Влияние техногенных экосистем на природные экосистемы

Содержание

Введение.

В последние годы мы часто слышим и употребляем слово «экология», но вряд ли можно считать, что все  понимают под ним одно и то же. О том, какой смысл следует  вкладывать в это понятие, спорят даже специалисты. А пока они спорят, неспециалисты уже поняли, что  такое экологический минимум: это  значит — дышать чистым воздухом, пить чистую воду, есть пищу без нитратов и не светиться в темноте. Термин «экология» (от греческих «ойкос» — дом, место обитания, и «логос» — наука) был придуман в 1866 году немецким зоологом Эрнстом Геккелем, который ввел его в обиход для обозначения «общей науки об от ношениях организмов к окружающей среде», куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Это понятие, первоначально довольно узкое, в дальнейшем расширялось, какое-то время и экология развивалась как одна из биологических наук, изучающая не отдельные организмы, а структуру и функционирование биологических систем — популяций, видов, сообществ — и их взаимодействий друг с другом и с окружающей средой. Такое или близкое определение экологии можно найти во многих со временных энциклопедиях и справочниках.

Но сейчас понятие «экология» уже  далеко вышло за рамки того, что  вкладывалось в него Эрнстом Геккелем и что указывается в справочниках и энциклопедиях. Теперь это уже самостоятельная наука об окружающей среде (с точки зрения ее взаимодействий с живыми организмами и, прежде всего с людьми). Ее питает не только и не столько биология, но и почти все науки о Земле — метеорология, гидрология, океанология, климатология, география, геология с необходимыми для них физико-математическими и химическими методами, а также социология, психология и экономика. Такого расширения содержания экологии и смещения в нем акцентов потребовал стремительный количественный рост человечества, которое начало осознавать опасности, угрожающие всей планете (ядерная катастрофа, возможный парниковый эффект и тому подобное), уже столкнулось в своей практике с ограниченностью природных ресурсов (в том числе энерге тических) и воочию увидело губительные побочные воздействия неразумной хозяйственной деятельности на окружающую среду — экологические катастрофы, как Чернобыль и Арал. В связи с этим современная экология ставит во главу своих интересов взаимодействия человека с экологическими системами, всей окружающей средой.

Хотя в последние годы мы начали осознавать единство и конечность биосферы и всей окружающей среды, ответственность  человечества за свою собственную судьбу, судьбу биосферы, судьбу всей планеты, мы еще очень далеки от того состояния, которое В. И. Вернадский обозначил  термином «ноосфера» (от греческого «ноос» — разум). Последнее подразумевает превращение человека из чужеродного элемента в природе в ее неотъемлемую, органично вписывающуюся в нее часть. Это будет достигнуто только тогда, когда новое мышление, в котором экологические проблемы должны иметь высший приоритет, станет внутренней потребностью всего человечества, от лиц, облеченных властью и распоряжающихся ресурсами, до всех граждан мира. Пока же в дополнение к естественно возрастающим экологическим проблемам люди продолжают создавать все новые трудности, которые неизбежно придется преодолевать, затрачивая большие усилия и средства. Представляется, что все экологические проблемы можно отнести, прежде всего к двум связанным друг с другом главным факторам: изменениям климата и загрязнению окружающей среды.

Хотя изменения климата, естественные или вызванные деятельностью  человека (так называемые антропогенные), происходят сравнительно мед ленно, они охватывают огромные регионы и потому могут представлять серьезную проблему для человечества. При значительных изменениях климата произойдут смещения климатических зон, в результате чего людям придется целиком или частично перестраивать в этих зонах свою хозяйственную деятельность. Загрязнение окружающей среды также принимает глобальный характер, так как фактически оно не знает национальных границ. Нарастание загрязнения превращается в опасность для самого существования биосферы, и в том числе всего человечества.

Техногенные экосистемы биосферы.

Они формируются в результате хозяйственной деятельности человека, существенно изменяющей состав литосферы, гидросферы, атмосферы и органической части биосферы. На планете расширяются  культурные и сокращаются естественные ландшафты, интенсивно загрязняются атмосфера, гидросфера, почвенный покров, вся  окружающая природная среда. Нами выделены и кратко охарактеризованы главные  источники и вещества химического (геохимического) загрязнения биосферы: урбанизированного и индустриального, сельскохозяйственного и естественного  типов.

В настоящее время под  геоэкосистемами урбанизированного и индустриального типов (городскими и сельскими строениями, наземными коммуникациями, горными разработками и водохранилищами, пашнями и пастбищами) занято около 40% суши. Численность городских жителей составляет примерно 1/3 мирового населения, а к 2000 г. может достигнуть половины, т. е. более 3 млрд. человек. С ростом городов и промышленных узлов расширяются зоны влияния их на окружающую среду. В ряде стран Европы и в США города сливаются, образуя единые городские агломерации и индустриальные центры. 
В индустриальных центрах и агломерациях основными загрязнителями окружающей среды являются производственная пыль, металлические, неметаллические и органические компоненты, поступающие в твердой, жидкой и газообразной форме. Ландшафты и экосистемы таких урбанизированных и индустриальных территорий часто претерпевают коренные изменения: здесь исчезают лесные сообщества, их покидают многие виды животных, увеличиваются поступление в водоемы горячих сточных вод и расход кислорода на промышленные и транспортные нужды, растет процент заболеваемости раком, нарушений деятельности сердечно-сосудистой системы, смертности и т. д. Так, концентрация пыли в воздухе многих крупных городов США, Японии и Западной Европы превосходит допустимую норму в 5—10 раз, окиси углерода — в 20—30, сернистого газа в 4—8 раз. Зимой здесь наблюдается вдвое больше туманов, выпадает на 5— 10% больше осадков, уровень солнечной радиации, достигающей Земли, на 15—30% ниже, среднегодовая температура на 0,5—1° выше, средняя скорость ветра ниже на 20—30%.

