Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение

превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование

озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно

защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для

живых организмов.

Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода,

имеющегося на нашей планете. Главные .запасы кислорода сосредоточены в

карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода

растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное

равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его

потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность,

что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере

могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя,

которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с

деятельностью человека.

Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в

реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также

водород, соединяясь с которым кислород образует воду.

Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для

образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу

замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в

состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах

круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе,

который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты.

Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в

воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят

от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время

исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого

газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые

связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и

нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако

основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот

азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота,

образующегося под действием электрических разрядов во время гроз. Однако

основная часть азота поступает в воду и почву в результате его

биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых

водорослей (к счастью, весьма многочисленных), которые способны фиксировать

азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению

органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность

усваивать необходимый азот.

Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то что

круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило,

происходит быстрее.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах, но

наличие большого количества загрязнителей в атмосфере может привести к

серьезным нарушениям этих циклов.

Загрязнение атмосферы. Различные негативные изменения атмосферы Земли

связаны главным образом с изменением концентрации второстепенных

компонентов атмосферного воздуха.

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и

антропогенный . Естественный источник - это вулканы, пыльные бури,

выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся

предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные

машиностроительные предприятия .

Помимо газообразных загрязняющих веществ, в атмосферу поступает большое

количество твердых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность таит

загрязнение природной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть,

медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными

компонентами воздуха промышленных центров. Особенно остро стоит проблема

загрязнения воздуха свинцом.

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии

природных экосистем, особенно на зеленом покрове нашей планеты. Одним из

самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса их самочувствие.

Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами

азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. Установлено, что хвойные

породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чем

широколиственные.

Только на территории нашей страны общая площадь лесов, пораженных

промышленными выбросами, достигла 1 млн га. Значительным фактором

деградации лесов в последние годы является загрязнение окружающей среды

радионуклидами. Так, в результате аварии на Чернобыльской АЭС поражено 2,1

млн га лесных массивов .

Особенно сильно страдают зеленые насаждения в промышленных городах,

атмосфера которых содержит большое количество загрязняющих веществ.

Воздушная экологическая проблема истощения озонового слоя, в том числе

появление озоновых дыр над Антарктидой и Арктикой, связана с чрезмерным

применением фреонов в производстве и быту.

2.2 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ.

Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных,

микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он

находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с

другими ее частями.

В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:

- минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух;

- детрит - отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности

растений и животных;

- множество живых организмов - от детритофагов до редуцентов, разлагающих

детрит до гумуса.

Таким образом, почва - биокосная система, основанная на динамическом

взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и

почвенными организмами.

В своем развитии и формировании почвы проходят несколько этапов. Молодые

почвы являются обычно результатом выветривания материнских горных пород или

переноса отложения осадков (например, аллювия). На этих субстратах

поселяются микроорганизмы, пионерные растения - лишайники, мхи, травы,

мелкие животные. Постепенно внедряются другие виды растений и животных,

состав биоценоза усложняется, между минеральным субстратом и живыми

организмами возникает целая серия взаимосвязей. В результате формируется

зрелая почва, свойства которой зависят от исходной материнской породы и

климата.

Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие,

соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает

состояние климакса. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе

ее формирования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.

Каждому типу почв соответствуют определенные типы растительных сообществ.

Так, сосновые боры, как правило, растут на легких песчаных почвах, а еловые

леса предпочитают более тяжелые и богатые питательными веществами

суглинистые почвы.

Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные

сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем состоянии,

необходимо знать природу обменных процессов всех ее составляющих.

Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и

животных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса.

Количество гумуса определяет плодородие почвы.

В почве обитает великое множество различных живых организмов -

эдафобионтов, формирующих сложную пищевую детритную сеть: бактерии,

микрогрибы, водоросли, простейшие, моллюски, членистоногие и их личинки,

дождевые черви и многие другие. Все эти организмы играют огромную роль в

формировании почвы и изменении ее физико-химических характеристик.

Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества, но после

смерти растительных организмов изъятые элементы возвращаются в почву.

Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки.

Таким образом, в естественных условиях происходит постоянный круговорот

веществ в почве.

В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен, так как человек

изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя ее для

своих нужд. Из-за неучастия этой части продукции в круговороте почва

становится бесплодной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в

искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные

удобрения.

Загрязнение почв. В нормальных естественных условиях все процессы,

происходящие в почве, находятся в равновесии. Но нередко в нарушении

равновесного состояния почвы повинен человек. В результате развития

хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение

состава почвы и даже ее уничтожение. В настоящее время на каждого жителя

нашей планеты приходится менее одного гектара пахотной земли. И эти

незначительные площади продолжают сокращаться из-за неумелой хозяйственной

деятельности человека.

Громадные площади плодородных земель погибают при горнопромышленных

работах, при строительстве предприятий и городов. Уничтожение лесов и

естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без

соблюдения правил агротехники приводит к возникновению эрозии почвы -

разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Эрозия в настоящее

время стала всемирным злом. Подсчитано, что только за последнее столетие в

результате водной и ветровой эрозий на планете потеряно 2 млрд га

плодородных земель активного сельскохозяйственного пользования.

Одним из последствий усиления производственной деятельности человека

является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных

загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные

элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском

хозяйстве.

К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и ее соединения. Ртуть

поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных

предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные ее соединения.

Еще более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом.

Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами

выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве

добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником

свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных

автострад.

Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены

железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами.

Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.

Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в

результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и

твердых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских

учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии.

Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы

животных и человека, накапливаются в них.

Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное

сельское хозяйство, широко использующее удобрения и различные химические

вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В

настоящее время количество веществ, вовлекаемых в круговорот в процессе

сельскохозяйственной деятельности, примерно такое же, что и в процессе

промышленного производства. При этом с каждым годом производство и

применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве возрастает.

Неумелое и бесконтрольное использование их приводит к нарушению круговорота

веществ в биосфере.

Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые

в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных

отложениях водоемов. Но самое главное - они включаются в экологические

пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в

конечном итоге попадают с пищей в организм человека.

2.3 ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД .

Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете.

Вода- основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода .в

главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Вода присутствует во всей

биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых

существах. Последние содержат до 80-90% воды в своей биомассе. Потери 10-

20% воды живыми организмами приводят к их гибели.

В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней

растворены различные газы и соли, находятся взвешенные твердые частички. В

1 л пресной воды может содержаться до 1 г солей.

Большая часть воды сосредоточена в морях и океанах. На пресные воды

приходится всего 2% . Большая часть пресных вод (85% ) сосредоточена во

льдах полярных зон и ледников. Возобновление пресных вод происходит в

результате круговорота воды.

С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так

как к простому явлению физического испарения (превращения воды в пар)

добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых

организмов. К тому же роль человека по мере его развития становится все

более значительной в этом круговороте.

Круговорот воды в биосфере происходит следующим образом. Вода выпадает на

поверхность Земли в виде осадков, образующихся из водяного пара атмосферы.

Определенная часть выпавших осадков испаряется прямо с поверхности,

возвращаясь в атмосферу водяным паром. Другая часть проникает в почву,

всасывается корнями растений и затем, пройдя через растения, испаряется в

процессе транспирации. Третья часть просачивается в глубокие слои подпочвы

до водоупорных горизонтов, пополняя подземные воды. Четвертая часть в виде

поверхностного, речного и подземного стока стекает в водоемы, откуда также

испаряется в атмосферу. Наконец, часть используется животными и

потребляется человеком для своих нужд. Вся испарившаяся и вернувшаяся в

атмосферу вода конденсируется и вновь выпадает в качестве осадков.

