Совместное действие температуры и влажности. Экологические системы, биоценоз, биоциклы - Экология - Скачать бесплатно
глубь Земли под влиянием давления и высокой температуры
(напр., интрузий) теряют воду, котораярая поднимается по порам пород и
появляется в виде горячих источников пли пластовых вод на поверхности
Земли, или, наконец, выбрасывается с парами при вулканич. деятельности
вместе с нек-рым количеством ювеннльных вод и газов. Другая же, основная
масса воды, извлекая растворимые соединения из пород литосферы, разрушая
их, стекает реками обратно в океан. В результате этого процесса солевой
состав океана в геологич. времени изменяется. Химич. элементы, образующие
легкорастворимые соединения, накапливаются в морской воде.
Труднорастворимые соединения химических элементов быстро достигают дна
океана.
4.1.2. Круговорот кальция
Другой пример — круговорот кальция. Известняки (как и др. породы) на
континенте разрушаются, и растворимые соли кальция (двууглекислые и др.)
реками сносятся в море. Ежегодно в море сбрасывается с континента ок.
5*108м кальция. В тёплых морях углекислый кальций интенсивно потребляется
низшими организмами — фораминиферами, кораллами и др. — на постройку своих
скелетов. После гибели этих организмов их скелеты из углекислого кальция
образуют осадки на дне морей. Со временем происходит их метаморфизация, в
результате чего формируется порода — известняк. При регрессии моря
известняк обнажается, оказывается на суше и начинается процесс его
разрушения. Но состав вновь образующегося известняка несколько иной. Так,
оказалось, что палеозойские известняки более богаты углекислым магнием и
сопровождаются доломитом, известняки же более молодые — беднее углекислым
магнием, а образования пластов доломитов в современную эпоху почти не
происходит. Наконец, при излиянии лавы известняки частично могут быть ею
ассимилированы, т. е. войти в большой круговорот веществ.
Т. о., отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот
веществ на Земле, никогда не являются полностью обратимыми. Часть вещества
в повторяющихся процессах превращения рассеивается и отвлекается в частные
круговороты пли захватывается временными равновесиями, а другая часть,
которая возвращается к прежнему состоянию, имеет уже новые признаки.
Продолжительность того пли иного цикла можно условно оценить по тому
времени, которое было бы необходимо, чтобы вся масса данного вещества могла
обернуться один раз на Земле в том или ином процессе (см. табл. 4.1).
[pic]
Табл. 4.1. — Время, достаточное для полного оборота
вещества
В круговороте участвуют химические элементы и соединения, более
сложные ассоциации вещества и организмы. Процессы изменения вещества могут
носить преим. характер механического перемещения, физико-химич.
превращения, ещё более сложного биологического преобразования или носить
смешанный характер. Круговорот веществ, как и отдельные цикличные процессы
на Земле, поддерживаются притекающей к ним энергией. Её основными
источниками являются солнечная радиация, энергия положения (гравитационная)
и радиогенное тепло Земли, когда-то имевшее исключит, значение в
происходивших на Земле процессах. Энергия, возникшая при химических и
других реакциях, имеет второстепенное значение. Для отдельных частных
круговоротов вещества можно оценить затраченную энергию; напр., для
ежегодного испарения масс воды с поверхности океана расходуется около
10,5*1023 дж (2,5*1023 кал), или 10% от всей получаемой Землёй энергии
Солнца.
Классификация круговорота веществ на Земле ещё не разработана. Можно
говорить, например, о круговоротах отдельных хнмических элементов или о
биологическом круговороте веществ в биосфере; можно выделить круговорот
газов атмосферы или воды, твёрдых веществ в литосфере и, наконец,
круговорот веществ в пределах 2—3 смежных геосфер. Изучением круговорота
веществ занимались многие русские учёные. В. И. Вернадский выделил
геохимическую группу т, н. циклических химических элементов; к ним относят
практически все широко распространённые и многие редкие хнмические
элементы, например углерод, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, хлор,
медь, железо, йод. В. Р. Вильяме и мн. др. рассматривали биологические
циклы азота, углекислоты, фосфора и др. в связи с изучением плодородия
почв. Из циклич. хнмич. элементов особенно важную роль в биогенном цикле
(см. Биогеохимия) играют углерод, азот, фосфор, сера.
4.1.3. Углерод.
