Атмосфера Землі

Атмосфера Землі

1. Будова атмосфери

Наша планета оточена великою атмосферою. Відповідно до температурою складом і фізичними властивостями атмосфери можна розділити на різні верстви. Тропосфера - це область, що лежить між поверхнею Землі і висотою в 11 км. Це досить товстий і густий шар, що містить більшу частину водяної пари, що знаходяться в повітрі. У ній мають місце майже всі атмосферні явища, які безпосередньо цікавлять жителів Землі. У тропосфері знаходяться хмари, атмосферні опади і т. д. Шар відокремлює тропосферу від наступного атмосферного шару - стратосфери, називається тропопауза. Це область досить низьких температур.

Склад стратосфери такий же, як і тропосфери, але в ній виникає і концентрується озон. Іоносфера, тобто іонізований шар повітря, утворюється як в тропосфері, так і в більш низьких шарах. Вона відображає високо частотні радіохвилі (наприклад, короткі хвилі).

Основними газами, що входять до складу нижніх шарів атмосфери є азот (приблизно 78,08%), кисень (близько 20,9%) і аргон (близько 0,93%). Інших газів в атмосфері Землі дуже мало, наприклад вуглекислого газу близько 0,03%. Атмосферний тиск на рівні поверхні океану складає за нормальних умов приблизно 0,1 МПа. Вважають, що земна атмосфера сильно змінилася в процесі еволюції: збагатилася киснем і набула сучасного складу в результаті тривалої взаємодії з гірськими породами і за участі біосфери, тобто рослинних і тваринних організмів. Доказом того, що такі зміни дійсно відбулися, служать, наприклад, поклади кам'яного вугілля і потужні пласти відкладень карбонатів в осадових породах, вони містять величезну кількість вуглецю, який раніше входив до складу земної атмосфери у вигляді вуглекислого газу і окису вуглецю. Вчені вважають, що давня атмосфера сталася з газоподібних продуктів вулканічних вивержень; про її склад судять по хімічному аналізі зразків газу, "замурованих" в порожнинах древніх гірських порід. У досліджених зразках, вік яких приблизно 3,5 млрд. років міститься приблизно 60% вуглекислого газу, а інші 40% - сполуки сірки, аміак, хлористий і фтористий водень. У невеликій кількості знайдені азот і інертні гази. Весь кисень був хімічно зв'язаним. Однією з найважливіших завдань сучасної науки про Землю є вивчення еволюції атмосфери, поверхні і зовнішніх шарів Землі, а так само внутрішню будову її надр.

Основною ознакою, що визначає підрозділ атмосфери на окремі шари, є зміна її температури з висотою. Характер цієї зміни багато в чому залежить від складу атмосфери.

Нижній шар атмосфери Землі (тропосфера) має наступний хімічний склад (за обсягом, у відсотках):

азот - 78.09, кисень - 20.95, аргон - 0.93, вуглекислий газ - 0.03. На частку інших газів припадають вже тисячні і десятитисячні частки відсотка. Такий склад атмосфера має майже до висоти 90 км.

Крім постійних компонентів, перерахованих вище, атмосфера містить змінні компоненти: озон і водяну пару. Ці компоненти надають великий вплив на тепловий режим Землі та її атмосфери.

Розглянемо схему будови земної атмосфери. Відомо, що в її нижньому шарі, іменованому тропосферою (від грецького тропе - поворот), температура швидко падає з висотою: на 6-7 градусів на кілометр висоти (взимку трохи менше). Це відбувається тому, що нижні, (приземні) шари атмосфери отримують тепло від земної поверхні, що випромінює його в діапазоні інфрачервоних променів і передавальної тепло також за рахунок конвекції і теплопровідності. У тропосфері утворюються хмари, опади, дмуть вітри, утворюються самі різні метеорологічні явища.

