Земельные ресурсы

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Экология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

1. Общее состояние земельных ресурсов

2. Биосфера и техносфера

  • Литература

1. Общее состояние земельных ресурсов

Общее состояние земельных ресурсов в России характеризуется в ежегодном Государственном докладе «О состоянии и использовании земель Российской Федерации».

В России состояние земель, находящихся в сфере хозяйственной деятельности, согласно докладу оставалось неудовлетворительным. Продолжающееся нерациональное природопользование, в том числе сельскохозяйственное, при существенном сокращении мероприятий по охране и рациональному использованию земельных ресурсов еще более усугубило проявление процессов деградации земель.

Для наибольшей части территорий страны самой острой признана проблема нарушения земель в процессе хозяйственной деятельности и невыполнения обязательных работ по их рекультивации. Особенно это касается регионов с развитой добывающей промышленностью и северных территорий с низким потенциалом самовосстановления экосистем на нарушенных землях.

Следующая по значимости проблема -- загрязнение и захламление земель.

Контроль состояния земель

С 1992 г. в Российской Федерации ведется государственный мониторинг земель с целью своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и устранения последствий негативных процессов. Объектом мониторинга являются все земли Российской Федерации, независимо от форм собственности на землю, целевого назначения и характера использования.

В стране проводится мониторинг земель:

сельскохозяйственного назначения;

населенных пунктов;

промышленности, транспорта, связи, энергетики, обороны и иного назначения;

лесного и водного фонда;

запаса.

В зависимости от территориального охвата осуществляется федеральный, региональный и локальный мониторинг земель.

При ведении мониторинга земель выявляют следующие процессы:

эволюционные (связанные с естественно-историческими процессами развития);

цикличные (связанные с суточными, сезонными, годовыми и иными периодами изменений природного характера);

антропогенные (связанные с человеческой деятельностью);

чрезвычайные ситуации (связанные с авариями, катастрофами, стихийными и экологическими бедствиями).

Деятельность по выявлению деградированных и загрязненных земель с 1994 г. лицензируется федеральными ведомствами (рис. 1).

Рис. 1. Регионы России с выявленной деградацией земель сельскохозяйственного назначения

В ряде регионов уже приняты местные программы контроля состояния земельного фонда. Например, в Москве состояние земель контролируется с помощью аэрофотосъемки.

Эрозия почв

В Российской Федерации водной и ветровой эрозии подвержено 53,6 млн. га сельскохозяйственных угодий, в том числе около 36,2 млн. га пашни.

В лесной зоне Европейской части, где в зимнее время накапливается достаточно большой запас снега, преобладает эрозия талыми водами. В лесостепных районах наблюдается эрозия талыми водами весной и ливневыми водами весной и летом.

В степных районах юга европейской части преобладает плоскостной смыв, вызываемый ливневыми водами. Для южных районов Западной Сибири характерна ветровая эрозия и разрушительная деятельность талых вод.

В засушливые периоды даже не очень сильные и непродолжительные дожди способны вызвать механическое разрушение почвы и облегчить вынос почвенных частиц ветром.

В Нижнем Поволжье и Предкавказье ветры являются главным фактором почвенной эрозии. К зоне ливневой эрозии можно отнести большинство районов Северного Кавказа, юга Дальнего Востока.

На территории Крайнего Севера европейской части страны, северной части Западной Сибири, почти на всей территории Восточной Сибири и Дальнего Востока (за исключением юга) эрозия почв идет на фоне деградации вечной мерзлоты и при локальном проявлении -- термокарстовой эрозии.

Негативные последствия эрозионных процессов зависят от степени и характера хозяйственного использования земель. Наибольший ущерб приносит распашка с нарушением агротехнических мероприятий, особенно на склонах. В районах с преобладанием скотоводства (а это, как правило, территории с легко уязвимыми экосистемами) решающим фактором становится перевыпас, в результате которого уничтожается растительный покров.

