Текст книги "Основы общей экологии"

Кислород атмосферы имеет биогенное происхождение и его циркуляция в биосфере осуществляется путем пополнения запасов в атмосфере в результате фотосинтеза растений и поглощения при дыхании организмов и сжигании топлива в хозяйстве человека (рис. 26). Кроме того, некоторое количество кислорода образуется в верхних слоях атмосферы при диссоциации воды и разрушении озона под действием ультрафиолетового излучения, и часть кислорода расходуется на окислительные процессы в земной коре, при вулканических извержениях и др.

Рис. 26. Круговорот кислорода в биосфере.

Этот круговорот очень сложный, так как кислород вступает в разнообразные реакции и входит в состав очень большого числа органических и неорганических соединений, и замедленный. Для полного обновления всего кислорода атмосферы требуется около 2 тысяч лет (для сравнения: ежегодно обновляется около 1/3 диоксида углерода атмосферы).

В настоящее время поддерживается равновесный круговорот кислорода, хотя в крупных густонаселенных городах с большим количеством транспорта и промышленных предприятий возникают локальные нарушения.

Однако отмечено ухудшение состояния озонового слоя и образование «озоновых дыр» (областей с пониженным содержанием озона) над полюсами Земли, что представляет экологическую опасность. Временные «дыры» возникают также над обширными районами вне полюсов (в том числе и над континентальными районами России). Причиной этих явлений является попадание в озоновый слой хлора и оксидов азота, которые образуются в почве из минеральных удобрений при их разрушении микроорганизмами, а также содержатся в выхлопных газах автомобилей. Эти вещества разрушают озон с более высокой скоростью, чем он может образовываться из кислорода под влиянием ультрафиолетовых лучей.

Сохранение озонового слоя – одна из глобальных задач мирового сообщества. Для прекращения разрушения озонового слоя и его восстановления необходимо отказаться от использования хлорсодержащих веществ – хлорфторуглеродов (фреонов), используемых в аэрозольных упаковках и холодильных установках. Необходимо также уменьшение количества выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания и доз азотных минеральных удобрений в сельском хозяйстве.

Содержание озона может увеличиваться в приземном слое атмосферы, так как озон является фотооксидантом, образующимся из оксида азота и углеводородов под влиянием ультрафиолетовых лучей. В этом случае он оказывается опасным загрязнителем, вызывающим раздражение дыхательных путей человека. Однако отрицательно сказывается на здоровье человека и чрезмерно низкое содержание озона в атмосфере.

Контрольные вопросы

1. Назовите основной источник пополнения запаса кислорода в атмосфере.

2. Укажитие, при каких процессах происходит поглощение кислорода из атмосферы.

3. За какое время происходит обновление запаса кислорода в атмосфере?

4. Охарактеризуйте проблему сохранения озонового слоя атмосферы.

О круговороте фосфора за обозримое время можно говорить лишь условно. Будучи гораздо тяжелее углерода, кислорода и азота, фосфор почти не образует летучих соединений – он стекает с суши в океан, а возвращается в основном при подъеме суши в ходе геологических преобразований. По этой причине круговорот фосфора называют «открытым» (рис. 27).

Рис. 27. Круговорот фосфора в биосфере.

Фосфор содержится в горных породах, откуда выщелачивается в почву и усваивается растениями, а затем по пищевым цепям переходит к животным. После разложения мертвых тел растений и животных не весь фосфор вовлекается в круговорот, часть его вымывается из почвы в водоемы (реки, озера, моря). Там фосфор оседает на дно и почти не возвращается на сушу, лишь небольшое количество его возвращается с выловленной человеком рыбой или с экскрементами птиц, питающихся рыбой. Скопления экскрементов морских птиц служили в недалеком прошлом источником ценнейшего органического удобрения – гуано, но в настоящее время ресурсы гуано практически исчерпаны.

Отток фосфора с суши в океан усиливается вследствие возрастания поверхностного стока воды при уничтожении лесов, распашке почв и внесении фосфорных удобрений. Поскольку запасы фосфора на суше ограничены, а его возврат из океана проблематичен (хотя в настоящее время активно исследуются возможности его добычи со дна океана), в будущем в земледелии возможен острый дефицит фосфора, что вызовет снижение урожаев (в первую очередь зерна). Поэтому необходима экономия ресурсов фосфора.

Контрольные вопросы

1. Почему круговорот фосфора называется открытым?

2. Где сконцентрированы запасы фосфора?

3. Почему фосфор концентрируется на дне океанов?

4. Какие последствия для сельского хозяйства будет иметь исчерпание запасов фософора.

