Антропогенное воздействие на биосферу Учение о биосфере Д. Ю. Шишкина Тема 21
План 1. Воздействие на биоту 1. 1. Сведение лесов 1. 2. Смена первичных лесов вторичными 1. 3. Повреждение лесов кислотными дождями 1. 4. Вымирание видов животных 2. Влияние человека на эволюцию органического мира 2. 1. Доместикация и селекция 2. 2. Микроэволюция, обусловленная антропогенными факторами 3. Воздействие на земную кору 3. 1. Техногенные формы рельефа 3. 2. Деформация земной коры 3. 3. Техногенная сейсмичность 4. Воздействие на атмосферу и климат 4. 1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух 4. 2. Парниковый эффект 4. 3. Разрушение озонового слоя 5. Воздействие на гидросферу 6. Воздействие на почвенный покров 2
Сведение лесов (обезлесение) Около 10 тыс. лет назад, ещё до того, как человек начал заниматься сельским хозяйством, на Земле существовали обширные массивы лесов, общая площадь которых составляла примерно 62 млн км 2. В течение многих веков мировой ареал лесных экосистем сократился до 42 млн км 2 (почти на 1/3 по сравнению с досельскохозяйственным периодом). Особенно интенсивно процесс деградации лесных формаций на значительных пространствах начался в XVI в. в связи с развитием промышленности и сельского хозяйства в Западной Европе. Так, во Франции лесистость составляла 80%, но уже к 1789 г. леса занимали лишь 14% территории страны. Русская равнина к началу XVIII в. была более чем наполовину покрыта лесами, а к 1914 г. её лесистость снизилась до 35%. Основные причины сокращения площади лесного покрова: • прямая вырубка леса для заготовки промышленной древесины, • расчистка земель под пашни и пастбища, • получение топлива, • загрязнение ОС различными токсикантами (диоксиды углерода и серы, тяжелые металлы, пестициды, радионуклиды и др. ). 3
Обезлесение (2) Ежегодно леса вырубаются на площади 70 -200 тыс. км 2. Тропические леса вырублены уже на 50% площади, леса умеренного и холодного поясов сократились на 30– 40% от начальной площади. Особенно интенсивно вырубаются леса влажных тропиков и субтропиков бассейна Амазонки, в Экваториальной Африке, Южной и Юго-Восточной Азии, странах Океании. Ежегодно уничтожаются влажнотропические леса на площади 168 тыс. км 2. В Южной Америке леса сведены на 37% от первоначальных площадей, в Азии – на 42%, в Африке – на 52%. При сохранении таких темпов леса на Земле исчезнут через 125 лет. Послелесные территории зарастают вторичными лесами, большая часть отводится под примитивные пастбища, некоторая часть используется в земледелии, обезлесенные тропические почвы быстро утрачивают плодородие, подвергаются водной эрозии. Влажные тропические леса менее устойчивы к антропогенному воздействию по сравнению с лесами умеренных широт. Сведение лесов приводит к негативным экологическим последствиям: изменяется альбедо земной поверхности, нарушается баланс углерода и кислорода в атмосфере, усиливается эрозия почв, нарушается гидрологический режим рек, обедняется генофонд планеты. Нарушение теплового, водного и углеродно-кислотного режима, вызванное уничтожением лесов, может отрицательно сказаться на всей планете: вымрут многие виды растений, высших животных, насекомых и микроорганизмов. 4
Смена первичных лесов вторичными Из 62 млн км 2 девственных лесов, существовавших на Земле до распространения оседлого земледелия, сейчас осталось чуть более 15 млн км 2. Наибольшие площади первичных лесов (влажных тропических) сохранились в Бразилии (63% от первоначальной лесопокрытой площади), Конго (56%), Индонезии (43%), а бореальных (хвойных) – в Канаде и России. Меньше всего первичных лесов осталось в Канаде и Австралии, а в Западной Европе (за исключением Скандинавии) – практически не осталось. 5
Повреждение лесов кислотными дождями От загрязнения атмосферы пострадали леса во многих промышленно развитых странах: США, Канада, Германия, Великобритания. Присутствие в атмосфере значительных количеств диоксида серы и оксидов азота приводит к образованию кислотных дождей. Из-за них нарушаются процессы фотосинтеза, поступления питательных веществ, снижается прирост лесов и ухудшается естественное лесовозобновление. В Европе пострадало около 500 тыс. км 2 лесов (35% от общей площади лесных массивов континента). Лес, поврежденный кислотными дождями (Чехия) 6
