Влияние природных и антропогенных факторов на экосистемы

2. Влияние природных и антропогенных факторов на экосистемы

Основными компонентами биоценоза являются три группы организмов: растения, животные и микробы. Так, в экосистему леса входят все деревья, кустарники, травы, лишайники, грибы, животные, микроорганизмы, почва с ее обитателями, газы атмосферы и соли, растворенные в почвенной воде.

Экосистему озера или моря составляют все растения, животные и микробы водоема, вся водная масса, с растворимыми в ней веществами, грунты с органическими и минеральными частицами. Вещества движутся от одного компонента к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе и обеспечивая существование экосистем. Например, движение атмосферного кислорода. Все организмы потребляют его при дыхании, а выделяют кислород в реальных экосистемах круговорот обычно бывает незамкнутым, т. к. часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть поступает извне. Но в целом принцип круговорота в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере. Жизнь на Земле возникла около 3 млрд. лет назад. Если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, запасы их бы давно исчерпались и жизнь прекратилась бы. [2, с.11-12]

Все вещества на планете Земля находятся в процессе биохимического круговорота. Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Возврат химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и химических реакций называется биохимическим циклом.

В круговороте веществ участвуют три группы организмов:

Продуценты (производители) — автотрофные организмы и зеленые растения, которые, используя солнечную энергию, создают первичную продукцию живого вещества. Они потребляют углекислый газ, воду, соли и выделяют кислород. К этой группе принадлежат некоторые бактерии хемосептики, способные создавать органическое вещество.

Консументы (потребители) — гетеротрофные организмы, питающиеся за счет автотрофных и друг друга. Редуценты (восстановители) — организмы, питающиеся организмами, бактериями и грибками. Скорость образования биологического вещества (биомассы), т. е. образование массы вещества в единицу времени, называют продуктивностью экосистемы. Круговорот энергии связан с круговоротом веществ. Наиболее характерен для процессов, происходящих в биосфере, круговорот углерода. Соединения углерода образуются, изменяются и разрушаются. Основной путь углерода — от углекислого газа в живое вещество и обратно. Часть углерода выходит из круговорота, отлагаясь в осадочных породах океана или в ископаемых горючих веществах органического происхождения (торф, каменный уголь, нефть, горючие газы), где уже; аккумулирована его основная масса, Этот углерод принимает участие в медленном геологическом круговороте. Важную роль в; биосферных процессах играет круговорот азота. Фиксация его в химических соединениях происходит при вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере в процессе её ионизации, при сгорании материалов. Определяющее значение в фиксации азота имеют микроорганизмы. Соединения азота (нитраты, нитриты) в растворах поступают в организмы растений, участвуя в образовании органического вещества (аминокислоты, сложные белки). Часть соединений азота выносится в реки, моря, проникает в подземные воды. Из соединений, растворенных в морской воде, азот поглощается водными организмами, а после их отмирания перемещается в глубь океана. Одним из важнейших элементов биосферы является фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, костной ткани, фосфор также участвует в малом и большом круговоротах, усваивается растениями. Различные вещества имеют разную скорость обмена в биосфере. К подвижным относят: хлор, серу, бор, бром, фтор. К пассивным— кремний, калий, фосфор, медь, никель, алюминий и железо. Круговорот всех биогенных элементов происходит на уровне биогеоценоза. От того, насколько регулярно и полно осуществляется круговорот химических элементов, зависит продуктивность биогеоценоза. [3, с.104-105]

Человек оказывает огромное воздействие на развитие и деградацию экосистем. От того, насколько человечество готово изменить свое отношение к окружающей среде зависит будущее всей нашей планеты.

3. Прогноз изменения экологических систем

С самого момента появления человека как биологического вида сообщества людей постоянно сталкивались с местными экологическими ограничениями: неспособностью найти дичь в необходимых количествах, вырастить достаточный урожай или собрать достаточно дров, что приводило к резким спадам в численности населения, а в некоторых случаях и к исчезновению целых цивилизаций. Технический прогресс и появление интегрированной мировой экономики положили конец такому многовековому ходу событий.

