Антропогенное воздействие на биосферу

1.2. Особенности антропогенных систем

Антропогенные экосистемы, как, правило, оказываются весьма далекими от естественного равновесия. При  этом возможны несколько типичных ситуаций.

Прежде всего, это эксплуатируемые  человеком природные экосистемы, находящиеся под большой антропогенной нагрузкой. Если антропогенная нагрузка снимается, то, предоставленные самим себе, они возвращаются в равновесное состояние. В таком положении находятся леса, систематически подвергающиеся массовой рубке, многие пастбищные угодья. После уничтожения значительной части природной растительности человек покидает эти территории с тем, чтобы вернуться, когда в результате сукцессии растительность восстановится.

Однако при чрезмерной нагрузке экосистема теряет устойчивость, и в таких случаях бездомная  эксплуатация природных ресурсов зачастую ведет к экологическим катастрофам. Страшный пример такого рода – судьба Аральского моря. Это огромное озеро питалось всегда водами двух больших рек, - Амударьи и Сырдарьи, - и вместе с ними образовывало устойчивую систему. Во второй половине ХХ века воды этих рек стали разбирать на орошение хлопковых плантаций, Аральское море стало быстро высыхать, и к настоящему времени его экосистема практически погибла. Это в свою очередь привело к социальной и гуманитарной катастрофе в окрестностях Арала. Другой пример подобного рода – строительство гидроэлектростанций без учета последствий для водных экосистем. В результате нерестилища ценных пород рыб оказываются уничтоженными, а окружающие земли – подтопленными. В этих и других подобных случаях на месте зрелых природных экосистем обычно возникают бедные малопродуктивные незрелые сообщества, далекие от естественного равновесия. Наконец, заброшенные карьеры и места открытых разработок полезных ископаемых оказываются зачастую пустынными территориями, на которых происходит первичная сукцессия.

Другой тип антропогенных  биогеоценозов – искусственно созданные  и удерживаемые в неравновесном  положении системы. Это – пахотные земли и другие сельскохозяйственные угодья, которые иногда называют агроценозами. Как правило, они засеваются одной культурой. Для получения максимального урожая человек стремится сохранить только два трофических уровня – редуцентов в почве, необходимых для поддержания плодородия. Видовое разнообразие становится минимальным, а экологическая ниша культивируемых растений – максимальной. Понятно, что эта ситуация крайне неустойчива. Культивируемые растения не способны захватить полностью экологическую емкость системы, и фитофаги стараются заполнить пустующие ниши, а дикорастущие растения – конкурировать с выращиваемыми культурами. Человек называет первых «сельскохозяйственными вредителями», а вторых – «сорняками» и вступает с ними в тяжелую борьбу, длящуюся с переменным успехом уже несколько тысячелетий.

Третий тип антропогенных  экосистем – большие города, мегаполисы и целые урбанизированные территории. Экологически эти системы абсолютно неустойчвы, и равновесие здесь может существовать только за счет огромных затрат труда, энергии и материалов. Невозможно предсказать, как пойдет сукцессия подобных систем, если прекратится их искусственная поддержка. По счастью, полномасштабные опыты такого рода пока не проводились, а ограниченные «эксперименты», проведенные во время мировых войн, были ужасны, но не репрезентативны. На практике представители дикой природы очень редко способны существовать в урбанизированных районах, так как обычно сразу по многим факторам они оказываются вне своего диапазона толерантности. Загрязнение воздуха отсутствие доступа к чистой воде, дефицит пищи и шум – это только наиболее очевидные из этих факторов. Так происходит и тогда, когда человек был бы только рад сосуществованию с данным видом. Достаточно посмотреть на угнетенные деревья в городских скверах и на оживленных улицах. Вместе с тем, города заселяются нежелательными для человека соседями, очень комфортно там себя чувствующими: крысами, мышами, тараканами и даже «птицами мира» - голубями, которые становятся настоящим бедствием. Ситуацию обычно пытаются исправить с помощью зачастую весьма дорогостоящих, но экологически совершенно безграмотных мер. Желая избавиться от грызунов, рассыпают отраву, вместо того, чтобы тщательно убирать мусор, особенно пищевой. Возле вновь посаженных деревьев оставляются слишком маленькие площадки открытой, не покрытой асфальтом почвы, и деревья гибнут, не получая влаги. Тратятся большие средства на посев газонов и цветов,

но экономятся деньги на их полив. Список можно расширять  до бесконечности. Проблема состоит  в том, что человек, будучи биологическим  видом, в больших городских агломерациях тоже, по-видимому, оказывается вне  своего диапазона толерантности. Свидетельствует об этом тот факт, что большие города быстро бы вымерли, если бы их население не подпитывалось за счет неурбанизированных районов.

