Характеристики среды обитания

На интенсивность и протекание энергетического и материального обмена влияют различные факторы. Более 30% солнечной энергии отражается верхними слоями атмосферы в космическое пространство, еще 8% — пылью, взвешенной в атмосфере. Более 10% поглощается водяным паром, озоном и другими многоатомными газами и 52% энергии достигает Земли. Из них:

· 10% составляют потери на отражение;

· интенсификация с/х производства на основе химизации и мелиорации;

Во-вторых, в отличие от смертности, рождаемость сохраняется на очень высоком уровне, так как продолжается традиционное демографическое поведение населения. Из 145 млн. детей, за год появляющихся на свет, 125 млн. рождаются в развивающихся странах (см. Приложение)

Именно такое несовпадение во времени (несинхронность) изменений в процессах рождаемости и смертности привело к возникновению небывалого до тех пор демографического взрыва в большинстве стран мира.

По прогнозам ООН, если каждая женщина родит по два ребенка, к 2300 г. на Земле будет 9 млрд. человек. Однако при отсутствии сопротивления среды и бесконтрольности этого процесса население Земли уже к концу ХХI века может возрасти до 28... 30 млрд. человек, что будет иметь катастрофические последствия (голод, деградация биосферы, массовые заболевания, разрушение человеческого сообщества).

Ученые установили, что для здорового существования на 1 человека должно приходиться 1 га нетронутой природы, т.е. на Земле должно жить не более 5 млрд. человек. По оптимистическим прогнозам (при стабилизации) численность человечества должна остановиться на 10 млрд. чел., что будет соответствовать достаточно полному удовлетворению потребностей человека и нормальному развитию общества.

Урбанизация. Этот процесс носит объективный характер. Он связан с развитием и ростом городов. Увеличивается удельный вес городского населения, сельская местность приобретает социальные и другие черты, характерные для техносферы, повышается роль городов в развитии общества.

По данным ООН в городах мира проживали или проживают в настоящее время: 1,7% населения (в 1880 г.), 50% (в 1984 г.) и 85% (в 2000 г.).

Общая площадь урбанизированной территории Земли в 1980 г.равнялась 4,69 млн. км². К 2070 г. она составит 19 млн. км², т.е. 12,8% всей или 20 % жизнепригодной территории суши (всего на Земле 148,5 млн. км² суши и 95 млн. км² из них жизнепригодной).

Концентрация производства приводит к росту техногенного воздействия как на среду, так и на человека, поэтому для урбанизированных территорий характерен высокий уровень различных видов загрязнения и наличие специфических заболеваний (от стрессов, шума, энергетического воздействия и т.п.)

Эксперты ООН прогнозируют, что и в 2015 году Токио сохранит звание крупнейшего мегаполиса мира. К этому времени численность населения в японской столице составит 36 млн. чел. Но на втором месте будет уже не Мехико. Его потеснит индийский город Мумбаи (Бомбей), в котором будет проживать 22,6 млн. чел.

На третьем месте расположится столица Индии Нью-Дели (20,9 млн. чел.). Далее Мехико (20,6 млн. чел.), Сан-Паулу (21 млн. чел.). Пекин в пятерку лидеров вообще не попадет. Видимо, к тому времени скажется китайская демографическая реформа. Однако…[2]

НТП и рост энергетических и других потребностей. Потребление материальных и энергетических ресурсов идет более высокими темпами, чем растет численность населения, т.е. происходит увеличение среднего потребления на душу населения. В первую очередь это связано с большими непроизводительными военными расходами. После второй Мировой войны на вооружение в мире уже израсходовано более 6 трлн. дол. Военная промышленность стимулирует развитие техники и рост промышленного и энергетического производства.

Во многих странах развитие энергетики достигается за счет все большего использования тепловых электрических станций ТЭС, сжигающих уголь, мазут и природный газ. Выбросы ТЭС весьма губительны для биосферы.

Каждые 12-15 лет объем промышленного производства возрастает в два раза и, соответственно, происходит удвоение выбросов в биосферу загрязняющих веществ. Загрязнение биосферы происходит также из-за массового использования двигателей внутреннего сгорания. Например, с 1960 до 1990 г. численность автомобильного парка в мире возросла со 120 до 429 млн. автомобилей.

В производство уже вовлечено 90 из 104 элементов периодического закона. В окружающей среде накопилось около 50 тыс. видов химических соединений, которые не могут быть преобразованы естественным путем в элементы круговоротов (это отходы пластмасс, пленок, изоляции и т.п.).

