Экологические законы, правила, принципы

21. Закон грунтоистощения (уменьшение плодородия):

Постепенное снижение естественного  плодородия почв происходит из-за продолжительного их использования и нарушения  естественных процессов почвообразования, а также вследствие продолжительного выращивания монокультур (в результате накопления токсичных веществ, которые выделяются растениями, остатков пестицидов и минеральных удобрений).

22. Закон физико-химического единства живого вещества (сформулированный В. Вернадским):

Все живое вещество Земли  имеет единую физико-химическую природу. Из этого явствует, что вредное для одной части живого вещества вредит и другой его части, только, конечно, разной мерой. Разность состоит лишь в стойкости видов к действию того ли другого агента. Кроме того, через наличие в любой популяции более или менее стойких к физико-химическому влиянию видов скорость отбора за выносливостью популяций к вредному агенту прямо пропорциональная скорости размножения организмов и дежурство поколений. Через это продолжительное употребление пестицидов экологически недопустимое, так как вредители, которые размножаются значительно более быстро, более быстро приспосабливаются и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все более увеличивать.

23. Закон экологической корреляции:

В экосистеме, как и  в любой другой системе, все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально отвечают один другому. Выпадание одной части системы (вида) неминуемо приводит к выключению связанных с нею других частей экосистемы и функциональных изменений.

Научной общественности широко известны также четыре закона экологии американского ученого Б. Коммонера:

1) все связанное со  всем;

2) все должно куда-то  деваться;

3) природа «знает»  лучше; 

4) ничто не проходится  напрасно (за все надо платить).

Как отмечает М. Реймерс, первый закон Б. Коммонера близкий по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия, второй -- к этому же закону и закону развития естественной системы за счет окружающей среды, третий -- предостерегает нас от самоуверенности, четвертый -- снова затрагивает проблемы, которые обобщают закон внутреннего динамического равновесия, законы константности и развития естественной системы. По четвертому закону Б. Коммонера мы должны возвращать природе то, что берем у нее, иначе катастрофа с течением времени неминуемая.

Следует вспомнить также важные экологические законы, сформулированные в работах известного американского эколога Д. Чираса в 1991--1993 гг. Он подчеркивает, что Природа существует вечно (с точки зрения человека) и сопротивляется деградации благодаря действию четырех экологических законов: 1) рецикличности или повторного многоразового использования важнейших веществ; 2) постоянного восстановления ресурсов; 3) консервативного потребления (если живые существа потребляют лишь то (и в таком количестве), что им необходимо, не больше и не меньше); 4) популяционного контроля (природа не допускает «взрывного» роста популяций, регулируя количественный состав того ли другого вида путем создания соответствующих условий для его существования и размножения). Важнейшей задачей экологии Д. Чирас считает изучение структуры и функций экосистем, их уравновешенности, или неуравновешенности, то есть причин стабильности и разбалансирования экосистем.

Таким образом, круг задач  современной экологии очень широкий  и охватывает практически все вопросы, которые затрагивают взаимоотношения человеческого общества и естественной среды, а также проблемы гармонизации этих отношений. Из сугубо биологической науки, которой была экология всего каких-то 30 - 40 лет тому, сегодня она стала многогранной комплексной наукой, главной целью которой есть разработка научных основ спасения человечества и среды его существование -- биосферы планеты, рационального природопользования и охраны природы. Ныне экологическим воспитанием охватываются все слои населения на планете. Познание законов гармонизации, красоты и рациональность природы поможет человечеству найти верные пути выхода из экологического кризиса. Изменяя и в дальнейшем естественные условия (общество не может жить иначе), люди будут вынуждены делать это обдуманно, взвешенно, предусматривая далекую перспективу и опираясь на знание основных экологических законов.

10. Биогеохимические  круговороты основных химических  элементов

Круговорот воды, а  также круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в биосфере называют круговоротом веществ. Это многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере. Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает круговорот веществ в природе, т.е. циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами. Таким образом накапливаются полезные ископаемые - уголь, нефть, газ, известняки и т.п.

Глобальный биогеохимический круговорот в биосфере не является целиком замкнутым. В отдельных  случаях степень повторяющегося воспроизводства некоторых циклов составляет 90-98 %. Такая неполная замкнутость биогеохимических циклов в масштабах геологического времени приводит к дифференциации элементов и накоплению их в различных природных сферах Земли.

Непрерывному круговороту  в биосфере Земли подвергаются только вещества. Когда речь идет об энергии, можно говорить только о ее направленном потоке. Передаваясь по трофическим цепям, энергия постепенно рассеивается. Частично она накапливается в земной коре в алюмосиликатах в результате разложения органических остатков.

