Взаимодействие человека и природы

Содержание
Взаимодействие человека и природы
1.1 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ БИОСФЕРЫ 3
1.2. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ 8
1.3. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА НА БИОСФЕРУ 11
1.4. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ. ПРИЗНАКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КРИЗИСА 21
1.5 Влияние биосферы на человека. 26
1.6. ПИЩЕВЫЕ РЕСУРСЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА. ПРОБЛЕМЫ ПИТАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ 28
1.6.1. Проблемы рационального питания 28
1.6.2. Плодородие земли и почвы 34
1.6.3. Загрязнение земель и почв 36
1.6.4. Нормирование загрязнений почв и их влияние на здоровье людей 40
1.6.5. Нарушение и рекультивация земель 43
1.6.6. Охрана земель и контроль за их использованием 45
1.1 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ БИОСФЕРЫ
Тонкий слой земной поверхности и атмосферы, где существует жизнь, называется биосферой. Биосфера, или, как ее чаще назы¬вают, окружающая среда, включает две группы компонентов. Живые, или биотические, компоненты составляют растения, животные и микроорганизмы; к неживым, или абиотическим, компонентам отно¬сятся: воздушная среда (атмосфера), водная среда (гидросфера), почва, недра (верхняя часть земной коры), климатическая и акустиче¬ская среды.
Рассмотрим абиогенные составляющие окружающей среды, под-вергающиеся наибольшему антропогенному воздействию.
Воздушная среда может быть наружной, в которой чело¬век находится меньшую часть времени (до 10—15%), внутренней производственной, в которой человек проводит примерно треть сво¬его времени (до 25—30%), и внутренней жилой, в которой люди пре¬бывают большую часть времени (до 60—70%). Из этого не следует, конечно, что можно недооценивать состояние наружной воздушной среды, так как из нее поступает воздух в жилые и производственные помещения.
У поверхности земли наружный воздух содержит по объему (%): азота 78,08; кислорода 20, 95; инертных газов 0,94; диоксида углерода 0,03. На высоте 5 км содержание кислорода остается тем же, содержа¬ние азота увеличивается до 78,89%. У поверхности земли воздух включает различные примеси. В городах в нем может содержаться более 40 ингредиентов, чуждых природной воздушной среде. Внутрен¬ний воздух в жилищах, как правило, отличается повышенным содер¬жанием диоксида углерода. Внутренний воздух производственных по¬мещений имеет примеси, характер которых определяется технологией производства.
Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в Мировом океане. Площадь поверхности океана (акватория) составляет 361 млн. км2, что в 2,4 раза больше площади суши (149 млн. км2). Более 1 млрд. км3 воды в океане сохраняет постоянную соленость (около 3,5%о) и температуру (примерно 3,7°С). Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно средиземных морях. Со¬держание растворенного кислорода в воде заметно уменьшается на глубине 50—60 м.
Подземные воды могут быть солеными, солоноватыми и пресными; геотермальные воды имеют повышенную температуру.
Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. км3. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. км3.
При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, подвергая ее опреснению или гиперфильтрации. Оба этих процесса весьма энергоемки, поэтому представ¬ляет интерес предложение, состоящее в использовании в качестве ис¬точника пресной воды айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по воде к берегам стран, испытывающих недостаток пре¬сной воды. По предварительным расчетам получение пресной воды та¬ким способом примерно вдвое менее энергоемко по сравнению с оп¬реснением и гиперфильтрацией.
Важным обстоятельством, связанным с водной средой, является то, что через нее в основном передается примерно 80% инфекционных за¬болеваний.
Почва — верхний слой литосферы (земной коры, твердой оболоч¬ки Земли) — занимает особое место среди всех природных богатств: она дает продукты питания, корм для скота, волокно для одежды, ле¬соматериалы и т. д. Толщина почвы составляет в среднем 18—20 см, в некоторых районах суши она вообще отсутствует, а кое-где достигает 1,5—2 м. Под сово¬купным воздействием климата, растительности, жизнедеятельности ор¬ганизмов, изменений рельефа в почве непрерывно происходят процес¬сы созидания и разрушения. Подсчитано, что создание плодородного слоя почвы толщиной 2—3 см при благоприятных условиях происхо¬дит за 200—1000 лет.