В урбанизированных и индустриальных экосистемах возрастает шумовое  «загрязнение», особенно вблизи аэропортов и насыщенных транспортом улиц. Уровень  шума иногда достигает 85—100 дБ, что  примерно в 2 раза превышает допустимые нормы. Серьезной стала проблема мусора и других бытовых отходов, которая осложняется несовершенством  способов их утилизации и повторного использования. 
В этой группе геоэкосистем можно выделить специфические подсистемы и провинции, насыщенные отходами промышленного производства, кислотами, щелочами, биоцидами, соединениями тяжелых металлов, углеродистыми и углекислыми газами, серой, сероводородом, продуктами нефтеперерабатывающей и горнодобывающей промышленности и др. В зависимости от выбрасываемых компонентов формируются геоэкологические территории с кислой, сильиокислой, щелочной, окислительной, восстановительной, сульфатной, хлоридной и другими типами природно-техногенной среды.

Структура и особенности  сельскохозяйственной группы ландшафтов и экосистем в огромной мере определяются специализацией сельскохозяйственного  производства, техническими и экономическими мероприятиями, направленными на повышение  плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур. 
Вырубка лесов и другие виды хозяйственной деятельности способствуют эрозии почв, развитию оврагов, возникновению селевых потоков в горных районах. От ядовитых загрязнений (радиоактивных веществ и токсичных химических элементов) снижаются самоочистительные функции биосферы, ухудшаются экологические условия жизни организмов. Поэтому оценка последствий этих отрицательных явлений очень важна для решения проблем охраны окружающей среды и рационального использования природных богатств биосферы. 
На естественные экосистемы вредное воздействие оказывают понижение уровня подземных вод, неумеренная пастьба скота, поступление дождевых вод, содержащих токсичные вещества, промышленные стоки в водоемы и аккумуляция в ландшафтах различных ядохимикатов.

В настоящее время имеется  достаточно данных, позволяющих определить характер влияния хозяйственной  деятельности человека и продуктов  техногенеза на биосферу и ее отдельные компоненты, степень воздействия на эволюцию экосистем и их продуктивность, на здоровье человека, развитие животных и растений. Так, увеличение содержания С0₂, производственной пыли и аэрозолей в атмосфере, уменьшение количества кислорода, образование кислотных дождей, содержащих серную, азотную и другие кислоты, приводят к накоплению ядохимикатов, металлов в почвах, природных водах и живом веществе, формированию неогеохимических территорий, насыщенных тяжелыми металлами, радиоактивными и другими токсическими веществами.

Техногенные отложения.

В настоящее время проблема изучения техногенных экосистем  является весьма насущной проблемой. Техногенные  отложения занимают в настоящее  время около половины территории Земли, а техногенноевоздействие проникает на глубину сотни и тысячиметров (карьеры и глубокие шахты), а в ряде случаев более 10 км (сверхглубокие скважины). Ноосферное развитие современной цивилизации, приводит к тому, что человечество уже не мыслит своего существования (да и не может существовать) без огромного количества различных искусственных (техногенных материалов применяемых в строительстве, промышленности, быту).

Мы живем в мире «техногенеза», и, несмотря на многочленные   экологические   программы,   призывы экологов и других специалистов к уменьшению техно-генного воздействия на биосферу, атмосферу, литосферу планеты Земля, особых улучшений нет, и вероятнее всего не предвидится. Интенсивное развитие промышленности, транспорта (в том числе и трубопроводов), увеличение свалок, проблемы урбанизации, деградация почвенного покрова (педосферы) и другие проблемы — это следствие техногенеза. Мы не в состоянии прекратить техногенное развитие общества, и можем лишь наблюдать или делать попытки минимизации техногенного воздействия. Техногенные отложения (техногенные формации и техногенные фации) занимают в настоящее время большую площадь территории планеты Земля. Изменение горных пород и почв техногенными процессами, мощная горно-геологическая, горно-химическая, строительная, промышленная, аграрная деятельность человека, процессы урбанизации, дают возможность возникновения специфических техногенных образований и минералов, ряд которых не встречается в природе.

Техногенез изменяет геохимические, гидрогеохимические и бигеохимические процессы, в большинстве случаев негативно воздействуя на биосферу и антропосферу.

