Взаємодія людини і природного середовища

Коротко кругообіг вуглецю в біосфері можна описати наступним чином Атмосфера і вода океанів представляють собою резервуари активного неорганізованому ганических фонду вуглецю, який міститься там в вигляді діоксиду в вільному (2,1 * 10 12 m ) і розчиненому (1, З * 10 14 т) вигляді. Між атмосферою і океаном постійно відбувається обмін діоксидом вуглецю. Підвищення концентрації і парціального тиску С0 2 в атмосфері і охолодження вод (Регіональне або сезонне) супроводжується відповідним збільшенням концентрації діоксиду вуглецю в воді і освітою розчинів бікарбонатів металів по реакції:
з 2 + н 2 про - н 2 з 3
Н 2 С0 3 + СаС0 3 - Са (НС0 3 ) 2
У подальшому бікарбонати можуть, випадаючи в осад, пов'язувати частина С0 2 в кар Бонат. Інша частина С0 2 при цьому знову виділяється в атмосферу. Зменшення концентрації діоксиду вуглецю в атмосфері або підвищення температури викликає дегазацію вод океану. При цьому в осад випадає еквівалентна частина вуглекислого кальцію:
Са (НС0 3 ) 2 - СаС0 3 | + Н 2 С0 3 Н 2 С0 3 - С0 2 + Н 2 0
Таким чином, утворюються осадові карбонатні породи, і вуглець йде з кругообігу в тривалий геологічний цикл. Загальне кількість накопиченого в опадах карбонатів кальцію і магнію вуглецю оцінюється величиною n * 10 6 т.
У цілому Світовий океан діє як величезний насос, поглинаючи вуглекислий газ в високих широтах, де вода має низьку температуру, і виділяючи його в тропіках, де температура води піднімається, при цьому наголошується відповідне збільшення парціального тиску СО 2 в атмосфері.
Іншим механізмом поглинання діоксиду вуглецю з атмосфери і гідросфери з відповідним виділенням вільного кисню є фотосинтез.
Процес зв'язування вуглецю в формі органічних сполук розпочався на Землі набагато пізніше геохімічного зв'язування вуглецю в вигляді карбонатів.
Вуглець зосереджений тут в органічному речовині осадових порід (Головним чином, в сланцях і глинах) - n * 10 6 т, в викопному пальному 10 13 -10 14 т, в відмерлої органічному речовині, гумусі грунтів і розчинених органічних речовинах океану - 10 13 т.
Діоксид вуглецю повертається в активний неорганічний фонд в результаті дихання рослин і тварин, життєдіяльності мікроорганізмів, забезпечують процеси розкладання і гниття, а також за рахунок окислення гумусу грунтів, торфу і лісових підстилок, лісових і степових пожеж і т. п. Деякий кількість діоксиду вуглецю, так звані ювенільні надходження, виділяється внаслідок вулканічної діяльності.
Загальновизнано, що біогеохімічний цикл вуглецю порушений в біосфері вкрай сильно. Кількість діоксиду вуглецю, створюваного в процесі господарської діяльності людини і вступника в атмосферу, досягло величини порядку.
1.2.4. КРУГООБІГУ АЗОТУ У ПРИРОДІ
Азот в життя планети відіграє настільки ж істотну роль, що і вуглець, лише трохи поступаючись останньому в біофільності. Загальна спрямованість біогеохімічного кругообігу азоту на планеті виражена в його акумуляції в молекулярної формі в атмосфері, де зосереджено близько 75% всього азоту біосфери - 5-Ю 15 т. Живе речовина і грунту протистоять цієї загальної тенденції.
Цикл азоту самий складний і добре організований в природі (Рис. 2.5). Атмосферне повітря, на 78% складається з азоту, являє собою його основний резервний фонд. Провідну роль в кругообігу азоту відіграють мікроорганізми. Азот постійно надходить в атмосферу завдяки життєдіяльності денитрифицирующих бактерій і знову включається в кругообіг в результаті діяльності азотофіксуючих бактерій, водоростей і освіти сполук азоту при електричних розрядах - блискавках і фотохімічної фіксації. При цьому азот перекладається в нітратну форму, найбільш придатну для використання зеленими рослинами для синтезу білка і освіти рослинної і далі тваринної протоплазми. Азот протоплазми в свою чергу переходить з органічної в неорганічну форму в результаті діяльності ряду бактерій - редуцентов, причому кожен вид виконує свою частина роботи. Деякий кількість цього азоту в кінцевому підсумку перекладається в нітратну форму, ніж цикл і завершується. Частина азоту з густонаселених областей суші, прісних вод і мілководних морів йде в глибоководні океанічні відкладення і, таким чином, вимикається з кругообігу, по крайньої мірою на тривалий термін, вимірюваний мільйонами років. Ця втрата компенсується надходженням азоту в повітря з вулканічними газами. Тут, до речі, проявляється відома користь і необхідність вулканічних вивержень. Якщо б технічно виявилося можливим блокувати всі вулкани на Землі, то при цьому від голоду загинуло б більше людей, ніж гине зараз від вивержень. Частково з'єднання азоту можуть повертатися з моря на сушу по трофическим ланцюгах планктон - риби - птиці, накопичуючись в вигляді покладів гуано.
