Состояние биосферы
Биосфера экосистем – это сфера жизни всего живого, включая область существования живых существ. Состав, структура и энергетика биосферы определяется совокупной деятельностью живых организмов и космического пространства. В то же время биосфера - это часть планеты, ограниченная сверху высотой существования озонового слоя, т.е. 20 – 25 км над уровнем океана и на суше глубиной 2-3 км ниже дна океана.
Исторически сложилось так, что добывая ресурсы, изготовляя продукты или изделия , прокладывая дороги люди не слишком задумывались об экологических последствиях и о побочных отрицательных воздействиях на окружающую среду. И пока народонаселение, и масштабы производства были малы по сравнению с размерами Земли экологические последствия воспринимались как приемлемый компромисс. Природные ресурсы первоначально были столь велики, что для достижения поставленных целей и получения прибылей вполне можно было пожертвовать частью природы и некоторой степенью чистоты воздуха и воды.
По мере роста народонаселения и масштабов производства экологические последствия становились всё более существенными и распространёнными, а нетронутые природные ресурсы и пространства Земли непрерывно сокращались. Для защиты природы от истощения и загрязнения возникли первые природоохранные движения.
Мировым сообществом были приняты первые законы об охране окружающей среды, возникли государственные учреждения, контролирующие состояние окружающей среды и меры по её защите.
Атмосфера в составе биосферы – газовая среда обитания организмов. Почти 50% всей массы атмосферы сосредоточено в нижнем 5–ти километровом слое, 75% в 10–ти километровом и 90% в 16–ти километровом.
Чистый и сухой воздух представляет собой механическую смесь нескольких газов. Кроме основных газовых составляющих - азота и кислорода в воздухе содержится аргон и углекислый газ, а также в незначительных количествах (менее 0,1%) неон, гелий, метан, криптон, ксенон, водород, угарный газ и оксид азота.
Важнейшими компонентами атмосферного воздуха является озон и углекислый газ, которые контролируют функционирование биосферы.
Озон, трехатомный кислород (О3) присутствует в атмосфере от поверхности Земли до высоты 70 км. В приземном слое воздухе он образуется под влиянием грозовых разрядов или при окислении органических веществ. Озон, обладая большой окислительной способностью, используется для очистки воздуха от микроорганизмов, но из-за большой ядовитости его предельно допустимая концентрация в воздухе не должна превышать 0,003 г/м3. Благодаря озону стало возможным возникновение жизни на земле и ее последующая эволюция.
Колебание количества озона в стратосфере происходит под влиянием естественных причин (солнечная активность, сезонное изменение притока ультрафиолетовой радиации от солнца и др.) эти изменения вероятно и являются одной из причин изменения климата на Земле.
Солнце излучает энергию в широком диапазоне длин волн, в том числе и ультрафиолетовое (ультракороткое) излучение. При этом на долю ультракоротких волн с учетом температуры Солнца как излучателя приходится достаточно большая часть энергии.
Проникая сквозь атмосферу и поглощаясь тканями живых организмов, это излучение разрушает молекулы белков и ДНК. Если бы все ультрафиолетовое излучение, падающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности Земли, то жизнь на ней была бы практически невозможна. Растительный и животный мир погибли бы из-за испепеляющей жары. Мы защищены от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения озоновым слоем, который поглощает его до 99% в стратосфере на высоте около 25 км от поверхности Земли. Этот слой принято называть озоновым экраном. Необходимость его сохранения не требует доказательств. Однако некоторые антропогенные загрязняющие вещества его разрушают. К ним в первую очередь следует отнести хлорфторуглерод (ХФУ) который нашел широкое применение в качестве хладоагента в холодильной технике
и, что особенно существенно, в качестве наполнителей в аэрозольных баллончиках.
В 1986 г. ООН в рамках своей программы по защите окружающей среды приняла в Монреале соглашение о сокращении производства ХФУ на 50% до 1989г., и химические компании принялись за поиски их заменителей. На второй встрече в Хельсинки в 2002г. было решено полностью отказаться от использования ХФУ в качестве хладоагентов и наполнителей к 2010г.
Второй причиной изменения климата на Земле это увеличение содержания в атмосфере углекислого газа и других трехатомных газов и твердых частиц.
В глобальном масштабе содержащийся в воздухе углекислый газ играет роль поглотителя инфракрасного излучения. Лучистая энергия, частично проникая сквозь атмосферу, поглощается поверхностью Земли. От поверхности Земли она отражается в виде инфракрасного излучения, которое и способно поглощаться углекислым газом. При этом газ нагревается и нагревает атмосферу в целом. Следовательно, чем больше в атмосфере углекислого газа, тем больше поглощается инфракрасного излучения и тем теплее становится атмосфера. Происходит так называемый «парниковый эффект».
Температура и климат, к которому привыкли люди, обеспечивается при содержании углекислого газа в атмосфере с концентрацией на уровне 0,03%. Увеличение его концентрации приводит к потеплению атмосферы. Использование топлива в огромных масштабах привело к тому, что в XX веке концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась с 0,029% до 0,035%.причем наиболее заметный рост пришелся на вторую половину XX столетия.
В значительной степени проблему усугубляют и другие газы, выбрасываемые человеком в атмосферу, особенно летом, хлорфторуглероды и окислы азота, которые поглощают инфракрасное излучение в десятки раз сильнее, чем углекислый газ.
За счет этого средняя температура атмосферы за последние 50 лет повысилась почти на 10С. Причем это наиболее заметно в полярных районах и менее в экваториальных.
