ОХОРОНА БІОСФЕРИ

Вступ

Сучасний світ відрізняється надзвичайною складністю й суперечливістю подій, він пронизаний протиборчими тенденціями, повний найскладніших альтернатив, тривог і надій.

XXІ століття характеризується потужним ривком науково-технічного прогресу, ростом соціальних протиріч, різким демографічним вибухом, погіршенням стану навколишнього природного середовища.

Справді, наша планета ніколи раніше не піддавалася таким фізичним і політичним перевантаженням, які вона зазнає на рубежі ХХ-ХХІ століть. Людина ніколи раніше не стягувала із природи стільки данини й не виявлялася настільки уразливою перед міццю, що сама ж і створила.

Щож несе нам століття прийдешнє — нові проблеми або безхмарне майбутнє? Яким буде людство через 150, 200 років? Чи зможе людина своїм розумом і волею врятувати саму себе й нашу планету від навислих над нею численних погроз?

Ці питання, напевно, хвилюють дуже багатьох. Але чи багато хто на нашій планеті всерйоз замислювався над ними або присвятив цьому життя?

Сьогодні в Україні праця з охорони навколишнього середовища не дуже цінується. Та й у будь-якій іншій державі або країні людей, що дійсно займаються проблемами екології, не дуже багато. А всі інші жителі планети взагалі недооцінюють свій вплив на природу. По суті, людство займається самогубством.

XX століття принесло людству чимало благ, пов’язаних із бурхливим розвитком науково-технічного прогресу, і в той же час поставило життя на Землі на грань екологічної катастрофи. Ріст населення, інтенсифікація видобутку й викидів, що забруднюють Землю, призводять до корінних змін у природі й відбиваються на самому існуванні людини. Частина з таких змін надзвичайно сильна й настільки широко поширена, що виникають глобальні екологічні проблеми. Є серйозні проблеми забруднення (атмосфери, вод, ґрунтів), кислотних дощів, радіаційної поразки території, а також втрати окремих видів рослин і живих організмів, збідніння біоресурсів, збезлісення й спустошування територій.

Проблеми виникають у результаті такої взаємодії природи й людини, за якої антропогенне навантаження на територію (її визначають через техногенне навантаження й щільність населення) перевищує екологічні можливості цієї території, обумовлені головним чином її природно-ресурсним потенціалом і загальною стійкістю природних ландшафтів (комплексів, геосистем) до антропогенних впливів.

Колообіг кисню

Кисень є найпоширенішим елементом на Землі. У морській воді міститься 85,82 % кисню, в атмосферному повітрі 23,15 % за вагою або 20,93 % за обсягом, а в земній корі — 47,2 % за вагою. Така концентрація кисню в атмосфері підтримується постійно завдяки процесу фотосинтезу. У цьому процесі зелені рослини під дією сонячного світла перетворюють діоксид вуглецю й воду у вуглеводи та кисень. Головна маса кисню перебуває у зв’язаному стані; кількість молекулярного кисню в атмосфері оцінюється в 1,5 • 1015 т, що становить усього лише 0,01 % від загального вмісту кисню в земній корі.

У природі кисень має виняткове значення. Кисень і його сполуки незамінні для підтримання життя. Вони відіграють найважливішу роль у процесах обміну речовин і подиху. Кисень входить до складу білків, жирів, вуглеводів, з яких «побудовані» організми; у людському організмі, наприклад, утримується близько 65 % кисню. Більшість організмів одержують енергію, необхідну для виконання їхньої життєвої функції, за рахунок окиснювання тих або інших речовин за допомогою кисню. Збиток кисню в атмосфері в результаті процесів подиху, гниття й горіння відшкодовується киснем, що виділяється при фотосинтезі. Вирубка лісів, ерозія ґрунтів, різні гірничі видобутки зменшують загальну масу фотосинтезу й знижують колообіг на значних територіях. Поряд із цим, потужним джерелом кисню є, очевидно, фотохімічне розкладання водяної пари у верхніх шарах атмосфери під впливом ультрафіолетових променів сонця. Таким чином, у природі безупинно відбувається круговорот кисню, що підтримує сталість складу атмосферного повітря.

Окрім описаного колообігу кисню в незв’язаному виді, цей елемент робить ще один важливий колообіг, входячи до складу води. Колообіг води (Н20) полягає у випаровуванні води з поверхні суші і моря, переносі її повітряними масами й вітрами, конденсації пари і випаданні опадів у вигляді дощу, снігу, граду, туману.