Интенсификация с/х производства. За год в почву вносится более 35 млн. тонн удобрений, что оказывает основное отрицательное воздействие на среду. Применение удобрений необходимо, т.к. с урожаем из почвы уносится огромное количество питательных веществ. Наиболее сильно истощают почву зерновые и картофель. Так, при мировом валовом сборе зерновых, равном ~1 млрд. т, из почвы выносится 33 млн. т азота. Негативные последствия связаны также с применением пестицидов. Мировой ассортимент насчитывает более 100 тыс. препаратов. Это:

· аракциды против клещей;

· альгициды от водорослей;

· арборициды от нежелательной древесной растительности;

· бактерициды против микробов;

· гербициды от сорных трав;

· инсектициды от насекомых;

· фунгициды от грибковых заболеваний;

· десиканты для подсушивания растений на корню и ускорения созревания.

Ежегодно на поля поступает более 4 млн. т пестицидов. Эти вещества опасны для человека — от прямого отравления пестицидами за год в мире погибает до 10 тысяч человек.

Стойкие ядохимикаты этой группы включаются в природные круговороты. С атмосферными потоками они разносятся на большие расстояния. Например, в Антарктиде в ледяном панцире накоплено более 2000 т ДДТ.

К этим причинам разрушения биосферы добавляются естественные (природные). Основной из них является эрозия почв. Из-за ветровой и водной эрозии, засоления и других причин в мире ежегодно теряется 5...7 млн. га пашен. За последнее столетие из оборота выведено ~ 2 млрд. га плодородных земель.

Экологический кризис

В системе «человек – биосфера» действуют различные факторы чрезмерной опасности, приводящие к экологическому кризису:

· использование человеком источников энергии преимущественно внутренних по отношению к биосфере (органическое топливо) и технологий, активно загрязняющих среду. Это приводит к нарушению экологических круговоротов основных и лимитирующих элементов, кризису редуцентов в виде парникового эффекта, разрушения озонового слоя и т.д.;

· значительная разомкнутость хозяйственных циклов, дисбаланс в потреблении ресурсов и их естественном восстановлении. Это приводит, во-первых, к обеднению и истощению природы и, во-вторых, к накоплению отходов, загрязняющих среду. Все это нарушает природное экологическое равновесие и негативно влияет на глобальные круговороты веществ;

· использование помимо естественных искусственно синтезируемых веществ также ведет к нарушению экологического равновесия и возрастанию токсичности окружающей среды;

· разрушение биосферы, сопровождающееся уничтожением структурного многообразия биосферы, гибелью многих организмов и целых видов, и ведущее к серьезным нарушениям экологической стабильности.

Под экологическим кризисом понимается та стадия взаимодействия между обществом и природой, когда предельно обостряются противоречия между экономикой и экологией, т.е. экономическими интересами общества и ресурсно-экологическими возможностями биосферы. Это процесс не только усиления воздействия человека на природу, но и резкого увеличения влияния природы на общественное развитие. Кризис не следует путать с экологической катастрофой. Кризис это обратимое состояние, которое характеризуется качественным преобразованием биосферы и обновлением живого вещества. В истории человечества выделяются такие кризисы как:

· изменение среды обитания, вызвавшее появление антропоидов — непосредственных предков человека;

· обеднение ресурсов, доступных примитивному человеку, что привело к возникновению простейших технологий. Например, выжиганию растительности для лучшего ее роста;

· засоление почв, деградация плодородных земель, что привело к развитию неполивного земледелия;

· антропогенные, связанные с массовым уничтожением крупных животных (кризис консументов), сокращением растительных ресурсов (кризис продуцентов), глобальным загрязнением среды (кризис редуцентов).

Продуценты — организмы, превращающие под воздействием солнечной энергии неорганические соединения в органическую пищу биосферы (высшие растения, водоросли, некоторые бактерии);

Консументы — организмы, питающиеся органическим веществом (все животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения);

Редуценты — организмы (бактерии и грибы), превращающие органические остатки биомассы в неорганические (минерализация).

Для современного этапа развития общества характерно малоэффективное использованием ресурсов. За год на 1 человека из недр извлекается более 20 т сырья. Из них только ~ 2% превращаются в полезный продукт, а 98% составляют отходы. Большая часть из них — неиспользуемые отходы, т.е. вторичные ресурсы, для которых в настоящее время отсутствуют условия использования. Из среды изымаются природные элементы, а возвращаются не свойственные ей соединения, т.е. нарушается естественное соотношение действующих химических элементов. Ежегодно 5,2 млн. чел. (из них 4 млн. детей) умирают от заболеваний, вызванных неправильным удалением сточных вод и твердых отходов. К 2025 г. объем и расходы на удаление отходов возрастут в 4...5 раз. Ежегодно образуется более 200 тыс. м³ радиоактивных отходов и отработанного ядерного топлива.

