168258 (Деградация окружающей среды)

Деградация окружающей среды

Процесс, в результате которого снижается способность экосистем поддерживать постоянство качества жизни. Экосистема в самых общих чертах может быть определена как взаимодействие живых организмов с их окружением. Результаты такого взаимодействия на суше – это обычно устойчивые сообщества, т.е. совокупности животных и растений, связанных друг с другом, а также с ресурсами почвы, воды и воздуха. Область науки, изучающая функционирование экосистем, называется экологией.

Природа экосистемных взаимодействий варьирует от чисто физических, таких, как влияние ветров и дождей, до биохимических, к которым можно отнести, например, обеспечение метаболических потребностей разных организмов или разложение органических отбросов, возвращающее в среду те или иные химические элементы в форме, пригодной для повторного использования. Если под влиянием каких-то факторов эти взаимодействия становятся несбалансированными, то изменяются внутренние связи в экосистеме, и ее способность обеспечивать существование разнообразных организмов может значительно уменьшиться. Самая частая причина деградации окружающей среды – это деятельность человека, постоянно наносящая ущерб состоянию почв, воды и воздуха.

Естественные перемены в экосистемах, как правило, происходят очень постепенно и являются составной частью эволюционного процесса. Однако многие перемены вызваны такими внешними воздействиями, к которым система не приспособлена. Чаще всего эти воздействия связаны с деятельностью человека, но иногда являются результатом природных катастроф. Так, например, извержение в 1980 вулкана Сент-Хеленс в северо-западной части США привело к глубоким изменениям ряда природных экосистем.

Стабильность экосистем

Поддержание нормального функционирования наземных экосистем зависит от четырех факторов: качества воды, качества почвы, качества воздуха и сохранения биоразнообразия.

Качество воды. Жизнь в обычных ее формах зависит прежде всего от кислорода, высвобождаемого при фотосинтезе из молекул воды (H2O). Вода, заполняющая океаны, озера и реки, покрывает более двух третей земной поверхности. Запасы ее содержатся также во льдах полярных шапок и ледников, в виде грунтовых вод, а также в атмосфере в виде пара и мелких капель.

Избыток биогенных элементов. О качестве воды чаще всего судят по двум показателям, а именно по концентрациям в ней растворенных соединений азота и фосфора. Оба эти элемента абсолютно необходимы для завершающей стадии процесса фотосинтеза – серии биохимических реакций, в ходе которых растения, используя энергию солнечного света, синтезируют разнообразные органические вещества, обеспечивающие их существование и рост. В «нормальных» условиях азот и фосфор встречаются в низких концентрациях и могут почти полностью потребляться растениями в ходе жизнедеятельности. Если же во внешнюю среду по тем или иным причинам этих элементов начинает поступать слишком много, то их избыток уже является загрязнением среды. Основной источник дополнительного количества азота и фосфора в пресных водах – это вымывание (дождем и тающим снегом) минеральных (неорганических) удобрений с возделываемых земель.

Накопление в экосистеме избытка биогенных элементов (прежде всего азота и фосфора) ведет к нарушению биологического равновесия, что проявляется в стремительном увеличении численности и биомассы каких-то отдельных компонентов сообщества. Однако для других видов того же сообщества возникший дисбаланс может оказаться губительным. Так, при наличии в воде озера очень большого количества биогенных элементов в нем разрастаются водоросли, и они достигают столь высокой численности, что могут истратить почти весь содержащийся в воде свободный кислород и вызвать гибель рыб (т.н. «замор»).

Бактерии. В некоторых случаях загрязнение водоемов, используемых как место отдыха и ловли рыбы, выражается в виде значительного повышения концентрации в воде бактерий, обычно обитающих в кишечнике человека и известных под названием «кишечная палочка». Большое количество этих бактерий – убедительное свидетельство того, что в данный водоем попадают фекалии. Именно поэтому в популярных местах отдыха обычно проводят регулярные анализы проб воды в водоемах на содержание в них кишечной палочки; это содержание не должно превышать некоего допустимого предела (считается, что определенное количество таких бактерий всегда присутствует даже в чистых водах). Высокая концентрация кишечной палочки – это показатель неудовлетворительного санитарного состояния данного водоема. Загрязнение кишечными палочками может быть следствием сброса неочищенных сточных вод, поступления в водоем химических элементов, служащих пищей для бактерий, а также поверхностного стока с территории, сильно загрязненной пометом животных.

