Экологические системы (стр. 6 )

Но для того чтобы развести кофейные плантации или потом каучуковые, потребовалось колоссальное уничтожение сельвы, а сельва и так сильно пострадала во время первоначального заселения ее индейцами. Они создали сельву, описание которой можно прочесть во многих книгах, тот тропический лес Амазонки и Юкатана, где нельзя жить из-за обилия вредных насекомых и невероятно тяжелого климата. Там ужасно плохо: жара с влажностью, змеи, пауки – птицееды, от укуса которых можно спастись, если только сразу вырезать место укуса, настолько они ядовиты, - ведь это тоже результат человеческой деятельности, только более древней. Вся эта страшная сельва выросла на переотложенных почвах, после того как индейцы, впервые пришедшие сюда, очевидно, с североамериканского континента, ее засеяли, разоряя самым варварским способом, - окоряли деревья, потом ждали, когда они подсохнут, и выжигали; сажали маис, два – три года собирали урожаи.

Потом, когда тропические ливни смывали гумус, уходили на следующий участок, а на месте первоначальной флоры, которой мы даже не знаем, какая она была, вырастали эти грандиозные лопухи в виде современных тропических деревьев. Но среди них были каучуконосы. Для того, чтобы собирать каучук, потребовались огромные силы и средства, потому что каучук нашел себе применение в автомобильной и в целом ряде других промышленностей. Для того чтобы обеспечить безопасность этого сбора, истреблялись целые племена индейцев, которые и к этой тяжелой сельве приспособились. Убивая их, высасывали соки из каучуковых деревьев, строили на этом месте дворцы, оперные театры там, в бассейне Амазонки. Денег плантаторам девать было некуда, до тех пор пока семена каучука не были привезены в Африку и он перестал быть их монополией. И на месте каучуковых плантаций оставалась еще худшая “зеленая пустыня”.

Но самое глобальное изменение биоценоза целого материка, причем всего за 200 лет, проделали со своей новой родиной – Австралией – английские переселенцы.

Европейские мореплаватели достигли берегов Австралии в начале XVII в. Но настоящая колонизация материка европейцами началась только в конце XVIII в., причем поначалу осваивались юго – восточные и южные прибрежные части, лучшие по климатическим условиям, богатые дичью и рыбой. Австралийские аборигены, проживавшие именно на этих плодородных землях, по своему развитию находились на уровне каменного века, вели жизнь охотников и собирателей. Но появились первые переселенцы – отбросы общества – около 1000 преступников, осужденных английским правосудием, и их конвоиры. “Цивилизованные” европейцы тут же начали превращать местное население в рабов, заставляя их работать на их фермах. Дальше – хуже. Нарушив привезенными с собой кроликами, овцами, лисами биоценоз Австралии, они поставили аборигенов на грань голодной смерти. Объясню почему. В силу того, что Австралия была очень давно изолирована от остальных материков, на ней образовался свой, единственный в мире и неповторимый биоценоз, причем большая часть видов, его составлявшая, была травоядна. Основным занятием австралийских аборигенов была охота, т. к. на простом собирании долго не протянешь. Основным объектом охоты являлись травоядные, а т. к. травяной покров начали уничтожать овцы и кролики, то многие австралийские виды просто вымерли или были поставлены на грань вымирания. Аборигены попытались охотиться на овец. Это послужило предлогом для массового уничтожения коренных жителей. А дальше с аборигенами Австралии произошло то же, что с индейцами Северной Америки. На них устраивали облавы, травили ядами, загоняли в пустыни, где они умирали от голода и недостатка воды. Остатки аборигенов были загнаны в резервации в западных и северных районах страны, менее всего пригодных для жизни.

Теперь слово о кроликах. Кролики – это не только пушистый мех, но еще и армия, способная в особых условиях завоевать целый континент. А началось все с пяти кроликов привезенных в Австралию первой группой переселенцев в конце XVIII века. Вряд ли тогда кто-нибудь думал, что потомство этих безобидных пушистых зверьков со временем заполонит весь континент.

Поголовье кроликов росло как лавина. От окрестностей Мельбурна они постепенно продвигались вглубь материка. Они переправились даже через Муррей – самую крупную австралийскую реку (хотя ее годовой расход воды лишь 1/7 от расхода Дуная). Наивные фермеры торопливо начали возводить изгороди из колючей проволоки, которые тянулись через всю Австралию. Но кроличью армию уже ничего не могло остановить. Она добралась в конце XIX в. даже до западной Австралии, которая отделена от восточных штатов громадной пустыней, протянувшейся на 1000, а местами и на 2000 км.