Місце розташування й функції озонового шару

У повітрі завжди присутній озон, концентрація якого біля земної поверхні становить у середньому 6-10 %. Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери з атомарного кисню в результаті хімічної реакції під впливом сонячної радіації, що спричиняє дисоціацію молекул кисню.

Озоновий «екран» розташований у стратосфері: на рівні 7-8 кілометрів над земною поверхнею на полюсах, 17-18 кілометрів на екваторі та до 50 кілометрів над земною поверхнею. Найгустіший озон на висоті 22—24 кілометрів над Землею.

Шар озону дивно тонкий. Якби цей газ зосередити біля поверхні Землі, то він утворив би плівку лише у 2-4 мм завтовшки (мінімум — у районі екватора, максимум — біля полюсів). Однак і ця плівка надійно захищає нас, майже повністю поглинаючи небезпечні ультрафіолетові промені. Без неї життя збереглося б лише в глибинах вод (глибше 10 м) і в тих шарах ґрунту, куди не проникає сонячна радіація.

Озон поглинає деяку частину інфрачервоного випромінювання Землі. Завдяки цьому він затримує близько 20 % випромінювання Землі, підвищуючи обігрівальну властивість.

Озон — активний газ, може несприятливо впливати на людину. Звичайно його концентрація в нижній атмосфері незначна і він не робить шкідливого впливу на людину. Великі кількості озону утворюються в містах з інтенсивним рухом автотранспорту в результаті фотохімічних перетворень вихлопних газів автомашин.

Озон також регулює жорсткість космічного випромінювання. Якщо цей газ хоча б частково знищується, то відповідно жорсткість випромінювання різко зростає, а отже, відбуваються реальні зміни рослинного й тваринного світу.

Уже доведено, що відсутність або мала концентрація озону може призводити до ракових захворювань, що найгіршим чином відбивається на людстві і його здатності до відтворення.

Причини ослаблення озонового щита

Озоновий шар захищає життя на Землі від шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Виявлено, що протягом багатьох років озоновий шар постійно зменшується над деякими районами земної кулі, включаючи густо населені райони в середніх широтах Північної півкулі. Над Антарктикою виявлена велика «озонова діра».

Руйнування озону відбувається через вплив ультрафіолетової радіації, космічних променів, деяких газів — з’єднань азоту, хлору й брому, фторхлорвуглеродів (фреонів). Діяльність людини, що призводить до руйнування озонового шару, викликає найбільшу тривогу. Тому багато країн підписали міжнародні угоди, що передбачають скорочення виробництва озо- норуйнівних речовин.

Однак озоновий шар руйнує також реактивна авіація і деякі запуски космічних ракет.

Передбачається безліч причин ослаблення озонового щита.

По-перше, це запуски космічних ракет. Паливо, що згоряє, «випалює» в озоновому шарі великі діри. Колись вважалося, що ці «діри» затягуються. Виявилося, що ні. Вони існують досить довго.

По-друге, літаки, що летять на висоті в 12-15 км. Пара, що викидається, і інші речовини руйнують озон. Але у той же час літаки, що літають нижче 12 км, дають збільшення озону. У містах він є одним зі складових фотохімічного смогу.

По-третє, окиси азоту. їх викидають ті ж літаки, але найбільше їх виділяється з поверхні ґрунту, особливо при розкладанні азотних добрив.

По-четверте, це хлор і його сполуки з киснем. Величезна кількість (до 700 тисяч тонн) цього газу надходить в атмосферу, насамперед від розкладання фреонів. Фреони — це гази, що не вступають біля поверхні Землі ні в які хімічні реакції. Вони киплять при кімнатній температурі, а завдяки тому, що різко збільшують свій обсяг, вони є гарними розпилювачами. Оскільки при їхньому розширенні знижується температура, фреони широко використовують у холодильній промисловості.

Щороку кількість фреонів у земній атмосфері збільшується на 8-9 %. Газ поступово піднімається наверх, у стратосферу, й під впливом сонячних променів стає активними — вступає у фотохімічні реакції, виділяючи атомарний хлор. Кожна частка хлору здатна зруйнувати сотні й тисячі молекул озону.

