Биосфера: история и действительность

| Категория реферата: Рефераты по экологии
| Теги реферата: рефераты,, отчет по практике
| Добавил(а) на сайт: Лазарев.

Только за последние 570 миллионов лет отмечено шесть крупных катастроф. В результате одной из них число семейств морских животных уменьшилось более чем на 40%. Крупнейшая катастрофа на границе пермского и триасового периодов (240 миллионов лет назад) привела к вымиранию около 70% видов, а катастрофа на границе мелового и третичного периодов (67 миллионов лет назад) - вымиранию почти половины видов (тогда-то вымерли и динозавры).

Причины таких катаклизмов могли быть различны: похолодание климата, большие вулканические извержения с обширными излияниями лавы, отступления океана, удары крупных метеоритов – биота все равно развивалась, приспосабливаясь к окружающей среде и одновременно оказывая на последнюю мощное преобразующее влияние. Образование атмосферного кислорода и увеличение его концентрации, кстати, тоже оказалось катастрофичным для некоторых видов – они вымерли, в то же время развитие других ускорилось.
Содержание углекислого газа в атмосфере соответственно уменьшилось. Углерод начал накапливаться в биоте и детрите (запас мертвого органического вещества: опад листьев, засохшие деревья, торф, каменный уголь, нефть) и преобразовываться в уголь, нефть и газ. В океанах из раковин и скелетов морских организмов образовались мощные морские отложения карбонатов
(известняк, мел, мрамор) и силикатов. Полосчатые железняки, составляющие главные промышленные запасы железа, в том числе и запасы Курской магнитной аномалии, образовались около 2 миллиардов лет назад под воздействием кислорода, выделенного фотосинтезирующими бактериями (только после этого кислород стал накапливаться в атмосфере). Ряд организмов, накапливающих определенные элементы, участвовал в создании месторождений других полезных ископаемых.

Биота прошла огромный путь эволюции от простейших организмов до животных и растений и достигла видового разнообразия, которое исследователи оценивают 2-10 миллионами видов животных, растений и микроорганизмов, каждый из которых занял свою экологическую нишу.

Состояние биоты определяется в основном физико-химическими характеристиками окружающей среды. Совокупность среднемноголетних характеристик атмосферы, гидросферы и сушы мы называем климатом. Основная климатическая характеристика – температура у поверхности Земли – изменялась за время эволюции биоты относительно мало (при современном значении средней глобальной температуры 288 0 К (шкала Кельвина отсчитывает градусы от абсолютного нуля, 288 0 = 15 0 )изминения, с учетом ледниковых периодов, не превышали 10-20 0 ).

Хотя на состояние экосистем и биосферы в целом физико-химические процессы в окружающей среде оказывают определенное влияние, сильно и обратное влияние биоты на окружающую среду. Причем воздействует она как на положительные, так и на отрицательные обратные связи, поэтому ее развитие иногда ускоряется, а иногда замедляется.

Но этот цикл не замкнут, не стационарен, как показали геологические данные и теоретические модели, содержащие в атмосфере СО2 (и связанное с ним содержание О2) за последние 570 миллионов лет неоднократно колебалось, причем количество СО2 каждый раз уменьшалось или увеличивалось в несколько раз. В одних случаях это способствовало развитию биоты, а в других – мешало.

Не является замкнутым и медленный геохимический цикл: СО2 поступает в атмосферу через вулканы, а расходуется на выветривание горных пород и на образование биоты. Часть атмосферного углерода откладывается, захороняется надолго, создавая запасы ископаемого топлива, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. В результате за 4 миллиарда лет концентрация СО2 в атмосфере уменьшилась в 100 – 1000 раз (из-за ослабления вулканизма, в результате расхода радиоактивных элементов в недрах Земли), что отрицательно повлияло на питание растений. В то же время накопление кислорода в атмосфере резко ускорило развитие биоты, но не было на пользу самым анаэробным (безкислородным) организмам, в результате жизнедеятельности которых появился кислород. Они были почти полностью вытеснены вновь возникшими аэробными организмами.

Большое влияние биоты на окружающую среду привело некоторых исследователей к выводу, что биота могла поддерживать в окружающей среде условия, благоприятные для ее жизнедеятельности. Но эта гипотеза противоречит ряду факторов (массовые вымирания, исчезновение миллиардов видов), а так же дарвиновской теории эволюции. Биота не поддерживала условия окружающей среды, оптимальные для живущих организмов, поэтому многие организмы и виды не могли пережить изминений географических и климатических условий. Есть оценки, что за время существования биосферы исчезло несколько миллиардов видов, тогда как сейчас существуют несколько миллионов. Но зато организмы, которые сумели пережить изменение условий, давали начало новым видам. Именно приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды создало многочисленные и приспособленные виды, то есть двигало эволюцию, как это впервые показал Дарвин. Если бы было верным допущение о том, что существующая в определенный момент биота может поддерживать параметры окружающей среды в оптимальных для себя пределах, то сейчас могли бы существовать климат и богатейшая растительность каменноугольного периода, но эволюция биоты прекратилась бы.

