Название: Основы биогеохимии - Добровольский В.В.

Жанр: Химия

Рейтинг:

Просмотров: 1656

16.1. Деформация природных

биогеохимических циклов хозяйственной

деятельностью человеческого общества

На протяжении последних тысячелетий естественное развитие биогеохимических циклов массообмена испытывает растущее воздействие хозяйственной деятельности человеческого общества.

Появление первых этносов и цивилизаций сопровождалось началом изменений в структуре и динамике живого вещества в ареале распространения каждой цивилизации. Кочевые цивилизации оказывали сравнительно медленное воздействие на природные системы массообмена, но охватывали большие территории. Земледельческие цивилизации, наоборот, полностью изменяли природную систему массообмена, но на ограниченной площади (долины Нила, великих рек Восточной и Юго-Восточной Азии, междуречье Тигра и Евфрата). Если к результатам хозяйственной деятельности людей добавить так называемые непредвиденные последствия этой деятельности — эрозию почв, опустынивание, лесные пожары и др., то очевидно, что человеческое общество с момента его появления стало важным фактором изменения биосферы.

Вначале деятельность людей затрагивала живое вещество суши и биокосную систему почвы. Вырубая и сжигая леса, распахивая степи, заменяя природную растительность сельскохозяйственными культурами, люди вносили определенные изменения в биогеохимическую структуру экосистем суши. Глубокие преобразования в хозяйственной деятельности наметились в XIX в., когда начала бурно развиваться индустрия. Всферу промышленного производства стали вовлекаться в значительном количестве массы химических элементов, извлекаемые из земных недр. В настоящее время во всем мире ежегодно добывается более 100×109т минеральных ископаемых, включая строительные материалы, балласт для дорог и др. Если это количество отнести ко всей Мировой суше, то окажется, что с 1 км2 суши ежегодно извлекается около 700 т. Воздействие общественного производства распространяется не только на наружную часть земной коры, но также на природные воды ц атмосферу. На производственные и бытовые нужды расходуется примерно 4×103 км3 воды в год, т.е. 10% объема речного стока. Из атмосферы извлекается молекулярный азот и переводится в реакционноспособные формы.

Одновременно в окружающую среду выбрасываются промышленными предприятиями сотни миллионов тонн газов и пыли, в поверхностные воды поступают десятки миллионов тонн бытовых, промышленных и сельскохозяйственных стоков.

Приведенные примеры показывают, что человеческое общество в процессе производственной деятельности выступает как мощный геохимический фактор, изменяющий и перераспределяющий миграцию огромных масс химических элементов. Производственная деятельность человечества оказывает важное влияние как на глобальные биогеохимические циклы, так и на биогеохимические процессы, совершающиеся на небольших территориях.

Начиная с середины XX в. для обеспечения индустриального производства некоторые химические элементы использовались в таком количестве, которое сопоставимо с массами, мигрирующими в глобальных биогеохимических циклах. Главная черта современной индустриальной технологии — низкая экономичность, обусловленная огромным количеством отходов. Обильные отходы не утилизируются в смежных производствах, а выбрасываются в окружающую среду. Массы загрязняющих отходов столь велики, что поражают воображение.

Проблемы загрязнения окружающей среды, остро обозначившиеся во второй половине XX в., волнуют широкие круги мировой общественности. По этому поводу высказано множество суждений — научно обоснованных, фантастических и явно спекулятивных. С позиций биогеохимии любые варианты решения рассматриваемой проблемы должны базироваться на изучении влияния техногенных масс на биогеохимические циклы массообмена разных рангов, благодаря которым существует система биосферы. Если техногенное воздействие нарушает функционирование глобальных циклов массообмена, изменяет направленность отдельных потоков миграции элементов, то несомненно возникает опасность для планетарного механизма, обеспечивающего существование биосферы. Если этого не происходит, то необходимо установить, для каких звеньев глобальных циклов и конкретных эко-геосистем такая опасность существует.

Глобальные биогеохимические проблемы. В зависимости от особенностей циклов массообмена загрязняющий компонент может распространяться на всю биосферу, на значительную территорию или иметь локальный характер. Одной из проблем, имеющих глобальное значение, является предполагаемое возрастание углекислого газа в атмосфере в связи с промышленным производством.

Основания для беспокойства имеются. С изобретением паровой машины в качестве топлива стал широко использоваться каменный уголь, с появлением двигателей внутреннего сгорания — нефть и ее производные. Сжигание угля быстро возрастало. В начале XIX в. угля добывали около 30×106 т/год, в 1900 г. — 700×106, в 1913 г. — 1340×106, в 1951 — 1918×106, а к 1970 г. добыча угля превысила 3000×106 т/год. Эксплуатация нефти началась в 1856 г. В 1900 г. во всем мире добывали менее 30 млн т нефти, а в настоящее время из недр извлекается более 2×109 т. К этому добавилась разработка залежей природного газа, которая также развивалась очень быстро. В 1937 г. было добыто 74×09 м3 газа, а через 30 лет добыча возросла в 10 раз. Таким образом, использование природных соединений углерода происходит в столь значительном количестве, что это можно сравнить с крупным природным процессом. Все виды минерального топлива, сгорая, превращаются в углекислый газ. Возникает вопрос: какова его дальнейшая судьба?

По данным SKOPE (1979), концентрация СО2 в атмосфере до 1850 г. была около 290×10-4 % объема, через 100 лет — 313×10-4 %, в 1978 г. — 330×10-4 %. Предполагается, что в атмосферу путем сжигания минерального топлива до 1980 г. было выделено углерода в составе СО2 около 140×109 т. Наблюдения за концентрацией СО2 показали, что его масса в атмосфере за последние годы возрастает на 2,2×109 т/год. Суммарное поступление в атмосферу углерода в составе углекислого газа из индустриальных источников в настоящее время оценивается в 5×109 т/год. Это количество примерно в 15 раз меньше, чем ассимиляция углерода при фотосинтезе растительности Мировой суши.