Залежно від будови атомів і молекул різних газів вони здатні поглинати в тій чи іншій мірі випромінювання в різних діапазонах довжин хвиль. Так, молекула водяної пари (Н20) інтенсивно поглинає інфрачервоні промені у всьому діапазоні, за винятком "вікна" на довжинах хвиль 8-13 мкм. Навпаки, озон, трьохатомний кисень, поглинає ультрафіолетові промені коротше 0,36 мкм. На рівні від 11 до 17 км падіння температури з висотою припиняється і починається стратосфера - порівняно спокійна область атмосфери з майже постійною температурою до висоти 34-36 км і зростанням температури до рівня 50 км. Це зростання відбувається за рахунок поглинання сонячних ультрафіолетових променів шаром озону, про який докладніше буде сказано нижче. Прикордонна область між тропосферою і стратосферою називається тропопаузою.

Схема будови земної атмосфери:

1 - тропосферні хмари нижнього ярусу

2 - перисті хмари

3 - перламутрові хмари

4 - сріблясті хмари

5 - метеори

6 - болід

7 - полярні сяйва

8 - метеорологічна ракета

9 - геофізична ракета

Вище стратосфери, приблизно від рівня озонного піку температури і до 80-85 км простягається мезосфера - область нового падіння температури з висотою. Мезосферу від стратосфери відокремлює вузька область стратопауза, приблизно відповідній висоті озонного максимуму.

Ще вище температура знову починає рости. Сюди ще доходить ультрафіолетове випромінювання Сонця на довжинах хвиль коротше 0,2 мкм, а в цій області спектра знаходяться смуги поглинання Шумана-Рунге молекули кисню (довжини хвиль 1925-1760 А, 1 А (ангстрем) = 10-3 мкм). Ще далі в бік коротких довжин хвиль розташована суцільна область поглинання, звана континуумом Шумана-Рунге (довжини хвиль 1760-1350 А). Поглинання променів цих довжин хвиль молекулярним киснем призводить до нагрівання нижньої термосфери - так прийнято називати область зростання температури вище 85 км.

Але поглинання сонячних ультрафіолетових променів призводить і до іншого процесу - до дисоціації молекул кисню на атоми. Цей процес починається від висоти 80 км і закінчується на висотах 120-130 км. Вище весь кисень виявляється дисоційованому, тобто складається з атомів.

З головним компонентом земної атмосфери - азотом - положення складніше. Імовірність (або, як прийнято говорити, ефективний переріз) дисоціації за рахунок прямого поглинання сонячних променів у молекули азоту вкрай мала. Дисоціація азоту можлива лише в результаті більш складних реакцій, наприклад, диссоциативной рекомбінації молекулярних іонів азоту. Інакше кажучи, спершу відбувається іонізація молекули азоту, а потім молекулярний іон рекомбінує з електроном, розпадаючись при цьому на два атоми азоту. Є ще ряд реакцій за участю іона молекули окису азоту NO в результаті яких утворюється атомарний азот. Але для здійснення першої з цих реакцій - фотоіонізації молекули азоту - необхідно випромінювання з довжиною хвилі менше 1270 А. Тому дисоціація азоту починається вище, ніж дисоціація кисню, а саме, починаючи з 300 км, причому концентрація атомів азоту починає перевищувати концентрацію молекул тільки на висоті 400 км.

Що ж обумовлює постійне зростання температури з висотою у верхній термосфері (вище 150 км). В основному - знову таки ультрафіолетове випромінювання Сонця. У верхніх шарах атмосфери відбувається іонізація атомів і молекул, утворяться шари заряджених частинок, відомі під загальною назвою іоносфера. Але сонячні промені, іонізуя атоми і молекули повітря, повідомляють їм додаткову енергію, що переходить у швидкості безладних рухів, що і виявляється у збільшенні температури до 2000 градусів на висоті близько 1000 км. Заряджені частинки шляхом зіткнень передають енергію нейтральним частинкам.

Вище 100 км починається дифузійне поділ газів, оскільки перемішування на цих висотах вже не відіграє тієї ролі, як на більш низьких рівнях. Хімічний склад атмосфери починає змінюватися з висотою. Ця область змінного складу атмосфери називається гетеросферу, тоді як область постійного складу (нижче 100 км) називається гомосфера.

Якщо до висоти 180 км головним компонентом атмосфери продовжують залишатися молекули азоту, то в інтервалі висот 180-600 км їхнє місце займають атоми кисню. Між 600 і 1500 км головним компонентом є гелій, ще вище - атомарний водень. Потрібно, однак, пам'ятати, що межі ці умовні і залежать від часу доби, а також від рівня сонячної активності.