Опустынивание земель

Плодородная почва является важнейшим ресурсом развития человеческой цивилизации. Если почве обеспечить правильный уход и охрану, естественные процессы будут обеспечивать бесконечно долгое ее существование. Однако люди часто не соблюдают эти условия и эксплуатируют ресурсы почвы до ее полного истощения, а затем страдают от последствий.

Например, Северная Африка, бывшая некогда житницей Римской империи, теперь по большей части представляет собой пустыню.

Опустынивание земель вызывается их нерациональным хозяйственным использованием. В результате чрезмерной антропогенной нагрузки почвы засоляются, пески оголяются и приходят в движение, пастбища теряют биологическую продуктивность. Масштабы и степень опустынивания зависят от интенсивности естественных процессов и антропогенных факторов. Оценка его масштабов -- задача крайне сложная, требующая анализа многих факторов и единого подхода.

В 1994 г. международным сообществом была принята Конвенция о борьбе с опустыниванием и засухой. В Конвенции выработаны совместные действия по борьбе с трагическими последствиями этих явлений в Африке, а также меры по предотвращению опустынивания в других регионах -- Азии, Латинской Америке, в странах Карибского региона и северного Средиземноморья.

Ранее в СССР основное внимание в области борьбы с опустыниванием отдавалось засушливым регионам Средней Азии и Казахстана. В России исследования по этой проблеме носили эпизодический характер. В основном они были связаны с деградацией пастбищных земель Калмыкии и равнинной части Дагестана. Сегодня к числу территорий, затронутых в разной степени этим процессом, отнесены 17 субъектов Российской Федерации. Интенсивные процессы опустынивания земель отмечаются в большей части на территориях Калмыкии, Дагестана, Астраханской, Волгоградской, Ростовской (Сальская степь) областей, Алтайского края (Кулундинская степь), Тувы. Этим процессам подвержены земли Краснодарского и Ставропольского краев.

Доминирующим типом опустынивания является пастбищная дигрессия. В южных регионах России произошло экологически необоснованное увеличение площадей пашни. Это привело к сокращению площадей природных кормовых угодий и повышению нагрузки на пастбища. Так, в Ростовской области повышение нагрузки на пастбища составило 30−40%, продуктивность снизилась на 10,3%. В Волгоградской области площади засоленных кормовых угодий и солонцов за пять лет увеличились на 12%. При существующем хозяйствовании процессы опустынивания земель в южных регионах России получают все более широкое распространение. Для борьбы с этими деградационными явлениями требуется разработка принципиально новых вариантов стратегии природопользования во всех отраслях народного хозяйства.

Техногенное загрязнение почв

В последнее столетие к потере почвенного плодородия вследствие ее истощения и эрозии прибавилось техногенное загрязнение почвы. Интенсивное развитие промышленности, особенно тяжелой, привело к значительному загрязнению почвы. Воду и воздух современными технологиями можно очистить, а полностью обезвредить зараженную землю практически невозможно. Процесс отравления почвы выбросами заводов и фабрик, тепловыми электростанциями, вносимыми без меры удобрениями и пестицидами, существенно отличается от загрязнения воды и воздуха.

В среднем по России около 12% проанализированных проб почвы не отвечало гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, из них в 2% обнаружено повышенное содержание пестицидов и в 15% тяжелых металлов; 18% проб почвы не отвечало гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям.

По степени опасности химические вещества антропогенного происхождения подразделяют по ГОСТ 17.4.1. 02 на три класса:

-- вещества высоко опасные;

-- вещества умеренно опасные;

-- вещества мало опасные.

К первому классу опасности относятся мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бензо (а)пирен, ко второму классу -- бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром, к третьему классу -- барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон.

Порядок определения размеров ущерба от загрязнения земель химическими веществами и методика расчета платы за причиненный ущерб установлены в 1993 г. Минприродой и Роскомземом.

