Нарушение круговорота вещевтв человеком

Нарушение круговорота  веществ человеком

Состояние природной  среды

Природные циклы изменения  состава вещества и потоки энергии  на земной поверхности в пределах каждой из геосфер характеризуются  в своем естественном состоянии  определенными параметрами, которые  зависят от пространственной неоднородности планеты и особенностей геологической  структуры земного шара. В глобальном масштабе можно выделить следующие  параметры состояния природной  среды: энергетический, водный, биологический, биохимический.

Энергетический параметр за исторический период времени мало изменился. Энергетический баланс Земли  поддерживается стабильным поступлением солнечной энергии. Изменения касаются запаса энергии, аккумулированной в  прошлые эпохи в биомассе, почвенном  гумусе, природных ископаемых. Происходит расходование и рассеивание аккумулированных запасов, перераспределение их на земной поверхности. В настоящее время  имеются проблемы с наличием энергии, доступной для пользования.

Если водный параметр оценивать  с точки зрения запасов воды на планете, то они остались практически  без изменений. Наиболее серьезные  изменения претерпели пресные воды, главным образом, за счет деятельности человека.

Резко возросло водопотребление  пресных вод, увеличилось безвозвратное  водопотребление, заметно возросло загрязнение вод промышленно-бытовыми стоками.

Биологический параметр характеризуется  количеством биомассы, биологической  продуктивностью. За исторический период времени производство продукции  снизилось. Это произошло в результате замены высокопродуктивных экосистем  низкопродуктивными, деградации и отчуждения земель.

Биохимический параметр характеризует  запас химических элементов, биологический  и геологический круговорот веществ.

Человек, воздействуя на природные системы, оказывает влияние  на изменение емкости, направления, скорости природных процессов, циклов веществ и потоков энергии, экологически сбалансированное состояние окружающей среды путем изменения одного или нескольких параметров. Так как  все параметры природной среды  взаимосвязаны и взаимозависимы, то изменение одного из них оказывает  влияние на другие.

В настоящее время на Земле  практически не осталось экосистем, не подверженных влиянию человека. Воздействия человека на экосистемы так интенсивны, что организмы  не успевают приспособиться к ним. Природная  среда оказывает противодействие  на оказанное воздействие, которое  характеризуют следующие показатели: устойчивость, эластичность, инерция, емкость и допустимые пределы  изменения среды.

Устойчивость среды –  ее способность в некоторых пределах изменять свое состояние под воздействием внешних факторов и возвращаться в исходное состояние после прекращения  их действия.

Инерция среды – ее способность  адсорбировать без изменения  своего состояния чужеродные воздействия  внешних факторов (посторонние вещества, избыточную энергию и т.д.).

Допустимые пределы изменения  среды – минимальные и максимальные критические величины параметров состояния  среды, внутри которых она обладает устойчивостью и не разрушается.

Реакцию природной среды  на воздействие внешних факторов, включая деятельность человека, можно  охарактеризовать такими параметрами, как возмущение, загрязнение и  аномалии.

Возмущения – временные  случайные или периодически обратимые  изменения окружающей среды, не вызывающие заметных нарушений ее состояния. Исторический кумулятивный эффект накопления регулярных возмущений может привести к изменению  среды и переходу ее в иное состояние  или к аномалиям.

Загрязнения среды – накопление в окружающей среде посторонних  примесей, превышающих ее природную  способность к самоочищению.

В частном случае техногенного загрязнения природной среды  под загрязнением понимают такое  антропогенное поступление примесей в геосистему, при котором превышаются пороговые концентрации, а, следовательно, и емкость геосистемы. В еще более узком смысле загрязнение можно представить как антропогенное поступление в природную среду различных веществ, оказывающих вредное воздействие на человека или другие организмы, а также на сооружения, материалы, создаваемые и используемые человеком.  

Аномалии в среде –  локальные устойчивые количественные отклонения от фоновых значений состояния  природной среды, связанные с  местными особенностями той или  иной геосистемы, а также с влиянием хозяйственной деятельности.

