Лекции по "Геоэкология"

Вибрационные поля отрицательно сказываются на физиологическом состоянии человека, приводя к повышенной утомляемости, торможению двигательных реакций, нарушению координации движения. Длительное воздействие вибрации приводит к нарушению сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата, нервным расстройствам, поражению мышечных тканей и суставов. При землетрясениях и релаксации сейсмических напряжений возникают ультразвуковые и инфразвуковые волны (акустические поля). Человек, как биофизический объект, реагирует на них. Ультразвуковые волны вызывают у него галлюцинации, а инфразвуковые – страх и панику. Причем такие ситуации возможны не только в случае сильных землетрясений, но и при постоянном воздействии роев слабых землетрясений (2–3балла).

Воздействие гравитационного поля Земли на человека практически не изучено. Пока только можно предполагать, что переменная составляющая гравитационного поля Земли, связанная с солнечной активностью, вероятно, оказывает влияние на организм человека, его психику, в особенности в период формирования его органов.

Действие ионизирующей радиации радиационного поля на живые организмы изучается с конца прошлого века. Большие дозы радиации разрушают клетки, повреждают ткани органов и могут быть причиной лучевой болезни с быстрым летальным исходом. Малые дозы радиоактивного облучения приводят к раковым заболеваниям, проявляющимся чаще всего через одно-два десятилетия, и серьезным генетическим отклонениям, сказывающимся на потомках облученного индивидуума.

Таковы в общих чертах биологические последствия воздействия природных и техногенно обусловленных физических полей. Не вдаваясь в детали проблемы, выделим главное: человек, являясь биофизическим объектом, реагирует на изменение физических полей природного и техногенного происхождения. Медико-санитарная ориентированность геофизической и геохимической функций литосферы определяет их принципиальное отличие от ресурсной и геодинамической.

4.2. Основные причины и следствия нарушения геоэкологических функций литосферы

Под нарушением геоэкологических функций литосферы понимается их негативное изменение, оказывающее прямое или опосредованное влияние на комфортность существования растительного, животного мира и человеческого общества и в экстремальных случаях приводящее к их гибели (вымиранию). Исходя из представлений о формировании геоэкологических функций литосферы, как результата эволюционного развития Земли, под влиянием природных и техногенных факторов вычленяются две причины их нарушения (трансформации) – природная и антропогенная.

Первая, природная, причина связана с естественными катаклизмами: периодами активизации вулканической деятельности, тектонических движений и глубокими перестройками палеогеографических условий. Вызывается она целым рядом факторов как земного (проявление вулканизма), так и космического (столкновение Земли с астероидами и планетами) происхождения. С ними связывают проявления региональных и глобальных катастроф и катаклизмов в эволюции Земли. В качестве альтернативной гипотезы выдвигаются глобальные лесные пожары на рубеже позднего мела и палеогена.

Все перечисленные причины могли вызвать резкое увеличение содержания углекислоты в атмосфере, повышение температуры морской воды, что привело к массовому вымиранию организмов. Не менее глобальным могло быть и их прямое воздействие на биоту. Следствием природных катаклизмов в эволюции Земли (а значит, и геоэкологических функций литосферы) является массовое вымирание живых организмов и гибель растительности.

Вторая причина нарушения геоэкологических функций литосферы – техногенез, неразрывно связанный с развитием человеческого сообщества и приводящий к истощению минеральных и органических ресурсов, активизации опасных геологических процессов и загрязнению полютантами и радионуклидами мест обитания биоты. Следствием таких нарушений является снижение комфортности существования биоты, миграция отдельных видов, заболеваемость и вымирание.

4.3. Геоэкологические  проблемы биосферы

Биосфера – одна из геосфер Земли, область распространения живого вещества. Она не может функционировать без тесного взаимодействия с атмосферой, гидросферой и литосферой.

Наличие биосферы отличает Землю от других планет Солнечной системы. Особо следует подчеркнуть, что именно биота играет важнейшую  роль  в  стабильном  функционировании  географической среды.

В пределах биосферы биота сохраняет способность контролировать условия окружающей среды, если человек в процессе своей деятельности использует не более 1 % чистой первичной продукции биоты. Остальная часть продукции должна распределяться между видами, выполняющими функции стабилизации окружающей среды. Следовательно, с точки зрения человечества, биота представляет собой механизм, обеспечивающий человека питанием (энергией) с коэффициентом полезного действия 1 %, а 99 % идет на поддержание устойчивости окружающей среды.

