Все права защищены. Никакая часть электронной версии этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, для частного и публичного использования без письменного разрешения владельца авторских прав.

Глава 1. Биосфера и человек

1. Что такое биосфера и какое место занимает в ней человек?

По В. И. Вернадскому (это русский ученый начала XX в.), биосфера есть область жизни и среда обитания всех видов организмов, включая самого человека; она представляет собой особую оболочку земного шара со сложным строением. Формирование биосферы происходило в течение нескольких миллиардов лет. Современные ученые рассматривают биосферу как наиболее крупную, глобальную экосистему, поддерживающую планетарный круговорот веществ. В настоящую эпоху жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в водной оболочке земного шара (гидросфере). В глубь земной коры живые организмы проникают на сравнительно небольшое расстояние. Это объясняется тем, что в литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне от 2 до 16 км достигает 100 °С и более (в зоне вулканической активности от 200 °С до 1500 °С).

Концентрация и активность жизни наиболее велики у поверхности Земли. В морях и других водоемах наиболее густо заселены живыми организмами мелководья. На суше более 99 % живого вещества или биомассы сосредоточено в слое на несколько метров вглубь и на несколько десятков метров вверх от поверхности (в виде лесных массивов из различных пород деревьев).

Таким образом, все многообразие организмов, включая человечество, сосредоточено практически в тончайшей пленке планеты, где и протекают все главные процессы взаимодействия неживой (косной) и живой природы.

Ученые современности называют этот тонкий деятельный слой в оболочке Земли биосферой, или биоценотическим покровом, ландшафтной оболочкой; рассматривают человека, все человечество в целом как производный продукт биосферы, сформировавшийся в ходе сложнейших эволюционных процессов, которые протекали в течение сотен миллионов лет на планете Земля. Ученые-экологи выделяют человечество как общемировую популяцию биологического вида, неотъемлемую составную часть экосистемы Земли. При таком подходе к данной проблеме они считают, что человек входит в биотический компонент биосферы, где он связан пищевыми цепями с продуцентами, является консументом первого и второго (иногда третьего) порядка, гетеротрофом, пользуется готовым органическим веществом и биогенными элементами, включен в круговорот веществ биосферы и подчиняется закону физико-химического единства вещества В. И. Вернадского – живое вещество физико-химически едино. Нормативная и безопасная жизнедеятельность человека невозможна без непрерывного притока атмосферного кислорода, питьевой воды, пищи, причем в условиях постоянного взаимодействия со средой обитания. Человечеству присущи аналогичная генетическая цель (в виде продолжения рода) и весь спектр экологических связей, которые выявлены в природных популяциях всех других биологических видов. Это обусловлено его биологическим происхождением, принадлежностью к миру живой природы, в котором действуют биологические законы. Отсюда вытекает главный вывод: человек как биологический вид Homo sapiens неотделим от биосферы. В. И. Вернадский дал такое определение положения человека в биосфере: «Человек, как и все живое, может мыслить и действовать в планетарном аспекте только в области жизни – в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он неразрывно связан и уйти из которой он не может. Его существование есть ее функция». Термин «биосфера» (от греч. bios – «жизнь» и sphaira – «шар») впервые применил Э. Зюсс в 1875 г., понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности. Но целостное, емкое учение о биосфере создал В. И. Вернадский, развивший представление о живом веществе как огромной геологической (биохимической) силе, преобразующей свою среду обитания. В книге «Биосфера» (1926 г.) В. И. Вернадским были изложены основы учения о биосфере, сохранившие свое определенное значение и в современной науке. Биосфера занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу, при этом четкой границы ее не существует, она в большей степени условна.

Биосфера как место современного обитания организмов вместе с самими организмами подразделяется на 3 подсферы:

1) геобиосферу – верхнюю часть литосферы, населенную геобионтами;

2) гидробиосферу – гидросферу без подземных вод, населенную гидробионтами;

3) аэробиосферу – нижнюю часть атмосферы, населенную аэробионтами.

В 1990 г. Н. Ф. Реймерс (российский ученый) предложил рассматривать биосферу как оболочку с более сложной структурой, обосновывая это новейшими данными исследований, проведенными учеными во второй половине XX в. (1970–1980 гг.): абиосфера (глубина от 25 км до 11 км ниже уровня океана), метабиосфера (глубина от 11 км до 6 км), гипобиосфера (глубина от 6 до 5 км), теллуробиосфера (глубина от 5 до 1 км), гипотеррабиосфера (глубина от 1 км до 0 – уровня мирового океана), педосфера (от 0 до 840 м), фитосфера (от 840 м до 1,5 км), тропобиосфера (от 1,5 км до 5–6 км над уровнем моря).