Углерод — основной биогенный элемент; он играет важнейшую роль в
образовании живого вещества биосферы. Углекислый газ из атмосферы в
процессе фотосинтеза, осуществляемого зелёными растениями, ассимилируется и
превращается в разнообразные и многочисленные органические соединения
растений. Растительные, организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской
фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения продуцируют в
год ок. 1,5*1011 т углерода в виде органической массы, что соответствует
5,8б*1020 дж (1,4-1020 кал) энергии. Растения частично поедаются животными
(при этом образуются б. или м. сложные пищевые цепи). В конечном счёте
органическое вещество в результате дыхания организмов, разложения их
трупов, процессов брожения, гниения и горения превращается в углекислый газ
или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в свою очередь,
дают начало мн. др. каустобиолитам — каменным углям, нефти, горючим газам
(рис. 4.2).
[pic]
Рис. 4.2. Схема круговорота углерода. Содержание углерода
дано в г/см2 поверхности Земли. Обмен углерода дан
в f (l*10-6 г) на 1 см2 поверхности Земли в год.
В процессах распада органических веществ, их минерализации огромную
роль играют бактерии (напр., гнилостные), а также мн. грибы (напр.,
плесневые).
В активном круговороте углерода участвует очень небольшая часть всей
его массы (табл. 4.2).
[pic]
Табл. 2.— Содержание углерода
на поверхности 3 е м л и и в земной коре (16 км
мощности).
Огромное кол-во угольной к-ты законсервировано в виде ископаемых
известняков и др. пород. Между углекислым газом атмосферы и водой океана, в
свою очередь, существует подвижное равновесие.
Многие водные организмы поглощают углекислый кальций, создают свои
скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Из атмосферы было
извлечено и захоронено в десятки тысяч раз больше углекислого газа, чем в
ней находится в данный момент. Атмосфера пополняется углекислым газом
благодаря процессам разложения органических вещества, карбонатов и др., а
также, всё в большей мере, в результате индустриальной деятельности
человека. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых состоят
главным образом из углекислого газа и паров воды. Некоторая часть
углекислого газа и воды, извергаемых вулканами, возрождается из осадочных
пород, в частности известняков, при контакте магмы с ними и их ассимиляции
магмой. В процессе круговорота углерода происходит неоднократное
фракционирование его по изотопному составу (12С — 13С), особенно в
магматогенном процессе (образование СО2, алмазов, карбонатов), при
биогенном образовании органические вещества (угля, нефти, тканей организмов
и др.).
4.1.4. Круговорот азота
Источником азота на Земле был вулканогенный NH3, окисленный О2
(процесс окисления азота сопровождается нарушением его изотопного
состава—UN — 15N). Основная масса азота на поверхности Земли находится в
виде газа (N2) в атмосфере. Известны два пути его вовлечения в биогенный
круговорот (рис. 4.3):
[pic]
Рис. 4.3. Схема круговорота азота.
1) процессы электрического (в тихом разряде) и фотохимического
окисления азота воздуха, дающие разные окислы азота (NO2, NO3 и др.),
которые растворяются в дождевой воде и вносятся т. о. в почвы, воду океана;
2) биологич. фиксация N2 клубеньковыми бактериями, свободными
азотфиксаторами и др. микроорганизмами. Первый путь даёт около 30 мг NО3 на
1 м2 поверхности Земли в год, второй—около 100 мг NO3 на 1 м2 в год.
Значение азота в обмене веществ организмов общеизвестно. Он входит в состав
белков и их разнообразных производных. Остатки организмов на поверхности
Земли или погребённые в толще пород подвергаются разрушению при участии
многочисленных микроорганизмов. В этих процессах органический азот
подвергается различным превращениям. В результате процесса денитрификации
при участии бактерий образуется элементарный азот, возвращающийся
непосредственно в атмосферу. Так, например, наблюдаются подземные газовые
струи, состоящие почти из чистого N2. Биогенный характер этих струй
доказывается отсутствием в их составе аргона (40Ar), обычного в атмосфере.
При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие
затем в воздух и в воду океана. В биосфере в результате нитрификации —
окисления аммиака и др. азотсодержащих органич. Соединений при участии
Nitrosomonas и нитробактерий – образуются различные окислы азота.
4.1.5. Круговорот кислорода.
В круговороте кислорода отчетливо выражены активная геохимическая
деятельность живого вещества, его первостепенная роль в этом процессе.
