Ресурсы биосферы

      Приспособления  к дыханию в воде, т.е. потреблению  растворенного в воде О₂, у гидробионтов имеют совсем иной характер. Вода содержит во много раз меньше кислорода, чем воздух: при 20° в 1 л воздуха содержится 277 мг О₂, а в 1 л пресной воды при полном насыщении растворенным воздухом - 8,7 мг О₂, т.е. в 32 раза меньше. Для полного извлечения из воды такого же количества О₂, как и из воздуха, нужно выполнить во много раз большую работу. Зато водные организмы имеют дело с уже готовым раствором кислорода, а дыхание наземных животных зависит от скорости растворения О₂ в транспортирующей жидкости.

      В континентальных стоячих водах, особенно в богатых органикой (эвтрофных) озерах и болотах, или под ледовым покровом концентрация О₂ всегда понижена из-за бактериального окисления. Это часто приводит к заморным явлениям - гибели рыб, нуждающихся в богатой кислородом воде. Подобные обстоятельства с самого начала эволюции определили главные стратегии приспособления к водной среде. Самые ранние формы были анаэробными и не нуждались в кислороде. Среди бактерий и простейших до сих пор есть много анаэробов, т.е. организмов, способных относительно легко переносить временное отсутствие кислорода или существовать в условиях кислородного дефицита. Но даже при достижении современного уровня содержания О₂ в природных водах и при расцвете водной фауны кислородный запрос подавляющего числа гидробионтов остался намного ниже, чем у животных, вышедших на сушу.

      Почав. В отличие от рассмотренных выше ресурсов биосферы - энергии, климатических факторов, пищи, кислорода и воды - почва значительно менее динамична. Согласно классификации В.И.Вернадского она представляет собой биокосное вещество. Биотические и биогенные компоненты составляют относительно небольшую, хотя и очень важную часть почвы. Поэтому, оставаясь возобновимым ресурсом, почва неустойчива, очень сильно зависит от связанного с ней сообщества и восстанавливается после нарушений намного медленнее, чем другие биотические ресурсы. Почва - самый наружный слой земной коры, разрыхленный физическим и химическим выветриванием и сформированный при участии живых организмов. Свойства почвы определяют само существование высших и низших растений, многих животных, образование и распространение сообществ. Жизненно необходимый обмен минеральными веществами между биосферой и неорганическим миром происходит именно в почве.

      Основные  свойства почвы как  экологической среды - это ее физическая структура, механический и химический состав, рН и окислительно-восстановительные условия, содержание органических веществ, аэрация, влагоемкость и увлажненность. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв и разнообразие почвенных условий.

      В табл. 4.4 приведены данные о почвенных ресурсах планеты, о распространении различных типов почв. В зависимости от особенностей структуры, механического и химического состава все типы подразделяются на подтипы, роды, виды и разновидности почв.

      Сейчас  на Земле по распространенности ведущее  положение занимают четыре типологические группы почв:

1. почвы влажных тропиков и субтропиков, преимущественно красноземы и желтоземы, для которых характерны богатство минерального состава и большая подвижность органики (более 32 млн км²);
2. плодородные почвы саванн и степей - черноземы, каштановые и коричневые почвы с мощным гумусовым слоем (более 32 млн км²);
3. скудные и неустойчивые почвы пустынь и полупустынь, относящиеся к разным климатическим зонам (более 30 млн км²);
4. относительно бедные почвы лесов умеренного пояса - подзолистые, бурые и серые лесные почвы (более 20 млн км²).

      Почва существенно биогенна.. Решающую роль в образовании почвы играют растения и комплекс почвенных организмов - эдафон. В его составе, например в почве смешанного леса, около 50% бактерий, 25% грибов, 13% червей, остальная микро-, мезо- и макрофауна (от микроклещей и личинок насекомых до роющих млекопитающих) - 12%. Эдафон составляет 4-7% всей органики такой почвы и вместе с корнями растений участвует в образовании почвенного детрита - мертвого органического вещества. В разных почвах эти соотношения широко варьируют, в целом в них содержится 3-6, до 10% органики. На одном гектаре плодородной земли почва может содержать до 10 т живой биомассы, в том числе до 1 т червей. Детритофаги почвы - черви и личинки насекомых - поглощают вместе с растительными остатками и минеральные частицы почвы, т.е. по существу питаются землей. Они пропускают через свой пищеварительный тракт огромную массу почвы, наиболее ценные компоненты которой почти целиком состоят из их испражнений. На гектаре огородной земли дождевые черви перерабатывают таким образом до 50 и более тонн почвы за год. Они придают почве мелкокомковатую структуру, улучшая ее аэрацию и влагоемкость. 