Рост температуры в окружающей среде на 4-50С может оказаться катастрофическим. Это вызовет таяние горных ледников и полярных льдов, что приведет к поднятию мирового океана на 1,5 м. В результате произойдет затопление прибрежных зон. Влияние глобального потепления на осадки и сельское хозяйство окажется еще более заметным.
Различная температура на полюсах и экваторе является основной движущей силой для циркуляции воздушных масс. Более сильное потепление на полюсах приведет к ее ослаблению, изменит картину циркуляции воздушных масс и распределение осадков.
Прогноз на потепление в результате повышения содержания углекислого газа и других поглощающих инфракрасное излучение газов в атмосфере неопровержим и перед человечеством стоит серьезная проблема по снижению выбросов этих газов в атмосферу. К этому ведет не только экономия энергии во всех производственных технологических процессах и в быту, но и прекращение безжалостного истребления лесов и организация кампаний по лесопосадкам.
Все основные наземные экосистемы зависят от наличия пресной воды, содержащей соли не более 0,1%. Пресная вода составляет менее 1% всего мирового запаса, причем в результате антропогенной деятельности человека она непрерывно загрязняется. Объемы использования пресной воды в настоящее время достигают 12% от общего количества воды, вращающейся в естественном кругообороте, и если ее не очищать, то в ближайшие годы вся вода окажется настолько грязной, что ее использовать без предварительной очистки станет невозможным.
В естественных условиях испарение и конденсация воды лежат в основе процесса ее очистки. При испарении в воздух поступают только молекулы воды, а соли и другие растворимые вещества остаются на месте ( за исключением растворимых газов и летучих жидкостей. При конденсации водяного пара образуется чистая вода. Таким образом, земля и атмосфера работают как опреснитель очиститель. Вода из соленых морей и других источников постоянно испаряется, в результате очищается и, конденсируясь в атмосфере, выпадает на землю опресненной. Большое количество воды поступает в атмосферу при транспирации растениями.
Круговорот воды в природе постоянно очищает и пополняет пресноводные системы. С осадками выпадает пресная вода. Попадая на поверхность земли, дождевая вода захватывает частицы почвы, растворенные химикаты, детрит с питающимися им микроорганизмами. Поэтому поверхностный сток может быть сильно загрязнен, но в природных экосистемах он невелик. Большая часть воды впитывается в грунты и частицы грязи, детрит и микроорганизмы отфильтровываются из нее по мере того, как она просачивается сквозь почву или пористую породу. Однако растворенные в воде химикаты не задерживаются, а уносятся водой. В большинстве случаев минералы, вымываемые водой в естественных условиях, безвредные. Более того, кальций из известняка считается полезным для здоровья. В том же случае, когда вода при прохождении через грунт впитывает или растворяет в себе минералы, содержащие ядовитые элементы, она для питья непригодна.
В большинстве же случаев выходы грунтовых вод в виде родников питают или пополняют поверхностные водоемы высококачественной, пресной водой.
Все участки суши непрерывно омываются потоками пресной воды, выпадающей с осадками и постепенно движущейся по поверхности земли или сквозь нее. Соли и другие растворимые минералы уносятся, и начинается следующий цикл. Местом испарения, концом пути солей и других минералов в основном служат моря и океаны, а также некоторые бессточные внутренние озера в засушливых регионах.
Земля всегда занимала главенствующее место в перечне национальных богатств любого государства. Неотъемлемыми функциями почвы являются накопление атмосферных осадков и регулирование водного баланса, концентрирование элементов питания растений, образование и обеспечение подземных вод.
Почва постоянно находится под влиянием погодно-климатических условий, флоры и фауны, а в современных условиях испытывает повышенное воздействие антропогенных нагрузок. Это обстоятельство усугубляется тем, что почва менее подвижна, чем атмосферный воздух или вода. Поэтому у нее отсутствует такой фактор, как естественное самоочищение- разбавление. Антропогенные загрязнения, попавшие в почву, накапливаются и эффект их воздействия суммируется.
Степень опасности загрязнения почв химическими веществами определяется уровнем их возможного отрицательного влияния на контактирующие среды, т. е. на воду и воздух. В зависимости от пути миграции или диффузии загрязняющих веществ в контактирующие среды для почв устанавливаются четыре показателя вредности:
- транслоационный показатель, отражающий переход химических веществ из почвы в растения и возможность накопления токсикантов в выращиваемых продуктах питания и кормах;
миграционный водный показатель, характеризующий поступление химических веществ из почвы в грунтовые воды и водоисточники;
миграционный воздушный показатель, учитывающий переход химических веществ из почвы в атмосферу;
общесанитарный показатель, отражающий влияние химических веществ на самоочищающую способность почвы и микробиоценозы.
Лесные насаждения любого назначения являются наиболее эффективными средствами ограничения распространения загрязнителей. Даже придорожные насаждения искусственного происхождения в 2-5 раз снижают накопления различных загрязнителей и в несколько раз сокращают зону опасного загрязнения по сравнению с территориями, не огражденными лесопосадками. Защитные ограждения из лесопосадок оказывают существенное влияние на подвижность токсикантов, т.е. их способность проникать в глубину по профилю почвы. Так, например, подвижность меди в почве лесных зон снижается в два раза, свинца в 3-4 раза, цинка в 10 раз. Поэтому любые лесные массивы или насаждения вдоль дорог способствует нераспространению токсикантов на соседние территории.