосистемах - в заболоченных и аридных местностях, а также в дождевых тропических лесах.
Заболоченные земли.
Прибрежные приливо-отливные зоны и пресноводные болота - весьма важные местообитания. Марши, располагающиеся в приливно-отливной зоне, выполняют роль питомника для множества морских организмов. Кроме того, наряду с пресноводными болотами, они служат убежищем для птиц во время их сезонных миграций. Заболоченные участки действуют и как фильтрационные системы, улавливая многие природные и синтетические загрязнители и токсины еще до того, как они попадут непосредственно в водоемы. Эффект от разрушения подобных местообитаний может сказываться далеко за их пределами. Например, если на болотах не будет достаточно пищи для останавливающихся здесь во время перелетов птиц, многие из них погибнут. А поскольку они в свою очередь являются компонентами экосистем, расположенных на противоположных концах их миграционных путей (и удаленных друг от друга порой на тысячи километров), внезапное изменение их численности может оказать сильное дестабилизирующее влияние на эти системы. Когда европейцы начали заселять Северную Америку, площадь заболоченных земель в ней составляла 87 млн. га. В настоящее время их остается не более 40 млн. га, причем каждый год уничтожается примерно 160 тыс. га. Засыпание болот и использование занятого ими ранее пространства для строительства жилья или в коммерческих целях - один из наиболее обычных способов уничтожения этих местообитаний. В настоящее время предпринимаются некоторые меры, направленные на сохранение заболоченных земель. Например, во многих регионах США болота находятся под охраной закона и любая деятельность по их освоению строго контролируется.
Сухие (аридные) и засушливые местообитания.
Район Сахеля, лежащий между пустыней Сахарой и саваннами Центральной Африки, - это зона постепенного перехода от выжженных пустынь (где температура воздуха достигает 50° C) к менее суровым, более влажным районам Центральной Африки. Поскольку условия в аридном Сахеле могут быть очень суровыми, вся экосистема этого региона отличается крайней неустойчивостью, и даже очень небольшого вмешательства достаточно, чтобы нарушить сложившееся равновесие. Например, бурение в этой местности колодцев, осуществленное компаниями промышленно развитых стран с самыми лучшими намерениями, привело к тому, что начиная с 1950-х годов жившие здесь кочевые племена стали образовывать постоянные поселения, а это изменение образа жизни людей, в свою очередь, подорвало биологическую продуктивность всего региона. Резко сократившееся плодородие земель наряду с засухой и вооруженными столкновениями послужило причиной человеческих страданий, ставших реалиями каждодневной жизни в Сахеле. Самый очевидный результат неправильного использования легко ранимых местообитаний - опустынивание. Сахара расширяется и продвигается в южном направлении со скоростью ок. 5 км в год, превращая в пустыню сотни тысяч квадратных километров саванны. Однако не исключено, что на самом деле опустынивание распространяется не так быстро, как принято считать. Во всяком случае, наблюдения, проводимые с метеорологических спутников, показывают, что южный край Сахары (окаймленный полосой растительности) не просто продвигается на юг, а совершает повторяющиеся перемещения то в одну, то в другую сторону. Подобные перемещения края пустыни в северо-южном направлении, происходящие в течение одного-двух лет, отражают колебания количества осадков, выпадающих здесь за год.
Дождевые леса.
