Нарушение естественных геологических круговоротов
Бесконечное взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы и биосферы в целом сопровождается непрерывным круговоротом вещества. В биосфере во времени постоянно протекают два взаимосвязанных процесса преобразования веществ в природе: большой (геологический) и малый (биотический) круговороты, производящие все химические вещества.
В связи с действием солнечной энергии и внутренней энергии Земли в биосфере совершается постоянный процесс движения и перераспределения веществ. В ней осуществляется массовый перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных температурах и давлениях. Главные химические элементы литосферы - О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K участвуют в большом круговороте, который проходит различные стадии развития от глубинных частей верхней мантии до поверхности литосферы.
Большой круговорот длится сотни тысяч или миллионы лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания, в том числе растворимые в воде питательные вещества, сносятся потоками воды в Мировой океан. Здесь они образуют морские напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками, с извлеченными человеком из воды организмами. Крупные медленные геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещение морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь. Часть осадочных горных пород погружается на большие глубины и в области повышенных температур и давлений подвергается метаморфизму и ультраметаморфизму - переплавлению. При переплавлении возникает магма, которая в благоприятных условиях может снова поступить в верхние горизонты земной коры. Таким образом, в течение веков происходит глобальный круговорот вещества: магматическая порода - осадочная порода - метаморфическая порода - переплавление и новое образование магмы (рис.3).
|
|
|
И, уже много лет как в распределение химических элементов вмешался человек. Последствия воздействия человека на круговорот веществ становятся всё значительнее. Они стали сравнимы с результатами геологических процессов: в биосфере возникают новые пути миграции веществ, появляются новые химические соединения, которых не было прежде, меняется круговорот воды. Так, при добыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земной коры. Их промышленная переработка сопровождается выбросами химических элементов с отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это загрязняет среду обитания живых организмов. На земле появляются новые участки с высокой концентрацией химических элементов рукотворные геохимические аномалии. Они распространены вокруг рудников цветных металлов (меди, свинца). Эти участки иногда напоминают лунные пейзажи, потому что практически лишены жизни из-за высоких содержании вредных элементов в почвах и водах.
|
|
|
Рисунок 3 - Схема геологического круговорота
Чтобы понять особенности и масштабы антропогенного воздействия на динамику биосферных процессов, рассмотрим один из главных биогенных круговоротов - круговорот углерода. Углерод составляет основу всех жизненных процессов в организмах, он же в огромных количествах вовлекается в хозяйственную деятельность. Поэтому круговорот углерода позволяет проанализировать весь спектр проблем, порождаемых антропогенным влиянием на круговороты веществ в природе.
Основным источником углерода для наращивания биомассы организмами-продуцентами является углекислый газ, находящийся в атмосфере либо в растворенном состоянии в воде. Захватываемый растениями, он вследствие фотосинтеза превращается в глюкозу, а в последующих процессах биосинтеза в протеины, липиды и т.д. Благодаря этим веществам существуют многочисленные консументы, в организме которых синтезируются разнообразные органические соединения. Поскольку все живые организмы дышат, то часть углерода в виде С02 еще в процессе дыхания возвращается в атмосферу.
|
|
|
В дальнейшем, после смерти организмов, при минерализации органических веществ происходит полный возврат С02 в окружающую природную среду и цикл таким образом замыкается. В некоторых условиях круговорот углерода замедляется. Это имеет место, например, при накапливании мертвых растительных и животных остатков в виде гумуса в почве либо в виде торфа в торфяных болотах.
В масштабах геологического времени результатом такого замедления круговорота углерода выступает образование залежей каменного угля и нефти, а в водной среде - известняков и кораллов. Лишь поднимаясь на поверхность планеты благодаря тектонической активности, эти запасы углерода снова могут включаться в круговорот. Таковы общая схема естественного движения углерода и процессы его биогенного и геологического круговоротов.
Хозяйственная деятельность приводит, прежде всего, к повышению интенсивности возвращения в круговорот запасов углерода, находящегося в природных залежах, следовательно, временно выключенных из круговорота. Одним из основных путей извлечения углерода из таких его биологических тупиков является сжигание ископаемого топлива. Этот вид хозяйственной деятельности служит источником поступления в атмосферу колоссальной массы СО и СО2.
|
|
|
Все более значительные масштабы приобретает и "вклад", вносимый металлургией и химической промышленностью, производством строительных материалов (обжиг извести, получение цемента и т.д.).
Возрос объем поступления С02 в окружающую природную среду, обусловленный выпадением с атмосферными осадками на карбонатные почвы и известняковые скалы больших количеств разбавленных растворов серной, азотной, соляной кислот. Масса таких растворов, выпадающих в виде кислотных дождей, может достигать миллиарда тонн в год. Увеличению поступления СО2 в атмосферу способствуют также сельскохозяйственные мероприятия по известкованию кислых почв.
Суммарный "вклад" всех антропогенных источников поступления С02 в атмосферу оценить довольно сложно. Ученые предполагают, что ежегодное поступление диоксида углерода в результате человеческой деятельности в 100-150 раз превышает поступление его вследствие естественных геологических процессов и составляет до 10% ежегодного биогенного притока С02 в атмосферу. Это свидетельствует об уже имеющемся нарушении круговорота углерода в биосфере. Чтобы оценить масштабы такого нарушения, необходимо учесть и противоположный процесс, представляющий собой один из элементов того сложного механизма, благодаря которому биосфера охраняет свою устойчивость. Речь идет о связывании С02 и выведении его из биогенного круговорота.