Характерной особенностью техногенных  экосистем является накопление различных  химических элементов, в первую очередь  тяжелых металлов в техно-генных отложениях и антропогенно-измененных почвах городов и промышленных территорий. В настоящеевремя сложнейшие геохимические и биохимические процессы, происходящие в техногенных экосистемах, еще до конца не изучены. Исследование техногенных отложений урбанизированных территорий («урбофаций») современных городов, поселений и иных мест жизнеобитания человека, занимающих большую площадь на территории планеты Земля в настоящее время весьма актуально.

Не менее актуально  и исследование древних техногенных  отложений «протоурбанизированных территорий» мест жизнеобитания человека в древности— культурного слоя. Изучение древних техногенных отложений позволяет, с применением ряда методов, в том числе и метода актуализма, позволяет выявлять основные закономерности техногенного воздействия на экосистему в древности, более детально осветить вопросы и проблемы связанные с техногенным воздействием на природную среду, как в глубокой древности, на заре развития человеческого общества, так и в современности. Изучение техногенных процессов минералообразования, аутигенных минералов техногенных отложений позволяют изучить как схожесть, так и принципиальное различие с природными процессами седиментогенеза, диагенеза, катагеназа, т.е. различных стадий изменения техногенных отложений. Можно сказать, что процессы минерагенеза, происходящие в толще техногенных отложений, в ряде случаев показывают, что минералообразование весьма быстрый процесс. При изучении процессов аутигенного минералообразования в техногенных «урбофациях» и «мортуус-фациях», отмечено, что многие аутигенные минералы являются своеобразными индикаторами геоэкологической обстановки. Генезис минералов связан с геохимическими и химико-физическими особенностями техногенных фаций, а также с жизнедеятельностью ряда микроорганизмов. Для древних «урбофаций», имеющих возраст несколько тысяч лет, процессы техногенного аутигенного минералообразования нехарактерны или полностью отсутствуют. Это говорит о том, что культурный слой, после того, как прекратились или сильно ослабли процессы техногенного воздействия (седиментогенеза и диагенеза) практически перестает функционировать постепенно трансформируясь под воздействием современных гипергенных и педогенных процессов. Техногенные отложения являются определенным полигоном для исследования естественных геологических отложений и процессов минералообразования, в частности скорости образования минералов, а также процессов гипергенеза и почвообразования.

Разрушительное  воздействие техногенного загрязнения  на развитие биосферы и экосистемы.

На развитие биосферы, ее изменение и трансформацию оказывают  воздействие: а) природные факторы  и процессы — физико-географические, геологические, биологические и  космические, б) техногенные социально-экономические, определяющие в совокупности развитие производительных сил общества, использование  территорий и акваторий в ходе хозяйственной деятельности. Происходит нарушение природного равновесия в  толще горных пород, ландшафтах, экосистемах  и других компонентах биосферы. Особенно разрушительно воздействуют на биосферу землетрясения, вулканические извержения, тайфуны, ураганы, наводнения, пыльные  бури, снежные лавины, оползни, обвалы, сели, засухи, град, наледные явления, пучения и просадки грунтов в условиях вечной мерзлоты, водная, воздушная и береговая абразия и т. п. Все эти явления классифицируются как природные стихни, связанные с геолого-географическими условиями и прежде всего с геологическим строением, рельефом, климатом, динамическими движениями в земной коре и др. 
Многиеч отрасли наук о Земле изучают эти явления, вызывающие их факторы и процессы, разрабатывают различные мероприятия по их предотвращению или ослаблению, защите зданий и сооружений от разрушения, спасению людей и живых организмов. Можно назвать сотни крупных и мелких стихийных катастроф, которые ежегодно происходят на нашей планете, вызывая в земной коре и ландшафтах обратимые и необратимые изменения и трансформацию в растительном и почвенном покрове, в гидрологическом режиме природных вод, в экосистемах. 
В настоящее время разрушительное воздействие на биосферу оказывает техногенная деятельность человека, которая все более расширяется. Техногенное загрязнение воздуха, воды, почв, растений, животных и других компонентов природной среды становится с каждым годом все более экологически вредным и опасным для жизни организмов и развития природных экосистем.

 С техногенной деятельностью  общества связано: 

1) поступление в биосферу  в тысячах и миллионах тонн  технофильного вещества в виде отходов промышленного производства, транспорта, сжигаемого топлива, добычи пород, руд и минералов, сельскохозяйственного производства, бытовых отходов и т. п.;

2) накопление в биосфере  в газообразной, жидкой и твердой  форме химикатов, пестицидов, тяжелых  металлов (свинца, цинка, ртути, кадмия  и др.), радиоактивных веществ  в виде технофильных контаминации (ореолов, аномалий); 
3) геохимические изменения и новообразования в почвах, водах, в горных породах, в воздухе, в экосистемах (биогеоценозах); формирование неогеохимических провинций ожелезнения, сульфитизации, фосфатизации, нитрогенизации; концентрация органогенного вещества мертвых растений и животных и т. п.; вторичное засоление; вторичное подкисление; 
4) дестабилизация и разрушение сложившихся компонентов и биогенных функций биосферы: самоорганизации, саморазвития, саморегулирования и самоочищения, ритмического развития природных процессов и т. п.