В основе большого геологического круговорота лежит процесс переноса веществ, в основном минеральных соединений, из одного места в другое в масштабе планеты

Энергетическая теория экосистем позволяет включить «бесплатную» работу природы в разряд экономических ценностей и таким образом вывести экономические систе­мы на уровень экологических.

Мировая экономика в конечном счете зависит от основных природных экосистем - морских, пресноводных, наземных. По мере того как природные ресурсы истощаются, а экосистемы подвергаются стрессовым воздействиям, начинает страдать и ми­ровая экономика: товары и услуги становятся все дефицитнее, их производство все дороже, что приводит к инфляции во всем мире.

Контрольные вопросы и упражнения

1. Приведите примеры действия двух законов термодинамики в экосистемах.

2. Приведите примеры низкоэнтропийных и высокоэнтропий­ных систем; какие из них более жизнестойкие?

3. Почему природные системы могут сохранять упорядоченность?

4. В каких формах и видах существует энергия?

5. Как можно характеризовать качество энергии?

6. Дайте определение эксергии.

7. Чем отличается высококачественная энергия от низкокачест­венной?

Глава 3. Энергия в экосистемах

8. Во сколько раз рабочий потенциал ископаемого топлива больше рабочего потенциала солнечного света?

9. Как превращается энергия в пищевой цепи? Нарисуйте схему.

10. Какие трофические уровни в пищевой цепи занимают проду­центы и консументы первого, второго и третьего порядков?

11. Какие трофические уровни занимает человек?

12. Хищные рыбы в озере используют в пищу мелкую рыбу (69 ккал/м²тод), мальков (29 ккал/м²тод), другие живые организмы (38 ккал/м²год). С экскрементами выделяется 31 ккал/м²тод, на дыхание расходуется 83 ккал/м²год. Какой процент поступившей энергии используется на рыбо­продуктивность?

13. Какую закономерность отражают экологические пирамиды? Чем отличаются пирамиды энергии от пирамид чисел и биомассы?

14. Дайте определения валовой, чистой и вторичной продукции экосистем.

15. В каком виде поступают энергетические дотации в природ­ные и антропогенные экосистемы?

16. Перечислите энергетические типы экосистем.

17. Как оценивается эффективность использования энергии?

18. Какая энергия называется чистой?

19. При каких видах работ целесообразно использовать первич­ную солнечную энергию?

20. Рентабельно ли использовать электроэнергию АЭС для теп­лоснабжения жилых домов?

21. Как взаимосвязаны потоки энергии и денег? Нарисуйте схему.

22. Исходя из средней зарплаты по стране (выразите в долла­рах США), рассчитайте, сколько энергии тратится для обес­печения жизнедеятельности и деловой активности работаю­щего человека в России за год, если 1 доллар эквивалентен 25000 ккал.

Глава 3. Энергия в экосистемах

23. Исходя из средней пенсии по стране (выразите в долларах США), рассчитайте, сколько энергии тратится для поддержа­ния жизнедеятельности пенсионера в России за год.

24. Какой подход позволяет «бесплатную» работу природы оце­нить в денежных единицах?

ГЛАВА 4

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ

Глава 4. Круговорот веществ

4.1. Глобальный Солнечная энергия обеспечивает на Земле круговорот два круговорота веществ: большой, или геоло- веществ гический (абиотический) и малый, или био­логический (биотический).

■ Большой круговорот наиболее четко проявляется в циркуля­ции воздушных масс и воды.

Около 30 % падающей на Землю лучистой энергии расхо­дуется на перемещение воздуха, испарение воды, выветривание горных пород, растворение минералов и т. п. Движение воды и ветра, в свою очередь, приводит к эрозии почв и горных пород, транспорту, перераспределению, осаждению и накоп­лению механических и химических осадков на суше и в океа­не. В течение длительного времени образующиеся в море напластования могут возвращаться на поверхность суши, и про­цессы возобновляются. К этим циклам подключаются вулкани­ческая деятельность, землетрясения и движение океанических плит в земной коре.

Круговорот воды, включающий ее переход из жидкого в газообразное и твердое состояния и обратно, - один из главных компонентов абиотической циркуляции веществ. В процессе гид­рологического цикла происходят перераспределение и очистка планетарного запаса воды.