Загрязнение пестицидами

Последние годы применение пестицидов в России уменьшилось почти втрое по сравнению с предыдущими годами и составило в среднем 50 тыс. т. Наибольшее количество пестицидов применяется в Краснодарском и Ставропольском краях, а также в Башкирии. Значительны объемы применения пестицидов в Центрально-Черноземном и Центральном районах. Несмотря на снижение объемов применения пестицидов, загрязнение почв их остаточными количествами в ряде регионов Российской Федерации остается на высоком уровне. Это связано с многочисленными нарушениями санитарных и природоохранных требований при транспортировке, применении и хранении этих веществ. В результате выборочных обследований земельных участков в различных регионах страны выявлено значительное загрязнение почв пестицидами. Например, в Ростовской области половина обследованной площади загрязнена остаточными количествами суммарного ДДТ и ГХЦГ, трефлана, семерона, симазина, 2,4-Д и метафоса. В Краснодарском крае до 25% обследованной площади загрязнены ДДТ, трефланом, симазином, семероном, пропазином, трихлорацетатом натрия (ТХАН), 2,4-Д и метафосом.

В целях предотвращения ущерба природной среде потребовалось вмешательство на самом высоком уровне. В 1997 г принят закон «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами». Федеральный закон направлен на проведение в Российской Федерации единой государственной политики в области безопасного обращения с пестицидами и агрохимикатами. Законом введена токсиколого-гигиеническая экспертиза пестицидов и агрохимикатов, лицензирование деятельности и государственный надзор за правильным использованием пестицидов и агрохимикатов, а также их государственная регистрация, которая должна поставить барьер импорту пестицидов и агрохимикатов, отрицательно влияющих на здоровье людей и окружающую природную среду. По закону изготовитель обязан обеспечивать разработку методов анализа в целях контроля микроколичеств пестицидов и агрохимикатов в сельскохозяйственной продукции, лекарственном сырье и продуктах питания, окружающей природной среде. В 1998 г. принят Федеральный закон «О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения», которым установлены правовые основы сохранения и воспроизводства плодородия земель.

Кислотные дожди

Влияние выпадения кислотных дождей на качество почвы является предметом изучения ученых с середины XIX века. «Как правило, вдали от городов дожди не бывают кислотными. Если они являются кислотными, то следует предполагать некие искусственные обстоятельства» -- такой основной вывод содержится в первой монографии о кислотных осадках Роберта Смита «Воздух и осадки. Начало химической климатологии», опубликованной в 1876 г. в Англии.

Основной причиной кислотных дождей является выбрасываемая в атмосферу двуокись серы (одну треть кислотных дождей вызывают окислы азота), которая меняет рН озер, рек, почвы в местах выпадения осадков и тем самым вызывает гибель животного и растительного мира.

Кислотный дождь определяется как осадки с рН менее 5,6, а не рН 7,0, как можно было бы теоретически предположить. рН 5,6 в обычных условиях получается из-за образования во влаге воздуха слабокислой угольной кислоты, находящейся в динамическом равновесии с атмосферной двуокисью углерода. Естественная кислотность атмосферных осадков приводит, благодаря многолетней эрозии, к образованию известковых пещер. На повышенную кислотность осадков вблизи промышленных центров в сравнении с естественной обратили внимание еще 300−100 лет назад ученые Англии, Норвегии, Австрии и Германии.

В Англии выбросы промышленных предприятий уже в XIX веке приводили к закислению почвы вокруг индустриальных городов. Широкое использование угля вело к образованию больших объемов сернистого ангидрида при сжигании и уничтожало плодородие почв. В начале XX века в Европе начались систематические исследования влияния кислотных дождей на окружающую среду, а с 1948 г. был начат первый региональный мониторинг кислых осадков. Позже исследования охватили весь Европейский континент, и в 1978 г. была создана сеть пунктов наблюдений в рамках «Совместной программы наблюдения и оценки распространения загрязняющих воздух веществ на большие расстояния» (ЕМЕП). В рамках ЕМЕП, проводимой под эгидой Европейской экономической комиссии ООН, действует сеть станций для отбора и химического анализа осадков. В работе ЕМЕП активное участие принимают российские станции контроля загрязнения атмосферы, которые образуют Восточноевропейскую сеть ЕМЕП.

