Накопление загрязняющих веществ в пищевых цепях

В.И.Вернадский определил биосферу как область планеты, в которой эволюционно во взаимосвязи с другими компонентами природной среды раз­вивается и накапливается живое вещество. Биосфера приурочена в внешним оболочкам планеты, она включает нижнюю часть атмосферы (тропосферу) до высоты 20 км, охватывает практически всю гидросферу и верхнюю часть литосферы на глубину до 7 км. Живое вещество (совокупность живых организмов), трансформируя солнечную энергию, вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот, является при этом мощным геологическимфактором, изменяя состав атмосферы и гидросферы, обеспечивая стабильность состава и качество этих сред.

Биосфера – живая, развивающаяся, саморегулирующаяся система, которая находится в состоянии равновесия, используя энергию солнца, природные ресурсы. Существование и развитие биосферы обеспечивают также процессы в почвенном слое с его микрофлорой, фотосинтезом.

Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию. В состав биосферы кроме живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов) входят биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов – каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами – почвы; кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности живого вещества и, наконец, косное вещество – совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых, живые организмы не участвуют (горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

Следовательно, биосфера – это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную, глобальную экосистему, поддерживающую планетарный круговорот веществ. Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере).

Концентрация и активность жизни особенно велики у поверхности Земли. Водоемы заселены по всей толще, со сгущениями у поверхности и у дна. Выделяются своим богатством прибрежные и мелководные участки. На суше более 90% живого вещества, или биомассы, сосредоточено в слое на несколько метров вглубь и на несколько десятков метро (высокое дерево) вверх от поверхности. Следовательно, жизнь сосредоточена в тончайшей пленке планеты, где и протекают главные процессы взаимодействия живой и неживой (косной) природы. Этот тонкий деятельный слой нередко называют биогеосферой, биогеоценотическим покровом, ландшафтной оболочкой. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И. Вернадский назвал «пленками жизни».

Чтобы на Земле не прекращалось развитие жизни, должны происходить непрерывные химические превращения ее живого вещества. Иными словами, вещества после использования одними организмами должны переходить в усвояемую для других организмов форму. Такая циклическая миграция веществ и химических элементов может осуществляться только при определенных затратах энергии, источником которой является Солнце. Академик В.Р. Вильямс указывал, что единственный способ придать чему-то конечному свойства бесконечного – это заставить конечное вращаться по замкнутой кривой, т.е. вовлечь его в круговорот.

Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере, литосфере, в их слоях, которые входят в биосферу планеты. При этом выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биогенный и биохимический).

Большой круговорот длится сотни миллионов лет. 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, но медленно протекающие геотектонические изменения (опускание материков и поднятие морского дна, перемещение морей и океанов) приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс повторяется. Границы геологического круговорота значительно шире границ биосферы, его амплитуда захватывает слои земной коры далеко за пределами биосферы. И, самое главное, − в процессах указанного круговорота живые организмы играют второстепенную роль.

Напротив, биологический круговорот вещества проходит в границах обитаемой биосферы и воплощает в себе уникальные свойства живого вещества планеты. Будучи частью большого, малый круговорот осуществляется на уровне биогеоценоза, он заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углекислый газ под действием ультрафиолетовой части спектра солнечного излучения синтезируют органическое вещество растений, которое потребляется консументами. Продукты разложения органического вещества почвенной микрофлорой и мезофауной (бактерии, грибы, моллюски, черви, насекомые, простейшие) вновь разлагаются до минеральных компонентов, опять-таки доступных растениям и поэтому вновь вовлекаемых ими в поток вещества.

Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием энергии Солнца и химических реакций называется биогеохимическим циклом. Его часто называют большим биосферным кругом, имея в виду безостановочный планетарный процесс перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы.

Биогеохимические круговороты в биосфере подразделяют на: 1) круговорот газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере или гидросфере (азота, кислорода, диоксида углерода, водяных паров) и 2) круговорот осадочного типа с менее обширными резервуарами в земной коре (фосфора, кальция, железа).

Круговорот воды. Постоянный перенос воды происходит с одного места в другое в масштабе всей планеты, главным образом между океаном и сушей. Он осуществляется в основном непосредственно за счет энергии Солнца, однако живые организмы оказывают на него важное регулирующее воздействие. В процессе переноса воды часто происходит изменение агрегатного состояния последней (превращение жидкой воды в твердую, парообразную и наоборот), что позволяет поддерживать равновесие между суммарным испарением и выпадением осадков на планете.

Испаряясь, вода с содержащимися в ней некоторыми веществами воздушными течениями переносится на тысячи километров. Выпадая в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает их минералы доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний слой, после чего уходит вместе с растворенными частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли только за 1 минуту испаряется около одного миллиарда тонн воды и столько же выпадает обратно в виде осадков.

Общий объем воды, поступающей из атмосферы на поверхность Земли, составляет за год около 500 тыс. км³ и таково же количество испаряющей воды. При этом на континентах выпадает за год 109 тыс. км³, а испаряется 72 тыс. км ³. Разница в 37 тыс. км³ и есть значение полного поверхностного речного стока.