В заключение главы необходимо сказать несколько слов о расхожем (особенно по страницам популярных «зеленых» экологических изданий) термине «ноосфера», который был независимо внедрен в экологический обиход П. Терьяром де Шарденом и В.И. Вернадским. Однако если Терьяр де Шарден понимал под ноосферой в первую очередь глобальное развитие «коллективного разума», то Вернадский считал, что этот «коллективный разум» должен преобразовать биосферу, улучшив условия для жизни человека на планете.

Вернадский исходил из сциентистского взгляда на отношения человека и природы, т.е. считал, что наука может решить практически любые проблемы вплоть до управления основными циклами веществ и перехода человека на «автотрофное питание» с непосредственным использованием солнечной энергии для производства продуктов питания (минуя посреднеческую роль растений).

Взгляды Вернадского на ноосферу – пример экологического утопизма. Система связей в биосфере («биосферный рынок») столь сложна, что человек не может управлять ей. Серьезные вмешательства в биосферные круговороты ведут к резкому обострению экологической ситуации, что уже наблюдается сегодня (разрушение озонового экрана, потепление климата, глобальное загрязнение среды, появление новых «экологических болезней» и т.д.).

Человек может сохраниться только вместе с биосферой, «встроив» свою хозяйственную деятельность в биосферные циклы. Н.Н. Моисеев писал о возможности «коадаптации человека и биосферы» и формирования на этой основе некого «квазиустойчивого состояния» последней, при котором изменения круговоротов веществ не будут превышать пороговых значений, начиная с которых могут произойти необратимые изменения. Это новое состояние биосферы возможно при построении мирового сообщества устойчивого развития, однако рассмотрение этой проблемы лежит за рамками общей экологии.

Темы докладов на семинарских занятиях

1. Структура биосферы и ее соотношение с другими оболочками Земли по Э. Зюссу.

2. Опасность антропогенных нарушений круговоротов веществ в биосфере.

3. Критическая оценка представлений В.И. Вернадского о ноосфере.

Заключение

Современная экология разрослась в широкий междисциплинарный комплекс, в составе которого десятки разных наук, исследующих взаимоотношения организмов (в первую очередь человека) и окружающей среды. При этом специалист конкретной науки этого комплекса может лишь в самом общем плане ориентироваться в том, чем занимаются его коллеги из смежной области. К примеру, специалист по морской экологии наверняка немного знает о том, чем занимаются лесные экологи, агроэкологи или специалисты по экологической оптимизации городской среды. «Универсальных» экологов больше нет. Тем не менее есть одна наука, которую должны знать все экологи, это – общая (биологическая) экология.

В любой экологической науке специалист сталкивается с необходимостью оценить влияние экологических факторов (природных или порождаемых деятельностью человека) на живые организмы, которые существуют не сами по себе, а организованы в популяции, сообщества и экосистемы. Поэтому он должен знать о том, как реагируют эти разноуровневые биологические системы на влияние различных факторов. Это особенно необходимо специалистам-экологам, работающим в области сельского, лесного и городского хозяйств. Не приходится говорить о том, насколько важны знания общей экологии для географов, в первую очередь – преподавателей средней школы. Через географию школьник получает не менее половины экологических знаний, и они должны быть согласованы с представлениями биологической экологии.

Именно с учетом того, что пользоваться учебником будут студенты с разной направленностью профессиональной подготовки, авторы старались сделать его, с одной стороны, достаточно полным и охватывающим весь круг проблем современной общей экологии, а с другой – доступным. Они сознательно избегали математизации описываемых закономерностей и излагали материал на уровне логического описания. Минимизировано количество цифр, которые характеризуют экологические процессы, и в первую очередь биосферные циклы. Для облегчения усвоения материала студентами (и использования учебника преподавателями) после всех разделов приводятся контрольные вопросы, а после глав – темы докладов на семинарских занятиях.

Для того, чтобы понять содержание даже наиболее сложных глав учебника – о популяциях и экосистемах, вполне достаточно знаний биологии и химии в объеме школьной программы.

Наш учебник представляет первую ступень экологического знания. Это «врата в экологию». Те, кто избрал общую экологию своей специальностью, как и специалисты по охране природы или рациональному использованию естественных популяций и экосистем, смогут пополнить свои знания за счет дополнительной учебной и научной литературы.

Список рекомендуемой литературы

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология: особи, популяции и сообщества. В 2-х т. – М.: Мир, 1989.

Гиляров А.М. Популяционная экология: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУ, 1990.

Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Популярный экологический словарь. Издание 2-е. – М.: Устойчивый мир, 2003.

Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности: Учебник. – М.: Логос, 2001.

Одум Ю. Экология: в 2-х т. – М.: Мир, 1986.

Розенберг Г.С., Мозговой Д.П., Гелашвили Д.Б. Экология. Элементы теоретических конструкций современной экологии (Учебное пособие). – Самара: Самарский научный центр РАН, 1999.

Шилов И.А. Экология: Учеб. для биол. и мед. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1998.