В то время когда в Австралии было всего 500 переселенцев, кроликов, которым природа Австралии никого не смогла противопоставить, развелось до 500 тыс., а когда численность населения достигла 7 млн., на этих землях обитал уже 1 млрд. кроликов.

Боролись с кроликами как могли. Проволочные заграждения (2 линии) не помогли – зверьки ухитрялись прокапывать лазы под изгородями. Стали применять ядохимикаты, завезли из Европы лис. И тут случилось “непредвиденное”: убежища кроликов были в зарослях колючего кустарника, куда лисы не отважились забираться и, соответственно, стали охотиться на местные виды, сильно сократив популяции последних. Против кроликов применялось даже бактериологическое оружие. Поголовье кроликов было уничтожено на 90%. В 1949 г. их осталось полмиллиарда. Но у тех зверьков, которые выжили, и у их потомства обнаружился устойчивый иммунитет. С 1950 г. начался новый этап бактериологической войны с кроликами и природой Австралии (ведь гибли не только кролики, но и местные виды). Уничтожили еще полмиллиарда, но опять не всех – уцелело 50 млн. Проблема не решена полностью и по сей день.

Подведем итог. В результате колонизации Австралии биоценоз континента полностью разрушен кроликами, овцами, лисами, ядохимикатами, бактериологическим оружием; многие виды неповторимой флоры и фауны Австралии погибли или на грани полного вымирания; аборигены полностью уничтожены или выселены со своих исконных земель в резервации; леса вырублены или погибли (от кроликов, объедавших кору на деревьях); плодородные некогда почвы ныне истощены или изрезаны оврагами (опять кролики постарались, вырывая свои норки); зато ежегодно из Австралии вывозят около 7 млн. шкурок.

“Колонизация” Северной Америки

В свое время в Европе сложилась теория прогресса, согласно которой природа имеет безграничные возможности, а наше дело их использовать. Было громко объявлено, что “человек – царь природы”, и он стал брать с нее дань спокойно и планомерно. Особенно преуспели в этом наиболее энергичные европейцы, переехавшие на жительство в Америку. Американские колонисты стали обрабатывать холмы – тогда еще не песчаные, как теперь, а поросшие субтропическим, очень красивым лесом: холмы Виржинии, Каролины – вплоть до Миссисипи, до Луизианы. Эта местность теперь называется Диксиленд, а была кусочком рая на земле. Климат там жаркий, но холодное течение, которое определяет Гольфстрим от Америки, смягчает зональное воздействие Солнца. Ведь это очень южные места (Нью-Йорк там – северный город, а в России на его широте лежит Батуми!). А поскольку там такой жары, как в Батуми, нет, поэтому там росли великолепные леса, полные дичи. Там индейки водились дикими; потом их приручили и развели в Старом Свете. Там были олени. Там можно было жить небольшой легкой охотой, не испытывая боязни, что может возникнуть голод. Индейцы, которые там существовали и которые применились к местным условиям, разводили маис, который тоже вполне обеспечивал их существование. Но когда туда пришли европейцы, то они увидели, что на этих богатых землях, если свести лес, можно сажать хлопок. А хлопок – это белое серебро – потом везли в Англию, там вырабатывали хлопчатобумажные ткани, которые развозили по всему миру. Это было легкое средство обогащения.

Для того, чтобы разводить хлопковые плантации, потребовались рабочие. Рабочих сначала брали в Англии из числа бедных. Законы против бедных в Англии действовали. Бедность считали преступлением. Нормальный человек обеднеть не может, с чего он обеднеет, если у него участок земли, он всегда прокормится, а если у него нет, значит он его пропил, и тогда, пожалуйста, на плантации. Были белые рабы, но это недолго продолжалось, потому что англичане были достаточно энергичными и предпочитали уехать в Америку, чтобы их не увозили в кандалах. И тогда началась работорговля черными. Стали ловить несчастных негров, привозить их туда и заставлять работать до упаду.

7.2.  Параметры состояния 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.

7.3 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.

7.4  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.

7.5 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.

Согласно палеонтологическим исследованиям, исчезнувшие виды никогда не появляются вновь, и генетические потери невосполнимы Последствия этих потерь для биосферы, биоты и человека нам пока не известны, так как прогноз их весьма затруднен.

В настоящее время даются самые разные оценки темпов исчезно­вения видов. Довольно широко распространена точка зрения, соглас­но которой в естественных условиях один вид исчезает раз в 2000 лет. В последние 300 лет один вид исчезал за 10 лет, а в настоящее время — ежедневно.