Розглянемо тепер будова атмосфери з дещо іншої точки зору, а саме з точки зору її взаємодії з сонячними променями. Хоча про це вже не раз говорилося, ми зробимо тут як би подорож разом із сонячним променем у напрямку зверху вниз. Це дозволить привести все сказане про взаємодію випромінювання Сонця з атомами й молекулами атмосфери в струнку систему.

Сонячні промені вступають на кордон земної атмосфери як би широким фронтом - на всіх довжинах хвиль. Спочатку відбувається іонізація атомів водню (переважаючих, як ми бачили, вище 1500 км), потім атомів гелію і кисню. Але через розрідженості атмосфери на великих висотах поглинання сонячного випромінювання вище 300 км практично непомітно.

Однак нижче 300 км поглинання ультрафіолетових променів поступово зростає в результаті іонізації спочатку атомів кисню, потім атомів і молекул азоту і молекул окису азоту і, нарешті, молекул кисню. Поглинаються в основному промені з довжинами хвиль від 100 до 1020 А (енергія фотона з довжиною хвилі 1020 А відповідає потенціалу іонізації атома кисню - це найменша енергія, необхідна для відриву від атома зовнішнього електрона). Вже на висотах 120-140 км ця частина сонячного спектра поглинається повністю. Зате вона забезпечує іонізацію самого потужного шару іоносфери - шару F, який прийнято підрозділяти на два підшару: F (130-180 км) і Fg (180-1000 км). Максимум електронної концентрації (рівній на цих висотах концентрації позитивних іонів) досягається на висотах 250-300 км.

Нижче 130 км проходять м'які рентгенівські промені (30-100 А), які ионизуют шар Е іоносфери (90-130 км). Жорстке рентгенівське випромінювання доходить до висот 60 км і утворює самий нижній, хоча і володіє найменшою електронною концентрацією (103 електронов/см3) шар D іоносфери.

Треба зауважити, що ми намалювали тут лише саму загальну схему процесів. Адже, крім іонізації, безперервно, "працює" зворотний процес - рекомбінація, що призводить до знищення іонів і електронів, до возз'єднання їх в нейтральні частинки. Вивченням процесів, що відбуваються у верхніх шарах атмосфери з атомами, молекулами, іонами і електронами при їх взаємодії один з одним і з сонячним випромінюванням, займається наука аерономія.

Повернемося до сонячного випромінювання. Втративши на висоті 100 км повністю свій самий короткохвильовий ділянку (1020 А), воно починає далі випробовувати поглинання променів на великих довжинах хвиль. Молекули кисню поглинають випромінювання в континуумі Шумана-Рунге (1760 - 1220 А), енергія якого витрачається на їх дисоціацію. Нижче 80 км ця частина сонячного спектра поглинається повністю. Однак випромінювання в області смуг Шумана-Рунге (1925 - 1760 А) проходить і продовжує диссоциировать молекули кисню нижче 80 км. Число зіткнень швидко падає зі зменшенням щільності атмосфери на великих висотах. Не може озон утворюватися і нижче 10 км - там немає атомів кисню, оскільки випромінювання в області смуг Шумана - Рунге повністю поглинається вище цього рівня.

Але озон сам є потужним поглиначем ультрафіолетових променів аж до довжини хвилі 3100 A. Енергія цих променів витрачається на дисоціацію молекул озону, врівноважуючи їх освіта в ході потрійних зіткнень. Максимальна концентрація озону досягається на висотах 25-30 км. Цей рівень не співпадає з рівнем озонного максимуму температури 50-55 км. Відбувається це тому, що промені, що несуть найбільшу енергію, поглинаються вище і до рівня максимальної концентрації озону не доходять. Ті ж промені, які досягають цього рівня, мають відносно невелику енергію і не можуть нагріти молекули озону, а через них - і інших газів до досить високих температур. Тому, як не дивно, в області максимальної концентрації озону температури досить низькі.

Добре відоме значення озоносфери для захисту всього живого на Землі - рослин, тварин і людей - від згубної дії сонячних ультрафіолетових променів. Будь-які процеси, пов'язані з діяльністю людини, які здатні навести хоча б до часткового руйнування озонового шару, можуть мати фатальні наслідки для життя на Землі.

