Воздействие на биосферу физических факторов
На биосферу Земли постоянно воздействуют, наряду с химическими, многочисленные физические факторы. Значимость воздействия этих факторов антропогенного происхождения достаточно ощутима и продолжает увеличиваться, а в ряде случаев физическое воздействие на конкретные экосистемы значительно превышает химическое. Наибол
ее широко известны примеры радиационного загрязнения.
Физическое загрязнение связано с отклонением за пределы нормального диапазона колебаний параметров (уровня) физических абиотических факторов среды обитания. Теоретически это относится абсолютно ко всем климатическим и топографическим экологическим факторам. Реально в наше время ощущается антропогенное воздействие на такие физические факторы, как температура, уровень звука и вибрации, интенсивность различных электромагнитных излучений, включая ионизирующее и световое. Это воздействие стало столь значительно, что соответствующие физические загрязнения выходят за рамки локальных и ощущаются на глобальном уровне.
Тепловое загрязнение. Оно является результатом рассеивания в окружающей природной среде теплоты, выделяющейся в многообразных тепловых процессах, прежде всего связанных со сжиганием топлива. По существующим оценкам ежегодно в мире сжигается до 5 млрд. т угля, 3,2 млрд. т нефти, т.е. высвобождается более 2 • 1020 Дж тепловой энергии, которая меняет температурный режим воздушной и водной среды, а также динамику происходящих там процессов. Замена тепловых теплоэлектростанций на атомные, уменьшая до некоторой степени химическое загрязнение среды, одновременно увеличивает тепловое загрязнение. Помимо влияния на общебиосферный процесс глобального потепления тепловое загрязнение локально воздействует на водные экосистемы. Именно повышение температуры воды способствует:
• превышению критических значений для «стенотермных» стадий жизненных циклов водных организмов;
• усилению восприимчивости организмов к токсическим веществам (непременно присутствующим в загрязненной воде);
• замене обычной флоры водорослей менее желательными синезелеными водорослями;
• снижению количества кислорода в воде из-за уменьшения его растворимости.
В промышленных районах количество вырабатываемой анергии столь велико, что соизмеримо с интенсивностью излучения Солнца на эту же площадь. Поэтому там образуются «острова тепла» и формируется особый микроклимат. Это явление характерно для городов, крупных населенных пунктов и особенно для мегаполисов.
Электромагнитное загрязнение. Оно возникает в результате изменения свойств среды и значительного (порой в сотни раз) превышения интенсивности излучения антропогенных источников относительно природного фонового излучения. Особенно важное значение оно приобретает в связи с интенсивным развитием электронных систем управления, работа которых может быть серьезно дезорганизована.
Существенная особенность искусственных источников электромагнитного загрязнения биосферы в отличие от природных — высокая когерентность (частотная и фазовая стабильность) и большая интенсивность излучения в тех или иных областях частотного спектра.
Эффект биологического действия зависит от количества поглощенной энергии, частоты и геометрических размеров поглощающего объекта. В диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) поглощается 40—50% падающей энергии (остальное отражается), глубина проникновения в биологические ткани равна примерно 1/10 длины волны.
Неионизирующие излучения поглощаются биологическими системами; при этом электромагнитная энергия трансформируется в кинетическую, вызывая общий нагрев тканей по всей глубине проникновения внутрь организма. Если количество поступающей энергии превышает допустимое количество энергии, которое может быть отведено механизмом терморегуляции теплокровных животных, то ее избыток вызывает постепенное повышение температуры тела. Это сначала ведет к нарушению функционирования соответствующих органов.
Наиболее высока чувствительность организмов к многократным воздействиям электромагнитных полей, когда начинает проявляться кумулятивный эффект; реакция возникает в результате ряда действий, каждое из которых самостоятельно не вызывает реакции. Такие суммарные эффекты наблюдаются и при длительном непрерывном воздействии электромагнитных излучений.
Ионизирующее (радиационное) загрязнение биосферы. Это загрязнение связано с превышением естественного уровня ионизирующих излучений. Ионизирующее загрязнение включает и радиоактивное загрязнение среды из-за превышения природного уровня содержания радиоактивных веществ.
Источники ионизирующего загрязнения — это предприятия атомной промышленности и энергетики, медицинские, биологические и другие учреждения, использующие радиоактивные препараты и изотопы, приборы медицинской и технической (рентгеновской) диагностики, а также ядерные взрывы. Искусственное ионизирующее излучение (электроны, позитроны, протоны, нейтронные и другие атомные ядра и элементарные частицы, а также электромагнитное излучение гаммарентгеновского и оптического диапазонов) возникает преимущественно на созданных человеком ускорителях заряженных частиц.
С развитием телевидения и особенно с широким внедрением компьютерной техники (в том числе с появлением ее в быту) обострилась проблема воздействия ионизирующих (в том числе рентгеновских) излучений на человека, потому что электронно-лучевые трубки телевизионных приемников и видеомониторов являются источниками этих излучений.
Загрязнение почвы. Человек интенсивно воздействует на верхнюю часть твердой оболочки Земли. Преимущественно это воздействие приходится на верхний плодородный слой литосферы — почву, благодаря которой человечество удовлетворяет основную часть своих потребностей в продуктах питания. Плодородные земли относятся к условно возобновимым ресурсам, однако время, необходимое для их восстановления, т. е. формирования плодородного слоя, достаточного для сельскохозяйственного использования, может исчисляться сотнями или даже тысячами лет.
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами.
Основное условие формирования высоких урожаев — наличие в почве питательных элементов в доступных формах и в должном соотношении. Основными биогенными элементами являются углерод, азот, фосфор, калий и т. д. Естественные биоценозы — это устойчивые саморегулирующиеся системы, тогда как агробиоценозы — это системы с разрушенными обратными связями, которые могут существовать; только при целенаправленной регулирующей деятельности человека.
48.