В круговороте воды суммарное испарение компенсируется выпадением осадков. Особенность круговорота в том, что из океана испаряется воды больше - примерно 3,8 геограмма в год (1 геограмм равен 10²⁰ г, или 10^м т), чем возвращается с осадками - около 3,4 геограмма в год. На суше, наоборот, осадков выпадает больше - примерно 1,0 геограмм, а суммар­но испаряется около 0,6 геограмма ежегодно. Поэтому зна­чительная часть осадков, используемых экосистемами суши, в том числе и агроэкосистемами, производящими пищу для чело-

Глава 4. Круговорот веществ

века, состоит из воды, испаряющейся из моря. Излишки воды с суши стекают в озера и реки, а оттуда снова в океан. По существующим оценкам, в пресных водоемах содержится 0,25 геограмма воды, а годовой сток составляет 0,2 геограмма. Часть пресной воды, возвращающейся в виде осадков, замерза­ет в ледниках. Таким образом, время оборота пресных вод составляет примерно один год. Разность между количеством осадков, выпадающих на сушу за год (1,0 геограмм), и стоком (0,2 геограмма) составляет 0,8 геограмма, которые испаряют­ся и поступают в подпочвенные водоносные горизонты. Поверхностный сток частично пополняет резервуары грунтовых вод и сам пополняется от них (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Круговорот воды в биосфере: годовой объем испарения и осадков указан в геограммах

С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относи­тельно сложным, так как к физическому явлению превращения

Глава 4. Круговорот веществ

воды в пар добавился процесс биологического испарения, связан­ный с жизнедеятельностью организмов, - транспирация. Соот­ношение количества воды, выделившейся в результате транспи-рации и испарения, меняется в зависимости от местных условий. В тропическом влажном лесу количество воды, испаряемой расте­ниями, более чем в два раза превышает испарение с той же площади растениями саванны, расположенной на той же широте и высоте. Растительность в целом играет значительную роль в испарении воды, влияя тем самым на климат регионов. Она является также водоохранным и водорегулирующим фактором: смягчает паводки, удерживая влагу в почвах и препятствуя их иссушению и эрозии.

Общие запасы воды на Земле оцениваются приблизительно в 1386 млн км³. Соленая вода составляет около 97,5 % от объема водной массы, на мировой океан приходится 96,5 %. Объем пресных вод, по разным оценкам, составляет 35 - 37 млн км³, или 2,5 - 2,7 % от общих запасов воды на Земле. Большая часть пресных вод (68 - 70 %) сосредоточена в ледниках и снежном покрове.

Энергетика гидрологического цикла представлена в виде двух энергетических путей. Движение вверх (испарение) осуще­ствляется за счет солнечной энергии, часть которой вода погло­щает. При выпадении осадков она отдает энергию озерам, ре­кам, заболоченным землям, другим экосистемам и непосредст­венно человеку, например на ГЭС (рис. 4.2).

Около трети поступающей солнечной энергии затрачивается на движение воды. Это еще один пример «безвозмездной услуги», которую оказывает людям Солнце.

Деятельность человека оказывает огромное влияние на

глобальный круговорот воды. В результате покрытия земной поверхности непроницаемыми материалами, строительства оросительных систем, уплотнения пахотных земель, уничтожения лесов и т. п. сток воды в океан увеличивается и пополнение фонда грунтовых вод сокращается.

Рис. 4.2. Энергетика гидрологического цикла (по Ю. Одуму, 1986)

Во многих сухих областях резервуары подземных вод выкачиваются человеком быстрее, чем заполняются. В засушливых районах США (западная часть Оклахомы, Техас, Канзас), например, подземные горизонты наполнены водой, накопившейся в более влажные геологические периоды, и теперь количество ее не увеличивается. Вода здесь - невозобновляемый ресурс, подобно нефти, и основные ее источники будут исчерпаны через 30 - 40 лет.

Рост объема поверхностного стока, в свою очередь, увеличивает риск наводнений и усиливает эрозию почв.

В России для водоснабжения и орошения земель разведано 3367 месторождений подземных вод, эксплуатационные запасы которых составляют 28,5 км3/год. Степень освоения этих запасов

135
Глава 4. Круговорот веществ

на 1996 г. составляет в РФ не более 33 %, а в эксплуатации находится около 1600 месторождений. Но в результате интенсивного водозабора в эксплуатируемых скважинах в уровен-ной поверхности подземных вод сформировались депрессивные воронки площадью 50 000 км², а снижение уровня в центре воронки - 80 - 130 м (Москва, Брянск, Санкт-Петербург, Курск).

■Малый круговорот. На базе большого геологического круговорота возникает круговорот органических веществ, или малый, биологический (биотический) круговорот. В 1927 г. со­ветский ученый В. Р. Вильямс писал: «Из большого, абиотическо­го, круговорота веществ на земном шаре вырывается ряд элемен­тов, которые, постоянно увлекаемые в новый, малый, по сравне­нию с большим, биологический круговорот, надолго, если не навсегда, вырываются из большого круговорота и вращаются непрерывно расширяющейся спиралью в одномнаправлении в малом, биологическом, круговороте».

Дата добавления: 2014-11-18