Освіта звичайних (тропосферних) хмар відбувається, як правило, на висотах від 0,5 до 6 км (шаруваті, дощові, купчасті). На великих висотах плавають високо-купчасті і високо-шаруваті хмари. Однак вище 7,5 км хмари майже цілком складаються з крижаних кристалів: це перисті хмари, висота яких може доходити до 15-17 км.

Ще вище, на рівні 25-30 км, спостерігаються так звані перламутрові хмари - явище набагато більш рідкісне, ніж сріблясті хмари.

На висотах від 120 до 70 км відбувається випаровування і плавлення входять в атмосферу метеорних тіл - спостерігаються метеори, світіння яких в основному визначається випромінюванням атомів та іонів метеорних парів. На рівнях 80-100 км спостерігається деяке відносне достаток метеорних атомів і іонів: тут вони утворюються, після чого змішуються в ході дифузії з атомами й молекулами повітря.

При польоті метеора за ним формується іонно-електронний слід, що відображає метрові радіохвилі. Весь цей комплекс явищ прийнято називати метеорними явищами.

Ще вище розташована область полярних сяйв. Зазвичай різні форми полярних сяйв розташовуються на висотах від 100 до 1000 км, хоча іноді нижні межі дуг полярних сяйв спускаються до 80 км. Як показує спектральний аналіз, основний внесок у світіння полярних сяйв вносить випромінювання атомарного кисню (особливо в зеленій лінії 5577 А), атомарного азоту, їх іонів, молекул азоту і кисню і їх іонів, а також водню, гелію, натрію. Порушення світіння всіх цих часток відбувається за рахунок їх зіткнень з швидкими зарядженими частинками, що летять від Сонця (сонячний вітер). Це - протони, електрони та іони різних елементів, а також нейтральні атоми. Але основну роль в порушенні світіння полярних сяйв грають протони і електрони. Оскільки ці частки - заряджені, їх траєкторії відхиляються магнітним полем Землі в бік геомагнітних полюсів, тому сяйва спостерігаються переважно в полярних районах.

Крім полярних сяйв, спостерігається ще спільне світіння нічного неба, викликане як порушенням за рахунок зіткнень, так і флуоресценцією газів атмосфери в результаті фотозбудження (це світіння спостерігається незабаром після заходу Сонця).

Що вважати кордоном атмосфери? Дослідження останніх років показали, що іоносфера простягається до висот у тисячі і десятки тисяч кілометрів. Тому поняття межі атмосфери вельми умовно. Часто беруть висоту цього кордону в 2000 км. Те, що вище, називають протоносферой - оболонкою, що складається з ядер атомів водню - протонів. За межами атмосфери знаходяться радіаційні пояси Землі. Систему частинок, захоплених магнітним полем нашої планети і рухаються уздовж його силових ліній, прийнято називати магнітосферою Землі.

Будова атмосфери

2. Трофічні ланцюги та трофічні мережі

Живі організми, що входять до складу біоценозу в екосистемі, неоднакові з погляду специфіки асиміляції ними речовини і енергії. На відміну від рослин і бактерій тварини не здатні до реакцій фото-і хемосинтезу, а вимушені використовувати сонячну анергії опосередковано - через органічну речовину, створене фото-і хемосинтетики. Таким чином, в біоценозі утворюється ланцюжок послідовної передачі речовини й еквівалентної йому енергії від одних організмів до інших або так звана трофічний ланцюг (від грецького "трофей" - харчуюся).

Оскільки рослини будують свій організм без посередників, їх називають самопітающіміся, або автотрофами. Так як будучи автотрофами, вони створюють первинне органічну речовину з неорганічного, вони є продуцентами. Організми, які не можуть будувати власне речовина з мінеральних компонентів, використовують органіку, створену автотрофами, вживаючи їх в їжу. Їх називають гетеротрофами, що означає "живиться іншими", а також консументами (від лат. "Консум" - споживаю). Однак далеко не всі організми для задоволення своїх фізіологічних потреб обмежуються споживанням рослинної їжі, будуючи білки свого тіла безпосередньо з білків рослин. М'ясоїдні тварини використовують тваринні білки зі специфічним набором амінокислот. Вони теж є консументами, але, на відміну від рослиноїдних, - консументами вторинними, або другого порядку. Але і на цьому трофічний ланцюг не завжди закінчується, так як вторинний консументи може служити джерелом живлення для консументи третього порядку і т.д. Але в одній трофічної ланцюга не буває консументів вище п'ятого порядку внаслідок розсіювання енергії.