Характеризовать процесс исчезновения видов довольно сложно, так как до настоящего времени нет точной оценки количества видов, существующих на нашей планете. Научно описано около 1,5 млн видов, но по существующим оценкам число видов значительно больше — от 5 до 30 млн.

Согласно теории биологической регуляции среды каждый вид в ес­тественных условиях выполняет определенные функции по регулиро­ванию и стабилизации окружающей среды. Исчезновение любого из видов снижает корреляцию сообществ организмов и, как следствие, порог перехода системы к неустойчивому состоянию. Поэтому сохра­нение биологического разнообразия связано с охраной естественных скоррелированных сообществ организмов в таких объемах, которые обеспечивают регулирование и устойчивость окружающей среды.

7.6 Изменение потоков энергии в биосфере

Все живые организмы на Земле, кроме хемосинтезирующих, для ero существования используют энергию Солнца. За счет солнечной энергии продуценты синтезируют органическое вещество, которые потом перерабатывается консументами. Человек относится к консументам, так как для своего существования получает энергию Солнца в виде продуктов фотосинтеза или использует другие организмы, потребляющие энергию из первичной продукции

В биосфере сложилось четкое и устойчивое распределение органического вещества, создаваемого продуцентами, между организмами различных размеров. Основное количество первичной продукции потребляют организмы размером менее 0,1 см. Это главным образом микроорганизмы. Значительно меньшую часть первичной продукции потребляют организмы размером от 0,1 до 1 см. В основном это мелкие животные и насекомые. Около 1 % фотосинтетической продукции потребляют круп­ные животные, к которым относится и человек (, 1990)

Такое распределение продукции установилось примерно за 4 млрд. лет. При этом более 3 млрд. лет всю фотосинтетическую продукцию перерабатывали микроорганизмы. И только в последние 700-800 млн. лет с появлением многоклеточных организмов произошло постепен­ное перераспределение потребления первичной продукции и энергии (в количестве около 10 %) в пользу мелких и крупных организмов

Человек до конца XIX в. потреблял первичную продукцию в коли­чествах, установленных для крупных животных. Постепенно он начал перераспределять первичную продукцию в свою пользу за счет охоты, увеличения площадей сельскохозяйственных земель и сведения лесов.

После того как человек научился использовать энергию ископаемого топлива, изъятие первичной продукции шло возрастающими темпами. Так, за последние 100 лет человеку потребовалось фото­синтетической продукции в несколько раз больше, чем естественным путем использовали крупные животные за сотни миллионов лет.

С учетом потребления древесины прямое использование первич­ной фотосинтетической продукции, производимой в течение года, составляет около 4 %. Кроме прямого потребления, человек умень­шает производство фотосинтетической продукции косвенным путем за счет расширения сельскохозяйственных угодий, на которых производство фотомассы значительно ниже, чем в естественных экосис­темах, увеличения территорий, занятых жилыми и промышленными объектами, инфраструктурой, в результате опустынивания террито­рий, а также за счет продукции, потребляемой животными и насеко­мыми, сопровождающими человека Косвенным путем человек пот­ребляет примерно 27 % чистой фотосинтетической продукции

По оценкам американских экологов, около 4 % чистой первичной продукции человек потребляет непосредственно и 39 % — косвенно. Следовательно, человек изымает из естественного биохимического круговорота около 40 % первичной продукции В це­лом в результате разрушения естественных экосистем он сократил производство первичной продукции примерно на 12 %

Одной из причин неустойчивости окружающей среды и возникно­вения многих глобальных проблем экологии считается использование человеком дополнительной энергии ископаемого топлива. Рост объемов производства сопровождается увеличением потребления энергии На­ибольшее количество энергии — не только в абсолютных величинах, но и на единицу площади — используют развитые страны (табл. 1)

Вложение энергии, 10 Дж на 100 тыс. га

Нидерланды	914	41,5
ФРГ	418	19,0
Великобритания	355	16,1
Япония	352	16,0
США	74	3,4
Страны бывшего СССР	25	1.1
Китай	24	1,1
Индия	22	1,0
Россия	16	0,7
Мир в целом	22	1,0

Из данных таблицы видно, что энергопотребление в развитых ранах на порядок и больше превышает этот показатель для бывшего СССР, Индии и Китая. Так как дополнительная энергия, исполь­зуемая человеком, определяет в конечном счете загрязнение окружающей среды, то и стабилизация последней возможна при снижении Истребления энергии и численности населения Цели экономического ста и, как следствие, потребления, которые ставит перед собой большинство стран, могут еще больше обострить существующие глобальные экологические проблемы и в большей степени нарушить устойчивость экосистем и биосферы в целом.