Структура почвы зависит от наличия в ней глины или песка. Если количество песка (частицы диаметром 0,02—2 мм) в почве очень вы¬сокое, она не сможет удерживать воду и воздух, в результате чего бу¬дут окисляться основные органические вещества. Если в почве высо¬кое содержание глины (частицы диаметром менее 0,002 мм) и ила, почва будет менее проницаемой для воды и газов. Обычно почвы с высоким содержанием глинистых частиц накапливают и удерживают питательные вещества, необходимые для активного роста растений.
Растения и животные также влияют на характер почвы. В верхних слоях почвы накапливаются растительные остатки, которые впослед¬ствии разлагаются под действием почвенных организмов. Разложив¬шиеся растительные остатки разрыхляют почву, делая ее воздухо- и водопроницаемой. Роющие животные от сурка до муравья, земля¬ного червя и крохотных беспозвоночных также способствуют раз¬рыхлению почвы.
Главный фактор, характеризующий качество почвы, — плодородие. Его ухудшение возможно в результате действия процессов природного или антропогенного происхождения (водная и ветровая эрозия, заболачивание, загрязнение почвы промышленными и бытовыми отходами, загрязнение в результате вноси¬мых удобрений и ядохимикатов). Особенно большой ущерб плодоро¬дию почв наносит эрозия.
Растительный и животный мир целесообразно рас¬сматривать совместно, так как они не могут существовать раздельно. В зеленых растениях благодаря фотосинтезу создается органическое вещество. Фотосинтез — процесс получения углеводов из диоксида уг¬лерода и воды с помощью световой энергии солнечных лучей, кото¬рую растения превращают в химическую энергию и запасают в угле¬водах. При этом выделяется кислород, а углерод входит в состав орга¬нических соединений.
Животный мир вносит значительный вклад в почвообразователь¬ные процессы, состояние водоемов, расселение растений. Звери и пти¬цы, мигрируя, рассеивают семена растений, обогащают почву и водо¬емы органическими веществами. Они служат резервом генетического фонда для дальнейшего выведения ценных пород домашних живот¬ных. Животный мир включает более 2 млн. видов, раститель¬ный — лишь около 500 тыс.
Человек оказывает большое воздействие на животный и раститель¬ный мир. Это воздействие может быть прямым, выражающимся, на¬пример, в добыче промысловых животных и истреблении вредных ви¬дов, и косвенным, состоящим в изменении условий их существования: загрязнении атмосферы, воды и почвы; осушении болот, распашке сте¬пей, строительстве плотин и водохранилищ и др.
Недра содержат величайшие богатства Земли, ее минеральные ресурсы. Это полезные ископаемые: руды черных, цветных и редких металлов, различные виды топлива, химическое сырье и строительные материалы.
Минеральные ресурсы не способны к самовосстановлению и отно¬сятся к исчерпаемым, невозобновляемым. Поэтому необходимо сле¬дить за сохранностью запасов полезных ископаемых, обеспечивать ох¬рану месторождений от затопления и обновления, не застраивать тер¬ритории их залегания.
С целью нанесения наименьшего ущерба природе и по экономиче¬ским соображениям необходимы комплексная разработка месторожде¬ний полезных ископаемых и рекультивация нарушенных земель. Наря¬ду с полезными ископаемыми все составные вещества, содержащиеся в рудном теле и по¬крывающих породах, могут служить сырьем для различных отраслей народного хозяйства, и при их комплексном использовании сопутст¬вующие компоненты не будут образовывать отвалы. Следует учесть, что стоимость сопутствующих компонентов часто бывает не меньше стоимости основного полезного ископаемого.
Рекультивация состоит в сохранении почвенного слоя, снимаемо¬го до начала горных работ, в формировании из вынутого грунта пло¬ских отвалов, террас и в последующем использовании почвенного слоя для покрытия их поверхности. Рекультивация включает восста¬новление почвы или создание на отвалах условий, обеспечивающих ее плодородие.