2. Продуктивность экосистем

По мере того, как человечество с упрямством, достойным лучшего  применения, превращает лицо Земли в сплошной антропогенный ландшафт, все большее практическое значение приобретает оценка продуктивности различных экосистем. Человек научился получать энергию для своих производственных нужд самыми различными способами, но энергию для собственного питания он может получать только через фотосинтез. В пищевой цепи человека в основании почти всегда оказываются продуценты, преобразующие энергию Солнца в энергию биомассы органического вещества. Ибо это как раз та энергия, которую впоследствии могут использовать консументы и, в частности, человек. Одновременно те же самые продуценты производят необходимый для дыхания кислород и поглощают углекислый газ, причем скорость газообмена продуцентов прямо пропорциональна их биопродуктивности. Следовательно, в обобщенном виде вопрос об эффективности экосистем формулируется просто: какую энергию может запасти растительность в виде биомассы органического вещества? Сельскохозяйственные угодья, создаваемые человеком, отнюдь не самые продуктивные экосистемы.

Наивысшую удельную продуктивность дают болотистые экосистемы – влажные тропические джунгли, эстуарии, лиманы рек и обычные болота умеренных широт. На первый взгляд они производят бесполезную для человека биомассу, но именно эти экосистемы очищают воздух и стабилизируют состав атмосферы, очищают воду и служат резервуарами для рек и почвенных вод, и, наконец, являются местами размножения для огромного числа рыб и других обитателей вод, используемых в пищу человеком. Занимая 10% площади суши, они создают 40% производимой биомассы. И это без каких-либо усилий со стороны человека! Именно поэтому уничтожение и «окультуривание» этих экосистем есть не только «убийство курицы несущей золотые яйца», но и может оказаться собственно культурное р самоубийством для человечества. Вклад пустынь и сухих степей в продуктивность биосферы ничтожен, хотя они уже занимают около четверти поверхности суши и благодаря антропогенному вмешательству имеют тенденцию к быстрому росту. В долгосрочной перспективе борьба с опустыниванием и эрозией почв, то есть превращение малопродуктивных экосистем в продуктивные, - вот разумный путь для антропогенных изменений в биосфере.

Удельная биопродуктивность  открытого океана почти столь  же низка, как у полупустынь, а  его огромная суммарная продуктивность объясняется тем, что он занимает более 50% поверхности Земли, вдвое превосходя всю площадь суши. Попытки использовать открытый океан в качестве серьезного источника продуктов питания в ближайшее время вряд ли могут быть экономически оправданы именно в силу его низкой удельной продуктивности. Однако его роль в стабилизации условий жизни на Земле столь велика, что охрана океана от загрязнения, особенно нефтепродуктами, совершенно необходима.

Нельзя недооценивать  и вклад лесов умеренного пояса  и тайги в жизнеспособность биосферы. Особенно существенна их относительная устойчивость к антропогенным воздействиям по сравнению с влажными тропическими джунглями.

Тот факт, что удельная продуктивность сельскохозяйственных угодий до сих пор в среднем  намного ниже, чем у многих природных экосистем, показывает, что возможности роста производства продуктов питания на существующих площадях еще далеко не исчерпаны. Пример – заливные рисовые плантации, в сущности - антропогенные болотные экосистемы, с их огромными урожаями, получаемые при современной агротехнике.

астение-продуцент и детритофагов и3. Разрушение экосистем

Естественные  экологические факторы – все составные (элементы) естественной среды, которые влияют на существование и развитие организмов и на какие живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления наступает смерть). К естественным факторам относятся: геомагнитное поле Земли; космические излучения; природные лучевые нагрузки; стихийные явления.

Геомагнитное поле Земли  – фактор окружающей среды, под воздействием которого протекала многовековая эволюция всего живого на нашей планете. Геомагнитное поле относится к естественным слабым по интенсивности электромагнитным полям. Если бы отсутствовало магнитное поле, условия жизни на Земле, вероятно, были бы другими. Магнитное поле является как бы тормозом, препятствующим проникновению в земную атмосферу солнечной плазмы, обладающей радиоактивными свойствами. Такое же захватывающее действие оказывает геомагнитное поле и на космические лучи (поток заряженных частиц со сверхвысокими скоростями), непрерывно выбрасываемыми Солнцем и образующими корпускулярный поток – солнечный ветер. Благодаря этому, биосфера защищена геомагнитным полем от радиоактивного излучения, посылаемого на Землю Солнцем и другими небесными телами.