У процесі харчування на всіх трофічних рівнях з'являються "відходи". Зелені рослини щорічно частково або повністю скидають листя. Значна частина організмів з тих чи інших причин постійно відмирає. У кінцевому підсумку так чи інакше створене органічна речовина має частково або повністю замінитися. Ця заміна відбувається завдяки особливому ланці трофічного ланцюга - редуцентами (від лат. "Редукції" - повернення). Ці організми - переважно бактерії, гриби, найпростіші, дрібні безхребетні - у процесі життєдіяльності розкладають органічні залишки всіх трофічних рівнів продуцентів і консументів до мінеральних речовин. Мінеральні речовини, а також діоксид вуглецю, що виділяється при диханні редуцентов, знову повертаються до продуцентів.

Різні рівні харчування в екосистемі називають трофічними рівнями. Перший трофічний рівень утворюють продуценти, другий - первинні консументи, третій - вторинні консументи і так далі. Багато тварин харчуються більш, ніж на одному трофічному рівні, поїдаючи як рослини, так і первинних консументів або як первинних консументів, так і вторинних. Таким чином, в екологічній системі компоненти біоценозу виконують різні екологічні ролі: фітоценоз автотрофів і складається з продуцентів, в біоценоз входять гетеротрофні консументи п'яти рівнів та редуценти, у складі мікробіоценозу - автотрофні хемосинтетики і гетеротрофні редуценти. Але всі вони являють собою ланки трофічних ланцюгів.

Різні трофічні ланцюги, у свою чергу, пов'язані між собою спільними ланками, утворюючи дуже складну систему, звану трофічної мережею.

Трофічний ланцюг у біогеоценозі є одночасно ланцюг енергетична, тобто послідовний впорядкований потік передачі енергії Сонця від продуцентів до всіх інших ланках. Потік енергії через екосистему можна виміряти в різних її точках, встановивши тим самим, яку кількість сонячної енергії міститься в органічних речовинах, утворених в процесі фотосинтезу; яку частину енергії, укладеної в рослинному матеріалі, може використовувати рослиноїдна тварина; яку частину цієї енергії встигає використати рослиноїдна , перш, ніж його з'їдає м'ясоїдна, і так далі, від одного трофічного рівня до іншого.

3. Антропогенна діяльність як джерело перешкод

В даний час на Землі практично не залишилося екологічних систем, не підданих в тій чи іншій мірі впливу людини. Вплив людини на екосистеми в процесі техногенезу вельми інтенсивно, оскільки своєю діяльністю він створює спрямовані перешкоди в механізмах природної зворотного зв'язку. Вони відрізняються від природних перешкод і неявляются інструментом відбору, оскільки в процесі еволюції організми до них не пристосувалися і пристосуватися, як правило, не встигають, за винятком видів, що дають десятки поколінь на рік (наприклад, травоїдні кліщі при постійному впливі отрутохімікатів здатні утворювати несприйнятливі до токсичного впливу раси за рахунок відбору особин, спадково стійких до даної речовини, інакше кажучи - мутантів).

Відхилення від норми деяких параметрів середовища в результаті антропогенного впливу часто виходять за межі, що відповідають нормам реакції організмів на ці параметри. Так, застосування гербіцидів (речовин, що знищують бур'яни) вносить перешкоди в біогеоценоз в цілому. Трава, що є і продуцентом, і средообразователем, і джерелом енергії для подальших трофічних ланок, гине під впливом гербіцидів. З її загибеллю зникають екологічні ніші комах. Все це прямо позначається на їх популяціях: порушується режим проживання, харчування, частина особин гине, а частина, що залишилася виявляється в умовах, несприятливих для розмноження, і можливість вільного і випадкового обміну генетичною інформацією (пан-мікс) стає обмеженою. Нарешті, і на рівні окремої особини відбуваються незворотні зміни: частина комах гине через отруйності гербіцидів, частина виявляється до них толерантною, а у частини зазначаються зміни в хромосомах (мутації), що змінюють спадковість. У розглянутому прикладі спостерігаються розриви в каналах зворотного зв'язку при передачі інформації від особини до популяції, а від неї до біоценозу.

