Глобальные изменения в биосфере

На этой странице вы узнаете

• Как бактерии спасают от гибели миллионы водных жителей?
• В каком городе самый загрязненный воздух в мире?
• Холодильники и озоновые дыры: где связь?

В известном мультфильме «Валли» повествуется о том, как в начале XXII века люди покинули планету Земля. Она стала непригодна для жизни из-за того, что на ней накопилось огромное количество неперерабатываемых отходов. Люди оставили на Земле роботов, призванных очистить планету. К слову, по сюжету фильма, с 2105 до 2805 года им все еще не удалось закончить свою работу. 

Этот фильм относится к жанру фантастики. Однако, текущая экологически ситуация в мире на данный момент вполне располагает к развитию этого сценария… В этой статье мы обсудим глобальные изменения в природе, связанные с деятельностью человека, и поговорим о том, что мы можем сделать, чтобы помочь нашей планете. 

Глобальные изменения в биосфере, вызванные деятельностью человека

Несколько столетий назад большая часть человечества была занята тяжелым ручным трудом, людям попросту приходилось выживать — ни развитой промышленности, ни медицины, ни быстрого и доступного транспорта. Сегодня же многие люди живут в полном комфорте — достижениями в науке, промышленности и других отраслях мы обеспечили себе удобную жизнь. И заплатили за это высокую цену, в результате чего столкнулись с такими глобальными изменениями в биосфере, как:

• загрязнение воздушной и водной среды;
• разрушение почвенного покрова;
• изменение климата Земли;
• уменьшение биоразнообразия растительного и животного мира;
• сокращение площади лесов;
• опустынивание;
• увеличение потребления природных ресурсов и их нерациональное использование.

Загрязнение гидросферы

Вода покрывает 70% поверхности нашей планеты, она является средой обитания большинства живых организмов и используется человеком во всех сферах жизни. Дефицит чистых источников пресной воды — одна из самых больших экологических проблем сегодня. Среди загрязнителей гидросферы выделяют: 

• сточные воды промышленных предприятий;
• массовое содержание скота;
• использование удобрений и пестицидов;
• сточные бытовые воды;
• нефть и ее продукты.

Конечно, человек не может перестать использовать воду в промышленности, удобрения и пестициды в сельском хозяйстве, но ситуация все равно не безвыходная. Какие есть способы решения этой проблемы? 

1. Экономия воды — дождевые установки в сельском хозяйстве и установка счетчиков воды для контроля количества ее потребления.
2. Очистка сточных вод путем установления специальных фильтров.
3. Разработка инновационных очистных сооружений для промышленности.
4. Тщательный контроль за перевозками нефти.

Как бактерии спасают от гибели миллионы водных жителей? Часто нефть перевозится в огромных количествах. Авария на танкере или другие причины, по которым нефть может разлиться и попасть в воду, чреваты экологической катастрофой — не только загрязняется окружающая среда, но и в результате отравления гибнут обитатели этой территории.  Так, в Кувейте в 1991 году произошел разлив 205 млн тонн сырой нефти. Российские ученые разработали биофильтры на основе фукусовых водорослей, которые могут эффективно и безопасно очищать морскую воду от нефтяных загрязнений. Несколько десятков килограмм этих чудо-водорослей могут утилизировать тонны нефти. Вот так выглядит этот супергерой:

Загрязнение атмосферы

Теперь перейдем к загрязнителям атмосферы, среди них:

• черная и цветная металлургия;
• тепловые электростанции;
• автотранспорт;
• нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность;
• химическая промышленность;
• лесные пожары и извержения вулканов.

Они загрязняют воздух оксидами азота, серы, углеводородами, их производными (фреоны — хлорфторуглерод), угарным газом, металлической пылью. Согласно статистике ВОЗ, в 2019 году 99% процентов населения проживало в районах, где уровень загрязнения воздуха превышал значения, установленные в рекомендациях ВОЗ по качеству воздуха. Это влияет на распространение инсультов, болезней сердца, рака легких, хронических и острых респираторных заболеваний.

В каком городе самый загрязненный воздух в мире? В 2019 году World Pollution Index признал город Луанду самым загрязненным в мире. Это африканский город с самыми высокими темпами промышленного развития на материке.

А страна, у которой самый высокий индекс экологической эффективности, — это Финляндия. Обратимся к опыту финнов, чтобы узнать о том, как помочь планете.

1. Финляндия сократила потребление первичных энергетических ресурсов, в этой стране большая часть энергии производится за счет возобновляемых источников — солнца, ветра и т.д.
   
2. Предпочтение пеших и велосипедных прогулок автомобилям. Высказываются даже предположения о том, чтобы автомобильное движение перенести преимущественно в пригород, а в центре столицы оставить только общественный транспорт.
   