Если рассматривать человека как биологический вид, находящийся на вершине экологической пирамиды, то ему, по законам биологической экологии, полагалось бы на питание лишь несколько процентов производимой на суше первичной биологической продукции, то есть порядка 10 млрд т в год. Фактически, благодаря использованию пашни, пастбищ и лесов, человек поглощает сельскохозяйственные и лесные продукты общей массой 31 млрд т. Кроме того, вследствие деятельности человека, современная первичная продуктивность меньше исходной на 27 млрд т по следующим причинам: а) деградации естественных ландшафтов и б) превращения естественных экосистем в антропогенные. Тогда общее количество потребляемой и разрушаемой человеком биомассы суши равно 58 млрд т в год, или почти 40 % первичной биологической продукции суши.

Таким образом, в настоящее время потребление первичной биологической продукции человеком превосходит все допустимые пределы. При дальнейшем росте населения мира его потребности можно будет удовлетворять только за счет потребностей других живых организмов, а это неизбежно приведет к катастрофической деградации биосферы и, следовательно, географической среды в целом.

Среди геоэкологических проблем биосферы есть две наиболее серьезные: первая – чрезмерное, не соответствующее установленному природой уровню, антропогенное поглощение и разрушение возобновимых биологических ресурсов и вторая – снижение роли биосферы в стабилизации состояния географической среды. Обе проблемы чрезвычайно серьезны, но, вероятно, вторая проблема более важна, потому что она затрагивает основные, глубинные, системные процессы функционирования географической среды. Можно считать, что величина антропогенной доли поглощения и разрушения первичной биологической продукции суши – важнейший геоэкологический индекс уровня кризисного состояния географической среды.

Геоэкологические аспекты современных ландшафтов мира. Деятельность человека весьма значительно преобразовала первичные, или потенциальные ландшафты Земли. На 20–30 % площади суши человек преобразовал ландшафты практически полностью. На территориях с высокой плотностью населения естественные экосистемы почти не сохранились. Вместо этого, их территории на 40–80 % заняты сельскохозяйственными землями, населенными пунктами, дорогами, промышленными сооружениями и прочими результатами деятельности человека. На остальной части встречаются вторичные, или специально выращиваемые леса, деградировавшие земли и водохозяйственные системы, находящиеся, как правило, в далеко не идеальном состоянии. При этом внешне такие территории могут выглядеть благополучно, но фактически это области дестабилизации географической среды.

В результате некоторые зональные типы ландшафтов исчезли, другие были трансформированы, так что возникли антропогенные модификации природных ландшафтов. Из 96 зональных типов ландшафтов, выделенных на равнинах мира, 40 типов исчезли или были коренным образом преобразованы.

На других территориях произошли менее заметные изменения, часто невидимые, такие как изменения потоков химических веществ, изменения теплового или водного баланса и многие другие. Всего около 60 % территории мира в той или иной степени преобразовано человеком.

Территорий, совсем не измененных человеком, в мире не осталось. Но еще  довольно значительные участки на Земле остаются почти нетронутыми. Они играют огромную, общепланетарную роль в сохранении гомеостазиса географической среды и являются ценнейшим достоянием человечества.

Основные особенности антропогенной трансформации ландшафтов заключаются в следующем: геосистема из почти полностью замкнутой превращается в разомкнутую (открытую), главным образом вследствие отчуждения биомассы в виде продукции, используемой человеком; увеличивается однообразие ландшафтов; интегральное антропогенное давление за определенный интервал времени нарушает эволюционное развитие ландшафтов и снижает их продуктивность; нарушается химическое равновесие, сложившееся в ландшафтах в процессе их эволюции в доантропогенную эпоху; антропогенные потоки химических элементов и их соединений часто на один–два порядка превышают уровень естественных потоков химических веществ; происходит непрерывная трансформация земельного фонда. Общей геоэкологической особенностью ландшафтов мира является ухудшение их состояния, выражающееся прежде всего в снижении их естественной биологической продуктивности. При этом главные процессы – это обезлесение в сравнительно влажных ландшафтах, опустынивание в относительно сухих ландшафтах и деградация почв.

Проблемы обезлесения. Под обезлесением понимают исчезновение леса в результате естественных причин или антропогенных воздействий.