Застосування отрутохімікатів створює так звані часткові перешкоди, які руйнують лише окремі ланки в окремих трофічних і енергетичних колах, не руйнуючи харчових мереж в цілому. До повної деградації всієї екологічної системи вони зазвичай не приводять. Викид в атмосферу ксенобіотиків (чужих навколишньому середовищу речовин) або перевищення природного рівня деяких компонентів атмосфери змінює співвідношення газів повітря і створює перешкоди реакцій фотосинтезу, а в деяких випадках просто вбиває листя. Підвищення вмісту в грунті індустріальних райнов марганцю, хрому, нікелю, міді, кобальту, свинцю знижує первинну продуктивність. Подібні перешкоди ведуть до руйнування екосистеми в цілому, так як знищується основний трофічний рівень - біопродуценти. У цьому випадку говорять про граничні перешкодах. Вирубка лісу або розорювання цілинного степу повністю ліквідують екосистеми і в кращому випадку призводить до виникнення на їх місці нових, а в гіршому - до ерозії грунтів.

За руйнуванням екосистем в кінцевому підсумку може послідувати і руйнування біосфери в цілому або різке зниження її продуктивності. Вирубка лісів, ерозія грунтів, заміщення ландшафтів гірничими виробками і урбанізація знижують загальну біомасу фотосінтетіков і порушують безперервність біотичного кругообігу на значних терито ріях. Перешкоди можуть діяти не тільки швидко, але й поступово, перериваючи потік інформації між окремими ланками харчових цепей.С екологічних позицій антропогенне забруднення навколишнього середовища являє собою комплекс перешкод в екосистемах. Бездіяльних на потоки енергії та інформації в харчових (енергетичних) ланцюгах. Ці перешкоди не є періодичними і часто перевищують норми реакції живих організмів, тому на відміну від природних перешкод вони ведуть не до природного відбору, а до масової загибелі організмів.

Забруднення середовища - складний багатогранний процес. Відходи виробництва виявляються зазвичай там, де їх раніше не було. Багато хто з них хімічно активні і здатні взаємодіяти з молекулами, що входять до складу тканин живого організму.

Безпосередніми об'єктами забруднення (акцепторами) є основні компоненти біотопу (місцепроживання біотичного співтовариства): атмосфера, гідросфера, літосфера. Непрямими об'єктами забруднення (жертвами) є складові біоценозу - рослини, тварини, мікроорганізми.

Джерела забруднення дуже різноманітні: серед них промислові підприємства, теплоенергетичний комплекс, транспортні та побутові відходи, відходи тваринництва, а також хімічні речовини, навмисно вносяться людиною в екосистеми для захисту від шкідників, хвороб і бур'янів.

Серед інгредієнтів забруднень - тисячі хімічних речовин, особливо метали і оксиди, токсини, аерозолі. Забруднювачем може бути будь-який фізичний агент, хімічна речовина і біологічний вид (мікроорганізми), які потрапляють у навколишнє середовище або виникають в ній у кількостях, що виходять за рамки своєї звичайної концентрації - граничних природних коливань або середнього природного фону у розглянутий час.

Розрізняють антропогенні забруднювачі, руйновані біологічними процесами та неруйнівний ними (стійкі). Перші входять в природні кругообіг речовин і тому швидко зникають або піддаються руйнуванню біологічними агентами. Другі не входять в природні кругообіги і накопичуються у харчових ланцюгах і в біотопах.

Забруднення означає не просто внесення у атмосферу, грунт і воду тих чи інших чужих їм компонентів. У будь-якому випадку впливу піддається біогеоценоз в цілому. Крім того, надлишок або недолік одних речовин у природному середовищі або просто присутність в ній інших речовин означає зміну режимів екологічних факторів або їх складів, що відхиляються від вимог екологічної ніші того чи іншого організму (або ланки у харчовому ланцюгу). При цьому порушуються процеси обміну речовин, знижується інтенсивність асиміляції продуцентів, а значить, і продуктивність біоценозу в цілому.

