Биосфера. Антропогенное влияние на среду

         Атмосфера (от греч. athmos — пар, sphaira — шар) — газовая оболочка планеты. На Земле сформировалась в результате геологической эволюции и непрерывной деятельности организмов.

         Состав современной атмосферы — результат динамического равновесия, поддерживаемого процессами жизнедеятельности организмов и различными геохимическими явлениями глобального масштаба. Атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение. Нижний, наиболее плотный слой воздуха — тропосфера. В зависимости от широты Земли ее высота 10—15 км. Здесь содержится 80 % массы атмосферы и до 80% водяного пара, развиваются физические процессы, формирующие погоду и влияющие на климат различных районов нашей планеты. Над тропосферой до высоты 40 км расположена стратосфера. В ней находится озоновый слой, поглощающий большую часть ультрафиолетовой радиации и предохраняющий жизнь на Земле. Выше находится ионосфера, которая обладает повышенной ионизацией молекул газа. Этот слой высотой до 1300 км также оберегает все живое от вредного воздействия космической радиации, влияет на отражение и поглощение радиоволн. Далее до 10 000 км простирается экзосфера, где плотность воздуха с увеличением высоты убывает, приближаясь к разреженности вещества в максимальном пространстве. Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ.                    

         Параметры, характеризующие атмосферу (температура, давление, химический состав и др.), изменяются, прежде всего, с высотой относительно уровня моря, а характеризующие нижние слои зависят и от географической широты. Давление, так же как и плотность газов атмосферы, связаны с изменением сил гравитации по мере удаления от поверхности планеты, а температура зависит от того, как взаимодействует излучение Солнца с разными газами в различных слоях атмосферы, а именно — как эти газы поглощают излучения разных длин волн. При этом все же большая часть излучения Солнца, имеющая длины волн вблизи максимума спектра, не поглощается атмосферой и доходит до поверхности Земли, согревая ее.

         Поскольку атмосфера является наружной оболочкой Земли, она «разграничивает» планету и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучений и сглаживая резкие колебания температуры в биосфере. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а также местообитанием многих насекомых, птиц и млекопитающих.

         Первичный состав атмосферы Земли определили газообразные продукты химических реакций, происходивших в первичном веществе под действием высоких давлений и температур; при этом в земной атмосфере оказалось так много паров воды, что большая их часть сконденсировалась, образовав первичный океан. Эти процессы продолжаются на Земле и сейчас, хотя уже совсем не так интенсивно, как в начале эволюции. И ныне обновляется земная кора, а вулканы выбрасывают разнообразные газы, присутствие которых в современной атмосфере незаметно.  

3.2 Гидросфера 

         Гидросфера (от греч. hydor — вода, sphaira — шар) — жидкая оболочка планеты. Как особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь воды, находящиеся на поверхности планеты — материковые и океанические. Человек, являясь сухопутным обитателем, воспринимает Землю, прежде всего как сушу, однако при рассмотрении из космоса наша планета представляется планетой воды ибо более 3/4 ее занимают водные поверхности океанов, морей, континентальных водоемов и ледников, причем 3/4 — это нижний предел величины, т.к. площадь, покрываемая гидросферой, существенно меняется.

         Понятие «гидросфера» включает все свободные воды Земли, которые не связаны химически и физически с минералами земной коры, т.е. могут двигаться под действием гравитационной силы либо теплоты. Гидросфера состоит из всех океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников, снежного покрова, включает атмосферную и почвенную влагу, а также биологическую воду (например, в организме человека содержится около 70% воды). Если условно воду всей гидросферы равномерно распределить по поверхности планеты, то она покроет ее слоем толщиной около 3000 м. Если земной шар уподобить яйцу, то земная кора будет соответствовать скорлупе, а гидросфера — тончайшей, менее микрона толщиной, пленке на ее поверхности. Тончайшая в масштабах нашей планеты пленка воды на ее поверхности оказывает стабилизирующее воздействие на условия среды, прилегающей к поверхности, в которой развивалась и существует биосфера.

     Далеко не вся поступающая из недр Земли вода остается в составе гидросферы. Одна часть воды затрачивается на серпентинизацию вновь образующихся порций океанической коры, а другая вместе с осадочными толщами, накопившимися на ложе океана, погружается снова в недра Земли в зонах субдукции. В наши дни общий баланс прихода и расхода воды на Земле за счет геологического круговорота остается положительным и масса гидросферы непрерывно возрастает.  
 

3.3 Литосфера 

         Литосфера (от греч. lithos — камень, sphaira — шар) — верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли. 

         Характерная особенность верхней мантии — ее расслоенность, установленная  геофизическими методами исследований. На глубине около 100 км под материками и 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится астеносфера (от греч. asthenes — слабый, sphaira — шар). В данном слое установлено резкое снижение скорости распространения упругих колебаний, что объясняют размягченностью вещества в нем. Предполагают, что вещество там находится в твердожидком состоянии; твердые гранулы окружены пленкой расплава. Выше астеносферы породы мантии находятся в твердом состоянии. Ниже астеносферы располагается слой, в котором плотность вещества возрастает, что увеличивает скорость распространения сейсмических волн. Слой назван в честь русского ученого Б.Б. Голицына, впервые указавшего на его существование. Предполагается, что он состоит из сверхплотных разновидностей кремнезема и силикатов. Верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая под влиянием механического и химического воздействий погодно-климатических факторов, растений и животных, выделяется в отдельный слой, называемый корой выветривания.