Количество воды. Помимо качества воды, оцениваемого химическими или биологическими методами, для существования всех наземных экосистем не менее важно и само наличие воды в достаточном количестве. Когда в каком-то регионе возникает засуха, уровень грунтовых вод резко понижается, что наносит существенный вред всей экосистеме. Деревья, не способные достичь своими корнями грунтовых вод, увядают и погибают; небольшие реки и мелкие озерки высыхают, а вдоль речек, которые еще существуют и питают оставшиеся озера и созданные человеком водохранилища, происходит сильная эрозия почвы.

Иссушение тех или иных мест почти всегда есть результат деятельности человека, прежде всего – уничтожения им естественного растительного покрова. Лишенная растительности, открытая действию солнца и ветра, почва очень быстро теряет содержащуюся в ней влагу. Высыхание делает почву более уязвимой для эрозии, а эрозия, в свою очередь, снижает способность почвы поддерживать растительность и таким образом ведет к еще более сильному обезвоживанию. Другая распространенная причина понижения уровня грунтовых вод и иссушения территорий – чрезмерная эксплуатация подземных водных ресурсов (через колодцы и скважины).

Качество почвы. 98% всего продовольствия человечеству дает земля. Безлесным пространствам с богатыми почвами принадлежит ключевая роль и в пополнении водоносных горизонтов дождевыми и талыми водами. По некоторым оценкам, начиная с 1945 во всем мире значительной деградации подверглось ок. 17% (более 1,2 млрд. га) плодородных земель, причем из них примерно 9 млн. га пришли в полную негодность.

Ухудшение качества почв может происходить вследствие разных причин, но основные из них – это урбанизация и эрозия.

Первые центры урбанизации возникали там, где природные условия позволяли значительной части населения не участвовать непосредственно в производстве продуктов питания. Неудивительно, что каждый такой город был со всех сторон окружен возделываемыми землями. Однако в 20 в. по мере роста городов все большую площадь на прилегающих территориях начали занимать дороги, свалки, места захоронения отходов, водохранилища, рекреационные комплексы и, наконец, сами дома. Значительные площади превращались по сути в непроницаемые поверхности (к примеру, покрытые асфальтом); в результате дождевые и талые воды вместо того, чтобы просачиваться через почву и пополнять подземные водоносные слои, отводились в сторону, где быстро испарялись.

В настоящее время главный и повсеместно действующий фактор деградации почвы – эрозия, которая в основном есть следствие ошибок, совершаемых человеком при эксплуатации земель. В результате водной эрозии верхний слой почвы смывается в 25 раз быстрее, чем на нетронутых природных участках, а ведь именно в этом слое скапливаются органические вещества, определяющие плодородие земли. Эрозия ведет не только к потере плодородия: унесенные водой мелкие илистые частицы заполняют водохранилища, реки, озера и бухты, что совершенно меняет характер местообитаний. Способствует эрозии и практика нещадящей обработки земли, перевыпас скота, сведение лесов, засоление и прямое загрязнение химикалиями.

Под нещадящей обработкой земли понимается слишком частая вспашка, возделывание участков на крутых склонах без предварительного террасирования (формирования плоских участков – террас, окруженных валами), а также вспашка больших площадей земли, которая остается открытой для действия солнца и ветра.

Перевыпас скота и сведение лесов разрушают защищающий почву растительный покров, подвергая ее ветровой и водной эрозии. Исследования, проведенные в Африке (в Кот-Д'Ивуар), показали, что в год с одного гектара склона, покрытого лесом, сносится примерно 30 кг почвы, а с такого же склона после сведения на нем леса – уже по 138 т. Уничтожение леса и разрушение травяного покрова также приводит к химическим изменения ее состава.

Засоление – это непосредственный результат излишнего орошения в регионах, где очень высока скорость испарения влаги. Соли, всегда присутствующие в природных водах, по мере испарения воды накапливаются в почве.

Отходы современного технологически развитого общества представляют серьезную угрозу для качества почвы. Заполненные мусором котлованы и места захоронения токсичных веществ почти никогда не бывают полностью изолированы от окружающей среды. Нелегальное выбрасывание мусора на обочины дорог и вполне узаконенное, но плохо организованное захоронение токсичных отходов уже привело к потере многих тысяч гектаров сельскохозяйственных земель. Радиоактивное загрязнение, вызванное ядерной катастрофой в Чернобыле, сделало непригодными для использования огромные территории на Украине – одном из самых плодородных сельскозяйственных регионов Восточной Европы.