Биологический цикл кислорода является планетарным процессом, который
связывает атмосферу и гидросферу с земной корой. Ключевые звенья этого
круговорота: образование свободного кислорода при фотосинтезе в зеленых
растениях, потребление его для осуществления дыхательных функций всеми
живыми организмами, для реакций окисления органических остатков и
неорганических веществ (например: сжигания топлива) и другие химические
преобразования, ведущие к образованию таких окисленных соединений как
диоксид углерода и вода, и последующему вовлечению их в новый цикл
фотосинтетических превращений.
Если исходить из массы кислорода, синтезируемого протяжении года (с
учетом потраченных на процесс дыхания 15%), то можно считать, что ежегодно
зеленая растительность нашей планет продуцирует примерно 300-109 т
кислорода. Около 75% этого количества выделяется растительностью суши и
немногим более 25 % — фотосинтезирующими организмами Мирового океана (В. В.
Добровольский, 1980).
Расчет полного прохождения через всю систему круговорота всего
атмосферного кислорода можно представить так. Масса атмосферы равна 5,2-
1015т, на долю кислорода приходится 23,3 % этого количества. Следовательно,
в газовой оболочке Земли содержится около 1,2-1015т кислорода. В процессе
фотосинтеза растения ежегодно выделяют примерно 300 млрд т этого газа.
Таким образом, за 4 тыс. лет фотосинтетические организмы могли бы
«выработать» существующее количество кислорода (К. М. Сытникидр., 1987).
В растворенном состоянии свободный кислород содержится и в природных
водах. По данным А. П. Виноградова, суммарный объем вод Мирового океана
равен 137-1019л. В 1 л воды растворено от 2 до 8 см3 кислорода. Нетрудно
подсчитать, что в водах Мирового океана находится (2,7...10,9)11012т
растворенного кислорода.
Нельзя, разумеется, упускать из виду, что часть органического
вещества захороняется, вследствие чего из годичного круговорота выводится
связанный кислород.
А. М. Алпатьев (1983) дает следующую количественную оценку годичного
круговорота кислорода на суше и в океане (млрд т):
Поступление в процессе фотосинтеза на суше 160
Поступление в процессе фотосинтеза в океане 80
Биохимические потребления в океане 78
Связывается в древесных насаждениях 27
Расход на биологическое окисление 82
» » гетеротрофное дыхание на суше 20
» » технологические процессы 20
» » процессы выветривания 6
» » усиление окислительных процессов на 7
обрабатываемых землях
Захоронение с органическим веществом 1,5
Следует также учитывать использование кислорода для процесса горения
и других видов антропогенной деятельности. Предполагается, что в обозримой
перспективе ежегодное суммарное потребление кислорода достигнет 210...230
млрд т. Между тем ежегодное продуцирование этого газа всей фитосферой
составляет 240 млрд.т.
[pic]
Рис. 4.4. Упрошенная схема некоторых путей круговорота кислорода на Земле
(Клауд, Джибор, 1972)
5. Природные ресурсы и их классификации. Факторы определяющие масштабы их
потребления.
ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ, естественные ресурсы, часть всей совокупности
природных условий существования человечества и важнейшие компоненты
окружающей его естеств. среды, используемые в процессе общественного
производства для целей удовлетворения материальных и культурных
потребностей общества.
В свете научно-технической революции вопросы, связанные с природными
ресурсами, выдвинулись в число самых насущных вопросов современности. В
связи с бурным развитием производительных сил, ведущим к поглощению
огромных количеств природного сырья, проблемы обеспеченности основными его
видами приобрели особую актуальность. Поскольку успешная борьба с
загрязнением почвы, атмосферы и гидросферы, оказывающим крайне
отрицательное влияние на сохранность природных ресурсов, требует
согласованных действий ряда стран, проблемы защиты природных ресурсов носят
глобальный характер. Энергетический кризис, разразившийся в
капиталистическом мире в 70-х гг. 20 в., показал, что глубинные причины его
лежат не столько в природных, сколько в политических и социальных факторах.
Этот кризис не ограничился сферой энергетики, а в той или иной мере
отразился на мн. отраслях хозяйственной деятслыюсти каппталистического
мира.
Классификация природных ресурсов и их значение с. Главные виды
природных ресурсов — солнечная энергия, энергия приливов и отливов,
внутриземное тепло, водные, земельные, минеральные (в т. ч. топливно-
энергетические), растительные, ресурсы животного мира.