Обновление живого вещества биосферы происходит за 8 лет. Фитомасса  суши (биомасса наземных растений) обновляется  за 14 лет. Масса живого вещества океана обновляется за 33 дня, а его фитомасса - за 1 день. Полная смена вод в  гидросфере осуществляется за 2800 лет, смена кислорода в атмосфере - за несколько тысяч лет (до 3000), а углекислого газа - за 6,3 года. Общепланетные климатические и геохимические циклы, охватывающие атмосферу, океан, толщу донных осадков и кору выветривания, протекают крайне медленно и исчисляются сотнями тысяч и миллионами лет. (Здесь следует заметить, что вмешательства человека, происходящие в крайне короткие сроки, искусственно интенсифицируют эти процессы, что чревато тяжелыми последствиями.)

Развитие и функционирование живого вещества изменили океан, атмосферу, поверхность земной коры, привели к образованию почвенного покрова. Почва вместе с растениями и животными образует на суше сложную экологическую систему, которая связывает и перераспределяет солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы-биофилы. Те же функции выполняет и Мировой океан с водными растениями и планктоном. Жизнедеятельностью растительных организмов и их взаимодействием с животными, микроорганизмами и неживой природой обеспечивается механизм фиксации, накопления и перераспределения космической энергии, поступающей на Землю. Эта энергия аккумулируется в органических соединениях, слагающих биомассу живого вещества.

За миллиарды лет  эволюции Земли на планете сложились великий биогеохимический круговорот и дифференциация химических элементов в природе. На первых этапах своей истории человек стал звеном этого круговорота веществ и потока энергии вместе с животным населением. Однако в настоящее время хозяйственная деятельность человека привносит значительные изменения в биогеохимические циклы элементов в биосфере.

Элементами круговорота  веществ в природе являются:

■ регулярно повторяющиеся  или непрерывно текущие процессы переноса энергии, образование и  синтез новых соединений;

■ направленные процессы последовательного преобразования, разложения и деструкции синтезированных  ранее соединений под влиянием биогенных  или абиогенных воздействий среды;

■ постоянное или периодическое  образование простейших минеральных  и органоминеральных компонентов в газообразном, жидком или твердом состоянии.

Важнейшую роль в биосфере играют круговороты воды, углерода, кислорода, азота, фосфора, серы.

Круговорот воды. Под  влиянием энергии Солнца и жизнедеятельности  биоценозов в биосфере поддерживается определенный баланс воды. Механизм, поддерживающий этот баланс, хорошо известен - это круговорот воды. Мировой баланс воды - величина довольно стабильная. Для существования жизни и развития человеческой цивилизации наиоолее важной частью в этом балансе являются пресные воды, которые составляют речной сток, содержатся в озерах и подземных горизонтах.

До появления биосферы круговорот воды в природе осуществлялся  только за счет испарения поверхностных  вод водоемов и суши. В этом процессе существуют два круговорота: малый, в котором испарившаяся вода проливается прямо над океаном, и большой, когда облака уносятся ветром в сторону суши и пролившиеся дожди возвращаются в океан в виде поверхностного и речного стоков. За счет притока солнечной энергии вода испаряется с поверхности морей и океанов, а также суши. Атмосферные осадки, выпавшие на суше, частью просачиваются в почву и образуют подземный сток, частью стекают по земной поверхности, образуя ручьи и реки, а в остальной части снова испаряются, в том числе и через процесс биологического испарения, связанного с жизнедеятельностью растений (транс-пирация) и животных. В конце концов она снова достигает океана, завершая большой круговорот воды на земном шаре.

Современный круговорот воды происходит с участием биосферы и человека. Цикл его таков: вода, испаренная с поверхности водоемов, почвой, растениями, животными, конденсируется, образуя облака, и выпадает в виде осадков. Часть ее попадает в водоемы непосредственно, часть питает подземные воды, часть потребляется животными и растениями и снова возвращается в Мировой океан уже как продукт жизнедеятельности, часть воды используется машинами, механизмами и промышленностью и возвращается в биосферу в виде пара и отработанной технической воды.

Вода, будучи сильнейшим растворителем, играет огромную роль в геохимических процессах. Промывая толщи горных пород, она вовлекает в круговорот большую часть химических элементов Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. На Земле нет дистиллированной воды. Любая вода содержит растворенные соли, газы, органические и коллоидные вещества. Совместно с циркуляцией воды в биосфере растворенные в ней элементы также участвуют в круговороте. Количество растворенных веществ варьирует в очень широких пределах. Минерализация может составлять от миллиграммов до почти 600 г/дм3. Пресными называют воды с минерализацией до 1 г/дм3.