Круговорот углерода гораздо в большей степени, чем круговорот воды, зависит от деятельности живых организмов. Диоксид углерода атмосферы ассимилируется наземными растениями в ходе фотосинтеза и включается в состав органических веществ. В процессе дыхания растений, животных и микроорганизмов углерод, содержащийся в организме, вновь переходит в атмосферу в виде СО₂. Эти два процесса полностью уравновешены: лишь около 1% углерода, усвоенного растениями, откладывается в виде торфа и удаляется из круговорота.

Удивительный факт: всего за 7 – 8 лет живые организмы пропускают через свои тела весь углерод, содержащийся в атмосфере. Подсчитано, что все зеленые растения Земли ежегодно извлекают из атмосферы до 300 млрд т диоксида углерода (86 млрд т углерода). При этом годичный круговорот массы углерода на суше определяется как массой составляющих его звеньев биосферы, так количеством углерода, захватываемого каждым звеном.

Круговорот кислорода является планетарным процессом, связывающим атмосферу и гидросферу с земной корой. Основными узловыми звеньями его являются: образование свободного кислорода при фотосинтезе, последующие затраты на дыхание, протекание реакций окисления органических остатков и неорганических веществ (например, сжигание топлива) и других химических преобразований. Они способствуют образованию таких окислительных соединений, как диоксид углерода, вода, после чего указанные вещества вовлекаются в новый цикл фотосинтетических превращений. Подсчитано, что весь кислород атмосферы проходит через живое вещество Земли за 2 тысячи лет.

Круговорот кислорода есть ярко выраженная активная геохимическая деятельность живого вещества, его ведущая роль в этом циклическом процессе. Ежегодное продуцирование кислорода земной растительность планеты составляет около т. При этом почти 3/4 этого количества выделяется растительностью суши и лишь немногим более четверти – фотосинтезирующими организмами Мирового океана.

Помимо вышеупомянутых основных элементов, которые принимают участие в биологическом круговороте веществ, важную роль играют также азот, калий, фосфор, сера, натрий и некоторые другие элементы, входящие в состав питания растений. В той или иной степени все элементы таблицы Д.И. Менделеева вовлечены в биологический круговорот.

Все природные среды находятся в тесном взаимодействии:

Атмосферные процессы способствуют круговороту воды в природе, переносу, рассеиванию и осаждению загрязнителей, поступающих в водные объекты и на литосферу, разрушению горных пород, формированию и эрозии почвенного слоя, определяют динамику гидросферы;

Литосфера определяет распределение водной среды по поверхно­сти планеты, характер водостоков; она вмещает большое количество воды в толще грунтов, изменяя ее состав. Геологические процессы оказывают зна­чительное воздействие на состав атмосферы, его стабильность, особенно, в результате вулканической деятельности;

Экологическое значение почвы заключается в том, что она осуще­ствляет связь живой и неживой природы, а также связь трех основных при­родных сред – атмосферного воздуха, вод, литосферы. Почвенный покров осуществляет таким путем биохимический круговорот веществ – минерализация органических веществ, аккумуляция и распределение энергии, прошедшей через фотосинтез растений, формирование стока речных вод, химического состава суши;

Рельеф местности, образуемый системой равнинных участков по­верхности земли, возвышенностей, впадин природного и антропогенного происхождения, определяет условия перемещения воздушных потоков в атмосфере, рассеивания вредных выбросов в атмосфере в зоне радиусом до 50 высот наиболее высокой дымовой трубы (но не менее 2 км). Природные среды в их взаимодействии формируют условия развития и существования биосферы, которая осуществляет при этом активное воз­действие на природные среды – состав атмосферы, состояние и распределение водных ресурсов, изменение геологического облика планеты.

Существование окружающей природной среды возможно и реализу­ется только в состоянии динамического равновесия. Оно обеспечивается комплексом естественных циклов – круговорота воды (гидрологический цикл), элементный круговорота (азот, углерод, кислород) и др. При этом устойчивость природных сред, биологических структур определяется замкнутостью таких циклов не только в планетарном масштабе, но также в пределах отдельных регионов, локальных зон. Так, выработка лесов на водосборной территории разрушает одно из звеньев гидрологического цикла и ведет к необратимой деградации водного объекта..

Цикличные потоки вещества и энергии в природных средах и между ними охватывают биологические структуры. В ходе цикличных процессов осуществляют переход от неорганических к органическим и живым формам, которые снова превращаются в неорганические.

Таким образом, формируется единая система – окружающая природная среда, которая в силу многообразия структур, свойств, явлений, развитости, внутренних и внешних связей оценивается в рамках системного анализа как большая система. Подобные системы обладают способностью к саморегулированию, формирование их осуществляется путем структурного преобразования, включения различных новых компонентов, отторжением отдельных компонентов, развитием внутренних и внешних связей до такого состояния, при котором обеспечивается их устойчивое динамическое равновесие.

Дата добавления: 2015-08-05