К глобальным последствиям экологического кризиса, связанным с кризисом редуцентов, относятся нарушение парникового эффекта и разрушение озонового слоя. Главную роль в тепловом состоянии Земли играет солнечная радиация. На нее приходится 99,8% и только 0,2% на земные источники. Атмосфера оказывает экранирующее воздействие на теплообмен и поэтому ее состояние существенно влияет на его интенсивность. Основная часть солнечной энергии поступает к поверхности Земли в оптическом диапазоне, а отраженная от поверхности – в инфракрасном. Если в оптическом диапазоне атмосфера «прозрачна», т.е. не поглощает излучение, то в инфракрасном она интенсивно поглощает излучение многоатомными (более трех атомов в молекуле) газами (СО₂, Н₂О, СН₄, О₃ др.) и пылью, которые находятся в атмосфере[3]. Возникает так называемый «парниковый эффект». Увеличение содержания газов ведет к тому, что отраженная энергия задерживается в атмосфере в больших количествах.. Последствием этого процесса является рост температуры атмосферы — по прогнозам через 100 лет средняя температура в Арктике достигнет 4-5°С, к 2030 г. она может повыситься на 1,5...4,5°С. Площадь льдов Арктики за последние 100 лет уменьшилась на 20%, а толщина льда уменьшилась вдвое за последние 40 лет. Исчезает шельфовый лед в Антарктиде— за 40 лет на 50 км отодвинулась граница шельфа. Особенно опасно то, что шельф как барьер сдерживает полярные льды от сползания в океан. К 2050 г. Земля может остаться без полярных льдов. Это опасно для островных стран и территорий, расположенных ниже уровня моря. Так, прогнозируемое повышение уровня моря к 2100 г. на 2 м приведет к затоплению 5 млн. км² суши, а это 30% всех урожайных земель планеты (см. Приложение).

«Парниковый эффект» заметен и на региональном уровне. Интенсивное поступление в атмосферу от антропогенных источников (ТЭС, транспорт, промышленность), указанных выше газов и пыли, создает вокруг городов зоны радиусом до 50 км с повышенными на 1...5°С температурами. Эти купола хорошо видны из космоса. Парниковый эффект проявляется в основном в приземном слое.

В 1997 г. был принят Киотский протокол, регламентирующий снижение выбросов парниковых газов СН₄, NO, диксохлорида серы, карбонов и др. (в том числе на 5% СО₂ к 2013 г.) и устанавливающий квоты на выбросы для государств.. К 2005 г. протокол ратифицировала 121 страна (из 140 участников). Для того чтобы он вступил в силу, суммарная доля выбросов ратифицировавших стран должна составить не менее 55%. Этот порог был преодолен после ратифицикации договора Россией, на долю которой приходится квота, составляющая 17% выбросов. На долю США приходится 30%. Ожидаемый эффект состоит в том, что 39 промышленно развитых стран сократят на 5,2% выбросы парниковых газов. Протокол вступил в силу 16.02.05 г.

Озоновый слой располагается на высотах от 7...8 км на полюсах и 17...18 км на экваторе до 50 км. Наибольшая плотность озона наблюдается на высотах 20...22 км. Концентрация озона здесь в 10 раз выше, чем у поверхности Земли. Толщина озонового слоя Земли измеряется в единицах Добсона (DU). 1 DU – это толщина слоя газа, равная 10 мкм при нормальном атмосферном давлении. Средняя толщина озонового слоя Земли равна 300 DU, т.е. сжатый под давлением в 1 атмосферу стратосферный озон образовал бы слой, толщиной 3 мм.

Озоновый слой поглощает ультрафиолетовое излучение, гибельное для живых организмов. Исследования озонового слоя английскими учеными показывают, что в 1957 г. он еще был стабильным, к 1979 г. произошли ощутимые изменения. В начале 80-х годов впервые отмечены озоновые дыры. Так называют обширные пространства в озоносфере с пониженным до 50% содержанием озона. Темпы расширения озоновых дыр к концу 80-х г.г. составили 4% в год. Первоначально они располагались над Антарктикой (по размеру выходят за контуры материка) и Арктикой. В 1987 г. площадь антарктической озоновой дыры была больше площади США (см. Приложение). Следствием разрушения озонового слоя явилось увеличение заболеваний раком кожи.

Разрушение слоя происходит при взаимодействии озона с вредными примесями, которые попадают в высокие слои атмосферы. Основной причиной возникновения озоновых дыр является использование в промышленности, в холодильниках, в аэрозольных упаковках хладонов— веществ, которые содержат галогены. В конце 80-х г. в среду выбрасывалось до 1 млн. тонн в год хладонов. Они содержатся и в ракетном топливе. Если учесть, что носитель выбрасывает на высотах до 50 км около 180 т соединений хлора, а одна молекула Cl разрушает до 10⁵ молекул озона, то один запуск сопровождается разрушением ~0,3% озона. Время жизни хладонов в атмосфере достигает 100 лет, поэтому без эффективной защиты к 2050 г. может разрушиться 10 % слоя.