Внаслідок високої розчинності солей азотної кислоти і амонію, азоту в грунтах мало і майже завжди недостатньо для харчування рослин. Загальне зміст азоту в грунтах тим вище, ніж вони багатшими запасами гумусу. Лише в особливих умовах ряду пустель азот може накопичуватися в великих кількостях в формі покладів нітратів - селітри.
Антропогенні порушення в балансі біогеохімічного кругообігу азоту на планеті і особливо на суші вельми великі і локально вже викликають негативні і навіть смертельні для людини наслідки - хвороба метгемоглобанемія. Встановлено , що разові захворювання виникають, якщо зміст нітратів в воді досягає 40 - 50 мг / л, і зустрічаються часто, якщо концентрація нітратів перевищує 95 мг / л. Межа, рекомендований Всесвітньої організацією охорони здоров'я, складає 45 мг / л. Зростання чисельності населення, зростання потреб в харчуванні, і особливо білковому, зажадали розвитку тваринництва і рослинництва, в Зокрема впровадження культур, дають цінну білкову продукцію (Пшеницю, рис, сою). Всі це стало можливим в останні десятиліття тільки при умови дуже швидкого збільшення урожаїв на основі високих норм мінеральних азотних добрив. У світі щорічно виробляється і вноситься в грунту більше 30 млн. тонн азоту в вигляді мінеральних добрив. У країнах Західної Європи середні норми внесеного з добривами азоту досягли 100-150 кг / га. Азотні добрива вже складають близько 30% загальних надходжень пов'язаного азоту в грунт і океан .
Встановлено численні факти того, що надлишкові норми добрив і особливо їх недбале внесення на поля призводять до евтрофікації середовища і важким захворювань людей і тварин. Нітратний азот НЕ сорбується грунтами, легко вимивається грунтовими водами, відновлюється в газоподібні форми і тому в великих кількостях (До 40%) втрачається для харчування рослин. Споживання азотних добрив в землеробстві і лісівництві в майбутньому буде зростати паралельно зростанню чисельності і потреб населення планети. При цьому, незважаючи на нові форми і техніку застосування азотних добрив, антропогенні надходження азоту в кругообіг речовин на суші, як показують прогнози, будуть подвоюватися кожні 10-15 років.
У даний час переважає тенденція зменшення ролі біогенної фіксації азоту в Загалом кругообігу його на планеті, що викликано знищенням лісів, заміною бобових злаками, руйнуванням гумусових горизонтів грунтів, багатих мікрофлорою, скороченням вільної поверхні під покривом міст, доріг, споруд, звалищ. Ще більше істотним чинником порушення балансу, рівня концентрацій і форм сполук азоту в атмосфері, і особливо в гідросфері і грунтах, є промислові забруднення. Виділення оксидів азоту і аміаку при спалюванні вугілля, нафти, мазуту, бензину, торфу, сланців і т. д. досягає десятків мільйонів тонн і призводить до утворення розведеної азотної кислоти і почасти амонійних солей, випадаючих з опадами на сушу і поверхню океану. Можливо, що ці надходження сполук азоту є винуватцями відомих випадків небезпечного забруднення навколишнього середовища нітратами і аміаком. Випадання підкислених атмосферних вод і поступове збільшення їх кислотності спостерігається під багатьох районах планети. Підкислення середовища посилює вивітрювання мінералів, сприяє вимивання з грунту кальцію, магнію і інших елементів харчування і в кінцевому підсумку знижує врожайність сільськогосподарських культур.
