Участие организмов в круговороте веществ и энергии. Проблема нарушения круговорота веществ в биосфере

Человек как биологический и социальный организм природы. Природа и сущность человека как причина возникновения экологической проблемы. Противоречия между биологической и культурной эволюцией человеческого общества

История человеческого общества на Земле - это история природопользования. Благодаря достижениям науки и техники человек получил в свои руки мощные орудия воздействия на природу. Эти достижения позволили человеку вторгаться в микро- и макромиры, влиять на процессы, протекающие в биосфере, превращать бесплодные земли в плодородные угодья и цветущие сады, т.е. человек, практически создавая новые орудия производства, преобразует по-своему природу и вовлекается в использование ранее недоступных ему ресурсов.

Вторгаясь в природные процессы, человек нередко нарушает закономерности их протекания, вызывает нежелательные для него же изменения в природе. Поэтому перед человечеством в конце XX - начале XXI в. встали задачи по предотвращению кризиса природной среды, или, как теперь говорят, экологического кризиса, осуществлению охраны природы и рациональному использованию ее ресурсов.

Прогресс человечества непосредственно связан с научно-технической революцией, которая вызревала с нарастающим темпом, обеспечив гигантское приращение материальных ценностей и духовных возможностей человека. Но эти ценности и возможности оказались двоякого рода. Налицо, с одной стороны, качественный скачок производительных сил, а с другой стороны - качественный скачок в средствах разрушения самой природы. Впервые в истории человечества нависла угроза уничтожения всего живого на Земле.

Человечество осознало, что усиливающееся загрязнение окружающей среды вредит здоровью нынешнего поколения и может сделать жизнь невозможной для последующего. Наконец, человечество должно готовить себя к мирной жизни, сознавая, что численность людей будет расти, а природные ресурсы истощаться, что, развивая производство, строительство жилья, человек неизбежно обостряет экологические проблемы. Стало также ясно, что надо отбросить даже мысль о покорении природы. Осознание безнравственности борьбы с природой, в том числе многими учеными, претендовавшими на философское и социальное лидерство, только теперь входит в структуру нового ноосферного мышления.

Воздействие человека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разных аспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки зрения экологии представляет интерес рассмотрение воздействия человека на экологические системы под углом зрения соответствия или противоречия действий человека объективным законам функционирования природных экосистем. Исходя из взгляда на биосферу как глобальную экосистему, все многообразие видов деятельности человека в биосфере приводит к изменениям: состава биосферы, круговоротов и баланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты. Направленность и степень этих изменений таковы, что самим человеком им дано название экологического кризиса. Современный экологический кризис характеризуется следующими проявлениями:

постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов в атмосфере;

общее и местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферного озонового экрана;

загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическими соединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение вод углекислым газом;

разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши в результате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердого стока, нерестовых путей и т.п.;

загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате химических и фотохимических реакций;

загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения, высокотоксичными веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

опустынивание планеты;

деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодных для сельского хозяйства;

радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронением радиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.;

накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, в особенности практически неразлагающихся пластмасс;

сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газов атмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает их непригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни в литосфере;

массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества;

ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированных территориях;

общее истощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов;

нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

Участие организмов в круговороте веществ и энергии. Проблема нарушения круговорота веществ в биосфере

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

Вода испаряется и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает их недоступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в моря и океаны (рис. 1). Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, компоненты которой переносятся в моря и океаны.

Рис. 1. Круговорот воды в биосфере

Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, компоненты которой переносятся в моря и океаны.

Углерод входит в состав разнообразных органических веществ, из которых состоит все живое. В процессе фотосинтеза зеленые растения используют углевод диоксида углерода и водород воды для синтеза органических соединений, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и растения, а конечный продукт дыхания - СО2 - выделяется в атмосферу (рис. 2).

Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями (рис. 3). Часть азота фиксируется в результате образования оксидов во время электрических разрядов в атмосфере. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков. После отмирания живых организмов гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака.

Рис. 2. Круговорот углерода в биосфере

Хемосинтезирующие бактерии превращают аммиак в азотистую, затем в азотную кислоту. Некоторое количество азота, благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий, поступает в воздух. Часть азота оседает в глубоководных отложениях и на длительный срок выключается из круговорота; эта потеря компенсируется поступлением азота в воздух с вулканическими газами.

Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой жизненно важный элемент.

Рис. 3. Круговорот азота в биосфере

Находящиеся глубоко в почве и в морских осадочных породах соединения серы с металлами - сульфиды - переводятся микроорганизмами в доступную форму - сульфаты, которые и поглощаются растениями. С помощью бактерий осуществляются отдельные реакции окисления-восстановления. Глубоко залегающие сульфаты восстанавливаются до H2S, который поднимается вверх и окисляется аэробными бактериями до сульфатов. Разложение трупов животных или остатков растений обеспечивает возврат серы в круговорот (рис. 4). В результате деятельности человека движение многих веществ резко ускоряется, при этом в одних местах возникает недостаток, а в других - избыток каких-то веществ. Примером служит повышенный выброс SO2b атмосферу при сжигании топлива. В окрестностях медеплавильных заводов избыток SO2 в воздухе вызывает гибель растительности вследствие нарушения процесса фотосинтеза.

Фосфор сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. Постепенно он вымывается из них и попадает в экосистемы или вносится на поля как удобрение. Растения используют только часть этого фосфора; много его уносится реками в моря и снова отлагается в осадках. Вместе с выловом рыбы, содержащей этот элемент, на сушу возвращается примерно 60 000 т элементарного фосфора, добывается же ежегодно 1-2 млн. т фосфорсодержащих пород. Хотя запасы фосфорсодержащих пород велики, в будущем придется предпринимать специальные меры для возвращения фосфора в круговорот веществ.

Рис. 4. Круговорот серы в биосфере

Вывод:

Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.

Углерод входит в состав разнообразных органических веществ, из которых состоит все живое.

Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями.

Сера входит в состав ряда аминокислот и представляет собой жизненно важный элемент.