Проблема парникового ефекту

Багаторічні спостереження показують, що в результаті господарської діяльності змінюється газовий склад і запиленість нижніх шарів атмосфери. З розораних земель під час курних бур піднімаються в повітря мільйони тонн часток ґрунту. При розробці корисних копалин, при виробництві цементу, при внесенні добрив і терті автомобільних шин об дорогу, при спалюванні палива й викиді відходів промислових виробництв в атмосферу потрапляє велика кількість зависних часток різноманітних газів. Визначення складу повітря показують, що зараз в атмосфері Землі вуглекислого газу стало на 25 % більше, ніж 200 років тому. Це, безумовно, результат господарської діяльності людини, а також вирубки лісів, зелені листи яких поглинають вуглекислий газ.

З підвищенням концентрації вуглекислого газу в повітрі зв’язаний парниковий ефект, що проявляється в нагріванні внутрішніх шарів атмосфери Землі. Це відбувається тому, що атмосфера пропускає основну частину випромінювання Сонця. Частина променів поглинається і нагріває земну поверхню, а від неї нагрівається атмосфера. Інша частина променів відбивається від поверхні планети, і це випромінювання поглинається молекулами вуглекислого газу, що сприяє підвищенню середньої температури планети.

Дія парникового ефекту аналогічна дії скла в оранжереї або парнику (від цього виникла назва «парниковий ефект»).

Охорона навколишнього природного середовища і раціональне використання природних ресурсів — одна з найактуальніших глобальних проблем сучасності. Її рішення нерозривно пов’язане з боротьбою за мир на Землі, запобіганням ядерної катастрофи, роззброюванням, мирним співіснуванням й взаємовигідним співробітництвом держав.

Проблема вуглекислоти

Безумовно, найважливішим з парникових газів є двоокис вуглецю. Його основним джерелом є процеси спалювання органічного палива (вугілля, газ, нафта та продукти її переробки, горючі сланці, дрова). За рахунок цього в атмосферу надходить до 80 % двоокису вуглецю. Існує досить велика кількість прогнозів розвитку енергетики. Однак їхня точність залишає бажати кращого. У своїй більшості прогнози дають явно завищені оцінки в порівнянні з реальними цифрами світового енергоспоживання.

Серед важливих глобальних екологічних проблем ця проблема — одна з найдискусійніших. Багато хто вважає її надуманою. І дійсно, поки немає реальних ознак потепління клімату, що прогнозується деякими кліматологами й фізиками. Потепління, на їхню думку, повинне настати через збільшення парникового ефекту, що у свою чергу виникає в результаті нагромадження в атмосфері вуглекислого газу антропогенного походження.

У четвертинний період, включаючи й наш час, вміст вуглекислоти у повітрі характеризується дуже малими величинами. У XIX ст. вміст вуглекислоти у повітрі також був значно нижче сучасного. За останній час на земній кулі темпи нагромадження цього газу в атмосфері безпрецедентно високі. Корисні або шкідливі будуть його наслідки? Думки фахівців із цього приводу розходяться...

Так, фізик М. І. Будико прогнозує збільшення концентрації вуглекислоти в 2025 р. — до 520 частин на мільйон, й у 2050 р. — до 750. Середньорічна приземна глобальна температура повітря збільшиться, на його думку, у порівнянні з її значенням на початку XX ст. на 1,8 градуса за Цельсієм — у 2025 р. і на 2,8 градуса — у 2050 р.

М. І. Будико формулює свою точку зору в такий спосіб: «Розглядаємо процес збідніння атмосфери вуглекислим газом, що переважав протягом останніх 100 мільйонів років, як безпосередню загрозу для існування біосфери у зв’язку зі зниженням продуктивності автотрофних рослин і можливістю повного оледеніння Землі. Варто вважати, що сучасний антропогенний вплив на біосферу сприяє усуненню цієї погрози.

Процес глобального потепління може бути сприятливим для людства (підвищення продуктивності рослин, розширення можливостей господарського використання територій з холодним кліматом і т. д.). Однак варто враховувати неминучість ряду труднощів, які виникнуть у зв’язку із цим процесом. Головна з них — необхідність у відносно короткий строк пристосувати багато галузей господарської діяльності до умов швидко мінливого клімату й інших компонентів природного середовища».

На думку фізика В. І. Лебедєва, збільшення концентрації вуглекислоти в повітрі взагалі не повинне позначитися на земному кліматі, тоді як продуктивність наземної рослинності, зокрема зернових, буде підвищуватися.

Фізик Б. М. Смирнов також зазначає можливість збільшення врожаїв. У зв’язку із цим нагромадження вуглекислого газу в атмосфері він розглядає як фактор, сприятливий для людства.