Іншим істотним чинником порушення кругообігу азоту в природі є відходи промислового тваринництва і птахівництва, а також побутові відходи і стоки великих міст. Ці відходи і стоки часто створюють локальні забруднення сполуками азоту до токсичного рівня грунту і водойм. Щорічний надлишок азоту в біосфері по наближеним підрахунками досягає десятків мільйонів тонн. Штучне посилення процесів денітрифікації є нелегкій завданням і в кінцевому підсумку стало б розкраданням цінностей, створених природою і людиною. Зростаюча потреба людства в азотних добривах неминуча і повинна бути задоволена по можливості швидше. При цьому необхідно корінне поліпшення культури і практики застосування добрив, створення менше розчинних і більше стійких форм. Дисципліна і науково-технічна ретельність внесення добрив особливо повинні бути підвищені для того, щоб виключити випадки отруєння грунтів, води, продукції надлишками нітратів і нітритів. Одночасно необхідно максимально скоротити надходження сполук азоту в біосферу з промисловими і іншими відходами.

1.2.5. КРУГООБІГУ ФОСФОРУ У ПРИРОДІ
З всіх елементів, присутніх в живих організмах, фосфор, очевидно, має найбільшу екологічне значення, так як ставлення його кількості до кількості інших елементів в організмах зазвичай набагато вище, ніж відповідне ставлення в тих джерелах, звідки організми черпають необхідні їм елементи. Недолік фосфору в більшої ступеня обмежує продуктивність в тому або іншому районі, ніж недолік будь-якого речовини, за винятком води. З'єднання фосфору входять в склад тканин мозку, скелета, панцирів. Особливо важлива роль фосфору в накопиченні внутрішньоклітинної енергії - освіта фосфатіллепідов і в синтезі нуклеїнових кислот. При нестачі фосфору порушується енергетика клітини і синтез білка. Біогеохімічний кругообіг фосфору в природі під чому відмінний від розглянутих раніше кругообігів води, вуглецю і азоту. Для останніх газоподібні форми сполук є обов'язковим і найважливішим ланкою. Газові ж форми сполук фосфору, наприклад фосфін, практично в його біогеохімічному кругообігу НЕ представлені. Кругообіг фосфору по структурі кілька простіше кругообігу азоту . У відміну від азоту резервуаром фосфору служить НЕ атмосфера, а гірські породи або інші відкладення, утворилися в минулі геологічні епохи. Породи ці поступово піддаються ерозії і вивільняють фосфати, які використовуються рослинами для синтезу протоплазми. Рослинна протоплазма служить основою для синтезу тваринної протоплазми. Фосфор протоплазми знову перекладається з органічної в неорганічну форму в результаті діяльності фосфатредуцірующіх бактерій. Багато фосфатів з річковим стоком потрапляє в морі, де частина їх відкладається в мілководних опадах, а частина втрачається в глибоководних. Морські риби і птиці відіграють важливу роль в повернення фосфору в кругообіг з моря на сушу. У минулому цей процес був значно більше інтенсивним, про ніж говорить освіта, наприклад, знаменитих покладів гуано на узбережжі Перу.
Як вже зазначалося, фосфор є основним чинником, лімітуючим зростання автотрофних організмів, як в водної середовищі, так і на суші. Таким чином, цей елемент контролює основну частина первинної продукції біосфери. Є серйозні докази того, що фосфор - головний регулятор всіх інших біогеохімічних кругообігів. Кількість нітратів в воді або кисню в атмосфері залежить від стану кругообігу фосфору. Без фосфорних добрив неможливо отримувати необхідні врожаї сільськогосподарської продукції. Відомі нині світові запаси фосфорних руд оцінюються величиною порядку 29 * 10 ⁹ т, з яких тільки 10% мають промислове значення. Світова видобуток фосфатів і виробництво фосфорних добрив відповідає 18-20 * 10 ⁶ т фосфору в рік. Таким чином, відомі нині світові промислові запаси фосфорних руд вельми обмежені і можуть виснажитися в найближчі 100 років. Тому НЕ позбавлене підстави твердження, що фосфор є найбільш слабким ланкою в життєвої ланцюга, яка забезпечує існування людини.
У даний час механізми повернення фосфору в кругообіг недостатньо ефективні. Щорічно з річковим стоком в океан надходить до 4 млн. тонн фосфатів, які, потрапляючи в глибоководні відкладення, на тривалий термін виводяться з біогеохімічного кругообігу. Процес переносу фосфору з моря на сушу за рахунок підняття відкладень і діяльності морських птахів і риб триває і в даний час, але в минулому він був значно інтенсивніше.