Меры, предпринимаемые для сохранения почв, часто оказываются недостаточными и запоздалыми. Например, в африканской стране Мали претворение в жизнь программы восстановления лесов из-за нехватки средств не успевает за темпами аридизации (иссушения) и опустынивания земель. Даже в регионах с устойчивым земледелием меры по охране почвы по-прежнему требуют вложения значительных средств. Фермеры и иные работники сельского хозяйства, чье благополучие зависит от качества почвы, на самом деле редко уделяют охране земель надлежащее внимание – ведь в краткосрочной перспективе предпринимаемые меры могут снизить плодородие и уменьшить доходы.

Качество воздуха. Атмосфера является источником кислорода и диоксида углерода, необходимых для жизненно важных биохимических процессов. Атмосфере принадлежит также роль одеяла, которое поддерживает температуру в пределах, допускающих жизнь, и роль щита, который препятствует проникновению из космоса излучения, губительного для подавляющего большинства организмов (или, по крайней мере, значительно его ослабляет). Чтобы эти важнейшие функции атмосферы сохранялись, ее состав не должен подвергаться серьезным изменениям.

Земная атмосфера – это единая система. Методы современной метеорологии, в частности наблюдения со спутников, убедительно доказывают теснейшую взаимосвязь атмосферных явлений, ответственных за состояние погоды, на обширных пространствах земного шара. Эффект от изменения атмосферы в каком-то одном регионе в конце концов распространяется по всей атмосфере.

Изменения в атмосфере, вызванные деятельностью человека, всегда связаны с выбросом тех или иных веществ, разносимых далее ветрами. Чаще всего это выбросы продуктов сжигания. В большом количестве поступают в атмосферу газы, отходы химического производства и радиоактивные вещества.

Наиболее очевидное загрязнение – выброс в атмосферу веществ, оказывающих прямой отравляющий эффект на все живое. Однако некоторые загрязняющие вещества проявляют свое действие спустя длительное время. Например, поступление в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ), используемых в качестве наполнителей аэрозольных упаковок, охлаждающих агентов (фреонов) и химических растворителей, приводит к разрушению озона – газа, который образует в стратосфере слой, поглощающий ультрафиолетовое излучение Солнца. (Под действием ультрафиолетовых лучей молекулы ХФУ распадаются с высвобождением атомов хлора и оксидов хлора, которые и разрушают озоновый слой).

Озоновая дыра. Собственно говоря, озоновый слой не является слоем в строгом смысле этого слова: молекулы озона присутствуют везде в атмосфере, но на высоте 10–40 км над уровнем моря озон содержится в количестве 1 молекула озона на 100 000 других молекул, тогда как на меньшей высоте его концентрация ниже. Выражение «озоновая дыра» означает снижение концентрации озона в стратосфере над определенными районами земного шара. Чаще всего под «озоновой дырой» понимают весеннее снижение содержания озона над Антарктидой, но недавно истощение озонового слоя обнаружено и в Северном полушарии.

Поскольку ученые связывают наблюдаемое в последние годы сезонное уменьшение концентрации озона в стратосфере с возросшим поступлением в атмосферу ХФУ, отдельными государствами и на международном уровне были предприняты попытки сократить применение этих веществ. В США, например, применение ХФУ в качестве наполнителей аэрозольных упаковок не допускается с 1978, а все производство ХФУ запрещено начиная с 1995. В 1987 в Монреале представителям разных государств удалось достичь соглашения, предписывающего обязательное сокращение использования ХФУ. Эти договоренности были подтверждены в 1990, когда на международном уровне было решено полностью прекратить применение ХФУ к 2000.

Некоторые ученые оспаривали наличие непосредственной связи между выбросами ХФУ и уменьшением содержания озона в стратосфере на том основании, что, во-первых, относительно большая молекулярная масса ХФУ препятствует попаданию этих веществ в стратосферу в ощутимом количестве, а во-вторых, соединения хлора, поступающие в верхние слои атмосферы из природных источников, например из морской воды или при извержении вулканов, должны в значительной мере перекрывать эффект, оказываемый ХФУ. Однако специалисты в этой области указывают на то, что движения крупных воздушных масс перемешивают тяжелые и легкие молекулы газов в равной мере и что хлорсодержащие соединения естественного происхождения вымываются из атмосферы дождями и только ничтожное количество их достигает стратосферы; в то же время ХФУ, нерастворимые в воде и химически крайне инертные, сохраняются и в конечном итоге попадают в стратосферу.