Вызов, перед которым мы оказались вначале нового века, начинается с масштабов. По сравнению с началом прошлого столетия численность населения мира увеличилась в четыре раза, а мировая экономика выросла в 17 раз. Этот рост обеспечил столь значительное повышение жизненного уровня, о каком наши предки не могли и мечтать, но при этом он в таких масштабах подорвал природные экосистемы, которые они не могли вообразить и естественно никогда не воспринимали в качестве угрозы. Возможности морского рыболовства, например, приближаются к своим пределам или даже превышают их, уровень грунтовых вод снижается на всех континентах, пастбища гибнут из-за перевыпаса, многие из сохранившихся тропических лесов находятся на грани исчезновения, а концентрация углекислого газа (СО₂) в атмосфере достигла максимального уровня за 160 тыс. лет. Если такие тенденции продолжатся, это приведет к тому, что рубеж тысячелетий как историческое событие покажется тривиальным, потому что они могут повлечь за собой самое значительное вымирание живых существ с тех пор, как падение метеорита смело с лица Земли динозавров около 65 млн. лет назад.

Когда мы пытаемся заглянуть в XXI век, становится ясным, что удовлетворение прогнозируемых потребностей постоянно возрастающего населения мира с помощью той экономики, которую мы имеем сейчас, просто невозможно. Западная экономическая модель — расточительная экономика, основанная на потреблении ископаемого топлива и ориентированная на автомобиль, которая столь разительно повысила в XX веке жизненный уровень части человечества, — попала в трудное положение. Действительно, глобальная экономика не может расширяться бесконечно, если экосистемы, от которых она зависит, продолжают разрушаться.

Сдвиг в сторону экологически безопасной, устойчивой экономики может стать столь же глубоким преобразованием, каким была Промышленная революция, которая и привела к нынешней дилемме.

Фундаментальное значение имеет тот факт, что наша нынешняя экономическая модель разрушает природные экосистемы Земли. Для нас сегодня ключевыми ограничениями являются пресная вода, леса, пастбища, океанские рыбопромысловые зоны, биологическое разнообразие видов и состояние атмосферы Земли. Хотя наши предки боролись с нехваткой воды со времен древней Месопотамии, становящийся все более распространенным дефицит пресной воды является, возможно, самой недооцениваемой ресурсной проблемой, с которой столкнулся мир сегодня. Об этом свидетельствуют как понижение уровней грунтовых вод, так и пересыхающие реки, которые неспособны донести свои воды до моря. Поскольку потребление воды в мире с середины столетия утроилось, чрезмерное ее выкачивание привело к понижению уровней грунтовых вод на всех континентах.

В Китае и Индии, двух крупнейших по численности населения странах мира, запасы продовольствия наполовину или более зависят от орошаемого земледелия. В Китае уровни грунтовых вод снижаются повсеместно, поскольку местность там равнинная. Северная половина страны в буквальном смысле высыхает. Уровень грунтовых вод под большей частью территории севера Большой Китайской равнины, на которую приходится почти 40% производства зерна в Китае, снижается примерно на 1,5 кг в год. Прогнозы, подготовленные Национальной лабораторией Sandia, США показывают, что в начале нового тысячелетия в ряде основных речных бассейнов в Китае возникнут огромные водные дефициты.

В Индии ситуация с водой будет ухудшаться, возможно, еще быстрее. С приближением численности ее населения к отметке 1 млрд. страна столкнется с резким спадом в снабжении водой для орошения.

