Біосфера і колообіг речовин: закономірності, котрі порушує людина

Чудовою особливістю природних екосистем є повторне вико­ристання біогенних речовин. Хоча в біогеохімічних циклах де­які з таких елементів і втрачаються, надходячи в депо, і стають недоступними для рослин, у природних екосистемах масштаб цих процесів незначний.

Біосфера має потужну буферну дію щодо багатьох зовнішніх впливів. Це забезпечує загальну стійкість та створює сприятливі стабільні умови існування організмів. У межах біосфери пом'як­шується дія вітру, посушливість повітря та ґрунту, підтримуєть­ся певне співвідношення між концентрацією кисню та вуглеки­слого газу в атмосфері, звужується амплітуда коливань темпера­тури. Але всі ці якості біосфери не можуть протистояти нерозу­мним діям людини і різко падають при антропогенних впливах. Так, посухи порівняно безпечні для природних екосистем, але вони завдають відчутних збитків агроекосистемам. Зберегти ґрунтово-кліматичні умови великих регіонів планети та забезпе­чити їх стійкість можна тільки за наявності в цих регіонах до­сить великих за площами природних біомів.

Для стійкості біогеохімічних циклів велике значення мають депо біогенних хімічних речовин в ґрунті. Ґрунт - це особливе за своїми властивостями природне тіло. У біосфері ґрунт вико­нує безліч специфічних функцій. Він забезпечує рослини всіма необхідними поживними речовинами, утримує в собі велику кі­лькість вологи, перешкоджає її швидкому стоку до рік. У сільсь­кому господарстві ґрунт є компонентом виробництва.

Грунти в різних біомах та різних природних зонах досить сильно різняться між собою. У помірних широтах властивості ґрунтів такі, що сприяють утриманню гумусом катіонів та аніо­нів біогенних елементів, їх вивільнення відбувається поступово, і це забезпечує збереження родючості ґрунту на довгий час, а також створення біологічної продукції. У противагу цьому в тропіках, завдяки високій температурі та вологості, мінералізація йде досить швидко. Видужування ґрунтів та вимивання з них іонів мінеральних речовин проходять досить активно. Тому агроекосистеми тропічних широт порівняно з екосистемами помір­них зон більш вразливі та швидше деградують. Цей процес тут часто завершується запустелюванням та виключенням терито­рій із сільськогосподарського використання.

Важливими учасниками біогеохімічних циклів є ґрунтові мікроорганізми. Ґрунт одночасно служить депо для багатьох речовин, за рахунок якого гасяться флуктуації, що виникають при переході речовин з однієї ланки біогеохімічного циклу до іншої. Особливо важливий з цього погляду гумус ґрунту. У ньо­му продукти розкладу органічних речовин утримуються трива­лий час. Наприклад, у дерново-підзолистому ґрунті обсяг мож­ливих нових включень органічної речовини складає 300 кг/га, у чорноземах - 160 кг/га.

Чимало речовин, що надходять до ґрунту, можуть утримува­тися вньому за рахунок адсорбції та інших фізико-хімічних процесів. Ємність ґрунтів за рахунок такого типу поглинання сягає 225 кг/га на рік.

За останні сто років, особливо в останні десятиріччя XX ст., антропо­генна діяльність призвела до значних порушень колообігу речовин у біосфері, роз­витку глобальної екологічної кризи. Саме діяльність людини значно прискорила про­цеси вивітрювання гірських порід, зумовила накопичення в атмосфері такої кількості газів, яка призвела до розвитку негативних кліматичних змін (парниковий ефект), появи озонових дір та кислотних дощів, деградації грунтів через надмірне накопи­чення в них токсичних хімічних сполук. Внаслідок збільшення в природних водах, повітрі й грунтах концентрації важких металів, нафтопродуктів, пестицидів деграду­ють й гинуть екосистеми, уповільнюються процеси колообігу речовин у біологічному циклі, частішають спалахи "цвітіння" вод внаслідок масового розмноження мікро­скопічних водоростей не тільки ставків, водосховищ, а й Світового океану, що силь­но пригнічує розвиток консументів і призводить до порушень функціонування еко­систем. Людина продукує також у величезних кількостях речовини, які не можуть бути залучені до біологічного колообігу (пластмаси, поліетилен тощо), оскільки не розкладаються редуцентами.

Накопичення в атмосфері вуглекислого газу, спричинене людською діяльністю, може призвести у найближчий час до потепління, танення льодовиків і підйому рівня води в океанах більш ніж на 100 м.

Антропогенне природокористування вносить у біогеохімічні цикли чимало перешкод. Так, поширеність процесів спалювання палива, у т.ч. і для потреб сільськогосподарського виробництва призводить до надходження в атмосферу близько 20 млрд. тонн вуглекислого газу та 700 млн. тонн інших газів і твердих часток. Саме вирубування лісів призводило тільки на території СРСР до винесення з екосистем лісу до 1,2-5 тисяч тонн фосфору, 6-20 тисяч тонн азоту та 1,2-6 тисяч тонн кремнію (Глазовський, 1976). Перенесені в урбанізовані райони або в агроекосистеми, ці речо­вини виявляються або повністю, або тимчасово виключеними з природного кругообігу. Ці процеси, по суті, ведуть до появи ново­го техногенного типу кругообігу хімічних елементів.