Воздействие на животный мир За последние 500 лет полностью вымерло 844 вида животных: тарпан, тур, зебра-квагга, сумчатый волк, европейский ибис и др. . Особенно быстро с лика планеты исчезла морская (Стеллерова) корова – представитель отряда сирен. Впервые была описана в 1741 г. натуралистом Георгом Стеллером во время экспедиции В. Беринга. Она обитала у Командорских островов, длина тела достигала 7– 8 м, а вес – до 4000 кг. Интенсивная охота привела к тому, что через 27 лет это животное было полностью уничтожено. Та же участь постигла многих птиц: нелетающий голубь – дронт, бескрылая гагарка, очковый баклан, каролинский попугай и др. Число вымирающих и редких видов животных возросло в начале XX в. Так, в северной Америке на грани исчезновения находились бизон, белый американский журавль, калифорнийский кондор. В Азии угрожающе сократилась численность носорога, льва, гепарда, лошади Пржевальского и др. Основными причинами являются: прямое добывание (охота, браконьерство); разрушение местообитаний животных; загрязнение ОС токсикантами (кислотные дожди, пестициды). Так, в Африке в результате браконьерства с 1870 по 1980 г. численность носорогов сократилась почти в 10 раз. Сокращение площади лесов на Мадагаскаре и разрушение местообитаний животных привело к вымиранию 15 видов крупных лемуров. Особенно сильно пострадала фауна океанических островов. На Гавайских островах вымерло около 60% всех животных. На Маскаренских островах (Индийский океан) вымерло 86% местных видов птиц, что является самым высоким в мире показателем исчезнувших видов. По данным Международного союза охраны природы около 25 тыс. растений и более 1 тыс. видов животных находятся под угрозой истребления и нуждаются в специальной охране и защите. 7
Влияние человека на эволюцию органического мира Степень воздействия человека на живую природу чрезвычайно возросла, и эволюция как стихийный процесс практически прекратилась. Рост численности населения, развитие производства, приручение животных и окультуривание растений, распашка почв, создание пастбищ, вырубка лесов – эти и другие воздействия человека на природу привели к тому, что биоэволюция как природный процесс закончилась. Со времен неолитической революции (переход от охоты и собирательства к сельскому хозяйству, около 10 тыс. лет назад) в хозяйственную деятельность вовлечены десятки видов животных и сотни растений. Путем бессознательного и методического отбора удалось вывести громадное количество сортов культурных растений и пород домашних животных. Органический мир не пассивно реагирует на воздействия человека. Эволюционная пластичность многих форм и в наши дни достаточно высока. Вопреки воле человека образуются новые формы сорных растений, вредителей сельского хозяйства, возбудителей различных заболеваний. Живые организмы реагируют на антропогенные факторы, активно микроэволюционируя. Индустриальный меланизм – появление меланистических (темноокрашенных) форм животных в результате их естественного отбора в местообитаниях с интенсивным развитием промышленности (бабочка березовая пяденица). Появление ядоустойчивых рас насекомых, приобретение бактериями и вирусами устойчивости к лекарственным препаратам. Выработка резистентности у болезнетворных бактерий заставляет разрабатывать всё новые сильнодействующие антибиотики. Устойчивость некоторых рас насекомых и грызунов к ядам возросла в сотни раз, и потери от вредителей по-прежнему составляют десятки процентов урожая. Уникальный пример выработки новой адаптации – приспособление калифорнийского кузнечика к гербициду. В популяции появились особи, которые не только нейтрализовали яд, но и трансформировали его в более ядовитое вещество, поэтому кузнечик оказался ядовит для хищных насекомых и птиц. 8
Эволюция под влиянием антропогенных факторов В результате воздействия человека наблюдаются нежелательные изменения численности соотношений видов в природных экосистемах. Преобладающими становятся хозяйственно малоценные виды, обладающие высокими коэффициентами размножения, огромной численностью популяций. Мышевидные грызуны, «сорные» виды рыб (ерш, пескарь, голец), малоценные породы деревьев и сорные травы, как правило, преобладают в экосистемах, вытесняя доминирующие виды высокоразвитых животных и ценных растений. Многим микроорганизмам и растениям удалось быстро приспособиться к самым неблагоприятным условиям (жизнь в загазованной атмосфере, нефтяной пленке в водоёмах). Эффективность бактерий-нефтедеструкторов стала даже повышаться при росте концентраций цинка и ванадия. Некоторые растения оказались способным переносить высокие концентрации токсичных элементов в атмосфере и почвах и создавать довольно стабильные и продуктивные сообщества в районах интенсивной промышленной деятельности. Эволюционные приспособления происходят и в популяциях рыб, птиц, млекопитающих, подвергающихся постоянному истреблению во время охоты и ловли. Они ведут к омоложению структуры популяций, к