Реакция природной среды  проявляется, как правило, не сразу, а спустя некоторое время после  негативного воздействия на нее  определенных факторов. Чаще всего  нарушения накапливаются, и среда  под их воздействием переходит из одного состояния в другое. Мы достаточно подробно рассмотрели такие воздействия  в предыдущем материале, совершая экскурс  в историю. Но это были, в основном, локальные нарушения. Общее же нарушение  природной среды в глобальном масштабе на протяжении тысячелетий  развивалось медленно; резкое их обострение произошло в XX веке, особенно во второй его половине. Это произошло по следующим причинам:

-бурный рост численности  населения земного шара и, соответственно, рост производства и потребления  пищи;

-увеличение объема потребления  не пищевых природных ресурсов, особенно энергетических;

-рост энергетической  вооруженности человечества;

-интенсификация производства;

-создание новых веществ  и соединений;

-прогрессирующая урбанизация.

К настоящему  времени хозяйственная деятельность человека привела к тому, что на Земле появились территории разной степени нарушенности. Увеличение числа таких территорий на планете приближает биосферу к состоянию экологического кризиса.

Нарушение круговорота  воды и опустынивание

С увеличением численности  населения и развитием производства человечество в больших масштабах  преобразовало естественный растительный покров в агроэкосистемы, городские территории, инфраструктуру. Такое вмешательство человека привело к изменению состояния экосистем, особенно сильно это сказалось на сокращении лесов и степей, которые производили первичную продукцию. В наибольшей степени пострадали лесные экосистемы. По различным оценкам, на Земле уничтожено от 30 до 50 % лесов. Наиболее интенсивно сведение лесов происходило в центрах древних цивилизаций — в Китае, Индии, на Ближнем Востоке, в Европе, а в серединеXVIII-XIX вв. — в Северной Америке. Здесь за время существования Цивилизации уничтожено от 70 до 100 % лесов.

Считается, что жизнь сначала  возникла в океане, а потом постепенно вышла на сушу. Именно по этой причине  существование живых организмов основано на «мокрой технологии»  и любой живой организм но на 90 % состоит из воды. Одним из основных процессов, контролирующих состав биосферы, является фотосинтез, за счет которого производится основная масса первичной продукции. На продуцирование органического вещества требуется огромное количество воды. Так в зависимости от вида растений и условий их роста для получения 1г органического вещества требуется от 100 до 700 и более граммов воды. По современным оценкам, биота суши производит около 600 Гт органического вещества (в пересчете на углерод), а с учетом всех компонентов это составляет около 600 Гт. Доля воды в произведенном биотой органическом веществе составляет величину порядка 500 Гт. Поступая вместе с органическим веществом в почву, в результате его разложения, вода высвобождается и вновь принимает участие в круговороте. Таким образом, биота, производя первичную продукцию, связывает около 540 Гт воды, а с учетом транспирации это количество следует сличить на 2 порядка, что составит 54 тыс. км³. Такое количество воды более чем в 5 раз превышает ее содержание в атмосфере и суммарный сток всех рек мира.

Мощность транспирации составляет 2000 ТВт, что сопоставимо с ветровой мощностью, обеспечивающей циркуляцию воздушных масс в атмосфере, и  даже превышает ее. 

Считается, что биота контролирует круговорот воды на 70 %. Поэтому, деформируя и разрушая естественные экосистемы, человек своей деятельностью оказал существенное влияние на круговорот воды. Это приводит к изменениям гидрологического режима водосборных бассейнов. Особенно заметно увеличивается поверхностный сток, вызывающий развитие эрозионных процессов и быстрый сброс воды. Влажность почвы и воздуха уменьшается на более длительное время, чем на территориях с естественными экосистемами. Это способствует снижению продуктивности нарушенных и естественных экосистем.

Кроме изменения потоков  влаги на преобразованных экосистемах % изменяются потоки твердых наносов  и химических веществ. Особенно  сильное влияние на изменение потоков воды, твердых наносов и химических веществ оказывает сельскохозяйственная деятельность человека. Так как в сельскохозяйственном производстве растения продуцируют органическое вещество не круглогодично, на крупных  площадях в течение длительного времени отсутствует растительность.