Климатическая среда — важный фактор, определяю¬щий развитие видов животного и растительного мира, урожайность сельскохозяйственных культур. Большая часть территории нашей стра¬ны имеет значительно более холодный, чем в других странах, климат.
Акустическая среда — фактор, существенно влияющий на самочувствие людей и животных. Исследования доказали, что по¬вышенный шум неблагоприятно влияет даже на развитие растений.
Акустические колебания охватывают большой диапазон частот: от 1 до 16 Гц — инфразвуковые, от 16 Гц до 20 кГц — звуковые, свыше 20 кГц — ультразвуковые. Находящиеся в звуковой области шумы принято делить на низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (свыше 800 Гц). Как правило, в спектре шума присутствуют все частоты. Самое неблагоприятное действие на человека оказывает шум, в спектре которого преобладают высокие частоты.
Люди по-разному воспринимают шум в зависимости от возраста, эмоциональности, состояния нервной системы и пр. Он мешает работе, отдыху, нарушает сон. Шум — не только причина развития глухоты, но и таких заболеваний, как гипертония, расстройство центральной нервной системы, язва желудка и др. Сильный шум, длительное время воздействующий на человека, понижает его способность к продолже¬нию рода. Звук, равный 130 дБ, воспринимается уже не как звук, а как давление, причиняющее боль. По данным австралийских исследовате¬лей шумовое загрязнение, характерное сейчас для больших городов, сокращает продолжительность жизни людей на 10—12 лет.
Все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимиче¬ского круговорота. Выделяют два основных круговорота: боль¬шой (геологический) и малый (биотический). Геологический кругово¬рот длится миллионы лет и происходит между сушей, атмосферой и океаном. При этом часть химических соединений растворяется в воде, переходит в воздух или потребляется организмами. В результа¬те медленных геотектонических изменений материки опускаются, а морское дно поднимается, морские напластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.
Малый круговорот является частью большого, происходит на уров¬не конкретной экологической системы (лес, тундра, болото и т. д.) и заключается в том, что минеральные питательные вещества почвы и воды под действием солнечной энергии аккумулируются в растени¬ях, расходуясь на создание их массы, обеспечивая существование дру¬гих биотических компонентов.
1.2. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ
Живые и неживые компоненты в разных сочетаниях образуют экосистемы, представляющие собой участки земли, где все живые существа приспособлены к совместному сущест¬вованию — биогеоценозу.
Экосистемы удивительным образом различаются в разных частях планеты. Но хотя тропический влажный лес или коралловый риф име¬ют как будто мало общего с холодной тундрой или открытым морем, жизнеспособность всех экосистем основывается на четырех общих принципах: 1) каждая экосистема способна поглощать энергию и на¬правлять ее своим обитателям; 2) в каждой экосистеме происходит круговорот питательных веществ; 3) в каждой экосистеме устанавлива¬ется и сохраняется динамическое равновесие; 4) поток энергии и ве¬ществ зависит от характеристики организмов, от уникальной роли ка¬ждого из них.
В любой экосистеме обязательно существует поток- энергии, заклю-чающийся в том, что солнечная энергия сначала поглощается расте¬ниями, затем переходит от растений к травоядным животным, от тра¬воядных к плотоядным животным и т. д. Все экосистемы имеют осо¬бые пути, по которым осуществляются поток и распределение ве¬ществ. В част¬ности, в биосфере постоянно происходит циркуляция воды. Вода и те¬пло с различных источников (живых и неживых) достигают атмосфе¬ры в результате испарения. Когда водяной пар движется вместе с вет¬ром, теряя тепло и конденсируясь, образуются аэрозоли или другие, конденсационные центры. Позднее пар выпадает в виде дождя, снега и града или вновь конденсируется на более холодной поверхности в виде росы или инея.