сокращению продолжительности жизни, ускорению смены поколений, уменьшению средних размеров тела. Все больше диких животных начинают обитать в антропогенных ландшафтах (белки, бобры, барсуки, лебеди и др. ). И в наши дни эволюция может идти без видимого участия человека. Многие расы, подвиды и даже виды возникают на наших глазах путем аллополиплоидии – гибридизации с последующим удвоением количества хромосом. Рябинокизильник (Якутия), гибрид алычи и абрикоса (Молдавия). Несмотря на то, что антропогенный фактор является ведущим в селекционных процессах, эволюция в современной биосфере происходит высокими темпами и стихийно, часто вопреки воле и целям человека. Идет период коренной перестройки биосферы. 9
Воздействие на земную кору 1. Техногенные формы рельефа: валы, выемки, бугры, карьеры, котлованы, насыпи, терриконы. Карьер Лебединского ГОКа, г. Губкин (Белгородская область). Длина более 5 км, глубина более 350 м. Ростовская область – 450 терриконов, объемом около 4000 м 3. 2. Деформация участков земной коры. Локальные прогибания земной коры в районах угледобычи известны в Польше, Великобритании, США, Японии. В Донецком и Подмосковном угольных бассейнах величина прогибания составляет первые метры при глубине разработок 300– 1000 м, а диаметр депрессий земной поверхности достигает сотен км. Откачка подземных вод для целей орошения в долине Сан-Хоакин (Калифорния) привела к опусканию земной поверхности до 1, 5 м на площади 520 км 2 за 40 лет. В районе Лос. Анжелеса зарегистрированы ещё большие скорости – до 5 см/месяц – на нефтепромыслах Лонг-Бич, где за 15 лет территория площадью около 30 км 2 опустилась на 2, 7 м. В Токио отдельные районы опускаются на несколько см в год. Мехико за 80 лет осел более чем на 6 м при скоростях опускания, достигающих десятков см в год. 3. Техногенная сейсмичность. Искусственные землетрясения зафиксированы в Калифорнии и на полуострове Индостан, обусловлены заполнением водой котловин крупных водохранилищ. Нурекское водохранилище на реке Вахш было заполнено до 100 -метрового уровня в 1972 г. Количество землетрясений возросло в несколько раз и достигло максимума именно в 1972 г. (133 случая). 10
Техногенные формы рельефа Террикон в Донецкой области, высота 124 м Карьер Лебединского ГОКа, г. Губкин (Белгородская область). Длина более 5 км, глубина более 350 м. 11
Бингем-каньон – медное месторождение, США, Юта Размеры: глубина 1, 2 км, диаметр 4 км, площадь 7, 7 км 2 Техногенный оползень 10 апреля 2013 г. 12
Воздействие на атмосферу и климат В результате хозяйственной деятельности в атмосферу поступает огромное количество загрязняющих веществ. Объемы выбросов в атмосферу углекислого газа в 2012 г. составили 34, 5 млрд т. Ежегодный объем выбросов растет, но в 2012 г. темпы роста снизились: в США для производства электроэнергии стали более интенсивно использовать сланцевый газ, а не уголь; в Китае производство электроэнергии растет за счет гидроэлктростанций. Предприятия металлургического комплекса, энергетики, нефтепереработки и нефтехимии, где происходит сжигание основной массы ископаемого топлива, дают 2/3 загрязнений от стационарных источников. Значительное количество выбросов в атмосферу поставляет автотранспорт, причем парк легковых автомобилей резко возрастает. Выбросы значительного количества загрязняющих веществ (диоксида углерода, оксидов азота, метана, диоксида серы, фреонов, озона и др. ) вызывают существенное воздействие на глобальный климат, вызывая негативные экологические последствия (парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, фотохимический смог). 13
Наибольшие выбросы углекислого газа в 2009 г. , млн т 14
Количество легковых автомобилей в мире, млн 1200 1000 800 600 число авто 400 200 0 1940 1960 1980 2000 2020 2040 15
Предполагаемое возрастание углекислого газа в атмосфере в связи с промышленным производством Все виды минерального топлива, сгорая, превращаются в углекислый газ. Его содержание в атмосфере до 1850 г. – 0, 0290%, сейчас – 0, 0379%. Рост концентрации СО 2 сам по себе опасности не представляет, но может вызвать повышение температуры воздуха благодаря парниковому эффекту. Сейчас в Северном полушарии температура приземного слоя тропосферы на 0, 4°С выше, чем в 1950– 1980 гг. , а к 2050 г. температура повысится на 3– 4°С. На территории Ростовской области зафиксировано повсеместное увеличение среднегодовой температуры. С 1936 по 2009 г. она увеличилась на 1, 7°С, до 2020 г. возрастет еще на 0, 3°С. За это же время на 143 мм увеличилась годовая сумма осадков. Такое потепление климата должно отразиться на биосфере в целом, вызвать повышение почти на 0, 5 м уровня Мирового океана. Затопление густонаселенных береговых территорий повлечет за собой сложные ситуации в экономике и организации мирового хозяйства. Сейчас средняя скорость повышения уровня Мирового океана составляет 1 мм/год, к 2020 г. может возрасти до 3 -4 мм/год. 16