3. Инвестиции в экономику полного цикла: отходы не только утилизируются, но и побочные продукты применяются в качестве сырья.

• 

• 

Озоновые дыры

Одна из самых обсуждаемых проблем, связанных с загрязнением атмосферы, — это озоновые дыры. 

Озоновая дыра — это локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. 

Разрушение озонового слоя приводит к проникновению на поверхность земли ультрафиолетовых лучей, способных вызывать злокачественные заболевания и мутации.

Холодильники и озоновые дыры: где связь? В настоящее время считается, что к утончению озонового слоя привела деятельность человека, а именно — использование хлор- и фторсодержащих фреонов.  Фреоны — высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладагентов (холодильники, кондиционеры, рефрижераторы), пенообразователей и распылителей. Раньше в холодильниках использовали токсичные и взрывоопасные вещества (аммиак и сернистый газ), а потом Томас Миджли, американский химик и инженер, предложил использовать вместо них фреоны — они действительно имели ряд преимуществ, но к сожалению, привели к очень опасным последствиям для всей планеты.

Озоновый слой защищает человечество от вредных воздействий. А что делает человечество, чтобы защитить озоновый слой (и себя, конечно)?

С 1987 года, когда было выявлено влияние фреонов на озоновый слой, началась активная экологическая политика в этой сфере. С 2000 года производство хлорфторуглеродов во всем мире почти полностью прекратилось. С 2003 года идет снижение содержания хлорфторуглеродов в стратосфере, и предполагается, что через несколько десятилетий озоновая дыра закроется. 

Кислотные дожди

Кислотный дождь — метеорологические осадки (дождь, снег, град, туман), подкисленные ниже 5,6 рН в результате растворения в атмосфере таких веществ, как оксиды азота и серы, хлороводород и сероводорода. 

Обычно дождь приносит с собой свежесть, на улице приятно пахнет мокрым асфальтом. А каковы последствия кислотного дождика?

• Вымывание из почвы кальция, натрия и других питательных веществ, закисление почв.
• Ослабление деревьев и усиление их подверженности болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые процветают в кислой среде.
• Замедление роста культурных растений, таких как помидоры, соя, фасоль, табак, шпинат, морковь, брокколи и хлопок.
• Гибель организмов в озерах и реках.
• Закисление пресноводных водоемов.
• Кислотными дождями обусловлено постепенное разрушение памятников архитектуры, статуй, уличных скульптур.

Визуально такие осадки не отличаются от нормальных, поэтому в дождливую погоду лучше всегда соблюдать меры предосторожности — надевать дождевик, брать с собой зонт. Любителям романтических прогулок под дождем лучше подождать улучшения экологической обстановки (пару сотен лет) — следует остерегаться попадания осадков на открытые участки тела. 

Парниковый эффект

Парниковый эффект — это разогрев нижних слоев атмосферы вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое солнечное излучение у поверхности. 

Не пугайтесь сложного определения, сейчас мы с вами разберем этот механизм подробнее.

От Солнца на Землю поступает коротковолновое излучение, и наша атмосфера полностью его пропускает — задерживаются только жесткие ультрафиолетовые лучи. Земля нагревается, и от нее тоже исходит радиация, только теперь — длинноволновая, а вот ее наша атмосфера уже не пропускает. Длинноволновое излучение задерживают «парниковые» газы:

В парниках, которые возможно стоят на вашем дачном участке, тепло у поверхности земли удерживают специальные прозрачные материалы — пленка, пластмасса или стекло. Что задерживает тепловые лучи у поверхности в масштабах целой планеты? И снова виноваты все те же герои, которых мы уже обсудили выше: водяной пар и углекислый газ, диоксиды углерода, метан, фреоны, оксиды азота. 

В результате парникового эффекта за последние 50 лет среднегодовая температура у поверхности земли увеличилась на 0,5 градуса. Казалось бы — такая маленькая цифра, но даже это может привести к интенсивному таянию ледников Антарктиды и Гренландии. А это чревато повышением уровня воды и затоплением приморских равнинных участков, усилением абразионных процессов — разрушением горных пород в береговой зоне. Наибольшую угрозу парниковый эффект несет островным странам: если уровень воды все же начнет подниматься, то они просто перестанут существовать.

Интересный факт: уменьшение среднегодовой температуры у поверхности земли всего на 4 градуса приводило к ледниковым эпохам — почти как в мультфильме про мамонтов и ленивца.

Эрозия и опустынивание

Примерами еще одних глобальных изменений биосферы являются эрозия почв и ее опустынивание. Рассмотрим их подробнее. 

Эрозия почвы — это процесс, в результате которого происходит разрушение верхнего ее слоя.