Леса составляют около 85 % фитомассы мира. Они играют важнейшую роль в формировании глобального цикла воды, а также биогеохимических циклов углерода и кислорода. Леса мира регулируют климатические процессы и водный режим мира. Экваториальные леса являются важнейшим резервуаром биологического разнообразия, сохраняя 50 % видов животных и растений мира на 6 % площади суши. Вклад лесов в мировые ресурсы не только значителен количественно, но и уникален, поскольку леса – это источник древесины, бумаги, лекарств, красок, каучука, плодов и пр. Леса с сомкнутыми кронами деревьев занимают в мире 28 млн км2 при примерно одинаковой их площади в умеренном и тропическом поясе. Общая площадь сплошных и разреженных лесов, согласно Международной организации по продовольствию и сельскому хозяйству (ФАО), в 1995 г. покрывала 26,6 % свободной ото льда суши, или примерно 35 млн км2.

В результате  своей  деятельности  человек  уничтожил не менее 10 млн км2 лесов, содержавших 36 % фитомассы суши. Главная причина уничтожения лесов – увеличение площади пашни и пастбищ, вследствие роста численности населения. Обезлесение приводит к прямому уменьшению органического вещества, потере каналов поглощения углекислого газа растительностью и проявлению широкого спектра изменений круговоротов энергии, воды и питательных веществ. Уничтожение лесной растительности воздействует на глобальные биогеохимические циклы основных биогенных элементов и, следовательно, оказывает влияние на химический состав атмосферы. Около 25 % углекислого газа, поступающего в атмосферу, обусловлено обезлесением. Сведение лесов приводит к заметным изменениям климатических условий на локальном, региональном и глобальном уровнях. Эти климатические изменения происходят в результате воздействия на компоненты радиационного и водного балансов.

Особенно велико воздействие сведения лесов на параметры седиментационного цикла (увеличение поверхностного стока, размыв, транспортировка, аккумуляция осадочного материала) при образовании обнаженной, не защищенной растительностью, поверхности; в такой ситуации смыв почвы на наиболее сильно эродированных землях, которые составляют 1 % общей площади распаханных сельскохозяйственных угодий, достигает от 100 до 200 тыс га в год. Хотя, если, сведение леса сопровождается его немедленным замещением другой растительностью, величина эрозии почв значительно снижается.

Воздействие обезлесения на круговороты питательных веществ зависит от типа почв, способа сведения леса, использования огня и типа последующего землепользования. Возрастающее беспокойство вызывает влияние обезлесения на уменьшение биологического разнообразия Земли. Обезлесение умеренного пояса к настоящему времени в основном прекратилось, но  продолжается  сокращение  площади тропических  и  экваториальных  лесов. Потери находятся в пределах 11–20 млн га в год.

В ряде стран имеются государственные программы хозяйственного освоения лесных территорий. Но при управлении лесами часто не принимается во внимание, что выгоды от использования лесов в их устойчивом состоянии могут приносить больше дохода, чем выгоды, связанные с расчисткой лесов и использованием древесины. Кроме того, следует помнить, что экосистемная функция лесов незаменима и они играют важнейшую роль в стабилизации состояния географической среды. Стратегия управления лесами должна основываться на признании леса как общего достояния человечества. Необходимо разработать и принять международную конвенцию по лесам, которая определила бы основные принципы и механизмы международного сотрудничества в этой области с целью поддержания устойчивого состояния лесов и его улучшения.

Проблемы опустынивания. Международная Конвенция по борьбе с опустыниванием, заключенная в 1994 г., дает следующее определение процесса опустынивания: «Опустынивание означает деградацию земель в засушливых... районах, которая происходит вследствие различных факторов, включая колебания климата и деятельность человека. Деградация земель означает сокращение или полную потерю... биологической или экономической продуктивности... неорошаемых и орошаемых земель, или же пастбищ и лесов, вследствие использования земель, или других действий, ведущих к таким процессам как ветровая и водная эрозия почв, ухудшение физических, химических и биологических свойств почв, и к долгосрочной потере естественной растительности».

Почвы районов опустынивания отличаются низким плодородием, что в сочетании с малыми и изменчивыми осадками приводит к тому, что биологическая продуктивность в районах значительного опустынивания не превышает 400 кг/га в год сухого вещества. В соответствии с климатическими условиями пустыни должны занимать в мире площадь около 48 млн км2 (включая ледниковые покровы, то есть ледяные пустыни). Фактически, в соответствии с почвенно-ботаническими данными, их площадь достигает 57 млн км2. Разность между этими двумя цифрами, равная 9 млн км2, представляет антропогенные пустыни. Опустынивание различной степени развивается еще на 25 млн км2. Около 3/4 аридных территорий Африки и Северной Америки подвержены деградации, то есть опустыниванию. Одна шестая часть населения мира живет в зоне угрозы опустынивания. Ежегодные мировые экономические потери от опустынивания оцениваются в 42 млрд долларов.