У останні десятки років загальна картина розподілу і міграції фосфору різко порушена людиною, що, враховуючи відносну незворотність і не замкнути загально го кругообігу фосфору на планеті, висуває його проблему на одне з перший місць. За наявними даними фосфор в водах і грунтах планети майже завжди знаходиться в дефіциті . Дефіцит фосфору постійно обмежує біологічну продукцію планети. Тому з'єднання фосфору, поряд з сполуками азоту, є найважливішими мінеральними добривами грунтів в сучасному землеробстві. У вироблених світової хімічної промисловістю добривах міститься до 20 млн. тонн фосфору в рік, але цього величезного кількості явно НЕ вистачає для необхідного підвищення врожайності в найближчі десятиліття.
Дефіцит фосфору в грунтах пояснюється його фіксацією в вигляді нерозчинних сполук. Грунти здатні поглинати і затримувати від подальшого вилуговування практично необмежену кількість фосфору. Таким чином, від 30 до 50% фосфору внесеного з добривами залишається в грунті в малодоступною формі - відбувається т. н. фосфотізація грунту. Ерозія грунтів супроводжується сильним механічним виносом фосфору і інших поживних речовин. Підраховано, що під впливом ерозії грунту в середньому втрачають в рік до 0,02 т / га фосфору, при цьому буря матеріал в 3-5 разів багатшими органічним речовиною, азотом і фосфором, ніж самі грунту. Так, через 50 років після освоєння цілинних земель Середнього Заходу США зміст в них Р ₂ 0 ₅ зменшилася на 36%.
Слід відзначити також практично необоротну акумуляцію сполук фосфору в зонах щільного населення і великих міст. Це пов'язано з споживанням великого кількості продовольства і кормів, в тому числі риби, молюсков.і водоростей, виробництвом і використанням численних виробів і препаратів, містять фосфор, концентруванням фосфору в промислових і побутових відходах і шлаках, скорочення застосування органічних добрив і гною перш всього.
Ерозія грунтів, змив добрив, органічних покидьків, скиди каналізаційних вод призводять до найсильнішому забруднення річок і озер сполуками фосфору.

ВИСНОВОК
Активність людини у перетворенні живої природи постійно зростає. Природно, що здійснення перебудови природи має протікати на строго науковій основі з урахуванням принципів і тенденцій розвитку біосфери. Така перебудова і означає управління біосферою. Конфлікт між людиною і природою може бути дозволений тільки в результаті свідомого втручання в біосферу. Якими ж можливостями в цьому плані має сучасна наука?
Перш за все не викликає сумнівів, що боротьба людини за здорове середовище має два генеральних напрями: зведення до мінімуму шкідливих наслідків тиску на природу виробничої діяльності та розробка заходів, що стимулюють нормальне функціонування біосфери. Розкрито головні закономірності розвитку біосфери. Це дає можливість усвідомлено керувати багатьма процесами.
Людина вже знає, яке величезне значення для життя має підтримання біосферою оптимального гідрологічного і газового складу середовища; він проник у таємниці такої функції біосфери, як біологічне очищення, і найважливіше - навчився оцінювати помилки. А це дозволяє оптимістично ставитися до майбутнього. У нас вже є достатньо розвинена теорія, що дозволяє впевнено працювати в природі. Як вказує С.С. Шварц, «екологія на наших очах стає теоретичною основою поведінки людини індустріального суспільства в природі». Людина стоїть на порозі оволодіння методами регулювання чисельності популяцій. Це дає можливість керувати поруч процесів, не засмічуючи біосферу шкідливими речовинами. Всі ці досягнення науки мають величезне значення. Адже людство вступає в період, коли будь-яку діяльність необхідно порівнювати з можливостями біосфери, щоб прогресивно розвиватися самому і навчитися керувати багатьма процесами, що відбуваються в ній, її еволюцією, її переходу в ноосферу.

Використаної літератури:
1. Гладкий, С.Б. Лавров "Дайте планеті шанс", 1995 р .
2. "Советский энциклопедический словарь", 1981 р .
3. Гладкий, С.Б. Лавров "Экономическая и социальная география мира", 1993 р .
4. Баландин, Л.Г. Бондарев "Природа и цивилизация" 1988 р .
5. Петров “Экологическое право России”, 1996 р .
6. С. Шнейдер “Глобальное потепление: наступает век парникового эффекта”, 1989 р .
7. Периодическая печать.