В основном именно из верхнего слоя почвы растения получают необходимые для жизни питательные вещества и воду. Почва — это важнейший ресурс для человечества, но в последнее время ее использование настолько увеличилось, что она стала истощаться с огромной скоростью.

Люди используют почву для выращивания сельскохозяйственных культур, например, пшеницы, выпаса скота, добычи полезных ископаемых. Это непременно приводит к ее эрозии. Еще одной причиной могут быть климатические факторы — сильные ветра и дожди. Они тоже способствуют разрушению почвы. Подробнее об этом процессе вы можете прочитать в статье «Внутренние и внешние силы Земли».

Последствия эрозии почвы пугающие: сокращение площадей сельскохозяйственных угодий приводит к тому, что продукцию, то есть нашу будущую пищу, попросту негде выращивать. Качество продуктов ухудшается, а значит, ухудшается и их безопасность для человека и животных. Так как пищи будет не хватать на всех, население планеты столкнется с голодом. Это звучит неутешительно! 

Опустынивание почвы — это процесс разрушения почвы в результате ее высушивания.

Опустынивание широко распространено в засушливых и полузасушливых регионах нашей планеты. Пустыни могут формироваться в результате чрезмерного использования земель человеком, а также по естественным причинам, например, из-за климатических факторов (длительные сезоны засухи, короткие сезоны дождей, сильные ветра и т. д.). В результате почва становится неплодородной, вырастить на ней что-то чрезвычайно сложно.

Проблемы эрозии и опустынивания земель серьезно угрожают человечеству, ведь отсутствие качественной почвы лишит его одного из самых главных ресурсов — пищи. Поэтому в настоящее время разрабатываются и применяются меры для предотвращения и уменьшения последствий этих угроз.

• Создание лесозащитный полос — высаживание деревьев для того, чтобы препятствовать выдуванию почвы ветром.
• Контроль выпаса скота, так как скот вытаптывает растительность, которая удерживает почву, предохраняя от выветривания и эрозии. 
• Соблюдение севооборота – чередования видов культур, выращиваемых на одном месте во избежание истощения почвы. Например, посевы картофеля «высасывают» из земли большое количество минеральных веществ, поэтому на следующий год бывшее картофельное поле следует засеять бобовыми растениями. Благодаря симбиозу с азотфиксирующими бактериями, бобовые восполняют недостаток нитратов в почве, делая ее вновь пригодной для богатого урожая картошки. 
• Земли, используемые для сельскохозяйственных нужд, должны тоже чередоваться. Условно, можно сказать, что земельные участки должны «ходить в отпуск» по очереди.

Последствия деятельности человека в экосистемах

Теперь, когда мы обсудили глобальные изменения в биосфере, поговорим о том, как жизнь людей влияет на экосистемы.

Антропогенное воздействие — влияние деятельности человека на окружающую среду, отличающееся от влияния других живых организмов в силу высокого уровня технического прогресса (промышленность, земледелие, урбанизация и т. д.)

Виды антропогенного воздействия

Прямое	Косвенное
Изменение экосистем из-за непосредственной деятельности человека.  Примеры: вырубка леса, разработка месторождений нефти, угля.	Изменения экосистем, возникающие непреднамеренно, как последствия прямого воздействия. Примеры: уничтожения мест обитания живых организмов из-за вырубки леса.

К сожалению, на сегодняшний день деятельность человека несет для экосистем в основном негативные последствия: она нарушает хрупкие природные балансы и циклы. 

В ходе своей хозяйственной деятельности люди изымают из экосистем необходимые для их функционирования вещества: первичную органику, выработанную растениями в процессе фотосинтеза, останки живых организмов, минеральные вещества из почвы, пригодную для питья воду и многое другое.

Вместо полезных ресурсов человек вносит в экосистемы искусственные продукты своей жизнедеятельности, с которыми природные механизмы не умеют справляться, включая их в свои круговороты: неразлагаемые пластик и стекло, удобрения, химикаты и огромное количество тепловой энергии, производимой транспортом, домами и фабриками.

Глобальные изменения, вызванные деятельностью человека, в самой крупной экосистеме Земли — биосфере — вам уже известны. Что же происходит с природой на других уровнях?

Когда человек разрушает хотя бы один из компонентов экосистемы, это не может пройти бесследно для других ее составляющих. Уничтожение насекомых, являющихся пищей для многих животных, приводит к их вымиранию или миграции. Снижение видового разнообразия приводит к нарушению устойчивости экосистемы и ее гибели. Насекомые также необходимы для опыления растений, но некоторые вещества, применяемые человеком в сельском хозяйстве (гербициды, пестициды, удобрения), косвенно приводят к гибели насекомых-опылителей и нарушают размножение растений. 