В число факторов, способствующих понижению содержания С02 в атмосфере, можно включить рост массы живого вещества на планете, усиление процессов выветривания минералов, ведущих к образованию карбонатов кальция, магния, натрия, а также увеличение образования гумуса в почвах.
Особую функцию выполняет Мировой океан, который играет роль своего рода резервуара, обеспечивающего поглощение и хранение избыточной углекислоты. С повышением концентрации СО2 в атмосфере возрастает содержание углекислоты в морской воде, что приводит к образованию бикарбонатов кальция. Разложение бикарбонатов сопровождается выпадением в осадок карбонатов и выделением части диоксида углерода, который может возвращаться в атмосферу:
Са (НСОз) 2→СаСОз↓+Н20+С02
Если бы в атмосфере, наоборот, уменьшалась концентрация С02, то началась бы дегазация вод океана, сопровождающаяся выделением С02 в атмосферу и опять-таки выпадением эквивалентной части углекислого кальция. Таким образом, Мировой океан играет роль буфера, который смягчает процессы, ведущие к нарушению глобального круговорота углерода.
Несмотря на наличие столь отлаженной системы саморегуляции, круговорот углерода на Земле уже заметно деформирован влиянием хозяйственной деятельности. По данным исследователей, содержание С02 в атмосфере непрерывно увеличивается. За последние 100 лет прирост С02 составил 10-15%. Причем если в более отдаленном прошлом интенсивность прироста была равна примерно 0,2% в год, то в течение последних десятилетий темпы прироста повысились по меньшей мере в 2 раза. Какими последствиями это грозит биосфере?
Ученые все более убеждаются в том, что содержание С02 в атмосфере способно существенным образом повлиять на климат планеты. Оценки, основанные на изучении оптических свойств С02 и воды, анализе моделей атмосферы, показывают, что если нынешний уровень содержания С02 в атмосфере повысится вдвое, то средняя температура на поверхности Земли возрастет на 3o. Такого изменения температуры, а вероятно, и даже меньшего, может оказаться достаточно для наступления глобальных климатических изменений на нашей планете.
Если судить по темпам потребления ископаемого топлива, то приблизительно 70% запасов угля и почти вся нефть будут израсходованы к середине XXI в. Сжигание этого количества топлива как раз и должно привести к удвоению содержания С02 в атмосфере и повышению температуры на 3o. Поскольку климат определяется очень многими факторами, нельзя однозначно предсказать, к каким именно последствиям это приведет, то нет сомнений в том, что последствия будут иметь отрицательное влияние на развитие цивилизации.
Среди исследователей обсуждается, например, вопрос о связи между колебаниями содержания СО2 в атмосфере и чередованием ледниковых периодов и периодов с необычайно высокой температурой на Земле. Таким образом, продолжающееся сжигание огромного количества ископаемого топлива грозит в будущем не только энергетическим кризисом человечеству, но и опасностью глобальных климатических изменений. Эти изменения могут поставить на карту само существование биосферы в том ее виде, какой является единственно приемлемым для человеческого общества.
Рассмотренный пример влияния хозяйственной деятельности на круговорот углерода в природе свидетельствует об опасности неконтролируемого вмешательства человека в динамические процессы биосферы. Следует учитывать также, что хозяйственная деятельность затрагивает не один какой-либо природный круговорот, а все без исключения циклы круговорота веществ в природе.
Высказываются серьезные опасения по поводу возможности снижения концентрации кислорода и озона в атмосфере. Причиной "кислородного голодания" может стать увеличение расхода кислорода при сжигании топлива и кислорода, идущего на окисление соединений серы, азота, углеводородов и других веществ антропогенного происхождения. По ориентировочным расчетам ежегодный дополнительный расход кислорода, вызванный хозяйственной деятельностью, составляет не менее 10% от его биогенного образования.
Хозяйственная деятельность приводит и к нарушению баланса в азотном цикле природного круговорота веществ в сторону увеличения содержания азота в атмосфере. Источниками поступления азота в форме аммиака, оксидов или молекулярного азота являются прежде всего процессы сжигания ископаемого топлива.
Всевозрастающий "вклад" вносит и сельское хозяйство. В то же время уничтожение лесов, замена бобовых культур злаками, сокращение площади свободной земной поверхности, не занятой городами, дорогами и т.п., вызывают уменьшение биогенной фиксации азота в общем круговороте. В результате всех этих процессов и происходит деформация природного круговорота азота.
Вовлечение в сферу хозяйственной деятельности в возрастающем количестве соединений фосфора приводит к фосфатизации суши на территориях индустриально развитых стран, и общему увеличению содержания соединений фосфора в окружающей среде. Известно, например, что в 1 л биологически чистых вод содержатся лишь сотые и тысячные доли миллиграмма фосфора, а если его свыше 10 мг/л, бурно развивается фитопланктон, происходит эвтрофикация водоемов. Массовое развитие водорослей вызывает "цветение" воды, водоемы превращаются в зловонные болота, что означает уничтожение биогеоценозов и является шагом к разрушению фундамента биосферы.
Остановить научно-технический прогресс невозможно, но человек должен помнить, что существует порог в загрязнении природной среды, переходить который нельзя, за которым неизбежны болезни людей и даже вымирание цивилизации.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 54; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!