Временная динамика концентрации СО 2 Как показали измерения концентрации СО 2 в пузырьках воздуха в датированных кернах Антарктиды и Гренландии, до начала индустриализации (примерно середина XVII века) его средняя глобальная концентрация в атмосфере составляла 0, 028± 10% и в течение последних 10 000 лет изменялась в пределах от 0, 026 до 0, 028%. Эти изменения были обусловлены естественными причинами. В течение последних 250 лет отмечается беспрецедентное по скорости увеличение концентрации СО 2 в атмосфере. После 1750 г. концентрация СО 2 увеличилась на 35% и в 2005 г. составила 0, 0379%. Увеличение концентрации СО 2 было вызвано антропогенной эмиссией. Примерно 57% антропогенной эмиссии CO 2 остается в атмосфере, 30% поглощается океаном, а остальная часть усваивается биосферой. 17
Временной ход концентрации СО 2 в атмосфере на станции Териберка за период наблюдений с 1988 г. 1 — измерения, 2 — сглаженный ход, 3 — многолетний тренд СО 2 0, 040 0, 039 0, 038 0, 037 0, 036 0, 035 0, 034 0, 033 1 2 3 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 http: //climate 2008. igce. ru/v 2008/v 1/v. I-4. pdf 18
Техногенная эмиссия углерода Средняя годовая эмиссия ископаемого углерода в виде СО 2: 1980– 1989 гг. - 5, 4 ± 0, 3 млрд. т 1990– 1999 гг. - 6, 4 ± 0, 4 млрд. т 2000– 2005 гг. - 7, 2 ± 0, 3 млрд. т Эмиссия, связанная с изменением землепользования, в 1990 -х гг. 0, 5– 2, 7 млрд. т. В результате увеличения концентрации СО 2 за последние 250 лет на 0, 01% в атмосфере накопилось 212 млрд. т углерода (или 780 млрд. т диоксида углерода). В доиндустриальный период природная среда обеспечивала баланс между объемами естественной эмиссии СО 2 в атмосферу и его стоками в океан и биосферу. В связи с увеличением антропогенной нагрузки на природную среду она уже оказалась не в состоянии компенсировать это возрастающее воздействие. Поэтому газовый состав атмосферы будет меняться в результате увеличения концентрации СО 2 , по крайней мере, в течение первой половины XXI века. 19
Среднеглобальная температура в 1850 -2008 гг. , °С (аномалия по отношению к среднему уровню 1961 -1990 гг. ): средние за год (треугольники) и за 11 -летний период, заканчивающийся текущим годом (ромбы) (http: //cdiac. ornl. gov/trends/temp/jonescru/data. html 20
Разрушение озонового слоя Являясь защитным экраном от ультрафиолетового излучения, озоновый слой особенно интенсивно разрушается над полюсами, где возникают «озоновые дыры» – над Антарктикой (скорость расширения – 4% в год) и меньшая по размерам над Арктикой. Согласно одной гипотезе, разрушителем озона являются фреоны (хлорфторуглеводороды), широко использующиеся в качестве хладоагентов, вспенивателей пластмасс, газоносителей в аэрозольных баллончиках, средств пожаротушения и т. п. Трудно объяснить причины периодического убывания концентрации озона над Антарктидой, тогда как 90% фреонов попадают в атмосферу в Европе и США. Другая гипотеза появления озоновых дыр основана на взаимодействии озона с потоками водорода и метана, поступающими в тропосферу через разломы в земной коре. Т. обр. , разрушение озонового слоя Земли – естественный процесс, связанный с дегазацией водорода. В 1985 г. содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось на 40% от его минимального содержания в околополюсной зоне. Весной 1987 г. озоновая дыра в Антарктиде достигла максимума – 7 млн км 2. Аналогичное явление отмечено и в Арктике (с весны 1986 г. ), но размеры озонной дыры в 2 раза меньше антарктической. Ежегодно Земля теряет около 0, 5% озонового слоя. За последние 10– 15 лет его потеря составила примерно 7%, и этот процесс идет с нарастающей интенсивностью. В 1997 г. впервые возникла огромная озоновая дыра площадью 30 млн км 2 над всей Арктикой, включая север Европы, Канады, Гренландию, Балтийское море, северные области Сибири вплоть до Урала и Байкала. Если в стратосфере наблюдается уменьшение концентрации озона, то в приземном тропосферном слое происходит его усиленный синтез, особенно в загазованной атмосфере городов под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения. При высокой концентрации озон – сильнейший окислитель, по своей токсичности превосходящий цианистую кислоту и угарный газ. 21
Скачать презентацию Антропогенное воздействие на биосферу Учение о биосфере Д
21_Антр_воздействие.pptx