В настоящее время в мировом масштабе 70% всей воды, отводимой из рек и выкачиваемой из-под земли, используется для орошения, 20% — в промышленности и 10% идет на нужды населения. Экономика водопользования неблагоприятна для фермеров. Тысяча тонн воды используется в сельском хозяйстве для производства 1 т пшеницы стоимостью 200 долл., и ее же можно использовать для увеличения промышленного производства на 14 тыс. долл., что в 70 раз доходнее. Поскольку спрос на воду в каждом из указанных трех секторов растет, а конкуренция за ограниченные водные ресурсы усиливается, сельское хозяйство почти всегда проигрывает.

Во многих регионах сочетание лесозаготовок и расчистки лесных участков под земледелие и скотоводство ухудшило состояние лесов до такой степени, что они стали уязвимыми для пожаров. Здоровый тропический лес не будет гореть. Но крупные массивы тропических лесов в мире уже перестали быть здоровыми. В конце года и осенью 1997 г. лесные пожары в Индонезии вышли из-под контроля. Несколько месяцев в этом регионе в воздухе стоял густой дым, что отразилось на здоровье миллионов людей. Было отменено около 1100 авиарейсов. Резко упали доходы от туризма.

В то время как сообщения о лесных пожарах в Индонезии попали на первые полосы газет, еще более крупные пожары в бассейне Амазонки привлекли гораздо меньше внимания из-за большей удаленности от мировых центров. А весной 1998 г. вышли из-под контроля лесные пожары на юге Мексики. В соседнем штате Техас много раз подавались сигналы об опасном состоянии воздуха в связи с тем, что облака дыма двигались в северном направлении. Временами эти облака продвигались далеко на север, вплоть до Чикаго. В начале лета 1998 г. начали также выходить из-под контроля лесные пожары во Флориде. Хотя на помощь были брошены пожарники и противопожарная техника примерно из 23 штатов, попытки погасить эти пожары не удались. Из одного округа население было эвакуировано полностью, а из нескольких других частично — и это в стране, которая располагает самой совершенной противопожарной техникой в мире. Можно утверждать, что в каждой из этих ситуаций имело место влияние человека. Возникновению крупномасштабных лесных пожаров способствовала совокупность факторов: ухудшение состояния лесов, обусловленное описанными выше причинами, засухи, связанные с явлением «Эль-Ниньо», и в некоторых случаях, например во Флориде, рекордно высокие температуры воздуха.

Рыболовство как источник продовольствия исторически предшествовало сельскому хозяйству, однако впервые устойчивых и даже высоких уловов в океанских рыбопромысловых зонах достигло именно наше поколение. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), 11 из 15 наиболее важных рыбопромысловых зон в мире полностью или в значительной мере истощены, то же самое можно сказать и 70% основных промысловых видов рыб. Благосостояние более чем 200 млн. человек в мире, пропитание и доходы которых зависят от рыболовства, находится под угрозой.

Если биологи правы, то спад в добыче морепродуктов в расчете на душу населения, начавшийся в 1989 г., будет сохраняться, пока не остановится рост населения. В новом тысячелетии наступит поворотный пункт в океанском рыболовстве, сдвиг от изобилия к такой ситуации, когда пользующиеся спросом виды рыб окажутся в дефиците, цены на морепродукты будут расти, и станут множиться конфликты между странами за доступ к промысловым зонам.

Хотя данные по пастбищному животноводству не столь точны, как по морскому рыболовству, известно, что площадь пастбищных угодий в мире примерно в два раза превышает площадь пахотных земель, при этом на них приходится большая часть производства потребляемой в мире говядины и баранины. Поддержание в будущем стабильного производства мяса, молока, а также обеспечение традиционной: образа жизни для народов, занимающихся животноводством, создадут еще большую нагрузку на пастбища, состояние которых и без того уже значительно ухудшилось. Таким образом, еще одна из наших основных систем обеспечения подвергнется разрушению под воздействием непрерывно расширяющихся потребностей человека. [1, с.299-300]

Возможно, самым лучшим показателем нынешнего состояния Земли являетсясокращающееся число биологических видов, которые живут вместе с нами на планете. В течение большей части истории эволюции число видов растений и животных постепенно возрастало, и сегодня мы наблюдаем чрезвычайно богатое разнообразие жизни на Земле. К сожалению, сейчас мы находимся на ранних стадиях крупнейшего за 65 млн. лет вымирания растительной и животной жизни.