Питання про збільшення продуктивності наземних рослин у результаті росту концентрації вуглекислоти в повітрі, однак, далеко не таке просте, як про це пишуть автори оптимістичних прогнозів.

Швидше за все неправильні ті твердження деяких фізиків, що біосфера вже зараз виконує функцію буфера й асимілює тим більше газу, чим більше його надходить в атмосферу. Біосфера поки не виконує такої функції. Навпаки, під дією зростаючого антропогенного навантаження вона руйнується й стає джерелом величезної кількості вуглекислоти. Песимістичні прогнози наслідків антропогенного потепління клімату засновані на думці про існування динамічної рівноваги між всіма компонентами природного середовища і небезпеки порушення цієї рівноваги. Зокрема, антропогенне потепління клімату і пов’язане з ним зменшення, а потім і зникнення мас снігу і льоду у високих широтах і на полюсах Землі значно послаблять меридіанальну атмосферну циркуляцію і, як наслідок цього, зволоженість материків. Якими б не були наслідки збільшення газу у повітрі, їхній позитивний ефект не витримує ніякого порівняння з негативним (танення
материкових льодовиків і деградація багаторічної мерзлоти), що неминучий у випадку «антропогенного перегріву» Землі.

Як ми вже відзначали, за останні 250-300 років рівень Світового океану підвищувався в середньому на 1 мм у рік. У 20-х роках XX ст. підйом його досяг 1,4—1,5 мм у рік, що еквівалентно щорічному збільшенню океанічної водної маси на 520-540 куб. км. Передбачається, що у 20-х роках XXI ст. швидкість підвищення океанічного рівня перевищить 0,5 м у рік.

Найзначніші масштаби прогнозоване антропогенне потепління клімату повинне мати в Арктиці й Субарктиці. Тут уже на початку XXI ст. можуть відбутися деградація багаторічної мерзлоти й осідання льодистих порід. Всім містам, селищам і комунікаціям, побудованим на таких породах, загрожує руйнування.

Є всі підстави думати, що радикальні кліматичні зміни й відповідна їм деградація льодовиків будуть супроводжуватися також порушенням режиму процесів, що йдуть у глибинах Землі. Внаслідок танення льодовиків і перерозподілу водних мас від полюсів до низьких широт швидкість обертання Землі буде сповільнюватися на незначну величину. Проте це повинне викликати зміну її форми. Сплюснутість землі трохи зменшиться.

У середніх і низьких широтах повинна вирости напруга стиску. Чи зможуть імпульси додаткового стиску, викликані антропогенним фактором, стимулювати вулканізм і землетруси в Тихоокеанському поясі, Середземномор’ї й в інших подібних районах?

Якщо у зв’язку з розпадом Західноантарктичного льодовикового щита рівень води в океані швидко виросте на 5-7 м, то цього може виявитися досить для активізації сейсмовулканічних процесів у «чуйних» до зміни навантаження ділянках океану.

Підтоплення окраїн материків і зміна географії їх вологих і посушливих зон позначаться й на підземній «гідросфері». Чи не будуть підняття й опускання земної кори в зонах нарощування й зменшення природних водонапірних обріїв супроводжуватися збудженням сейсмічної активності? Дані про антропогенні осідання й підняття земної поверхні, що збуджують сейсмічність, свідчать про ймовірності таких подій.

Динамічна рівновага між земними оболонками, що підтримується повільними геологічними й географічними процесами, може порушитися катастрофічно швидко, протягом сотень років. Таке порушення, безсумнівно, завдасть величезної шкоди світовому господарству, хоча технічний геній людства, напевно, зможе протистояти і йому. Отже, чим раніше будуть вжиті заходи протидії збільшенню концентрації атмосферної вуглекислоти, тим краще буде для біосфери й людини.

Причини росту концентрації вуглекислоти

Донедавна більшість дослідників уважали спалювання викопного палива не єдиною причиною росту змісту вуглекислоти у повітрі в XIX та XX ст.

Сьогодні серед процесів, що порушують редукцію ґрунтово- рослинного покриву суші, існують такі, як: 1) вирубка лісів;

2) землеробство; 3) перевипас і ряд інших порушень.

Вирубка лісів при будівництві, гірських розробках, створенні водоймищ й особливо перетворення лісових земель у сільськогосподарські вважається найважливішим процесом, що веде до невідтворюваного збитку органічної речовини біосфери. 25 % вуглекислого газу, що існують в атмосфері, зобов’язані своєю присутністю цьому процесу. Вирубка лісів і спалювання палива за масштабами наявності вуглекислоти зараз приблизно врівноважують один одного.

