Строение биосферы и влияние человека на неё

       Морские организмы активно концентрируют рассеянные минералы для построения своих скелетов или покровов. Существуют, например, кальциевые организмы (моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие, известковые водоросли и т. п.) и кремниевые (диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии). Особо следует обратить внимание на способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы. Их концентрация в теле беспозвоночных и рыб может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской воде. Благодаря этому морские организмы полезны как источник микроэлементов, но вместе с тем употребление их в пищу может грозить отравлением тяжелыми металлами или быть опасным в связи с повышенной радиоактивностью.

       Средообразующая функция состоит в трансформации физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Можно сказать, что она является совместным результатом всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

       Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают в равновесии баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к регенерации экологических условий выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий. Он заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Таким образом, гомеостаз, устойчивость экосистемы, оказывается явлением не статическим, а динамическим.

       В результате средообразующей функции  в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер).

       Вернадский  объясняет парадокс: почему, несмотря на то, что общая масса живого вещества – пленка жизни, покрывающая  Землю, – ничтожно мала, результаты жизнедеятельности организмов сказываются  на составе и литосферы, и гидросферы, и атмосферы? Если живое вещество распределить на поверхности Земли ровным слоем, его толщина составит всего 2 см. При такой незначительной массе организмы осуществляют свою планетарную роль за счет весьма быстрого размножения, т. е. весьма энергичного круговорота веществ, связанного с этим размножением.

       Масса живого вещества, соответствующая данному  моменту времени, с трудом сопоставляется с тем грандиозным ее количеством, которое производило свою работу в течение сотен миллионов лет существования организмов. Если рассчитать всю массу живого вещества, воспроизведенного за это время биосферой, она окажется равной 2,4×1020 т. Это в 12 раз превышает массу земной коры.

       На  земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Глины, известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы – это все породы органогенного происхождения. Наконец, свойства природных вод, соленость Мирового океана и газовый состав атмосферы определяются жизнедеятельностью населяющих планету существ.

       Рассмотрим  влияние средообразующей функции  организмов на содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере. Напомним, что повышение концентрации СО2 в атмосфере вызывает «парниковый эффект» и способствует потеплению климата. Свободный кислород выделяется при фотосинтезе. Впервые на Земле массовое развитие фотосинтезирующих организмов – сине-зеленых водорослей – имело место 2,5 млрд лет назад. Благодаря этому в атмосфере появился кислород, что дало импульс быстрому развитию животных. Однако интенсивный фотосинтез сопровождался усиленным потреблением СО2 и уменьшением его содержания в атмосфере. Это привело к ослаблению «парникового эффекта», резкому похолоданию и первому в истории планеты (гуронскому) оледенению.

       В наши дни накопление в атмосфере  углекислого газа от сжигания углеводородного топлива рассматривается как тревожная тенденция, ведущая к потеплению климата, таянию ледников и грозящая повышением уровня Мирового океана более чем на 100 м. В этой связи следует отметить функцию захвата и захоронения избыточной углекислоты морскими организмами путем перевода ее в соединения углекислого кальция, а также путем образования биомассы живого вещества на суше и в океане.

       Чистота морских вод – во многом результат  фильтрации, осуществляемой разнообразными организмами, но особенно зоопланктоном. Большинство из этих организмов добывает пищу, отцеживая из воды мелкие частицы. Работа их настолько интенсивна, что весь океан очищается от взвеси за 4 года. Байкал исключительной чистотой своих вод во многом обязан веслоногому рачку эпишуре, который за год трижды процеживает его воду.

       Основу  функционирования живого вещества составляет биотический круговорот веществ. Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: 1) продуцентов – зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу, – они создают первичное органическое вещество; 2) консументов, потребляющих органическое вещество, – это растительноядные и хищные животные; 3) редуцентов (деструкторов), разлагающих мертвое органическое вещество до минерального, – это в основном бактерии, грибы и простейшие животные.

       На  восходящей ветви биотического круговорота, основанного на выполнении энергетической функции зелеными растениями, происходит аккумуляция солнечной энергии в виде органических веществ, синтезируемых растениями из неорганических соединений – углекислого газа, воды, азота, зольных элементов питания. Нисходящая ветвь биотического круговорота связана с потерями органического вещества. Важнейший процесс - дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СО2 и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии – это потребление растений консументами первого порядка – растительноядными животными. Запасаемая фитофагами с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами.

       Растительноядные  животные являются пищей для плотоядных животных – консументов более высокого трофического уровня. Консументы второго порядка расходуют накопленную с пищей энергию по тем же каналам, что и консументы первого порядка (растительноядные животные). Число трофических уровней, образуемых хищными животными, обычно не превышает трех-четырех, так как в связи с большими тратами энергии численность и биомасса животных на более высоких трофических уровнях становятся все меньше.

       Каждое  звено экосистемы поставляет в окружающую среду органические остатки (детрит), которые служат источником пищи и энергии для животных-сапрофагов, а главным образом для микроорганизмов – бактерий, грибов, актиномицетов и др. Завершающим этапом превращения органического вещества являются процессы гумификации и далее окисления гумуса до СО2 и минерализации зольных элементов, которые вновь возвращаются в почву и атмосферу, обеспечивая растение пищей.