Имеются данные о том, что становлению человека как вида способствовали тяжелые условия окружающей среды, в которых жили наши предки. Когда он научился поддерживать благоприятные условия своего существования, его эволюция как биологического вида прекратилась, сменившись эволюцией общества.

Итак, в процессе развития биоты были периоды устойчивого развития и периоды катастроф.

Глава4. Сколько человек может “выдержать” Земля?

При какой численности человечества возможно устойчивое развитие биосферы? Безусловно, предел численности есть, так как планета и ее ресурсы конечны. Нахождение этого предела – одна из важнейших проблем фундаментальной экологии, решение которой является делом будущего. Сейчас возможны лишь очень приближенные прогнозы. Имеются довольно оптимистические оценки предела численности: 7-11 миллиардов, и весьма пессимистические: одна десятая современной численности, то есть 600 миллионов человек.
Покажем, что более оптимистические оценки более реальны.

Быстрый рост населения Земли – одна из причин экологического кризиса.
Если в 1840г. численность человечества была равна 1 миллиарду, то к 1995 г. она достигла 5,7 миллиардов человек. Его энергопотребление за то же время увеличилось примерно в 100 раз, достигнув 1,5х1013 Вт, - около 15% той энергии, которая идет на фотосинтез, поддерживающий всю биосферу, - и продолжает расти. Расходуется энергия не только не только на производство пищи, одежды, жилья, информации. Показатель расхода может служить и показателем качества жизни, и являться показателем степени воздействия на природу.

Потребление энергии очень не равномерно распределено по странам. Так как развивающиеся страны стремятся догнать развитые, можно быть уверенными, что энергопотребление будет расти и дальше.

Кроме того по прогнозам, численность населения Земли стабилизируется к
2040г. на уровне 8-12 миллиардов человек.

Отсюда следует, что важнейшая задача человечества – это внедрение энергосберегающих технологий, а так же переход на альтернативные источники энергии. Наиболее многообещающим источником энергии (практически неисчерпаемым и экологически чистым) является солнечная, особенно если учесть возможность расположения солнечных электростанций не только в пустынях, но и на спутниках. На определенном этапе может быть полезно использование ветровой, приливной, геотермальной, ядерной и термоядерной энергии. Новые достижения биотехнологии по выращиванию культуры клеток могут вновь сделать выгодным производных биомассы (например спирта, метана) как источников энергии.

Однако есть предел роста энергопотребления человечества, и определяется он тем, что вся расходуемая нами энергия в конечном счете переходит в тепловую и, добавляясь к энергии других источников, повышает температуру поверхности Земли и атмосферы, то есть вызывает потепление климата. Эта тепловая энергия за короткий срок (порядка нескольких месяцев) распространяется по поверхности Земли (площадь земной поверхности
S=5,1х1014 м2), так что антропогенную добавку энергии можно вычислить, разделив энергию, потребляемую человечеством, на площадь планеты E=Eч / S =
0,025 Вт/м2.

Какое народонаселение может прокормить Земля?По оценке специалистов
ООН, площадь Земли 1,5 х 109 га, занятая под производство продовольствия
(близкая к современной), может дать 5т/га зернового эквивалента (сейчас дает 2т/га), а с добавлением пастбищ и морепродуктов – 8т/га: при нынешнем среднем потреблении 6000 кал/день (для питания, на семена и на корм скоту) можно прокормить 11 миллионов человек, а если увеличить эту норму до 9000 кал/день – 7,5 миллиардов. Необходимо заметить, что в эти оценки не входит вполне возможное увеличение использования морепродуктов, а так же достижений биотехнологии (когда из одного микроорганизма можно получить через 30 часов кубометр биомассы).

Таким образом, приближенная оценка предельной численности населения
Земли при современных методах производства пищи и без заселения околоземного космического пространства – примерно вдвое больше современной.
По прогнозам, такая численность населения может быть достигнута к середине следующего века, причем есть надежда, что на этом значении она стабилизируется.

Утверждения о том, что на Земле должна остаться десятая часть современного населения, основаны на мнении, что при современной численности человечество сделало биосферу неустойчивой. Это не соответствует действительности.

Что еще нужно человечеству, кроме достаточного количества экологически чистой энергии, для того, чтобы обеспечить его коэволюцию с биосферой?
Нужны достаточные информационные мощности.

Отказываться от научно-технического прогресса ненужно. Причины экологического кризиса вовсе не в наших знаниях и умении, а как раз в том, что мы еще многого не знаем и не умеем. Беспредельный количественный рост – это не прогресс. Настоящий прогресс – это коэволюция цивилизации и биосферы, которая должна и может обеспечить достойную жизнь каждому человеку, но этого можно достичь, только используя все достижения науки и техники.

Существующих уже сейчас научно-технических возможностей достаточно, чтобы во многом решить на Земле такие проблемы, как голод, нищета и сложная экономическая ситуация, но для этого нужны более современное экономическое устройство и более высокая нравственность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Человечество пришло к пониманию, что дальнейшее развитие технического прогресса невозможно без оценки влияния новых технологий на экологическую ситуацию. Новые связи, создаваемые человеком, должны быть замкнуты, чтобы обеспечить неизменность тех основных параметров системы планеты Земля, которые влияют на её экологическую стабильность.