Начиная с 1980-х годов тропические леса, особенно в Южной Америке, стали объектом постоянного внимания общественности, а также политических и научных кругов. Почти половина всех известных видов растений встречается только в тропических дождевых лесах или примыкающих к ним биотопах. Среди этих растений - тысячи видов, пригодных для употребления в пищу и имеющих ценные фармакологические свойства. Среди трех тысяч видов растений, содержащих вещества с противоопухолевой активностью, более 70% - уроженцы тропических дождевых лесов. В дождевых лесах обитает более половины всех видов животных; это главным образом представители класса насекомых, но также многие виды птиц, мигрирующих каждый год в Северное полушарие. Дождевые леса играют важнейшую роль в поддержании необходимого для жизни состава атмосферы. Растения в ходе фотосинтеза поглощают диоксид углерода и выделяют кислород. Если площадь, занимаемая дождевыми лесами, существенно сократится, относительное содержание этих газов может претерпеть существенные изменения, что, в свою очередь, будет иметь губительные последствия для жизни на Земле. Сохранение дождевых лесов необходимо и для связывания и включения в круговорот того дополнительного количества углерода, которое выбрасывается в атмосферу промышленностью. Истребление дождевых лесов, происходящее под сильнейшим прессом экономических и демографических факторов, достигло почти катастрофических масштабов. В Бразилии, в бассейне Амазонки, где леса занимают еще ок. 5 млн. км2, их ежегодно выжигают или уничтожают иными способами на площади свыше 35 тыс. км2. Если такая скорость сведения лесов будет сохраняться и дальше, все дождевые леса Бразилии исчезнут с лица Земли менее чем через 100 лет. С такой же скоростью происходит истребление дождевых лесов и в других тропических районах. Уничтожение тропических дождевых лесов имеет множество последствий, вносящих свой вклад в процесс глобальной деградации окружающей среды. Тропические почвы относятся к т.н. латеритным почвам; образовавшиеся в результате выветривания горных пород, они содержат много железа и алюминия, но бедны биогенными элементами и не отличаются плодородием. Большая часть органического вещества в экосистемах дождевых лесов содержится в тканях живых растений, тогда как в почве органического вещества очень мало. Участки земли, используемые в этих регионах под сельскохозяйственные угодья, обычно сохраняют свою продуктивность лишь несколько лет, и потому сведение тропических лесов с целью расширения площадей для земледелия - крайне нерациональный способ эксплуатации ресурсов этой экосистемы. Как правило, после того как почва на участках, занятых сельскохозяйственными культурами, полностью истощается, приступают к сведению леса на новой территории. На заброшенных же землях растительный покров восстановиться уже не может, а почвы подвергаются усиленной эрозии. К тому же по-прежнему очень распространена практика сжигания громадной массы растительности. В настоящее время выжиганию с целью подготовки площадей для ведения сельского хозяйства подвергается ежегодно ок. 5% земной поверхности. В атмосферу при этом поступает почти 2 млрд. тонн углерода. По мере того как в результате человеческой деятельности погибают тропические леса, исчезает и та гетерогенность среды, которая поддерживает свойственное экосистемам биоразнообразие.
Предупреждающие меры.
Как показывает опыт, предотвратить повреждение окружающей среды всегда намного проще и дешевле, чем пытаться восстановить уже разрушенные экосистемы. По этой причине правительственные программы, объявляющие своей целью "очистку окружающей среды", направлены обычно лишь на ограничение действующих источников загрязнения; что же касается уже произведенного загрязнения, то нейтрализация его эффекта предоставляется самой природе. Действенный контроль за состоянием окружающей среды - одно из главных условий разумного использования природных ресурсов.
См. также
ЭКОЛОГИЯ .
ЛИТЕРАТУРА
Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир, тт. 1-2. М., 1993 Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания, тт. 1-4. М., 1994-1995
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Смотреть что такое "ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЕГРАДАЦИЯ" в других словарях:
Процесс, в результате которого снижается способность экосистем поддерживать постоянство качества жизни. Экосистема в самых общих чертах может быть определена как взаимодействие живых организмов с их окружением. Результаты такого взаимодействия на … Географическая энциклопедия
Деградация окружающей среды – это процесс, в результате которого снижается способность экосистем поддерживать постоянство качества жизни, а именно ухудшение свойств подземных и поверхностных вод, горных пород, газовой составляющих (компонентов) природной среды вследствие природного и техногенного изменения условий ее эволюционной трансформации. Она сводится к двум аспектам: ухудшение природной среды и жизни человека в результате природных явлений (извержения вулканов, наводнения, землетрясения, цунами и др.) или при хозяйственной деятельности человека (уничтожение естественных экосистем, загрязнения и т.д.); ухудшение условий обитания человека в искусственно созданной им среде, например, в городе, за счет нарастающего изменения компонентов окружающей среды (загрязнения воздуха, воды, ландшафтов и пр.). Деградация компонентов природной среды неминуемо приводит к угасанию ее живых (биотических) компонентов и условий жизнеобеспечения и жизнеобитания.. Естественные перемены в экосистемах, как правило, происходят очень постепенно и являются составной частью эволюционного процесса. Однако многие перемены вызваны такими внешними воздействиями, к которым система не приспособлена.