Важнейшую роль в биосфере играют биогеохимические круговороты  таких элементов, как углерод, кислород, азот, фосфор, сера.

Круговорот углерода. Углерод по распространению на Земле занимает 16 место среди всех элементов. В наиболее общем виде круговорот углерода можно представить как процесс освобождения и связывания диоксида углерода (С02), включая его растворение в воде океанов.

Предполагается, что углерод распределен в довольно тонком слое земной коры, в атмосфере в виде диоксида и оксида углерода и в животной и растительной биомассах. Основные запасы углерода в природе содержатся в минералах и горных породах главным образом в форме карбонатов (СаС03) и гидрокарбонатов (Са(НС03)2, представляющих собой растворимые и нерастворимые донные отложения в Мировом океане, накопившиеся за миллионы лет геологической истории Земли. Этот процесс продолжается и в настоящее время.

В несвязанном состоянии углерод  встречается в виде алмазов (наибольшие месторождения в Южной Африке и Бразилии) и графита (наибольшие месторождения в Германии, Шри-Ланке и России). Каменный уголь содержит до 90 % углерода. В связанном состоянии углерод входит также в разные горючие ископаемые, в карбонатные минералы, например в кальцит и доломит, а также в состав всех биологических веществ.

Углекислый газ, содержащийся в  воздухе и воде, составляет запас  углерода, участвующего в создании биомассы. Содержание С02 в атмосфере  нестабильно (менее 1 %), и подвержено сезонным изменениям. В настоящее время наблюдается его увеличение, связанное с антропогенным воздействием. Если 100 лет назад содержание углекислого газа составляло примерно 270 частей на 1 млн, то сегодня эта цифра выросла до 350 частей на 1 млн.

Также постепенно растет (на 1-2 % ежегодно) содержание в атмосфере метана и  оксида углерода, что тоже связано  с сельским хозяйством и энергетикой. В тех районах, где в процессе выработки энергии потребляется большое количество ископаемого  топлива, зарегистрирован небольшой, но неуклонный рост концентрации оксидов азота и серы.

Если в круговороте кислорода  зеленые растения являются его поставщиком  в атмосферу, то в круговороте  углерода они являются мощным механизмом, улавливающим его из атмосферы в  виде углекислого газа и связывающим в органические соединения. В процессе фотосинтеза углерод ассимилируется растениями и переводится в углеводы. В процессе же дыхания происходит обратный процесс: углерод органических соединений превращается в диоксид углерода.

Круговорот кислорода является очень сложным циклом. В него вовлечено  большое количество представителей органического и неорганического  мира, а также водород и вода, растворяющая кислород (рис. 2.4). Кислород постоянно циркулирует в океане, биосфере и осадочных породах. Содержание кислорода в воде зависит от его растворимости на поверхности и фотосинтеза водорослями. Загрязнение воды взвешенными частицами уменьшает ее прозрачность, увеличивает рассеяние света и снижает активность фотосинтеза. Содержание кислорода в воде является одним из показателей ее здоровья. По данным замеров, в большинстве наших водоемов эта величина сейчас ниже нормы.

Кислород является самым распространенным элементом на Земле. В гидросфере его содержится 85,82 % по массе, в литосфере - 47 %, в атмосфере - 23,15 %. Кислород стоит на первом месте по числу образуемых им минералов (1364). Среди них преобладают силикаты, кварц, оксиды железа, карбонаты и сульфаты. В живых организмах содержится в среднем около 70 % кислорода. Он входит в состав большинства органических соединений (белков, жиров, углеводов и т.д.) и в состав скелета.

В процессе сгорания ископаемого топлива  образуется довольно большое количество воды, которая, в конечном счете, потребляется растением и разлагается в процессе фотосинтеза на атомарный водород и атомарный кислород. Высвободившийся кислород снова поступает в атмосферу и используется для создания органического вещества. Круг замыкается.

Итак, единственным производителем животворного кислорода является зеленое вещество растений. Растения - естественные накопители космической солнечной энергии. Потребители же его - человек, животные, почвенные организмы и сами растения, которые используют кислород в процессе дыхания. Причем если на заре человечества кислород в основном употреблялся при дыхании, то в наше время научно-технических революций огромная масса кислорода идет на обеспечение промышленного производства, хозяйственной деятельности человека и средств коммуникаций. В огромных количествах кислород расходуется при сжигании топлива в двигателях автомобилей, самолетов, кораблей, сельскохозяйственных машин, топках электростанций и т.д.