Кроме того, в больших  количествах вносятся химические вещества - Это создает локальные нарушения  баланса биогенных элементов, нарушает круговороты многих химических элементов

Изменение потоков твердых  наносов приводит к заилению малых  рек, усиливает поступление биогенных  элементов в гидрографическую сеть, что приводит к их ускоренной эвтрофикации

На круговорот воды и состояние  водных экосистем оказывает также  влияние строительство гидротехнических сооружений (спрямление русел рек, осушение и ирригация, строительство плотин и водохранилище В конечном счете нарушаются пресноводные естественные экосистемы, снижается потенциал самоочищения водных объектов, происходит обмеление малых рек. Это также отражается на количестве и качестве грунтовых вод

Следовательно, деформация и разрушение естественных экосистем  на больших территориях привели  к нарушению круговорота воды, изменению водного баланса, опустыниванию, усилению развития эрозионных процессов. Многие изменения носят необратимый  характер, а те из них, которые можно  приостановить, нуждаются в, больших  вложениях материальных ресурсов.

Нарушение круговорота  биогенных элементов

При «освоении» территорий человек уничтожает биомассу естественных экосистем. При этом гибнет в первую очередь биомасса растений. Например, при строительстве объектов биомасса растений минерализуется и на территории исчезают или гибнут консументы — от самых крупных до микроорганизмов, что приводит в первую очередь к потере биологического разнообразия. Результатом минерализации растений и других организмов является избыточное поступление в атмосферу углекислого газа, аммиака, сероводорода и других газообразных соединений, а в поверхностные и подземные воды дополнительно попадают растворимые формы азота, фосфора и других химических элементов

Если территория «осваивается»  под сельскохозяйственные угодья, то и в этом случае происходит нарушение  естественных экосистем Первоначально  для «освоения» территории, занятой  лесом, под сельскохозяйственные угодья применяли так называемую подсечно-огне-вую систему: леса выжигались и территория использовалась для возделывания сельскохозяйственных культур. При этом происходил единовременный выброс в атмосферу углекислого газа и других соединений. Однако поступление газообразных веществ в атмосферу на этом не прекратилось. Человек для получения высоких урожаев научился пахать и тем самым усилил окислительные процессы в почве. Это привело к ускоренной минерализации ранее накопленного органического вещества почвы и усиленному поступлению в атмосферу углекислого газа. Собирая для своих нужд урожай с полей, человек размыкает круговорот биогенных элементов на данной территории. Как  правило, разомкнутость круговорота на сельскохозяйственных экосистемах составляет первые десятки процентов, в то время как в естественных экосистемах сообщество организмов не допускает разомкнули круговорота более чем на сотые доли процента. Для получения высоких и устойчивых урожаев человек стремился замкнуть круговорот биогенов путем внесения химических соединений в почву.

Возделывая сельскохозяйственные культуры, человек уже давно загрязняет атмосферу парниковыми газами (углекислый газ, метан, газообразные соединения азота), а поверхностные и подземные  воды — растворимыми соединениями азота, фосфора и калия. До начала XIX в. загрязнения компенсировались естественной биотой суши и Мировым океаном. Однако с развитием научно-технического прогресса, ростом численности населения изменение и разрушение естественных экосистем прогрессировало. Кроме того, поток биогенов - значительно увеличился за счет развития индустрии. В результате биота Земли и Мировой,  океан оказались не в состоянии полностью компенсировать суммарный выброс этих веществ. Следовательно, деформация и разрушение естественных экосистем приводит к потере биоразнообразия, что усиливает разбалансированность биосферы и изменяет потоки веществ и энергии.

Потеря биологического разнообразия

Человек осваивая территории лишает жизненного пространства другие виды, что приводит к нарушению внутри и межвидового взаимодействия, сохранению экологических ниш биологических видов и популяций, нарушению организации их жизни. 

Разрушение экологической  ниши организма может привести к  изменению генетической программы  вида и способствует началу распада  генома. Это в свою очередь способствует другим нарушениям окружающей среды, вследствие чего теряется устойчивость биосферы.