Основные факторы деградации окружающей среды: 1)Демографический Неуправляемый рост населения планеты - главная причина развития глобального экологического кризиса, который повлек остальные кризисы(истощение ресурсов, загрязнение геосфер, негативные климатические изменения и т.д.). Рост численности населения сопровождается аномальным территориальным делением его за счет формирования мегаполисов с млн. жителей. Именно мегаполюсы стали крупнейшими и самыми опасными загрязнителями окружающей среды и губителями природы, ее «раковыми опухолями». Сегодня энергетические объекты, промышленность и транспорт потребляют столько кислорода, сколько его хватило бы для дыхания 43 млрд. человек. Если человечество будет тратить воду такими же ускоряющимися темпами, как и до этого времени, то к 2100 г. запасы пресной воды окончательно иссякнут. Сегодня на все живые существа биосферы отрицательно действуют более 50 тыс. химических веществ, которые использует человек. 2)Уменьшение биоразнообразия Ученые утверждают, что в ближайшие лет через техногенные изменения в окружающей среде мир может потерять более 1 млн. видов растений и животных. Скорость вымирания видов сегодня в 1000 раз превышает естественную. Около 10% видов растений зоны умеренного климата и 11% видов птиц мира оказались под угрозой исчезновения.
Биологическое разнообразие - это залог устойчивости, выносливости как отдельных экосистем, так и биосферы в целом. Экологические взаимодействия различных видов живых существ с окружающей средой формируют экосистемы, от состояния которых зависит жизнь людей. Уменьшение биоразнообразия - это серьезная потеря биосферы, одна из главных экологических проблем современности. Масштабы уничтожения человеком тропических лесов, в которых живет 50% всех животных на планете и растет 50% всех растений, стали угрожающими (особенно в Бразилии и Индии), а количество людей, существование которых зависит от тропических лесов, составляет 200 млн. Среднестатистический европеец тратит 500 л пресной воды в сутки, а житель Центральной Африки - 8 л; дефицит пресной воды становится все острее во всем мире. Сегодня на Земле под угрозой уничтожения оказались около 25 тыс. видов растений, 72 млн. га тропических лесов. Ежедневно на планете исчезает от одного до десяти видов животных, еженедельно - минимум один вид растений.
Сегодня в Африке количество крупных млекопитающих составляет лишь 10% той, что была там 100 лет назад. Еще 30 лет назад на этом континенте жили 100 тыс. носорогов, а ныне - менее 4 тыс. Ежегодно более 6 млн. га земель превращаются в пустыни. 3)Урбанизация Как видим, глобальные негативные биологические и климатические изменения (Опустынивание, деградация почв, биосферы, уменьшение биоразнообразия, учащение кислотных дождей, развитие парникового эффекта и увеличения размеров озоновых "дыр«) в атмосфере происходят от неконтролируемой, не согласованную с законами жизни и природы деятельность человека.