Дигресія лісів відбувається при надмірному використанні для відпочинку й туризму, при забрудненні повітря й у ряді інших випадків (інтенсивне пасіння, підтоплення місцевості, осушення прилеглих боліт й ін.). Спостереженнями встановлено, що навіть незначне за часом навантаження викликає зміни в ґрунтово- рослинному покриві, у порівнянні з тими, які відбуваються при тривалому використанні. Ущільнення ґрунту, що відбувається в лісопарках, заказниках і т. д., веде до зменшення маси коріння дерев, через що знижується приріст деревини, дерева стають дрібнішими, рідшає й коротшає їхня хвоя. Механічне ж ушкодження дерев приводить до розвитку хвороб і шкідників. При масовому відвідуванні лісів гинуть нижні яруси рослинності, ґрасує ґрунтова підстилка й страждає гумусовий обрій. Так, на стоянках і майданчиках для відпочинку в лісі запаси органічної речовини в ґрунті знижуються на 50 % і більше.

Досить відчутне виродження лісів при значному забрудненні повітря. Летюча зола, вугільний і коксовий пил закупорюють пори листя, зменшують доступ світла до рослин і послаблюють процес асиміляції. Забруднення ґрунту викидами пилу металів, миш’яковим пилом у з’єднанні із суперфосфатом або сірчаною кислотою отруює кореневу систему рослин, затримуючи її ріст. Токсичний для рослин і сірчистий ангідрит. Повністю знищується рослинність під впливом димів і газів мідеплавильних комбінатів у безпосередній близькості від них. Збиток рослинному покриву, і в першу чергу лісам, наноситься при випаданні кислих опадів у результаті розносу з’єднань сірки на сотні й тисячі кілометрів. Регіональний деструктивний вплив на лісові ґрунти роблять кислі опади. Відчутне зменшення біомаси лісів відбувається, очевидно, і через пожежі.

Землеробство в наш час — потужний процес, що веде до змен-шення запасів гумусу в ґрунтах і виділенню вуглекислоти. Най-більше гумусу губиться в результаті ерозії й видування.
Крім цього, оброблювані землі гублять гумус через його окислю¬вання при оранці ґрунту й випалюванні рослинності при підсічно- вогневій системі землеробства. Постійна втрата гумусу ґрунтами спостерігається, коли в них виснажуються запаси азоту.

У розвинених країнах у наш час азотне виснаження ґрунтів компенсується внесенням мінеральних азотних добрив і посівами бобових культур.

Надлишкове насіння в тундрах, лісах, на лугах й особливо на посушливих землях приводить до їхнього руйнування. У цей час особливо великий збиток наноситься землям Африки, Євра¬зії, Латинської Америки й Австралії. Одночасно з опустошенням площ поступово віддаляється ґрунт із органічними речовинами.
Осушення боліт призводить до окислювання частини накопи-чених у торфовищах органічних речовин. Крім того, при вида¬ленні метрового шару болотних вод із площі в 1 га додатково ви-вільняються й окисляються десятки тонн розчиненої органічної речовини.

Зрошення земель також у ряді випадків призводить до втрат ґрунту в результаті іригаційної ерозії. У той же час правильна меліорація бідних пустельних земель, навпаки, захід, що збіль¬шує ресурси органічної речовини в ґрунті. У цей час щорічно 0,2- 0,3 млн га зрошуваних земель перетворюються в пустелі через засолення й заболочування. Після цього вони найчастіше швидко руйнуються.

Будівництво й ріст міст, створення комунікацій і гірські розробки ведуть, як правило, до повного руйнування ґрунтово- рослинного покриву, хоча потім на частині охоплених цими про-цесами територій створюються культурні ґрунти й рослинність. Це лише почасти компенсує втрати органічної речовини. У цей час розмах будівництва міст і комунікацій і видобуток корисних копалин збільшуються так швидко, що кілька десятків мільйо¬нів гектарів суші будуть являти собою землі, порушені гірськими розробками.

Очевидно, не буде перебільшенням уважати, що що-річно будівельні роботи й гірський видобуток руйнують ґрунтово- рослинний покрив на площі 5-10 млн га, що веде до збитку запа¬сів органічної речовини біосфери, обчислюваної десятками й сот¬нями тонн у сухій вазі з 1 га. Навіть найобережніший підрахунок повинен дати сумарну цифру щорічних втрат у кілька сотень мільйонів тонн органічної речовини.