Отже, забруднення навколишнього середовища є внесення в екологічну систему (біогеоценоз) не властивих їй живих або неживих компонентів або структурних змін, що переривають кругообіг речовин, їх асиміляцію, потік енергії, внаслідок чого екосистема руйнується або знижує свою продуктивність.

Негативний вплив зміни якості зовнішнього середовища на метаболізм живих організмів отримало назву "екологічної пастки". Найбільш яскравими прикладами є вплив на фізіологічні процеси в організмі людини метилртуті (хвороба "Мінамата"), а також вплив деяких пестицидів.

Свого часу створення високоефективного отрутохімікату для боротьби з шкідниками рослин - діхлордіфенілтріхлоретана (ДДТ) - було відзначено Нобелівською премією, оскільки його застосування обіцяло реальну можливість зберігати врожайність агроценозів і лісові насадження. Світове виробництво ДДТ протягом майже 30 років досягало щорічно 100 тис.т. Препарати ДДТ створювали перешкоди в екосистемах для економічно шкідливих консументів і захищали врожаї. Але й сам препарат, і деякі його домішки крім токсичності для теплокровних тварин, здатні прогресивно накопичуватися в ланках харчових ланцюгів. При вмісті у воді препарату ДДТ в дозуванні 0,0014 частин на мільйон його вміст у планктоні складає вже 5,0 частин на мільйон, а в м'язах риб - 221 частина, тобто при проходженні його по трофічного ланцюга відбувається концентрування більш ніж в 10 тис. разів! Коли цей факт був встановлений, практично всі країни світу (за винятком Китаю та деяких інших країн, що розвиваються) підписали Конвенцію про заборону виробництва і застосування ДДТ.

Наслідки забруднення далеко не завжди відчуваються відразу. Стрибкоподібним проявам забруднення нерідко передують приховані. Важлива своєчасна непряма індикація забруднення в початкові моменти його впливу.

Забруднення - це не тільки викид у природне середовище шкідливих речовин. При відведенні води від систем охолодження в природні водойми відбувається зміна природного режиму температури, тобто теплове забруднення. В якості забруднення можна розглядати і відхилення від оптимальних параметрів рівнів шуму, освітленості, радіоактивності.

В якості системи перешкод слід розглядати руйнування біогеоценозів при відкритому видобутку корисних копалин, регулюванні водотоків, осушенні, ерозії грунтів. Джерелом перешкод є шахтні відвали і терикони, у яких йдуть складні фізико-хімічні процеси з виділенням шкідливих речовин в атмосферу, воду і почву.Среді забруднень виділяють механічне, хімічне, фізичне, біологічне, мікробіологічне. Механічне полягає в засміченні середовища агентами, що надають лише механічний вплив без фізико-хімічних наслідків; хімічне - у зміні природних хімічних властивостей середовища, в результаті якого підвищується среднемноголетнее коливання кількості будь-яких речовин для даного періоду часу, або проникнення в середовище речовин, нормально відсутніх в ній або в концентраціях, що перевищують норму.

Забруднення фізична поділяють на:

1) теплове (термальне), що виникає в результаті підвищення температури середовища головним чином у зв'язку з промисловими викидами нагрітого повітря, відхідних газів і води;

2) світлове - порушення природної освітленості місцевості в результаті дії штучних джерел світла, що приводить до аномалій у житті тварин і рослин, або зниження рівня природного освітлення через задимленість нижніх шарів атмосфери;

3) шумове, що утворюється в результаті збільшення інтенсивності та повторюваності шумів понад природного рівня;

4) електромагнітне, що з'являється в результаті зміни електромагнітних властивостей середовища (від ліній електропередачі, радіо і телебачення, роботи деяких промислових установок і т.п.), що приводить до глобальних і локальних геофізичних аномалій і змін у біологічних структурах;

5) радіоактивне, пов'язане з перевищенням природного рівня вмісту в середовищі радіоактивних речовин.

Біологічне і мікробіологічне забруднення виникає випадково або в результаті господарської діяльності людини.