И чем активнее эта деятельность, тем сильнее обратная реакция Природы. Яркий пример этого - регионы крупных городов, промышленных и энергетических центров практически во всем мире, где за комфорт люди расплачиваются болезнями, стрессами, неполноценными детьми, сокращением продолжительности жизни, вырождением. Возьмем например Москву и Киев из-за негативного влияния комплекса техногенных факторов на жителей Москвы и Киева продолжительность их жизни за последние 30 лет сократилась в среднем на 5-6 лет, смертность увеличилась в 1,5-2 раза, заболеваемость (особенно детей) повысилась в несколько раз. По сравнению с Европой смертность детей в этих городах на сегодня выше в З раза, а средняя продолжительность жизни мужчин (57-58 лет) - меньше на лет. Кроме того, у детей школьного возраста наблюдают снижение коэффициента интеллектуальности. 4)Гибель водных экосистем Огромное количество ядовитых веществ, накапливающихся вокруг городов, промышленных центров и перенасыщенных химическими удобрениями и пестицидами сельскохозяйственных угодий, выносится поверхностными и грунтовыми водами в реки, а оттуда - в моря и океаны. К ним добавляются загрязнители переносящиеся ветром, нефтепродукты от аварий танкеров и от работы нефтепромыслов, бытовые стоки городов и поселков, расположенных на побережьях. Предприятия химической промышленности, а также те, которые производят удобрения, ежегодно сбрасывают в реки и водоемы Украины около 50 млн. т агрессивных веществ, в которых содержатся, в частности, фенол, фтор, пестициды, формальдегид.
Начала резко снижаться биопродуктивность некогда крупнейших рыбных районов, уменьшился промысел, наступили тяжелые времена для рыболовецкого флота. Недавно в Мексиканском заливе у устья реки Миссисипи, которая выносит большой объем очень загрязненных вод, образовалась огромная «мертвая зона» (площадью более 4 тыс. км2). Все чаще такие зоны образуются в устьях Дуная, Днепра, Днестра, Южного Буга. Уже много лет «цветут» наши Днепровские водохранилища, в которых продолжается накопление загрязнителей, а биомасса становится все меньше, жизнестойкость и продуктивность водных организмов снижаются. Продолжается накопление загрязнителей, а биомасса становится все меньше, жизнестойкость и продуктивность водных организмов снижаются. Хищнический промысел рыбы в Мировом океане и внутренних морях последние лет привел к катастрофическому уменьшению рыбных запасов во всем мире, до полного исчезновения некоторых ценных видов рыб. А в озерах Северной Америки и Скандинавии рыба периодически погибает из-за повышения кислотности воды (выпадают кислотные дожди, принесенные из промышленных районов Великобритании и Северной Европы)
5) Деградация почв В последнее время много проблем у человечества возникло также в связи с безжалостной эксплуатацией земельных угодий. Во всем мире быстрыми темпами происходят деградация и эрозия почв. Как известно, для образования слоя плодородной почвы нужны тысячи, даже миллионы лет. Современный человек способен разрушить почву за 1-2 года. Подсчитано: ежегодно с обрабатываемых земель выносится более 25 млрд. т полезных веществ. По оценке Международного Почвенного центра (Нидерланды), в результате деятельности человека уже деградировало более 15% всей площади мировой суши, причем около 6% земель уничтожено водной эрозией, 28% - ветровой, 12% - засолена из-за неправильного орошения, около 5% выведено из оборота в результате Перехимизация и физической деструкции (вытаптывание скотом, разработка карьеров, экстенсивное перепахивание и др.). Таким образом человек сам себя лишил многих миллионов гектаров земли-кормилицы. Ежегодно земли Украины теряют 24 млн. т гумуса (перегноя), что определяет плодородие почв. Потому что почвы стали неплодородными, активизировалось Опустынивание и продолжается вырубка лесов, лишь в 21 государстве Африки в гг пострадали около 30 млн. человек, 10 млн. человек вынуждены были сменить место своего проживания, став «экологическими» беженцами.
6)Загрязнение атмосферы. Огромную тревогу в мире вызывает перезагрезнение атмосферы вредными газами, что приводит к увеличению площадей озоновых "дыр" и активизации развития парникового эффекта на планете. Первое явление повлекло снижение защитного действия озонового слоя от солнечного ультрафиолетового излучения и, как следствие, - массовые заболевания людей (рак кожи, ожоги, потеря зрения) и животных - дельфинов, китов, проживающих под озоновым «дырами» (Австралия, Южная Аргентина, Ирландия, Скандинавия). Парниковый эффект приводит к потеплению климата, таяние ледников, значительного глобального повышения уровня Мирового океана, к изменениям режима образования циклонов и ураганов, нарушения функционирования, даже деградации экосистем отдельных районов суши.