Третий основной компонент экосистемы — изменяющаяся совокуп¬ность генотипов, которые организуют материю, используя имеющуюся энергию. Распространение этих генотипов, а иначе говоря, видов рас¬тений и животных, и вместе с ними перемещение различных веществ в пространстве и во времени обычно происходят в определенном по¬рядке.
Растения поглощают около 1—5% энергии, достигшей поверхности земли, и фиксируют ее в процессе фотосинтеза для образования Саха¬ров и других углеводов. Эти растения, называемые продуцентами (производителями), используют часть фиксированной энергии для дыхания, поскольку они должны восстанавливать и увеличивать свою клеточную массу. Все травоядные и плотоядные животные — по¬требители — зависят от фиксированной энергии, которая идет на удовлетворение их собственных энергетических потребностей и на об¬разование сырьевого материала для других потребителей, в частности для человека. Это относится и к организмам — разрушителям (микроорганизмам), которые разлагают мертвые ткани и освобождают питательные вещества в такой форме, чтобы продуценты опять могли их использовать. Каждая экосистема имеет своих продуцентов, потре¬бителей и разрушителей.
Кроме того, все системы определенным образом изменяются до тех пор, пока не достигнут состояния динамического равновесия под влия¬нием условий среды.
Экосистемы имеют высокоорганизованную структуру взаимодейст¬вия между своими компонентами, причем рискованным для дина¬мического равновесия экосистемы может оказаться как удаление того или иного организма, так и введение нового вида.
С годами экосистемы изменяются, изменяется их абиотическая сре¬да, численность и виды организмов, живущих в экосистеме, пути и эф-фективность передачи энергии и веществ, и, если не возникает ка¬ких-либо катастрофических условий, стабильность экосистемы увели¬чивается. Можно предположить существование примитивных экоси¬стем в прошлом, которые эволюционировали в более сложные, биоло¬гически более разнообразные и физически более устойчивые совре¬менные экосистемы. Какими бы характеристиками ни обладали экоси¬стемы, все они эволюционируют в направлении более высокой ста¬бильности, т. е. к динамическому равновесию, при котором обеспечи¬ваются потребности всех видов в пище, убежище, удалении отходов, регуляция численности популяций и уровня заболеваемости.
Процесс изменения экосистем называют сукцессией. Первич¬ная сукцессия начинается в бесплодной среде, которая никогда до этого не была обитаемой. Вторичная сукцессия происходит на территории, которая была ранее заселена, но оказалась разрушенной под действием естественных сил: огня, шторма и климатиче¬ского сдвига, или в результате искусственного вмешательства — обра¬ботки земли, распашки и т. д. В обоих случаях образуется простое со¬общество первых организмов, которые постепенно создают условия, благоприятные для обеспечения все большего разнообразия организ¬мов, населяющих экосистему. Сообщество, состоящее из популяций растений и животных, живущих на одной и той же территории, стано¬вится все более сложным, пока не будет достигнуто равновесие с фи¬зической средой. Такое сообщество называют климаксовым, и до тех пор, пока оно не будет нарушено, оно само поддерживает свою ста¬бильность, будь это тропический, березово-осиновый лес или северная тундра.
На протяжении столетий климаксовые сообщества прогрессирова¬ли, разрушались, исчезали и вновь появлялись в зависимости от изме¬нения климата. Если указанные процессы происходят без вмешатель¬ства человека, то их последовательность предсказуема, так как базиру¬ется на известных принципах, приведенных ранее.
Известно, что экосистемы становились разнообразнее и накапливали химические элементы по мере эволюции наземных рас¬тений от мха до пышных лесов. Слой почвы утолщался по мере того, как у растений развивались настоящие корни (отсутствующие у самых ранних наземных растений). Увеличивалась взаимозависимость видов, например, насекомых и цветковых растений, муравьев и тли.