Из 242 тыс. видов растений, обследованных Международным союзом охраны природы (МСОП) в 1997 г., 14%, или приблизительно 33 тыс. видов, находятся под угрозой вымирания. Примерно 7 тыс. видов грозит непосредственная опасность вымирания, и еще 8 тыс. уязвимы к этой угрозе. Основной причиной вымирания растений является уничтожение мест их произрастания, часто при расчистке земель под земледелие и животноводство, а также для строительства жилых домов, или осушение заболоченных земель с последующем их использованием для земледелия и строительства. Осложняют эту проблему крупномасштабная миграция отдельных видов растений, стимулируемая расширяющейся торговлей, а также изменения климата, которые в ближайшие десятилетия могут привести к уничтожению целых экосистем.

В равной мере вызывает беспокойство и состояние животного мира. Из 9,6 тыс. видов птиц, обитающих на Земле, две трети переживают сейчас снижение численности, а 11 % угрожает вымирание. Это вызывается в основном совокупностью таки причин, как изменение или уничтожение местообитаний, чрезмерный отстрел охотниками и бесконтрольная интродукция экзотических видов. Из обитающих на Земле 4,4 тыс. видов млекопитающих, среди которых мы являемся лишь одним из видов: 11 % находятся под угрозой вымирания. Еще 14% могут попасть в эту категорию, если существующие тенденции будут продолжаться. Из 24 тыс. видов рыб, живущих в океанах и пресноводных озерах и реках, под угрозой вымирания сейчас находите^; одна треть.

Разворачивающаяся в последние десятилетия глобализация также ведет к уменьшению многообразия жизни на Земле. Бурно расширяющиеся торговля и туризм сломали экологические барьеры, существовавшие миллионы лет, что позволило тысячамбиологических видов — растениям, насекомым и другим живым организмам — проникать на отдаленные территории, а нередко и полностью вытеснять местные виды и нарушать важные экологические процессы. Недавно такие "биовторжения" (и биоинвазии) заставили отказаться от использования более чем 1 млн. га пахотных земель; в Южной Америке и опустошили рыбные угодья на озере Виктория в Восточной Африке.

На возможности выживания некоторых видов животных влияет также присутствие химикатов в окружающей среде. В 1962 г. биолог Рейчел Карсон в своей книге "Безмолвная весна" (Silent spring) предупреждала, что продолжение применения ДДТ может создать угрозу выживанию таких хищных птиц, как белоголовый орлан и сапсаны. Последнее время вызывает беспокойство семейство синтетических химических веществ, связанных с пестицидами и пластмассами. Это так называемые "эндокринные разрушители", которые влияют на функционирование желез внутренней секреции и могут воздействовать на процесс размножения у некоторых видов птиц, рыб и земноводных.

Возрастают также нагрузки на земную атмосферу. С расширением нашей глобальной экономики, основывающейся на использовании ископаемого топлива, выбросы углеродных соединений в атмосферу превысили способность природных систем связывать углекислый газ. В результате концентрация СО₂ в атмосфере повысилась с примерно 280 млн. в начале промышленной эры до 363 млн. в 1998 г., что явилось рекордным уровнем за весь период наблюдений. По мнению ведущих ученых, концентрация СО₂ и других парниковых газов стала причиной повышения температур в течение нынешнего столетия. Все 14 случаев, когда среднегодовая температура достигала наивысших значений за период с 1866 г., в котором впервые стали систематически регистрировать метеонаблюдения, имели место после 1980 г. (рис. 2)