Каждый час на нашей планете: 6-8 га продуктивной земли становится пустыней; 2 тыс. детей умирают от голода; 55 человек погибают от отравления пестицидами и другими химическими веществами; 1 тыс. человек умирает от отравления водой; 2 тыс. т кислотных дождей выпадает в Северном полушарии. Ежеминутно: Уничтожается более 20 га тропических лесов; Используется около 159 л нефти; Уничтожается 50 т плодородных почв; Выбрасывается в атмосферу более 12 тыс. т углекислого газа.
Последствия деградации окружающей среды: 1. Изменение туристической карты мира. Глобальное потепление приводит к таянию снегов и ледников, так, например, в Альпийских горах за последние годы существенно сократился горнолыжный сезон, кроме того были сокращены или изменены многие популярные горнолыжные трассы. А на Средиземноморье и в Северной Африке страдает пляжный отдых, ведь большинство людей, предпочитающих проводить отпуск летом, вместе с детьми, вынуждены отказываться от поездок в это время года в эти регионы из- за слишком большой жары. 2. Распространение тропических заболеваний в районах с умеренным климатом. Уже сейчас медики констатируют, что во многих южных районах Средиземноморья тропические бактерии начали прекрасно выживать, в итоге участились случаи заболевания малярией в районах, где прежде такого не наблюдалось. 3. Увеличение числа заболеваний аллергией. В воздухе вокруг нас огромное количество химических веществ, которые самым негативным образом сказываются на здоровье. Они разрушают работу именной системы, а также вызывают различные формы аллергии. Причем особенно сильно это отражается на здоровье детей! 4. Вымирание различных видов животных и растений. От таяния ледников страдают северные животные и растения, более южные погибают от засух. Многие виды рыб вымирают от загрязнения воды. Происходит деградация окружающей среди, из-за слишком быстро меняющихся условий существования большинство видов животных и растений не способны к ним приспособиться, в результате они вымирают. Тем самым, нарушается жизненный цикл всего живого на Земле. 5. Миграции населения. Они происходят из-за изменений климата в сторону увеличения температуры и засух, затопления прибрежных районов и различных техногенных катастроф. В результате во многих районах мира наблюдается перенаселение, другие же становятся безжизненной пустыней, что приводит к увеличению различных конфликтов, росту преступности и голоду.
Степень деградации экосистемы оценивается по критериям, которые определяют негативные изменения в структуре и функционировании экосистем и учитывают их пространственную дифференциацию по степени нарушенное™, а также динамику процессов деградации.
Системные критерии состояния природной среды подразделяют :
- - на ландшафтные : вытекают из методологии ландшафтного планирования, основаны на представлениях о естественной емкости ландшафта по отношению к нагрузкам, структурной сложности и нормах нарушенное™ (соотношения между измененными и ненарушенными урочищами и другими элементами ландшафта). При оценках состояния степень преобразования ландшафта, деградации ландшафтных единиц, ресурсносырьевая нагрузка и распределение загрязнений приводятся в процентах от площади или по структурным компонентам, предпочтительно в виде картосхем;
- - экосистемные : показатели нарушенное™ сукцессионного процесса, которые отражают нарушения в закономерных изменениях видового разнообразия, спектра жизненных форм, биомассы, продуктивности, накопления отмершей органики, деструкционной активности, биогенного круговорота. При наступлении кризисной ситуации возможны снятие климаксной фазы, девиация (отклонение) вплоть до переключения на иную последовательность или ретроградное развитие.