В.Данилов-Данильян та ін. так визначають значення і стійкість біосфери:

• біосфера слугує не просто джерелом ресурсів для людини, а й приймачем відходів її виробництва та життєдіяльності; це значно складніша система, фундамент життя, в якій біота сама забезпечує стабільність навколишнього сере­довища;

• біосфера має граничну господарську ємність, перевищення якої порушує стій­кість біоти і довкілля;

• у межах господарської ємності біосфера і екосистеми функціонують згідно з принципом Ле Шательє, швидко відновлюють усі порушення рівноваги у довкіллі, за­лишаючи його стійким; здатність відновлення в абсолютних величинах, як і межа господарської ємності, змінюються від ландшафту до ландшафту залежно від продуктивності біоти: в пустелях вона найменша, в лісах — найбільша;

• перевищення господарської ємності зумовлює недотримання принципу Ле Ша­тельє біотою, порушення біологічного колообігу речовин, деградацію екосистем, забруднення довкілля;

• забруднення і руйнування навколишнього середовища призводить до транс­формації екологічних ніш і загибелі багатьох видів організмів;

• головне завдання людини — збереження і відновлення природних угруповань організмів у таких масштабах, які забезпечать господарську ємність біосфери в цілому;

• межу росту людства зумовлює господарська ємність біосфери, верхнім порогом якої є переведення в антропогенний канал понад 1 % чистої первинної продукції біоти (фотосинтезу); перевищення цього порогу призведе до глобальної еколо­гічної катастрофи і розпаду генома людини і, як наслідок, зникнення її як виду.

Узагальнюючи закономірності структури і функціонування біосфери, В. Коммонер (1974) сформулював чотири афоризми: «Усе пов'язане, з усім», «Ніщо не дається даром», «Усе треба кудись подіти» і «Природа знає краще». В.М, Миркин і Л.Г.Наумова (1999), популяризуючи принципи, що лежать в основі цих афоризмів, запропонували називати їх законами Коммонера. Справді, афоризми В. Коммонера мають глибокий екологічний зміст.

Перший закон «Усе пов'язане з усім» відбиває наявність у біосфері складної мережі взаємних прямих і зворотних зв'язків, багато з яких поки залишаються невивченими. Він наче застері­гає від необдуманих втручання в біосферу, коли вплив на той чи інший її компонент може викликати цілу серію непередбачува-них і незапланованих наслідків. Другий закон «Усе має кудись подітися» підкреслює непо­рушність і для біосферних процесів закону збереження матерії. Споживаючи природні ресурси, людина завжди повинна усвідом­лювати, що одержувані при цьому відходи, як і сам ресурс після його «споживання», залишаються в біосфері й обов'язково будуть впливати на біогеохімічні цикли.

Третій закон «Природа знає краще» стверджує, що структу­ра біосфери, яка спостерігається нами, і біогеохімічні цикли, що реалізуються в ній, є продуктом еволюційного розвитку впродовж багатьох мільйонів років, у результаті якого відповідно до прин­ципу оптимальності були відібрані найкращі рішення і варіан­ти. Цей закон орієнтує екологів на всебічне вивчення біосфер­них структур і процесів, на дбайливе ставлення до них у процесі будь-якого виду діяльності.

Четвертий закон «Ніщо не дається даром» орієнтує еколо­гів на розуміння «бюджету» біосфери, в якому енергетичні пото­ки відіграють роль універсальної валюти. Стверджується, що будь-яка біосферна структура розвивається тільки за рахунок енерге­тичних і інформаційних ресурсів, і тому споживання невіднов­них джерел енергії обмежене їх фактичним запасом і не може бути нескінченним.

Висновки

Великий і малий колообіги речовин (насамперед води, карбону, нітрогену, азоту, фосфору, сульфуру, калію, магнію, кальцію) — життєво важливі процеси біосфери, мільйони років не порушувалися, доки діяльність людини не набула сили планетар­ного характеру.

Антропогенна деструкція біосфери спричинена неконтрольованим популяцій­ним вибухом, надзвичайно швидкими темпами зростання населення, тягне за собою перевиснаження природних ресурсів, перевиробництво і, нарешті, перезабруднення довкілля. За прогнозами фахівців, якщо людина не почне сама регулювати зростання своєї популяції і обмежувати хижацьке споживання природних ресурсів, природа, згідно із законами регулювання, ліквідує цей чинник збурення в біосфері. Таким чином, ми бачимо, до чого може прихвести порушення природних законів колообігу речовин у біосфері.

За теорією І.Пригожина система суспільство — природа, досягнувши точки бі­фуркації (наша цивілізація її практично досягла), повинна буде перебудуватися. Од­нак розпад старої системи зовсім не означає, що в системі настане хаос. Біфуркація послугує стимулом до розвитку біосфери новим, невідомим шляхом. Безперечно, біо­сфера продовжить свій розвиток, але людині з такою філософією життя, як сьогодні, в ній місце навряд чи знайдеться.

Дата добавления: 2015-05-24