Если мир будет по-прежнему ориентироваться на использование ископаемого топлива, то, согласно прогнозам, концентрация СО₂ в атмосфере уже в 2050 г. вдвое превысит уровень, отмечавшийся до начала промышленной эры, что приведет к 2100 г. к повышению средней температуры поверхности Земли на 1—3,5 °С (2—6 ° по Фаренгейту). Это, как ожидается, повлечет за собой более серьезные климатические последствия, включая более разрушительные бури и наводнения, а также таяние ледников и повышение уровня воды в океанах. Компьютерное моделирование, проведенное в конце 1998 г. в Центре Хэдди по исследованию изменения климата, Великобритания, показало, что в результате изменения климата существенно сократится производство продовольствия в Африке и Соединенных Штатах. Ученые Центра Хэдли выявили также потенциальную возможность выхода парникового эффекта из-под контроля после 2050 г., что приведет к превращению таких регионов,

как бассейн Амазонки и юг Европы, в настоящие пустыни.

 

Рис.2 Средняя температура поверхности Земли за период 1866-1998гг.

Климат на Земле является одной из важных основ природных экосистем и всей экономики человечества. Если мы вступаем в новый период нестабильности климата, то последствия могут быть действительно серьезными; они окажут влияние, по существу, на все экосистемы Земли, ускорят вымирание отдельных биологических видов и не затронут лишь немногие области экономической жизни.

Даже в высокотехнологичный информационный век человеческие общества не могут продолжать процветать, в то время как мир природы постепенно деградирует. Наши продовольственные культуры и натуральные лекарственные средства являются производными от дикорастущих растений, и даже генная инженерия основана на перегруппировке генов, созданных самой природой. Кроме того, наши сельскохозяйственные культуры, промышленность и крупные города нуждаются в здоровых экосистемах для сохранения воды и поддержания благоприятного климата. Мы можем видеть надвигающуюся на нас проблему.

Как отмечалось выше, западная модель промышленного развития, утвердившаяся за два последних столетия, подняла до немыслимой ранее высоты жизненный уровень одной пятой человечества. Она обеспечила удивительно разнообразное питание, беспрецедентные уровни потребления материальных благ и физическую мобильность, о которых наши предки не могли и мечтать. Однако эта расточительная, основанная на потреблении ископаемого топлива и ориентированная на автомобиль экономика, получившая развитие на Западе, не является жизнеспособной системой для всего мира, а в долгосрочном плане даже и для самого Запада, поскольку она уничтожает поддерживающие ее экосистемы. [4, с.111-112]

Если в следующем столетии западная модель будет распространена на весь мир, а численность населения достигнет 10 млрд. человек, то, как прогнозируют эксперты ООН, последствия будут ужасающими. Если предположить, что в 2050 г. на каждые два человека будет приходиться один автомобиль, как сегодня в Соединенных Штатах, то их общее число в мире достигнет 5 млрд. Если принять во внимание дорожные пробки, загрязнение воздуха, потребности в горючем, материалах и земельных площадях, связанные с эксплуатацией сегодняшнего мирового парка в 501 млн. автомобилей, то трудно представить себе мир, где автомобилей будет уже 5 млрд. Если же общемировое потребление нефти на душу населения достигнет нынешнего уровня США, то в мире будет расходоваться 360 млн. баррелей ежедневно, по сравнению с 67 млн. баррелей нефти, добываемыми сегодня.

Экономика может быть экологически устойчивой только тогда, когда она подчиняется принципам устойчивости — принципам, корни которых уходят в экологическую науку. В устойчивой экономике улов рыбы не превышает воспроизводственные возможности промысловых зон, количество выкачанной из-под земли воды не превышает восстановления запасов подземных вод, эрозия почв не превышает естественные темпы почвообразования, вырубка деревьев не превосходит посадку новых, а выбросы соединений углерода в атмосферу не превышают ее природную способность связывать углекислый газ. Устойчивая экономика не уничтожает виды растений и животных быстрее, чем появляются новые виды.