      Таблица 4.4

      Распространенность  основных типов почв мира и степень  их освоения

      В результате разложения растительного  детрита, состоящего из опада и отмерших частей растений, образуются гуминовые вещества - основа почвенного гумуса. Соединяясь с мельчайшими минеральными частицами, гуминовые вещества образуют мицеллы глинисто-гумусового комплекса почвы. Они удерживают на своей поверхности ионы растворимых солей, обеспечивают равновесный ионный обмен с почвенным раствором и тем самым влияют на условия питания растений. Содержание гумуса в почве и мощность богатого гумусом слоя в значительной мере определяют плодородие почвы.

      Химический  состав почв очень разнообразен. Содержание в почве некоторых ионов имеет большое экологическое значение. Почвы, залегающие на известняках, очень богаты кальцием. На них развивается специфическая кальцефитная растительность. Другие растения, наоборот, избегают высоких концентраций Са²⁺ в почве. Своеобразна растительность засоленных почв, богатых Na⁺ и Сl^– (галофиты солончаков, морских берегов). Активная реакция большинства почв близка к нейтральной (рН 7). Известковые и засоленные почвы имеют щелочную реакцию (рН 8-9), а болотные почвы и торфяники - кислую (рН 4-5). Известны эндемические фитоценозы, связанные с участками почвы, содержащей повышенные количества некоторых микроэлементов. Многие представители почвенной фауны также чувствительны к кислотности и ионному составу почв.

      В экосистеме почвы осуществляются разнообразные биотические взаимодействия. Среди них особенно важны мутуалистические связи между корнями растений, микрогрибами и бактериями, которые снабжают друг друга необходимыми элементами питания и обеспечивают такие важные процессы, как фиксация азота и перевод связанных биогенов в усвояемые растениями формы. Установлено, что во многих почвенных ценозах главенствующая роль принадлежит некоторым мицелиальным грибам, образующим сплошные тонкие, но значительные по массе и протяженности сети, как бы управляющие многими бактериальными и ионообменными процессами в почве.

      Животные  почвы, обитающие в плотной, неподатливой среде, в темноте, хорошо адаптированы к этим условиям. Биомеханические  особенности тела позволяют им легко  двигаться, проделывать в почве  ходы и норы, а редукция зрения замещается превосходным обонянием. Слепыш и крот так хорошо приспособлены к рытью нор, что обмен веществ у них при интенсивных «земляных работах» повышается не больше, чем у других животных при ходьбе.

      Поскольку почва - очень рыхлое природное образование (по сравнению с большинством горных пород земной коры), она постоянно находится под угрозой нарушения - эрозии - под влиянием потоков воздуха и воды. В нетронутых человеком природных экосистемах, где почва защищена сплошным растительным покровом или естественным спадом, эрозия протекает медленно и обычно уравновешивается постоянно идущим процессом почвообразования. Но там, где почва лишается естественной защиты в результате распашки, культивации, перевыпаса скота и сведения лесов, возможность эрозии многократно возрастает, вплоть до случаев полного сноса почвенного слоя и явлений опустынивания.

Все рассмотренные  выше ресурсы необходимы в первую очередь самой биоте, которая неустанно формирует и воспроизводит условия, необходимые для жизни на Земле, в том числе и для жизни человека. В следующей главе мы рассмотрим, как этими ресурсами распоряжается человек, его экономика.

5.3. Ресурсы техносферы

      Понятие о природных ресурсах. В гл. 4 мы уже рассмотрели ресурсы биосферы как важнейшие факторы среды. Это солнечная энергия, свет, пища, вода, тепло, почва, т.е. все то, что необходимо для жизни на Земле. В данном разделе природные ресурсы будут рассмотрены с позиций использования их в общественном производстве.