При неблагополучном состоянии отмечают существенные отклонения экосистемных параметров от их «нормальных» значений, характерных для ненарушенных условий. Среди параметров, наиболее отчетливо реагирующих на изменения, выделяют: отношения продуктивности (Р) к биомассе (В), мортмассы (М) к биомассе, биомассы консументов (В с ) к биомассе первичных продуцентов (В р) при сокращении видового разнообразия (//). Эти характеристики включаются в интегральный показатель нарушения ценотического климакса
Видовое разнообразие наиболее эффективно оценивается с помощью индексов, которые характеризуют выравненность встречаемости вида. Она имеет тенденцию к увеличению в ходе сукцессии (соответственно при нарушении климакса - к уменьшению). Видовое разнообразие может быть оценено с помощью информационной функции (энтропии)
где rij - число особей вида i -й в пробе из N особей.
На основе перечисленных показателей критическое состояние экосистемы относят к одному из следующих вариантов, отличающихся от благополучного состояния (табл. 4.6).
Варианты состояния экосистем 1
Таблица 4.6
|
Состояние экосистемы |
Признаки |
|
|
Кризисное состояние макс, или ной фазы) |
Интенсивность воздействий превышает регенерационные возможности экосистемы, сукцессионный процесс обрывается на предклимаксной стадии. Когда такое состояние поддерживается длительное время, восстановление кли- максной фазы становится невозможным даже после снятия воздействий: система необратимо переключается на иной путь развития (ряд полунри- родных экосистем возник таким образом) |
Утрата доминантов климаксной фазы и характерной для нее аспективносги, а также по соответствию параметров состояния (см. выше) одному из промежуточных состояний эталонной сукцессии |
1 Красилов В. А. Указ. соч.
|
Состояние экосистемы |
Причины возникновения состояния и характер развития системы |
Признаки |
|
Экологическое бедствие |
Необратимое (в масштабах времени, сопоставимых с длительностью сукцессионных событий) ретро!*радное развитие экосистемы. Приближение качественных и количественных показателей к значениям, свойственным ранним стадиям сукцессии (высокая продуктивность, высокая скорость производства мортмассы, низкое разнообразие, моно- или олигодоминантность, разомкнутость биогенного круговорота и др.) |
|
Для вычисления показателя сокращения видового разнообразия оценивают потенциальное разнообразие на основе зависимости между числом видов и площадью :
где Hd - потенциальное число видов экосистемы d (зоны бедствия); Нс - число видов аналогичной экосистемы, охраняемой в заповедном режиме; Sd, Sc - соответствующие площади; х - коэффициент, принимающий значения от 0,22 до 0,30 (в приближенных расчетах принимается, что десятикратному увеличению площади соответствует двукратное увеличение числа видов).
При оценках и прогнозировании состояния экосистем с точки зрения их устойчивости весьма важным является представление о лимитирующих факторах. Они ограничивают возможности существования экосистемы, несмотря на то что другие характеристики других факторов могут оставаться весьма благополучными.
В роли лимитирующих могут выступать факторы, присутствующие не только в минимальных, но и в максимальных количествах (закон толе-
ронтности В. Шелфорда). Диапазон между минимумом и максимумом определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору (рис. 4.8). В роли лимитирующих факторов для экосистем наиболее часто выступают температура, свет, наличие биогенных веществ, течения и давление в среде, пожары.
Рис. 4.8.
Одним из «практических приложений» закона Шелфорда в экологическом нормировании является установление предельно допустимых значений различных факторов: ОБУВ, ОДУ, ПДК - для случаев загрязнения окружающей среды, предельно допустимых уровней воздействия физических факторов (уровни шума, вибрации, излучений).
Оценка экологического состояния территории должна проводиться с учетом:
- - площади проявления негативных изменений, поскольку при равной степени деградации участка территории возможность восстановления обратно пропорциональна его площади;
- - пространственной неоднородности распределения участков разной степени деградации на исследуемой территории;
- - изменения показателей в разных природно-климатических зонах.