Интродукция (внедрение в экосис­тему видов, которые раньше в ней отсутствовали) может приводить к чрезмерному размножению новых членов экосистемы из-за отсутствия естественных врагов. Так слу­чилось с колорадским жуком в Центральной Европе и с кроликами в Австралии. Эти виды-«оккупанты» быстро захватывают экологические ниши, вытесняя других животных, разрушая кормовые базы (растительные сообщества) и места обитания.

Загрязнение гидро- и атмосферы тоже начинается с малого: неочи­щенные сточные воды, мусор, выхлопные газы, радиоак­тивные вещества сначала попадают в локальные экосистемы. Некоторые яды (тяжелые металлы, инсектициды, пестициды и др.) могут передаваться по пищевым цепям и сетям: из растений (продуцентов) травоядным животным, оттуда в молоко, мясо и далее. Многие из загрязняющих веществ действуют на живые организмы губительно.

Тепловое загрязнение во многом связано с работой электростанций: для охлаждения промышленных конструкций большинство предприятий используют холодную воду близко расположенных водоемов, возвращая ее обратно теплой. 

Из-за этого в водных экосистемах уменьшается сопротивляемость организмов к токсинам и заболеваниям; в теплой среде активнее размножаются сине-зеленые и одноклеточные водоросли, вызывающие «цветение» водоема; кислород хуже растворяется в теплой воде, но при повышении температуры живот­ные нуждаются в нем больше.

Умение видеть такие взаимосвязи между мелочью (вроде выкинутой в лесу жестянки) и глобальными изменениями в биосфере важно не только для экзамена. Оно очень пригодится вам в будущем!

Наша планета прекрасна и необычна. Но научно-технический прогресс и неконтролируемое использование природных ресурсов ведет к тому, что, казалось бы, бездонные богатства Земли истощаются. Поэтому многие государства активно разрабатывают меры по улучшению состояния нашего места жительства и внедряют их в массы. Это направление достаточно перспективное. Хочется верить, что в будущем человечество станет более разумным и сохранит Землю со всем ее биоразнообразием. Кстати, узнать, как на нашей планете сформировалось такое впечатляющее разнообразие живых организмов можно здесь? 

Термины

Гербициды — вещества, применяемые в сельском хозяйстве для уничтожения растений-паразитов (сорняков).

Инсектициды — вещества, применяемые для уничтожения насекомых-вредителей сельского хозяйства (саранча) и насекомых-переносчиков заболеваний (малярийный комар).

Пестициды — это ядовитые вещества, ядохимикаты, которые используются для борьбы с вредителями и паразитами растений. 

Пищевые (трофические) сети — совокупность пищевых цепей экосистемы, отражающая все пути питания организмов.

Пищевые цепи — ряд организмов экосистемы, последовательно связанных пищевыми отношениями (следующий поедает предыдущего). 
Экосистема — совокупность организмов, обитающих на одной территории, и условий среды, образующих друг с другом тесные взаимосвязи для обмена веществами и энергией. Подробнее об экосистемах, сетях и цепях питания вы можете узнать в статье «Экосистема (биогеоценоз) 1.0».

Фактчек

• К глобальным изменениям в биосфере относятся: загрязнение воздушной и водной среды, разрушение почвенного покрова, изменение климата Земли, уменьшение биоразнообразия растительного и животного мира, сокращение площади лесов, опустынивание и увеличение потребления природных ресурсов и их нерациональное использование.
• Основные загрязнители биосферы: черная и цветная металлургия, тепловые электростанции, автотранспорт, нефтеперерабатывающая и химическая промышленность.
• Озоновая дыра — это локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли.
• Кислотный дождь — метеорологические осадки, подкисленные ниже 5,6 рН в результате растворения в атмосфере разных веществ.
• Парниковый эффект — это разогрев нижних слоев атмосферы вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое солнечное излучение у поверхности.

Проверь себя

Задание 1.
Что привело к утончению озонового слоя?

1. использование фреонов
2. сток вредных веществ в воду
3. вырубка лесов
4. выпас скота 

Задание 2.
Осадки с каким показателем можно считать кислотными?

1. рН выше 7,1
2. рН ниже 7,2
3. рН выше 5,6
4. рН ниже 5,6

Задание 3.
Как изменилась среднегодовая температура у поверхности земли за последние 50 лет?

1. уменьшилась на 0,5 ℃ 
2. увеличилась на 0,5 ℃
3. уменьшилась на 1 ℃
4. уменьшилась на 2 ℃

Задание 4.
Какое излучение пропускает наша атмосфера?

1. коротковолновое
2. длинноволновое 

Ответы: 1. — 1; 2. — 4; 3. — 2; 4. — 1.