Ежедневно специалисты европейских станций исследуют отобранные пробы, и результаты анализов ежемесячно направляются в Норвежский институт исследований атмосферы. Полученные результаты анализов позволяют легко определить вклад любой страны в кислотное загрязнение почвы соседей. Например, в 1980 г. на Бельгию выпало 79 кт серы от источников эмиссии SO2 в самой Бельгии, 27 кт от Франции, 19 кт от Германии, 13 кт от Великобритании, 9 кт от Ирландии, 5 кт от Голландии, 2 кт от Чехословакии, 1 кт от Польши.

Территория России из-за того, что в Европе ветры дуют преимущественно с юго-запада на северо-восток, подвергается загрязнению выпадающими кислыми соединениями серы и азота с территории Украины, Белоруссии, стран Западной Европы. При этом поток загрязнений с Запада на несколько тысяч тонн превосходит ответный поток из России. И только предприятия цветной металлургии Кольского полуострова являются основной причиной кислотного загрязнения территории Норвегии, а основная часть собственных выбросов заводов и фабрик России губит природу в глубине территории страны.

2. Биосфера и техносфера

Совремнная биосфера

В масштабах, близких к современным по разнообразию форм, числу видов (? 107) и индивидуумов (? 1027? 1028), по общей биомассе и продуктивности биосфера существует по меньшей мере 180--200 млн лет. За это время в процессе биологической эволюции через жесткий естественный отбор пропущено на 2--3 порядка большее число видов организмов -- микробов, грибов, растений и животных. А сами организмы несмотря на их ничтожную совокупную массу по сравнению с массой других геосфер Земли в результате интенсивного обмена веществ тысячекратно (в пределах 103 + 105) пропустили через себя, через свои клетки, ткани, органы, кровь всю земную атмосферу, весь объем мирового океана, большую часть почв, гигантскую массу минеральных и органических веществ, колоссальное количество энергии. И не только «пропустили», но и видоизменили облик и химизм планеты, по существу создав всю земную среду. Отсюда суждение В. И. Вернадского об огромной преобразующей геологической роли живого вещества биосферы.

Древние микроорганизмы, растения и животные участвовали в создании мощных запасов ископаемых топлив, толщ известняков, фосфоритов, некоторых руд и глинистых пород, содержащих железо, алюминий, марганец и другие металлы. По мнению А. Ю. Розанова (1999), «за редким исключением все осадочные породы в той или иной степени образовались с участием микробов». Биогенная миграция веществ во многом определила формирование ландшафтов и природно-климатических зон. Фотосинтез в растениях обусловил современный состав атмосферы, от которого зависят окислительно-восстановительное равновесие среды, радиационный и тепловой режим на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение многих химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие.

Таким образом, совокупность живых организмов -- биота биосферы -- обладает мощной средообразующей функцией. Ее работа направлена на обеспечение условий жизни всех ее членов, в том числе и человека. Она слагается из газовой, концентрационной, окислительно-восстановительной, биохимической и информационной функций живого вещества. Следует четко представлять себе, что окружающая нас среда -- это не возникшая когда-то и непреходящая физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение создаваемое работой множества живых существ. Средообразующая функция биосферы, обусловленная биотическим круговоротом веществ, тесно связана со средорегулирующей функцией -- исключительно точной биотической регуляцией окружающей среды. Она задается высокой степенью замкнутости биотического круговорота -- равенством скоростей синтеза и распада органических веществ. В следующей главе будут рассмотрены количественные характеристики этих функций биосферы.

Согласно В. И. Вернадскому (1926), биосфера слагается из трех категорий субстанций.

1. Живое вещество -- совокупность всех живых организмов: микроорганизмов, грибов, растений и животных, их активная биомасса. Живое вещество противопоставлено неживому, косному веществу: горным породам, минералам, никак не связанным с деятельностью живых организмов (изверженные и метаморфические породы земной коры, магматические руды, продукты их абиогенного преобразования и т. п.).

Биогенное вещество -- мертвая органика, все формы детрита, торф, уголь, нефть и газ биогенного происхождения, а также осадочные карбонаты, фосфориты и т. п. ;

Биокосное вещество -- смеси живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных пород. С определенными оговорками к этой категории может быть отнесена и земная атмосфера).

Современные теоретические подходы вносят поправку в представление о структуре и функциях биосферы. Дело в том, что значительная часть биогенных и биокосных веществ, заключенных в глубоких недрах (уголь, нефть, нефтеносные сланцы и др.), фактически выведена из текущего естественного биотического круговорота, хотя некоторое их количество искусственно вводится человеком в пространство биосферы. Поэтому, строго говоря, они не относятся к биосфере как таковой; ей присущи только те вещества и процессы, те элементы и характеристики, которые находятся под контролем современной глобальной биоты, но не компоненты природы, сложившиеся и захороненные в геологическом прошлом (Горшков, 1993). Таким образом, к современной биосфере относится вся совокупность живых организмов (живое вещество) и все вещества литосферы, гидросферы и атмосферы, которые в настоящее время участвуют в природном биотическом круговороте, т. е. находятся под контролем потребления, трансформации и продуцирования живыми организмами.

Техносфера

Совсем недавно, по масштабам эволюции, в ехносфера биосфере появился человек. Человеческая цивилизация привела к появлению на планете новой глобальной материальной системы в виде многослойной насыщенной сферы искусственно созданных объектов.

Планета окружена огромным, простирающимся на миллиарды километров и уникальным в Галактике ореолом модулированных радиоволн разных диапазонов от множества источников. В околоземном космическом пространстве по разным орбитам движутся многие тысячи действующих и отработавших искусственных спутников, разгонные ступени ракет, другие объекты. В атмосфере постоянно перемещаются тысячи летательных аппаратов; планета опутана сетью авиатрасс. На поверхности суши наряду с естественными сообществами множества разнообразных живых организмов (среди них и вездесущий создатель этой цивилизации) простираются пространства возделанных земель и искусственных ландшафтов, вкраплено огромное число населенных пунктов, сооружений, площадок и дорог с искусственным покрытием, железных дорог и других коммуникаций с паутиной линий электропередачи и воздушно-проводной связи. Колоссальные массы перемещенных, обработанных и преобразованных минералов -- камня, глины, асфальта, бетона, стекла, металлов -- образуют многочисленные скопления на поверхности планеты. Несметное количество различных топок, труб, реакторов, машин, механизмов, преобразователей энергии заполняют планетарную среду химическими, тепловыми, электромагнитными, радиационными и акустическими эмиссиями, т. е. все это излучает, испускает, пахнет, вибрирует, шумит. В разных направлениях и с разными скоростями по земле и морям перемещаются миллионы различных транспортных средств. То тут, то там происходят большие и малые аварии, раздаются взрывы, звучат выстрелы. По земле разбросаны многочисленные отвалы пустой породы, терриконы, свалки, развалины. В земле скрыты горные выработки, шахты, рудники, скважины, сети кабелей и трубопроводов, древние культурные слои и захоронения. Полный жизни океан тоже содержит множество искусственных предметов -- от плавающего мусора до гигантских танкеров, авианосцев, подводных лодок. Водные пространства пересекают трассы морских путей; дно океана усеяно останками кораблей. На континентальных водоемах -- плотины, водохранилища и другие гидросооружения; бассейны рек испещрены каналами и оросительными системами.

Для всего этого больше всего подходит название техносфера. Есть и другие термины: антропосфера Д. Н. Анучина -- Б. Рассела или ноосфера Э. Леруа -- В. И. Вернадского -- Т. де Шар-дена, но они отражают скорее натурфилософскую или этическую, а не вещественную и грубую сущность этой системы. К идее ноосферы мы еще вернемся.

Техносферу можно определить как планетарное пространство, находящееся под воздействием инструментальной и технической производственной деятельности людей и занятое продуктами этой деятельности. Техносфера возникла в процессе нескольких тысячелетий техногенеза. К ней в равной мере относятся первый костер, зажженный человеком, и Чернобыль, египетские пирамиды и небоскребы Манхэттена, оросительные каналы шумеров и Асуанская плотина, Стоунхендж и Эйфелева башня, дротик первобытного охотника и баллистические ракеты, великая китайская стена и туннель под Ла-Маншем, идолы острова Пасхи и памятник Петру I в Москве.

Техногенез выступает как материальное слагаемое истории человечества. С экологической точки зрения, это последний по времени этап эволюции, обусловленный деятельностью человека и вносящий в природу Земли вещества, силы и процессы, которые в конечном счете изменяют и нарушают равновесное функционирование биосферы и замкнутость биотического круговорота.

Экосфера

Современные глобальные экологические проблемы возникли на почве столкновения между техносферой и биосферой, столкновения, в котором техносфера играет активную, агрессивную роль. Если пользоваться экологической терминологией, речь идет в сущности о процессе конкурентного вытеснения биосферы техносферой, о количественной экспансии человеческой цивилизации. Поскольку техносфера и биосфера находятся в постоянном взаимодействии, их сумму можно представить как единую систему -- экосферу. Автор термина Л. Кол (Cole, 1958) обозначил им совокупность всего живого на Земле вместе с его окружением и ресурсами. Но именно человечество, ресурсы и продукты его производства и потребления оказывают серьезное влияние на материал и процессы экосферы, вмешиваются в природный круговорот, изменяя его сбалансированность и гармоничность. В. И. Вернадский (1944) писал:

Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли -- с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту.

Но «живое вещество» людей неотделимо и от человеческого материального производства, и от созданной человеком технической цивилизации. Вместе они образовали «критическую массу» экосферы на поверхности планеты. К такому пониманию пришел и Н. Ф. Реймерс (1994). Он обозначил глобальную экологию как экосферологию: «глобальная экология выходит за рамки биосферы, изучая всю экосферу планеты как космического тела».

Итак, экосферой мы называем единую систему взаимодействия современной биосферы и техносферы:

экосфера = современная биосфера + техносфера.

Экосфера предстает как арена взаимодействий человека и природы, на которой сосредоточены все современные экологические проблемы и коллизии. Современная экология становится учением об экосфере.

Количественное сравнение современной биосферы и техносферы

В таблице 2.1 указывается «сферообразующее число» биологических видов: 107 видам биоты биосферы противопоставлен один вид -- Homo sapiens, создавший техносферу. Если биота «контролирует» все входящие в нее виды, то человек практически использует в различных отраслях своей деятельности только около 15 тысяч видов, треть из них -- в сельском хозяйстве. Масса всего материала биосферы разделена на живое вещество и биогенное (произведенное биотой) вещество. Аналогично этому материал техносферы также разделен на две части. Активно функционирующую часть средств производства, совокупность орудий труда -- инструментов, станков, машин, механизмов, аппаратов, топок, реакторов и т. п. -- можно назвать техническим веществом. А всю остальную, неактивную массу техносферы -- здания, сооружения, коммуникации, скопления извлеченных пород и отходов производства и потребления, техногенные эмиссии и т. д. -- можно обозначить как техногенное вещество. В соответствии с этим в табл. 1 масса сравниваемых сфер разделена на активное вещество (соответственно живое и техническое) и неактивное, произведенное вещество (биогенное и техногенное).

Годовая чистая первичная продукция живого вещества биосферы составляет около 1/10 его биомассы. Примерно такое же соотношение существует между массой технического вещества техносферы и ее нетто-продукцией, т. е. производством всего того, что непосредственно потребляется людьми. Соответственно средние значения времени оборота живого вещества биосферы и технического вещества техносферы совпадают и приблизительно равны 10 годам. Если в биосфере годовой расход органического вещества (по углероду) соответствует его продукции, то в техносфере сжигание ископаемых топлив намного превышает нетто-продукцию. Круговорот веществ в техносфере в высокой степени разомкнут.

Особый интерес представляет сопоставление энергетических и информационных потенциалов биосферы и техносферы. Согласно имеющимся оценкам, запас генетической информации во всей биоте биосферы составляет около 1015 бит. Эта величина получена как произведение числа видов в биосфере 107 и среднего количества информации в геноме одного вида, которое можно считать совпадающим с информацией генома самой многочисленной группы видов -- насекомых, имеющей порядок 108 бит. Внутривидовое генетическое разнообразие не увеличивает полученную оценку, поскольку включает в основном распадные изменения генома.

Таблица 1. Сравнение биосферы и техносферы

Сравниваемые показатели

Биосфера

Техносфера

Сферообразующее число биологических видов

107

1

Число контролируемых видов

все 107

104

Масса сферы, Гт *

5·104

2·104

в том числе активное вещество, Гт

104

15

неактивное, произведенное вещество, Гт

4·104

2·104

Кратность обновления активного вещества, год

0,10

0,10

Годовая нетго-продукция, Гт

625

1,5

Годовой расход органического вещества, Гт

212

24

Годовой расход энергии, ЭДж**

12 000

450

Годовой расход воды, км3

3104

5·103

Степень замкнутости круговорота веществ, %

99,9

< 10

Запас генетической информации, Гбит***

106

7

Запас сигнальной информации, Гбит

--

8

Скорость переработки информации, бит/с

1036

Информационная скорость эволюции, бит/с

0,1

107

* Гт -- гигатонна = 109т

** ЭДж -- эксаджоуль = 1018 Дж

*** 1 Гбит = 109 бит

Запас генетической информации вида Homo sapiens, оцененный по числу пар нуклеотидов ДНК в геноме человека, составляет 7 * 109. Примерно таков же средний объем сигнальной информации в долговременной памяти одного взрослого человека -- около 8 * 109 бит. Большая часть этой информации у подавляющего большинства одновременно живущих людей совпадает. Поэтому умножать приведенную цифру на число людей было бы неправильно. По оценке В. Г. Горшкова (1995), уникальные несовпадения могут быть лишь у 0,01% (6 * 105) людей. Отсюда суммарный запас сигнальной информации в долговременной памяти людей, совпадающий, по-видимому, с объемом культурной и технической информации цивилизации, составляет 8 * 109 * 6 * 105? 5 * 1015 бит. Книги и компьютеры практически не увеличивают этот запас (записанная в них информация не мертва только в том случае, если она содержится в памяти живущих людей), но многократно повышают доступность и оперативность его использования. Объемы памяти всей компьютерной техники способны вместить как культурную и техническую информацию цивилизации, так и генетическую информацию всей биоты.

Объемы памяти и запасы информации, накопленные современной цивилизацией, не уступают естественной биоте. Однако скорость переработки информации в биоте несравненно выше, нежели в техносфере (см. табл. 1).

Суммарная мощность информационных потоков в техносфере, в человеческом сообществе, то, что мы называем интеллектуальной мощью цивилизации, с учетом современного уровня компьютеризации близка к 1016 бит/с и в принципе может быть доведена до 1022 бит/с. Но в биоте биосферы она несравненно больше! Ведь все энергозависимые процессы в живых клетках осуществляются информационными макромолекулами. Возникновение единичного информационного импульса в нейроне коры головного мозга человека и в нейроне ганглия дождевого червя имеет совершенно одинаковый молекулярно-энергетический механизм. В биологическом отношении ценность информации, которую человек извлекает из известного сайта в Интернете, ничуть не выше ценности информации, передаваемой единичными молекулами полового феромона, благодаря которым самец бабочки находит самку.