1.3. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА НА БИОСФЕРУ
В 60-х годах XX в. в Египте вблизи города Асуана была построе¬на высокая плотина через реку Нил. Это огромное сооружение приве¬ло к появлению одного из самых крупных искусственных озер в мире. Вода вращает гигантские турбины, которые производят мил¬лионы киловатт электроэнергии ежегодно, и орошает 3000 га земли. Там, где раньше собирали только один урожай в год, стало возмож¬ным выращивать три и даже четыре урожая ежегодно. Плотина регу¬лирует также значительные сезонные колебания уровня воды Нила, Увеличена навигация, промышленность получает электроэнергию, а само озеро послужило источником лова пресноводных рыб. Это по¬ложительные последствия, связанные с постройкой плотины. Но име¬ются и отрицательные последствия, которым не было уделено доста-точного внимания.
Одно из таких последствий — значительное уменьшение улова сар¬дин в водах дельты Нила. Как известно, во время ежегодного разлива Нила в высокогорных районах Эфиопии в его пойме собираются тыся¬чи тонн богатых веществами илистых наносов, которые до строитель¬ства плотины уносились по реке в море. Эта вода не только обогащала питательными веществами берега Нила, но также и близлежащие воды Средиземного моря. Мелкие плавающие растения моря быстро росли, затем использовались в пищу беспозвоночными животными, которые, в свою очередь, становились добычей сардин. Однако с завершением строительства плотины плодородные осадки перестали достигать Сре¬диземного моря, и поэтому популяция сардин начала сокращаться. Это сокращение составляет приблизительно 18 000 т ежегодно и дает убы¬ток в 5 млн. долларов.
Отсутствие богатых питательными веществами осадков сказывает¬ся также на плодородии полей нижней части долины Нила. Увеличи¬лось применение синтетических удобрений (азота), что, естественно, повлекло за собой определенные расходы и частично компенсировало эту потерю, но промышленные удобрения сами по себе не в состоянии поддерживать высокий уровень азота в почве.
Таким образом, строительство плотины оказалось серьезным, доро¬гим и драматичным экспериментом, нарушившим равновесие экоси¬стемы Нила в результате недальновидного вмешательства человека. Возникает вопрос: вносят ли люди, как другие организмы, вклад в уве¬личение продуктивности и стабильности биосферы или же они нару¬шают равновесие в результате своего вмешательства?
Человек несет ответственность за нарушение экосистемы, потому что уменьшает ее способность поддерживать популяцию человека без внесения какого-либо дополнительного вклада, часто очень дорогого. Необходимо сводить к минимуму вред, наносимый экосистеме, учить¬ся такому важному и часто дорогостоящему делу, как восстановление разрушенных или исчезнувших экосистем.
Наряду со значительными непосредственными изменениями в окружающей среде деятельность людей приводит к менее заметным, но более стабильным и отдаленным последствиям.
Один из наиболее опасных экспериментов такого рода — широкое применение хлорсодержащих углеводородов в качестве инсектицидов. В 40-х годах XX в. эти ядовитые вещества оказались такими эффек¬тивными против мух, москитов, вшей, блох и других потенциальных возбудителей заболеваний, что их начали использовать во всем мире. Сотни тысяч тонн этих веществ вносились на площади в сотни мил¬лионов гектаров земли в лесах и городах. При этом преследовалась только одна узкая цель — борьба с насекомыми.
Однако отдаленные последствия таких действий чрезвычайно серь¬езны. Увеличилось количество насекомых, устойчивых к пестицидам. Сами пестициды не разлагались, а концентрировались в окружающей среде и поглощались всеми видами организмов. У многих крупных ор¬ганизмов в тканях накапливалось большое количество пестицидов, что влияло на их приспособляемость. В результате многие естественные враги насекомых погибали, и поэтому с насекомыми некому было бо¬роться. В отсутствие естественных врагов насекомых с вредителями можно бороться, только увеличивая коли¬чество и разнообразие пестицидов. Более того, даже те насекомые, ко¬торые ранее были безвредными, могут стать вредителями, если их численность больше не подвергается ес¬тественному контролю.
Хуже всего то, что человек продолжает совершать те же самые ошибки. Как только один инсектицид становится бесполезным, его стараются заменить другим, причем в большинстве случаев следуя той же стратегии.....