Таким образом, один из основных путей круговорота воды - транспирация, то

есть биологическое испарение, осуществляется растениями, поддерживая их

жизнедеятельность. Количество воды, выделяющееся в результате транспирации,

зависит от вида растений, типа растительных сообществ, их биомассы,

климатических факторов, времени года и других условий.

Интенсивность транспирации и масса испаряющейся при этом воды могут

достигать весьма значительных величин. У таких сообществ, как леса

(с большой фитомассой и листовой поверхностью) или болота

(с водонасыщенной моховой поверхностью) транспирация в целом

вполне сравнима с испарением открытых водоемов (океана) и нередко даже

превышает его. В среднем для растительных сообществ умеренного климата

транспирация составляет от 2000 до 6000 м воды в год.

Величина суммарного испарения (с почвы, с поверхности растений и через

транспирацию) зависит от физиологических особенностей растений и их

биомассы, поэтому служит косвенным показателем жизнедеятельности и

продуктивности сообществ. Растительность в целом выполняет роль

грандиозного испарителя, существенно влияя при этом на климат территории.

Растительный покров ландшафтов, особенно леса и болота, имеет также

огромное водо-охранное и водорегулирующее значение, смягчая перепады стока

(паводки), способствуя удержанию влаги, препятствуя иссушению и эрозии

почв.

Загрязнение природных вод. Под загрязнением водоемов понимается снижение их

биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них

вредных веществ.

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть

может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах

залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой

деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и

использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть,

свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы,

ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки

животноводческих ферм. Небольшую опасность для водной среды из металлов

представляют ртуть, свинец и их соединения .

Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение

ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вредными

соединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого

внесения ядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями,

поступления в водоемы воды, стекающей с поверхности обработанных

сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов предприятий-

производителей, а также в результате потерь при транспортировке, хранении и

частично с атмосферными осадками.

Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное

количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля.

Кроме того, большие количества органических соединений азота и фосфора

попадают со стоками от животноводческих ферм, а также с канализационными

стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почве приводит к

нарушению биологического равновесия в водоеме.

Вначале в таком водоеме резко увеличивается количество микроскопических

водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количество ракообразных,

рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромного

количества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода,

содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме

меняется настолько, что он становится непригодным для существования любых

форм организмов. Водоем постепенно “умирает” .

Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение.

Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают подогретую воду в

водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. С повышением

температуры в водоеме уменьшается количество кислорода, увеличивается

токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое

равновесие.

В загрязненной воде с повышением температуры начинают бурно размножаться

болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в питьевую воду, они могут

вызвать вспышки различных заболеваний.

В ряде регионов важным источником пресной воды являлись подземные воды.

Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате

хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также

подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнение настолько велико, что

вода из них стала непригодной для питья.

Человечество потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды.

Основными ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство.

Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная,

химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит

до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель

пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 60-80% всей пресной

воды.

Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только

территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие

регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В

настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20%

городского и 75% сельского населения планеты.

Вмешательство человека в природные процессы затронуло даже крупные реки

(такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону уменьшения объемы

переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода

по большей части расходуется на испарение и образование растительной

биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее

обжитых районах страны сток рек сократился на 8% , а у таких рек, как Дон,

Терек, Урал - на 11-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути,

прекратившего существование из-за чрезмерного забора вод рек Сырдарьи и

Амударьи на орошение.

Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их

загрязнения. Главную опасность представляют сточные воды (промышленные,

сельскохозяйственные и бытовые), поскольку значительная часть

использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод.

2.4 РАДИАЦИЯ В БИОСФЕРЕ.

Радиационные загрязнения имеют существенное отличие от других.

Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов,

испускающие заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные

излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человеку

разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том

числе и лучевая.

В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и человек,

как и все живые организмы, всегда подвергался естественному облучению.

Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и

радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее

облучение создается радиоактивными элементами, попадающими в организм

человека с воздухом, водой и пищей.

Для количественной характеристики воздействия излучения на человека

Страницы: 1, 2, 3, 4