Всі ці різні за походженням і характером впливу фактори мають один об'єднуючий їх ознаки: вони є перешкодами в екологічних системах і популяціях і ведуть до одного й того ж результату - зниження продуктивності популяції, потім екосистеми в цілому, а далі - до їх розпаду.

Розглядаючи процес забруднення в широкому сенсі, з позицій теорії перешкод, його можна класифікувати наступним чином:

- Інгредіентное забруднення як сукупність речовин, кількісно або якісно чужих природним біогеоценозах;

- Параметричне забруднення, пов'язане зі зміною якісних параметрів навколишнього середовища;

- Біоценотичне забруднення, що полягає у впливі на склад та структуру популяцій живих організмів;

- Стаціально-деструкційних забруднення, що представляє собою зміну ландшафтів та екологічних систем в процесі природокористування.

Наслідки забруднення середовища коротко можна визначити таким чином:

1. Забруднення середовища є процес небажаних втрат речовини, енергії, праці та коштів, прикладених людиною до видобутку й заготівлі сировини і матеріалів, які перетворюються в безповоротні відходи, розсіюються в біосфері.

2. Забруднення має наслідком необоротне руйнування як окремих екологічних систем, так і біосфери в цілому, включаючи вплив на фізико-хімічні параметри середовища.

3. Внаслідок забруднення губляться родючі землі, знижується продуктивність екологічних систем і біосфери в цілому.

4. Забруднення прямо або побічно веде до погіршення фізичного і морального стану людини як головної продуктивної сили суспільства.

5. Захист навколишнього середовища від забруднення - одна з ключових завдань у загальній проблемі оптимізації природокористування, збереження якості середовища для теперішнього та майбутніх поколінь людей.

Вплив людини на біосферу на всіх етапах його взаємодії з природою служило джерелом перешкод. Спочатку воно зводилося до впливу людини як біологічного виду; потім настав період сверхінтенсівной полювання без зміни екосистем, що змінився зміною екосистем через природно йдуть процеси - пасіння, посилення росту трав шляхом їх випалювання і т.п. На наступному етапі зміна екосистем інтенсифікувалося шляхом оранки й широкої вирубки лісів. Нарешті, сучасний період характеризується глобальною зміною всіх екологічних компонентів біосфери в целом.Воздействіе людини на біосферу зводиться до чотирьох основних форм:

1) зміна структури земної поверхні (розорювання степів, вирубування лісів, меліорація, створення штучних озер і морів та інші зміни режиму поверхневих вод тощо);

2) зміна складу біосфери, кругообігу і балансу становлять її речовин (вилучення копалин, створення відвалів, викид різних речовин в атмосферу та водні об'єкти, зміна влагооборота);

3) зміна енергетичного, зокрема, теплового балансу окремих районів земної кулі і всієї планети;

4) зміни, що вносяться у біоту внаслідок винищування деяких видів, створення нових порід тварин і сортів рослин, переміщення їх на нові місця проживання.

В даний час людина експлуатує більше 55% суші, використовує близько 13% річкових вод, зводить лісу в середньому до 18 млн.га на рік. У результаті забудови, гірничих робіт, опустелювання та засолення втрачається від 50 до 70 тис.км2 земель на рік, при цьому 15% всієї світової суші вже деградувало через втручання людини. При будівельних і гірничих роботах переміщається більше 4 тис.км3 породи на рік, витягується з надр Землі щорічно 100 млрд. т руди, спалюється 7 млрд. т умовного палива, виплавляється більше 800 млн.т різних металів, розсіюється на полях понад 500 млн. т мінеральних добрив і більше 4 млн. т отрутохімікатів, третина яких змивається поверхневими стоками у водойми або затримується в атмосфері. В даний час у практиці використовується до 500 тис. хімічних сполук, з них близько 40 тис. мають шкідливими для людини властивостями, а 12 тис. токсичні.

Недосконалість сучасної технології не дозволяє повністю переробляти мінеральну сировину. Більша його частина повертається в природу у вигляді відходів. Готова продукція становить лише 1 - 2% від використовуваної сировини, а все інше йде у відходи, що свідчить про нерозумного підході до природних ресурсів. Щорічно в біосферу надходить більше 30 млрд. т відходів: побутових і промислових-рідких, твердих і газоподібних, що забруднюють атмосферу, гідросферу і літосферу.