Вспышки на Солнце порождают  более мощные корпускулярные потоки, возмущающие магнитное поле Земли. В результате быстро и сильно меняются характеристики магнитного поля. Это  явление называется магнитной бурей.

Геомагнитное поле –  все проникающий и все охватывающий физический фактор, поэтому оно неизбежно оказывает влияние на биосферу. Оно воздействует на все живое, в том числе и на человека. Так, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, инфарктов, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией.

С изменением интенсивности  геомагнитного поля связывают годовой  прирост деревьев, урожай зерновых культур, увеличение психических заболеваний  и дорожных катастроф.

К числу экологических  уроков, которые имеют наиболее длинную историю и, пожалуй, принесли биосфере и человеку максимально ощутимый ущерб, следует отнести разрушение экосистем, их опустынивание. Под последним понимается разрушение экосистем до такой степени, что они теряют способность саморегулирования и самовосстановления. Растительность при этом, как правило, уничтожается, почвы теряют свое основное качество – плодородие.

Опустынивание стало  сопровождать человека со времени его перехода к ведению примитивного хозяйства. Три основных процесса способствовали этому: эрозия почв, вынос химических элементов с урожаем, вторичное засоление почв при поливном земледелии.

В ряде случаев эти  процессы накладывались на неблагоприятное  изменение климата, его аридизацию (засушливость). При таких стечениях обстоятельств процессы опустынивания резко интенсифицировались. Интегральный результат различных видов опустынивания к настоящему времени выражается в потере 1,5 – 3 млрд. га плодородных земель за историю человечества.

В ряде случаев, особенно если разрушение земель не сопровождалось аридизацией климата, опустынивание могло идти по типу повторяющихся циклов: экосистема – ее разрушение (катоценоз) – первичная сукцессия. Последняя могла достигать завершающей стадии (климакса) или вновь прерываться опустыниванием.

Рассмотрим такие явления  на примере экосистем, свойственных легким (песчаным и супесчаным) почвам. Они более ранимы, чем другие, и подвергаются разрушению и превращаются в пустынные ландшафты.

В этом плане крайне интересны  результаты изучения песчаных пространств и ландшафтов известным песковедом профессором А.Г.Гаелем.

Исследования свидетельствуют, что обширные песчаные пространства, расположенные в долинах рек степной зоны, неоднократно подвергались разрушению с переработкой (эрозией) почв ветром и полным или частичным опустыниванием.

Такие явления разрушения и формирования экосистем могли  повторяться не раз, что находило отражение в рельефе, ландшафтах и особенно в строении почвенного покрова. Профессор А.Г.Гаель для  песков юга и юго-востока России и СНГ выделяет несколько фаз ветровой эрозии (дефляции) песчаных почв и свойственных им экосистем. Первая фаза дефляции песчаных пространств, по Гаелю, имела место после выхода их из-под воды. Она не была связана с деятельностью человека. Такие пески интенсивно перерабатывались ветром, так как не были еще скреплены растительностью. До настоящего времени немного сохранялось ландшафтов, сформировавшихся на таких отложениях. Для них характерны спокойные формы рельефа (пологобугристые, холмистые) с мощными почвами (или их останками) и богатой песчано-степной растительностью. По понижениям, где грунтовые воды залегают неглубоко от поверхности, распространены экосистемы, в которых доминируют древесные и кустарниковык вижды. Такую фазу дефляции песков, которая предшествовала появлению на них растительного покрова, А.Г.Гаель называет афитогенной (безрастительной, дорастительной).

Последующие фазы дефляций были связаны с разрушением экосистем. Наиболее часто причиной разрушений был перевыпас скота. Такие фазы дефляции названы пастушескими, или пасторальными.

В более поздние времена  причинами дефляций часто выступало  воздействие техники, вспашка целинных почв. Последние явления приобрели  большие масштабы в 60-е годы ХХ века при осуществлении программы  освоения целинных и залежных земель. Практически все распаханные легкие почвы (песчаные, супесчаные) – около 5 млн.га были превращены в подвижные субстраты с сопутствующими им пыльными бурями.