         Литосфера разбита на блоки — литосферные плиты, которые двигаются по относительно пластичной астеносфере. Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами. Для обозначения внешней оболочки литосферы применялся ныне устаревший термин cиаль, происходящий от названия основных элементов горных пород Si (лат. Silicium — кремний) и Al (лат. Аluminium — алюминий). Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. 
 
 
 
 

II. Антропогенное воздействие на среду. 

1. Воздействие на биосферу. 

     Человек, как и любой другой организм, с момента возникновения на Земле влиял на биосферу. Выделяют следующие основные этапы воздействия человека на окружающую среду:

     • влияние на биосферу как биологического вида;

     • сверхинтенсивная охота без изменения экологических систем в целом (в период становления человечества);

     • изменение экосистем через естественно идущие процессы: пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т. п.;

     • усиление влияния путем распашки земель и вырубки лесов;

     • глобальное изменение структурных компонентов наиболее крупных экосистем, биомов и биосферы в целом.

     Последний этап начался примерно 250 лет назад. Источниками антропогенного воздействия на биосферу, а, следовательно, и загрязнения являются промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, сфера потребления и быта — любая деятельность современного человека.

     Воздействие на биосферу современного человека происходит по следующим основным направлениям:

     • изменение структуры земной поверхности (распашка земель, горнодобыча, вырубка лесов, осушение болот, создание искусственных водоемов и водотоков и т.п.);

     • изменение химического состава природной среды, круговорота и баланса веществ (изъятие и переработка полезных ископаемых, размещение отходов производства в отвалах, на полигонах, в атмосферном воздухе, водных объектах);

     • изменение энергетического (в частности, теплового) баланса в пределах, как отдельных регионов земного шара, так и на планетарном уровне;

     • изменения в составе биоты (совокупности живых организмов) в результате истребления одних видов животных и растений, создания других видов (пород), перемещения их на новые места обитания (интродукция).

     По состоянию на конец XX в. среди существующих источников воздействия выделяют:

     • главные источники антропогенного загрязнения воздуха: энергетику, транспорт, черную и цветную металлургию, химию и нефтехимию;

     • основные загрязнители гидросферы: предприятия целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, химической, пищевой и легкой промышленности. В последнее время значительно увеличилась доля загрязнений, поступающих в водоемы от индустриального сельского хозяйства;

     • основная масса промышленных твердых и жидких отходов образуется на предприятиях горнодобычи и горнопереработки, энергетики, металлургической и химической отраслей промышленности. 

2. Воздействие на атмосферу. 

     Проблема чистоты атмосферы не  нова. Она возникла вместе с  появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. Загрязнение атмосферы имеет естественное и искусственное происхождение.

   Среди естественных факторов выделяются:

   а) внеземное загрязнение воздуха  космической пылью и космическим  излучением;

   б) земное загрязнение атмосферы при  извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, возникающих от ударов молний, выносе морских солей.

   Условно разделяют естественное загрязнение  атмосферы на континентальное и  морское, а также неорганическое и органическое. К источникам органического  загрязнения относят аэропланктон бактерии, в том числе болезнетворные, споры грибов, пыльцу растений (включая и ядовитую пыльцу амброзии) и т. д.

   На  долю естественных факторов в конце XX в. приходилось 75% общего загрязнения атмосферы, остальные 25% возникали в результате деятельности человека.

         Искусственное загрязнение атмосферы разделяют на радиоактивное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологических процессов.

     Главными и наиболее опасными  источниками загрязнения атмосферы  являются промышленные транспортные и бытовые выбросы. По особенностям строения и характеру влияния на атмосферу загрязнители, как правило, подразделяют на механические и химические.

     Воздух как природный ресурс представляет собой общечеловеческое достояние. Постоянство его состава (чистота) — важнейшее условие существования человечества. Поэтому любые изменения состава рассматриваются как загрязнение атмосферы. Основными ингредиентами загрязнения атмосферы являются оксиды углерода (С), азота (N) и серы (S), углеводороды и взвешенные частицы (пыль).

     Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов или аэрозолей, могут:

     • оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные аэрозоли);

     • физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в лито- и гидросферу;

     • включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и пр.);

     • изменять свое агрегатное состояние (конденсироваться, испаряться, кристаллизоваться и т. п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха, после чего пойти одним из вышеуказанных путей;

     • находиться в атмосфере относительно длительное время, переносясь циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в разные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их физической или химической трансформации (например, фреоны).

     В результате антропогенного воздействия на атмосферу возникают:

     • локальная или региональная загазованность приземного слоя;

     • трансграничный перенос загрязнений на значительные расстояния;

     • различные глобальные (общепланетарные) эффекты, такие, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя;