1. Биогеохимические процессы в биосфере, связанные с деятельностью человека
биогеохимический человек автотрофность
С появлением человека биосфера приобрела новое качество на Земле. Деятельность человека -- это мощный экологический фактор. В современный период существования нашей планеты наибольшие преобразования в биосфере осуществляются именно человеком. Распахивая огромные территории, создавая крупные населенные пункты и промышленные предприятия,, добывая полезные ископаемые, сооружая каналы, водохранилища, изменяя русла рек, проводя лесонасаждения, человек значительно изменяет природу. Деятельность человека сказывается на изменении климата, рельефа местности, состава атмосферы, видового и численного состава флоры и фауны. Использование атомной энергии повлекло за собой накопление радиоактивных веществ в атмосферном воздухе и Мировом океане.
Извлекая из недр и сжигая угли, нефть, газы, добывая руду и выплавляя чистые металлы, создавая сплавы и синтетические вещества, которых не существовало в природе, и новые химические элементы, рассеивая, наконец, продукты своей деятельности, человек значительно усилил биогенную миграцию элементов.
Взаимосвязь природы и общества. Человечество -- часть биосферы, из которой оно черпает все средства существования. Преобразующая деятельность человека в биосфере столь велика, что может быть сравнима лишь с грандиозными геологическими процессами. В связи с этим Вернадский писал что человечество, познавая законы природы, совершенствуя технику, своим трудом создает высшую стадию существования биосферы -- ноосферу (греч. н о о с -- разум), т. е. сферу разумной жизни.
Из истории известно, что человек далеко не всегда разумно подходил, да и сейчас подходит к использованию природных богатств нашей планеты. В результате нерациональной деятельности человека только на протяжении нескольких последних столетий безвозвратно истреблено много видов животных и растений. Нередко гидротехнические сооружения лишают рыбу возможности достигнуть нерестилища. Спуск недостаточно очищенных промышленных отходов в водоемы губит в них жизнь. Вырубка лесов без учета их воспроизведения приводит к обмелению рек и эрозии почв. Осушение болот стало также, причиной обмеления рек и озер.
Уменьшение площади лесов, все увеличивающиеся площади возделываемых культур, испаряющих значительное количество воды, рост городов, увеличение количества дорог и других территорий с покрытиями, препятствующими проникновению воды в почву, приводят к обеднению почвы водой, что затрудняет вегетацию растений. Вместе с тем увеличивается потребность в воде для бытовых и промышленных нужд. Перед человечеством нависла угроза водного голода. Проблема пресной воды должна быть решена в ближайшие годы.
Промышленные предприятия и транспорт извлекают из атмосферы огромное количество кислорода и загрязняют ее вредными газами. Бесконтрольное использование атомной энергии загрязняет биосферу радиоактивными веществами.
Многие отходы промышленности являются мутагенами, могущими нарушить генотип растений, животных, человека, стать причиной наследственных болезней и аномалий развития.
В настоящее время, когда человечество осознало, к каким пагубным последствиям ведет хищническое, потребительское отношение к природе, в нашей стране и во всем мире предпринимаются меры по охране природы.
2. Влияние человека на биосферу
Хозяйственная деятельность человека неоднократно приводила к ухудшению природных условий, порождала локальные экологические кризисы. Человек, овладев огнем, применял его для уничтожения растительности, как в земледельческих, так и в охотничьих целях. При этом хищнически уничтожались флора и фауна на значительных территориях, что приводило к образованию пустынь. В совокупности рассмотренные процессы приводили к исчезновению древних цивилизаций, например, в Индии (3..2 тысячелетия до н.э.), Майя в Центральной Америке и др.
История свидетельствует, что научно-технический прогресс (НТП) увеличивает возможности воздействия на окружающую среду, создавая предпосылки для возникновения крупных экологических кризисов. С другой стороны, этот же прогресс расширяет возможности предупреждения таких кризисов.
Наиболее отчетливо эти противоположные тенденции проявились во второй половине XX века. Так, например, растительный покров большей части поверхности континентов носит вторичный характер, т.е. заменён нужными человеку растениями. Это обстоятельство привело к нарушению процесса почвообразования, изменению физико-химических свойств почв и их эрозии. В возрастающих масштабах человеком загрязняются атмосфера и воды континентов и океанов.
Понимая экологический кризис как непоправимое за короткий срок ухудшение природной среды, нельзя говорить о глобальном кризисе в настоящее время. Сейчас существует множество локальных кризисов, которые не всегда разрешимы и, накапливаясь, могут принять глобальные масштабы.
Экологический ущерб биосфере не всегда может быть возмещён, например, уничтожение генофонда современных организмов.
Демографические процессы, сопровождающиеся ростом народонаселения, способствуют ускорению проявления как локальных, так и глобальных экологических кризисов, т. к. соответственно увеличиваются масштабы промышленного и сельскохозяйственного производств, исчерпание минеральных ресурсов и количество отходов.
Особо следует отметить влияние человека на климат городов, регионов и планеты в целом за счет загрязнения атмосферы. Атмосфера Земли как компонент биосферы является трансформатором локальных воздействий человека на окружающую среду в глобальные изменения природных условий. Так, современные города, благодаря растущей урбанизации, можно рассматривать как „острова тепла“ и источники выделения газов, паров и аэрозолей. Это обстоятельство вызывает образование туманов, приводящих к смогам, сопровождающимися увеличением концентрации в атмосфере опасных для биосферы веществ.
Постоянный рост количества сжигаемого в энергетических целях топлива органического происхождения способствует повышению температуры у поверхности Земли, что обусловливает изменение климата как в региональном, так и в планетарном масштабах. При этом нарушается естественный ход эволюции биогеоценозов и биосферы в целом.
Климатические изменения, обусловленные хозяйственной деятельностью человека проявляются уже сейчас (повышение средней температуры у поверхности Земли на ~ 0,5 оC, перестройка установившейся ранее атмосферной циркуляции воздушных масс и др.), а в недалёком будущем (XXI век и далее) эти изменения усилятся.
Особое негативное влияние деятельность человека оказывает на «биологический щит» планеты - озоновый компонент атмосферы. Развитие промышленности, сратосферной авиации, космонавтики и др. факторы способствуют снижению концентрации озона в стратосфере и, как следствие, интенсификации жёсткого ультрафиолетового облучения земной поверхности, что губительно для живых организмов, обитающих в наземно-воздушной среде.
Кроме вышеуказанных воздействий на биосферу, человек способствует её радиоактивному загрязнению. Происходит это за счёт извлечения из недр Земли и последующего концентрирования на её поверхности долгоживущих радиоактивных изотопов. Чаще всего это 238U (период полураспада ~ 4,47•109 лет) и 235U (период полураспада ~ 0,7•109 лет). При ядерных превращениях (распаде) этих изотопов образуются другие химические элементы и их изотопы, например, 226Ra, 222Rn и др., которые, в свою очередь, чаще всего являются радиоактивными. При распаде радиоактивных веществ генерируются корпускулярные ( б, в ) и электромагнитные ( г, рентгеновское) ионизирующие излучения, действие которых на организмы биосферы негативно. Так, у человека возможно образование злокачественных опухолей (рак), нарушение функций зрения (катаракта), разрушение эритроцитов (белокровие), инактивация гонад, мутации потомства и др. негативные изменения. Подобного рода процессы происходят и в других организмах, составляющих биосферу.
На компоненты биосферы воздействует также рентгеновское ионизирующее излучение (с такими же негативными эффектами как и выше), которое генерируется при изменении вектора-скорости движущегося потока заряженных частиц, например, в телевизорах, мониторах ЭВМ, в некоторых медицинских и научных приборах и аппаратах.
Таким образом, не ограничивая масштабы своей деятельности, не применяя специфических экозащитных (природоохранных) мер, человек будет способствовать постепенной деградации биосферы.
3. Автотрофность человека
I
В биосфере существует великая геологическая, быть может космическая, сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе, представлениях научных или имеющих научную основу.
Эта сила, по-видимому, не есть проявление энергии или новая особенная ее форма. Она не может быть во всяком случае просто и ясно выражена в форме известных нам видов энергии. Однако действие этой силы на течение земных энергетических явлений глубоко и сильно и должно, следовательно, иметь отражение, хотя и менее сильное, но несомненно и вне земной коры, в бытии самой планеты. Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного. Проявление этой силы в окружающей среде явилось после мириада веков выражением единства совокупности организмов - монолита жизни - "живого вещества", одной лишь частью которого является человечество.
Но в последние века человеческое общество все более выделяется по своему влиянию на среду, окружающую живое вещество. Это общество становится в биосфере, т. е. в верхней оболочке нашей планеты, единственным в своем роде агентом, могущество которого растет с ходом времени со все увеличивающейся быстротой. Оно одно изменяет новым образом и с возрастающей быстротой структуру самых основ биосферы. Оно становится все более независимым от других форм жизни и эволюционирует к новому жизненному проявлению.
II
Человек, несомненно, неразрывно связан с живым веществом, с совокупностью организмов, одновременно с ним существующих или существовавших до него. Прежде всего он связан с ними своим происхождением.
Как бы далеко мы ни углубились в прошлое, мы можем быть уверенными, что встретим в нем живые поколения, несомненно генетически связанные одни с другими.
Мы, без сомнения, встретим в этом прошлом много более 10 000 последовательных поколений, от отца к сыну, вида Homo sapiens, которые по существу своему не отличаются от нас ни своим характером, ни своей внешностью, ни полетом мысли, ни силой чувств, ни интенсивностью душевной жизни. Более 200 поколений уже сменили друг друга со времени зарождения в человеческом обществе великих построений религии, философии и науки. Несколько сотен поколений нас отделяют от эпохи, в которую появились первые зародыши человеческого искусства, музыки, мифов, магии, из которых выросли религия, наука, философия.
Но происхождение человека таится еще в более отдаленных глубинах времени. След предков теряется во мраке неизвестности. Их формы, их организмы были иные, чем наши, но главный факт - последовательная смена поколений, материально связанных, от матери к сыну - остался незыблемым. Наша связь с этими существами, на нас не похожими, самая реальная, какая только возможна. Их прошлое существование не есть фикция.
Как бы далеко наша мысль или наши научные исследования ни уходили в геологическое прошлое Земли, мы констатируем то же явление существования в земной коре единого целого жизни, ее непрерывного и единого проявления. Мы видим жизнь, которая извека в своих неделимых погасает и вновь сейчас же зажигается.
Около сотни поколений сменили друг друга с той поры, как мысль великих греков остановилась перед этим явлением, произведшим на нее впечатление самой глубокой космической тайны. Эта загадка осталась для нас, далеких потомков этих людей, одаренных могучей, проникающей мыслью, столь же неразрешенной, какой была для них.
Около десяти поколений до нас великий флорентийский натуралист Ф. Реди <1626-1698>, врач, поэт, человек высокой духовной культуры, первый высказал новую мысль, которая, вероятно, от времени до времени приходила в голову одиноким мыслителям прошлых поколений, но оставалась скрытой. Эта революционная идея была высказана, но не охватила умы людей того времени. Они, очевидно, не были подготовлены к ее восприятию. Ф. Реди утверждал: всякий живой организм происходит от другого живого же организма. Мысль эта была выражена этими словами другим итальянским натуралистом - А. Валлисниери <1661-1730> - через одно поколение после Ф. Реди.
Принцип Реди вошел в научное сознание лишь в XIX в., почти через девять поколений после его смерти. Его окончательно ввел в наше построение космоса Л. Пастер <1822-1895>, великий француз, человек родственного умственного и душевного склада с Ф. Реди.
Без сомнения, нужно представлять себе в геологии человечество в виде миллионов последовательных поколений существ, следующих друг за другом от матери к сыну без перерыва, существ, морфология и функции которых от времени до времени подвергались резкому изменению. Очень вероятно, что продолжительность жизни наших далеких предков была короче нашей. Учет времени по последовательности поколений человека и его предков приводит нас к невероятным числам, превышающим наше воображение.
III
Западное человечество последовало по пути, раскрытому для мысли Ф. Реди и Л. Пастером, лишь неохотно и с большим усилием. Идеи о вечности жизни, отрицание ее начала, мысль о непереходимом - в аспекте известных физико-химических явлений -различии, существующем между косной и живой материей, были в полнейшем противоречии с навыками его мысли, с его мировоззрением. Идеи о начале и конце видимого космоса, всего материального мира, так же как о реальном единстве всего существующего, оставили глубокий след на его умственном складе.