2. Что такое атмосфера? Последствия ее загрязнения

Атмосфера – это сплошная воздушная оболочка Земли, своего рода защитное покрывало, предохраняющее все живое на поверхности планеты от губительного воздействия Космоса и в первую очередь от мощного солнечного облучения, так называемого солнечного ветра. Поэтому значение атмосферы очень велико, без нее жизнь на Земле была бы практически невозможна.

Наглядный пример тому спутник Земли – Луна. Атмосфера – это смесь газов, называемая воздухом, в котором во взвешенном состоянии находятся мелкие жидкие и твердые частицы (аэрозоли). В сухом чистом воздухе в объемных процентах содержится 78 % азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 % углекислого газа и около 0,003 % смеси неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, водорода, паров воды и озона. На долю водяного пара приходится до 3 % объема атмосферы. Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Последние три слоя в ряде случаев рассматривают как один и определяют термином «ионосфера». В атмосфере имеется также пыль, значительная часть которой поднята с поверхности Земли, но также присутствует космическая и бактериальная пыль. В тропосфере сосредоточены 4/5 атмосферного воздуха и весь водяной пар. В этом слое атмосферы развиваются все погодные явления. От распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере зависят погодные процессы и климат в целом. Общеизвестно, что водяной пар является источником всех осадков, увеличивает влажность воздуха и соответственно его плотность, а кроме того, поглощает солнечную радиацию. Температура тропосферы с высотой уменьшается и на высоте 10–12 км достигает –55 °С. Тропосфера занимает слой атмосферы от 0 до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора. Выше этого слоя начинается стратосфера, верхняя граница которой находится на высоте около 40 км. В этом слое атмосферы (стратосфере) температура постепенно возрастает до 0 °С, причем на высоте 22–24 км имеется максимальная концентрация озона – озоновый слой, который поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излучения Солнца. За стратосферой следует слой, называемый мезосферой, простирающийся до 80 км, в нем температура падает до –60–80 °С. Наблюдается высокое содержание ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний. За слоем мезосферы находится слой термосферы, верхняя граница которого прослеживается на высоте до 800 км. В этом слое растет температура, увеличивается содержание легких газов (водорода и гелия) и заряженных частиц. Выше термосферы располагается слой экзосферы до высоты 1500–2000 (3000) км, здесь происходит рассеивание (диссипация) атмосферных газов в космическое пространство.

Вторая половина XX в. характеризовалась нарастающим широкомасштабным загрязнением атмосферы, причем не только в приземном слое, но и на больших высотах. Это загрязнение атмосферы было обусловлено выбросами пыли, различных газов от промышленных предприятий, тепловых электростанций, от транспорта, работающем на дизельном топливе, бензине, мазуте, метане и др. Причем в указанный период времени происходил значительный рост числа крупных промышленных предприятий, транспорта всех видов – автомобильного, морского, речного, воздушного. Рост промышленного производства и всего мирового хозяйства был обусловлен несколькими причинами:

1) ростом численности населения на планете Земля;

2) урбанизацией;

3) безудержной гонкой вооружений в противостоящих друг другу главных державах мира – СССР и США, а также в странах – союзниках соответственно.

Свою «долю» в загрязнение атмосферы вносили и вносят промышленные предприятия в развивающихся и индустриальных странах Азии, Африки и Латинской Америки. Другим поставщиком дыма и загрязняющих веществ в атмосферу являются частые лесные пожары в различных районах Земли и особенно в России, на огромных площадях в Сибири и на Дальнем Востоке. В крупных городах – промышленных центрах при неблагоприятных погодных условиях (отсутствии ветра и температурной инверсии в слое 300–400 м – вместо обычного понижения температура воздуха повышается) летом или зимой образуется смог – ядовитая смесь дыма, тумана и пыли, содержащая оксиды серы, углерода, азота, органические пероксиды, альдегиды и т. д. Смог вызывает обострение респираторных заболеваний, раздражение и слезоточивость глаз, общее ухудшение физического состояния вплоть до летального исхода (например, в 1952 г. в Лондоне от смога за 2 недели погибло более 4000 человек). Другим последствием загрязнения атмосферы является кислотный дождь – дождь или снег, подкисленный до рН < 5,6 из-за растворения в атмосферной влаге компонентов различных техногенных выбросов (диоксида серы, оксиды азота, хлороводорода и др.). Кислотные дожди обычно выпадают недалеко от крупных промышленных районов, в результате их воздействия происходят:

1) снижение урожайности многих сельскохозяйственных культур;

2) ухудшение состояния и даже гибель целых лесных массивов;

3) закисление пресноводных водоемов (в том числе и с питьевой водой в водозаборных для нужд населения городов);

4) снижение рН почвы;

5) биоцидное воздействие на растительность (особенно в садово-огородных хозяйствах пригородов).

Медицинская статистика свидетельствует о значительном росте заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной систем (а также онкологических) в районах с загрязненной атмосферой. Загрязнение атмосферы является серьезной глобальной экологической проблемой.