       Таким образом, биотический круговорот представляет собой непрерывный процесс создания и деструкции органического вещества. Он реализуется при участии представителей всех трех групп организмов: без продуцентов невозможна жизнь, поскольку лишь они производят основу жизни – первичное органическое вещество; консументы разных порядков, потребляя первичную и вторичную продукцию и переводя органическое вещество из одной формы в другую, способствуют возрастанию многообразия форм жизни на Земле; наконец, редуценты, разлагая органическое вещество до минерального, возвращают его к началу круговорота. Глобальные циклы миграции химических элементов не только связывают три наружные оболочки нашей планеты в единое целое, но и обусловливают непрерывную эволюцию ее состава. 

Влияние человека на биосферу. 

       На примитивных  стадиях своего развития человек  был одним из равных видов (среди растений и животных) в экологических системах. По этой причине регулирующие механизмы в тогдашних экологических системах действовали так, как будто бы в них нет человека. Однако с тех пор, как человек стал важным, а затем и доминирующим видом в экологических системах, регулирующие механизмы стали ослабевать или совсем разрушаться. Причины заключаются в воздействии человека на биосферу, начала которых восходит к неолиту.

       Однако  на ранних этапах истории человека эти воздействия были незначительными. В последующем же они стали нарастать. Обратив на это внимание, В. И. Вернадский назвал ту часть биосферы, на которой особенно сильно сказывается деятельность человека, ноосферой.

       Особенно  прогрессирующий характер воздействий  на биосферу отмечается в новейшее время, когда деятельность человека в биосфере по многим направлениям необратимо стала глобальной, когда его жизнь стала определяться потреблением и выбросами в гигантских размерах. Ниже показано, какими будут потребление и выбросы в ближайшее десятилетия на одного человека, начиная с 1972 г. 

       Оценка  непрерывно повышающихся все время  темпов потребления и выбросов приводит к заключению, что сохранение имеющейся тенденции может даже увеличить показатели, приведенные выше. 

       Сверхпотребление - это ситуация, когда использование  ресурсов опережает жизнеспособность экосистемы. Длительная модель сверхпотребления приводит к неизбежной экологической деградации и возможной потере материально-сырьевых баз. Вообще обсуждение проблемы сверхпотребления исходит из тезиса о перенаселенности; чем больше людей, тем больше потребления сырья для поддержания их сущетвования. В настоящее время, показатель потребления развитых страны мира - 32, в то время как остальная часть, состоящая из 5.5 миллиардов человек из развивающихся стран потребляет на уровне показателя, равному 1.

       Есть  мнение о том, что эта теория была придумана, чтобы усилить дебаты о перенаселенности, которая отражает проблемы пропускной способности, не принимая во внимание потребление на душу населения, критерий, по которому оцениваются развивающиеся страны, с целью большего потребления , чем может поддержать и выдержать их земля. Партии "Зеленых" и экологические движения часто утверждают, что потребление в пересчете на человека, или экологический след, как правило, ниже в бедных, чем в богатых странах.

       Фундаментальный эффект сверхпотребления заключается  в сокращении  пропускной способности планеты. Чрезмерное нежизнеспособное и неэкологичное потребление превысит долгосрочную пропускную способность своей среды (экологическое проскакивание) и вызовет последующее истощение ресурсов, приведя к экологической деградации и уменьшению общего экологического здоровья.

       Масштабы  сверхпотребления в современной жизни позволил существовать сверхклассу, т.е. уничижительно называемой большинством людей отдельной группе наиболее "могущественных" людей в социальной иерархии, которые демонстрируют "социальное ожирение" и аффлюенцу, т.е. болезненное, заразительное, социально передаваемое состояние избыточности, материального обязательства, тревогу, чувство мучительного беспокойства и избыточных трат, исходящих от упорного преследования и желания получитьбольше.

       Другими словами - это эпидемия стресса, переработок, материальных трат и перманентной боязни задолженности, вызванной погоней за "Американской мечтой", то есть за процветанием и успехом в рамках свободы, обещаемой человеку Государством. В долгосрочной перспективе это влияние может привести к увеличению конфликта относительно истощающихся ресурсов, а в худшем случае - к Мальтузианской катастрофе. Мальтузианская Катастрофа была первоначально предсказана как принудительное возвращение к условиям прожиточного минимума, как только прирост населения опередит сельскохозяйственное производство. Термин также обычно ассоциируется в обсуждениях по истощению запасов нефти. По прогнозам института Worldwatch, Китай и Индия, с их быстро развивающимися экономическими системами, наряду с Соединенными Штатами, являются тремя планетарными силами, которые формируют глобальную биосферу. Серия отчетов "Состояние Мира" в 2006 году показала, что высокий экономический рост этих двух стран обнажил реальную угрозу серьезного загрязнения Планеты. Экологическая пропускная способность в мире просто недостаточна, чтобы удовлетворить амбиции Китая, Индии, Японии, Европы и Соединенных Штатов, так же как и стремлений остальной части мира посредством устойчивых и экологичных способов. Идея сверхпотребления также сильно привязана к идее экологического следа. Термин "экологический след" относится к "структуре ресурсов для измерения человеческих требований к биосфере". Недавнее исследование Матиса Уокернэгелема показало, что глобальный экологический след вышел за установленные пределы с показателем в 4 гектара на человека, или примерно 23 %. Из этих развивающихся стран, Китай представляет самую большую угрозу. В настоящее время, показатели экологического следа в Китае примерно в 11 раз ниже на душу населения, чем у других стран, однако эта страна обладает огромным количеством населения, которое больше чем в 4 раза превышает население  США. Считается что, если бы Китай развивался темпами Соединенных Штатов, то он удвоил бы мировые нормы потребления.