Помимо выделения природных ресурсов по принадлежности к тем или иным
компонентам природы, деления природных ресурсов на практически
неисчерпаемые и исчерпаемые (которые, в свою очередь, подразделяются на
возобновляемые и невозобновляемые), природные ресурсы классифицируются
также по характеру их использования в материальном производстве (в области
энергетики, промышленности, сельского хозяйства и др. отраслей хозяйства) и
в непроизводственной сфере (напр., оздоровительные), а также и по признаку
одно- и многоцелевого использования.
Подготовленные к использованию и вовлекаемые в хозяйственный оборот
природных ресурсов, превращаются в важный компонент обществ, производит,
сил. Выявленные и ныне не используемые, но могущие быть использованными в
будущем, при изменении условий техники и экономики, природные ресурсы.
рассматриваются как потенциальные.
Важными этапами освоения природных ресурсов являются их выявление
(разведка), изучение, составление кадастров по отдельным видам (земельный
кадастр, водный кадастр, таксация лесов и др.) и в территориальном разрезе
(природные ресурсы Земли в целом, суши, Мирового океана и его частей,
крупных природных районов, отдельных стран и др.). По современным
представлениям, общее количество солнечной энергии, ежегодно получаемое
Землёй, составляет примерно 5*1020 ккал, масса атмосферы Земли ок.
5,15*1015 т (из них 23% кислорода в свободном состоянии), ресурсы
гидросферы почти 1,5 млрд. кл13, в т. ч. пресной воды в речных руслах 1,2
тыс.км3, ежегодная первичная продукция фито-массы в пересчёте на сухое
органич. вещество, по различным данным, от 50 до 100 млрд. т (некоторыми
авторами оцениваются до 350 млрд. т), общегеологич. запасы угля 10 —12
триллионов т, железных руд примерно 350 млрд. т, потенциальные запасы
природного газа 130—140 триллионов м3.Распределение природных ресурсов
характеризуется большой неравномерностью, что служит естественной основой
для развития территориального разделения труда. В условиях
капиталистической экономики неравномерность порождает глубокие социальные
противоречия между странами и районами. Примером неравномерности к
размещении ресурсов может служить распределение запасов нефти; так, из
общей суммы разведанных в капиталистических развивающихся странах запасов
нефти на начало 1974 (71,3 млрд. т) приходится на Ближний и Средний Восток
67%, Африку 12,5%, Юго-Вост. Азию и Дальний Восток 3% , Сев. Америку 9%,
Центр, и Юж. Америку 5,5%, Зап. Европу 3%. Между тем подавляющая часть
нефти потребляется в Сев. Америке (прежде всего в США), в индустриально
развитых капиталистических странах Западной Европы и в Японии.
Познание человечеством природных ресурсов постоянно расширяется, при
этом используются новейшие технические средства (искусственные спутники
Земли, сверхглубокое бурение и т. д.).
Велика роль научно обоснованных оценок природных ресурсов, имеющих
всегда конкрстно-исторический характер. Основные типы оценок:
технологическая (производственная), экономическая (выраженная в
количественно определённых экономич. категориях), социальная. Правильная
оценка природных ресурсов — необходимое условие достижения наибольшего
эффекта от их использования.
История использования природных ресурсов. На ранних этапах развития
общества важное значение для удовлетворения потребностей населения имели
охота и рыболовство. В совершенно незначительных размерах использовались
минеральные, ресурсы (камень) для изготовления простейшнх орудий. На
последующих этапах развития первобытного общества, а затем
докапиталистических классовых формаций в связи с зарождением и ростом
земледелия и животноводства стали использоваться почвенно-климатич.
ресурсы, естественные ресурсы кормов и вода для орошения. Начали
применяться некоторые металлы и их сплавы (бронза, золото, железо и др.)
для изготовления орудий труда, оружия, культовых предметов и украшений, а
также новые источники энергии (сила ветра и воды, тяговая сила домашних
животных).
В период развития капитализма и его безраздельного мирового
господства происходило быстрое увеличение масштабов использования
естественных ресурсов вообще и прежде всего ресурсов минер, сырья и
топлива. По подсчётам В. И. Вернадского, человек использовал в производстве
в древние века 19 химических элементов, в начале 20 в. уже 59 (ныне же
практически все открытые элементы). За это время во много раз возросла
добыча чёрных и цветных металлов, угля (ещё в начале 19 в. его добывалось
во всём мире 12—13 млн. т, и 1900 — свыше 700 млн. т в пересчёте на
условное топливо), нефти, газа, разных видов химического сырья и минер,
строит, материалов. Усиленно вырубались леса с целью получения древесного
сырья для промышленности и обращения лесных угодий в сельскохозяйственные,
занявшие обширные площади. Рост производит, сил сопровождался огромным
ущербом, который наносился природным ресурсам их нерациональным
использованием, свойственным самой природе капитализма. «Капиталистическое
производство развивает технику и комбинацию общественного процесса
производства лишь таким путем, что оно подрывает в то же самое время
источники всякого богатства: землю и рабочего» (Маркс К. и Энгельс Ф.,
Соч., 2 изд., т. 23, с. 515). Особенно хищнически разграблению
капиталистическими монополиями подвергались природные колониальных и
полуколониальных стран. Одновременно ухудшалось состояние всей природной
среды, поскольку при использовании природных ресурсов человек вступает
прямо или косвенно во взаимодействие со всей окружающей его природой.
Победа Великой Октябрьской социалистической революции в России,
возникновение и развитие мировой системы социализма создали предпосылки для
поворота в сторону рационального использования человеком природных
ресурсов. В капиталистнческих странах, хотя гос. аппаратом и принимаются
меры к более бережному отношению к природным ресурсам, практика
капиталистических монополий в области освоения природных ресурсов
продолжает оказывать отрицательное влияние на взаимодействие общества и
природы. Ныне вопрос коренного улучшения использования природных ресурсов и
ресурсообеспечсния человечества имеет большую остроту. Из всей площади суши
почти 45 млн. км2, или ок. '/з, уже занято пахотными, сенокосными,
пастбищными угодьями, садами и плантациями. Леса занимают более 40 млн.
км'* всей суши, из них весьма значит, часть разрабатывается (ежегодно
заготавливается свыше 2 млрд. м3 древесины). Мировое потребление важнейших
видов полезных ископаемых составило в 1970 по топливным ресурсам (в
пересчёте на условное топливо): угля—2,2 млрд. т. нефти — 2,9 млрд. т, газа
— 1,4 млрд. т. Из др. видов минер, сырья в 1970 добыто: товарных железных
руд порядка 750 млн. т, всех видов цветных и легирующих металлов (в
капиталистич. и развивающихся странах)-—около 30 млн. т (по содержанию
металла), потреблено минер, удобрений — 60 млн. т питательных веществ.
Всего извлекается из природной среды ежегодно порядка 35— 40 млрд. т разных
материалов и продуктов. За счёт сжигания топлива связывается в год порядка
15—20 млрд. т свободного кислорода атмосферного воздуха, а количество воды,
забираемой ежегодно из источников, оценивается более чем в 56O млрд. т
(которые частично безвозвратно теряются, частично нее сбрасываются как
сточные воды). Потребности в природных ресурсах быстро растут. По оценкам,
для доведения в перспективе потребления первичных материалов и продуктов
всем населением Земли до современного уровня их потребления в наиболее
разнятых странах нужно утроить суммарный объём их добычи, а по важнейшим
видам полезных ископаемых (топливо, металлы) увеличить их добычу в 10 и
более раз. С учётом же происходящего роста населения и дальнейшего
повышения уровня удельного расхода первичных материалов и продуктов на душу
населения общая потребность в природных ресурсах будет ещё намного большей.
Поэтому в целях избежания угрозы истощения природных ресурсов огромное
значение приобретает разработка системы мероприятий, обеспечивающей
усиленную разведку запасов нснозобнов-лясмых ресурсов, поиски новых
источников сырья, топлива и энергии (в т. ч. освоение термоядерной энергии,
развитие производства синтетических материалов и др.), наиболее полное
вовлечение в хоз. оборот разнообразных возобновляемых ресурсов, организацию
более интенсивного использования этих видов ресурсов в экологически
рациональных масштабах и формах. Вместе с тем' особую актуальность имеют
задачи предотвращения нерационального использования природных ресурсв,
экономного и улучшенного их использования. Одним из важных путей решения
этих задач является широкое применение вторичного сырья и комплексное
использование природных ресурсов.
Расширение использования природных ресурсов сопровождается ускоренным
ростом межрайонных и межконтинентальных перевозок добытых первичных
материалов.
Решение всех этих проблем в капиталистическом мире проходит в
условиях конкурентной борьбы монополистических объединений за установление
контроля над источниками сырья, использования возникающих трудностей в
обеспечении потребностей в природных ресурсах для искусств, взвинчивания
цен на сбываемую монополиями продукцию, стремления к сохранению
развивающихся стран в качестве поставщиков разнообразного сырья, на которых
приходится около 2/3
|