      Природные ресурсы являются основной частью экономических  ресурсов, т.е. кроме факторов среды  они являются факторами производства.

      Ресурсы - это вещества, материалы, силы и потоки вещества, энергии и информации, которые:

• образуют входные звенья природных или хозяйственных циклов, являются их необходимыми участниками и, в связи с этим, носителями функции полезности;
• имеют измеряемое количественное выражение: массу, объем, плотность, концентрацию, интенсивность, мощность, стоимость;
• при изменениях во времени подчиняются фундаментальным законам сохранения.

Рис. 5.3. Схема классификации природных ресурсов 

      Все естественные материальные и энергетические ресурсы, используемые человеком, принято  называть природными ресурсами. При этом часто забывают, что большинство из них является ресурсами не только для человека, но в основном и в первую очередь ресурсами живой природы.

      Классификация ресурсов. Существует несколько классификаций природных ресурсов.

      Естественная  классификация основана на разделении ресурсов по компонентам природной среды: земельные, минеральные, водные, климатические, растительные, животного мира и т.п.

      В хозяйственной классификации ведущее значение имеет отраслевая принадлежность: ресурсы топливно-энергетического комплекса, металлургии, химической промышленности, сельского хозяйства, лесоперерабатывающей промышленности и т.д.

      С эколого-экономической точки зрения важна классификация природных ресурсов по признакам исчерпаемости (рис. 5.3). К практически неисчерпаемым (в пределах времени существования техносферы) часто относят космические (солнечную радиацию, гравитацию) и планетарные ресурсы (наличие атмосферы, гидросферы, геотермальной энергии). Однако в конкретных земных и, тем более, техносферных условиях XX в. действует закон ограниченности (исчерпаемости) всех природных ресурсов.

      Возобновимые ресурсы - это вещества и силы, которые создаются на Земле благодаря текущему потоку солнечной энергии: тепло, атмосферная влага, вода осадков и всех пресных вод, течение рек и гидроэнергия, энергия ветров, волн и течений, почва, все живые организмы, биосфера, наконец, сам человек. Для различных возобновимых, особенно для биологических ресурсов, существуют пределы скорости изъятия и степени исчерпания, после превышения которых уже невозможно возобновление, так как нарушается его естественный режим. Чаще всего это относится к численности популяции или биоразнообразию экосистем. Но это может быть отнесено и к биосфере в целом.

      Разумеется, исчерпаемы и все невозобновимые ресурсы. К ним относится подавляющее большинство полезных ископаемых: горные материалы, руды, минералы, осадочные породы, ископаемое топливо. Правда, некоторые минеральные ресурсы и сейчас медленно образуются при геохимических процессах в недрах, глубинах океана или на поверхности земной коры - залежи солей, руды переходных металлов, железомарганцевые конкреции, известняки, продукты выветривания, но не уголь и углеводороды. В отношении полезных ископаемых большое значение имеют доступность и качество ресурса, а также количественное соотношение между оцененными потенциальными, реальными разведанными и эксплуатационными запасами.

      Принципиальное  отличие техносферы от биосферы заключается в том, что биосфера использует исключительно контролируемые ею возобновимые ресурсы, тогда как человек в техносфере, кроме захвата значительной части биосферных ресурсов, использует и огромную массу невозобновимых ресурсов, значительная часть которых не нужна биоте биосферы, но влияет на ее функционирование.

      Несмотря  на указанное отличие ресурсы биосферы и техносферы непрерывно взаимодействуют между собой. Преждевременное изъятие погребенных в литосфере веществ и ввод их в оборот нарушает оптимальный баланс круговорота веществ в природе. Кроме того, использование невозобновимых ресурсов всегда влечет за собой цепь частных последствий, важных для биосферы: преобразование ландшафтов, изъятие площадей природных экосистем, деградацию почв, изменение распределения грунтовых вод и др.

      Хотя  человечество на протяжении всей своей  истории сталкивается с ограниченностью  природных ресурсов, оно до сих  пор не осознало последствий их бесконтрольного  использования. Ни на макро-, ни на микроуровнях в экономике не используется показатель природоемкости. В настоящее время экономика мирового хозяйства чрезвычайно природоемка, что и обусловливает техногенный тип развития и истощение природных ресурсов.