ним рядам наблюдений . Для прогноза ухудшения экологической обстановки и проведения мероприятий по ее стабилизации и улучшению необходимо оценивать направленность и скорость деградации экосистем при напряженной экологической ситуации. Отнесение территории к той или иной степени по деградации экосистем проводится на основании табл. 4.1.
Таким образом, оценка устойчивости экосистем проводится на основе пространственных и временных (динамических) признаков с выделением ряда дополнительных показателей, которые иногда имеют больший отклик на изменения экосистем в зависимости от видов воздействий. На основании обобщения результатов полевых исследований выявлено, что надежными индикаторами устойчивости или деградации земель являются:
- - основные характеристики растительности (общей, подземной, мертвой и живой надземной биомассы, проективного покрытия);
- - морфологические характеристики (мощность органогенного слоя); агрохимические характеристики (содержание гумуса, фосфора,
- - водно-физические характеристики (полная, капиллярная и молекулярная емкость запасов доступной влаги);
- - теплофизические характеристики;
- - устойчивость и деградированность почвенно-растительного покрова; динамика основных характеристик биопродуктивности почвенно-
растительного покрова в процессе его самовосстановления;
Противоэрозионпая устойчивость.
Деградация экосистем (в частности, почвенно-растительного слоя) сопровождается процессами их естественного или искусственного самовосстановления, оценить которые можно с помощью критериев (табл. 4.7).
Таблица 4.7
Критерии оценки деградации наземных экосистем 1
|
Показатели |
Экологическое бедствие |
Относительно удовлетворительные |
||
|
Основные показатели |
||||
|
Пространственные признаки: |
||||
|
Площади деградированных территорий, |
||||
|
Нс представляющие непосредственной угрозы человеку (отвалы нетоксичных пород, карьеры, деградированные с/х угодья) |
||||
|
Представляющие угрозу разрушения зданий и сооружений (антропогенные просадки, оползни, разломы, военные полигоны и др.) |
||||
|
Отвалы токсичных пород, изолированные от грунтовых вод, с возможностью переноса частиц по воздуху, посредством стока в поверхностные водоемы и водотоки |
||||
|
Карьерные выемки и отвалы токсичных пород с угрозой загрязнения грунтовых вод (фунтовые воды не защищены) |
Отсутствуют |
|||
1 Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия.
|
Показатели |
Экологическое бедствие |
Чрезвычайная экологическая ситуация |
Относительно удовлетворительные |
|
|
Расчлененность территории оврагами, км/км 2 |
Отсутствует |
|||
|
Динамические признаки |
||||
|
Скорость деградации наземных экосистем, % площади в год |
||||
|
Скорость увеличения площади сбитых пастбищ, % площади в год |
||||
|
Скорость уменьшения годовой продукции растительности, % в год |
||||
|
Скорость уменьшения содержания органического вещества в почве, % в год |
||||
|
Скорость сработки (минерализации) торфа, мм/год |
||||
|
Скорость увеличения площади засоленных почв, % в год |
||||
|
Скорость увеличения площади эродированных почв, % площади в год |
||||
|
Скорость увеличения площади подвижных песков, % площади в год |
||||
|
Скорость увеличения относительной площади земель с неблагоприятными агромелиоративными условиями, % от площади ценных сельскохозяйственных угодий в год |
||||
|
Дополнительные показатели |
||||
|
Соотношение площадей разной степени нарушенное™ экосистем, %:
|
Менее 20 Более 40 Более 30 |
Менее 30 Болес 40 Менее 30 |
Менее 70 Менее 10 Менее 5 |
|
|
Структурно-функциональные характеристики состояния экосистем |
Необратимое нарушение взаимосвязи внутри экосистем |
Нарушение структуры сообществ без необратимых процессов в экосистемах |
Возможны отдельные признаки деградации ряда компонентов в экосистемах |
|
|
Показатели |
Экологическое бедствие |
Чрезвычайная экологическая ситуация |
Относительно удовлетворительные |
|
|
Трофическая структура - изменение удельной массы Красилов В. А. Указ. соч. |