По данным расхода энергии можно оценить информационную мощность процесса (выражение (2. 6)). При средней температуре для большей части биоты на планете около 290° К (17° С) информационный эквивалент энергии IE равен 3,6* 1020бит/Дж. Поскольку суммарная энергетическая мощность биоты биосферы составляет 3,75 * 1014 Вт (Дж/с), ее информационная мощность равна 3,6 * 1020 бит/Дж * 3,75 * 1014 Дж/с = 1,35 * 1035 бит/с.

Сходная оценка дана на основе информационного эквивалента энергетики одиночной клетки. Каждая клетка перерабатывает около 108 бит/с. Так как биота биосферы содержит приблизительно 1028 живых клеток, общий поток перерабатываемой информации близок к 1036 бит/с.

Огромное различие между биосферой и техносферой, но только в противоположном направлении, существует и по информационной скорости эволюции. В палеонтологических оценках среднего времени смены видового состава биоты биосферы приводится значение около 3 млн лет. При этом происходит замена лишь 1% генетической информации (напомним, что ее полный запас в биосфере равен 1015бит). Следовательно, полная ее смена в ходе эволюции происходит за время в сто раз большее, т. е. за 3*108лет, или за 1016с. В результате для информационной скорости биологической эволюции получаем: 1015бит: 1016с = 0,1 бит/с.

Информационная скорость технического прогресса в XX в. (эволюции техносферы), определяемая запасом научно-технической информации человечества (~4 * 1015 бит) и средним временем смены технологий (Шлет, или ~3* 108с) составляет около 107 бит/с. Это на 8 порядков больше скорости биологической эволюции!

Таким образом, из сопоставления количественных характеристик биосферы и техносферы следует:

а) человек контролирует и в той или иной степени использует небольшую часть биологических видов биосферы;

б) полные массы биоты биосферы, материала техносферы и скорости оборота их активного вещества совпадают;

в) нетто-продукция техносферы на 3 порядка меньше нетто-продукции биосферы; продукционный коэффициент (отношение годовой продукции соответственно к биомассе или «техномассе») для биосферы равен 2,4 * 10−2, для техносферы -- 7,5 * 10−5;

г) отношение расхода органического вещества к продукции в биосфере в 100 раз меньше, чем в техносфере: соответственно 0,15 и 16;

д) годовые расходы энергии биосферы и техносферы различаются в 27 раз, но энергоемкость нетто-продукции техносферы (30 ГДж/т) в 100 раз больше, чем энергоемкость биосферной продукции;

е) расход воды в техносфере только в 6 раз меньше, чем в биосфере, но водоемкость продукции техносферы в 140 раз больше;

ж) степень замкнутости круговорота веществ в техносфере на порядок меньше, чем в биосфере;

з) скорость прогресса цивилизации в XX в. на 8 порядков больше скорости биологической эволюции в биосфере;

и) суммарная скорость переработки активной информации в биосфере на 20 порядков больше, чем скорость переработки информации цивилизации;

к) триады «вещество -- энергия -- информация» в биосфере и техносфере резко различны: соотношение порядков их потоков (кг/с: Вт: бит/ с) в биосфере -- 1: 106: 1028; в техносфере -- 1: 107: 1010.

Общий вывод: живая природа планеты несравненно совершеннее и умнее человеческой цивилизации, она более гармонична, эффективна и экономична, она гораздо лучше сбалансирована, потоки ее веществ и энергии регулируются с чрезвычайно высокой точностью.

земельный ресурс почва загрязнение

Литература

Фомина О. Н. Левин А.М., Нарсеев А. В. Зерно. Контроль качества и безопасности по международным стандартам. -- М.: Протектор, 2001. -- 368 с, ил. 50.

Акимова Т.А., Хаскин В. В. Экология. Человек -- Экономика -- Биота -- Среда: Учебник для вузов. -- 2-е изд., перераб. и доп. -- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. — 566 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой