Продуктивность экосистем
По мере того, как человечество с упрямством, достойным лучшего применения, превращает лицо Земли в сплошной антропогенный ландшафт, все большее практическое значение приобретает оценка продуктивности различных экосистем. Человек научился получать энергию для своих производственных нужд самыми различными способами, но энергию для собственного питания он может получать только через фотосинтез. В пищевой цепи человека в основании почти всегда оказываются продуценты, преобразующие энергию Солнца в энергию биомассы органического вещества. Ибо это как раз та энергия, которую впоследствии могут использовать консументы и, в частности, человек. Одновременно те же самые продуценты производят необходимый для дыхания кислород и поглощают углекислый газ, причем скорость газообмена продуцентов прямо пропорциональна их биопродуктивности. Следовательно, в обобщенном виде вопрос об эффективности экосистем формулируется просто: какую энергию может запасти растительность в виде биомассы органического вещества? Сельскохозяйственные угодья, создаваемые человеком, отнюдь не самые продуктивные экосистемы.
Наивысшую удельную продуктивность дают болотистые экосистемы – влажные тропические джунгли, эстуарии, лиманы рек и обычные болота умеренных широт. На первый взгляд они производят бесполезную для человека биомассу, но именно эти экосистемы очищают воздух и стабилизируют состав атмосферы, очищают воду и служат резервуарами для рек и почвенных вод, и, наконец, являются местами размножения для огромного числа рыб и других обитателей вод, используемых в пищу человеком. Занимая 10% площади суши, они создают 40% производимой биомассы. И это без каких-либо усилий со стороны человека! Именно поэтому уничтожение и «окультуривание» этих экосистем есть не только «убийство курицы несущей золотые яйца», но и может оказаться самоубийством для человечества. Вклад пустынь и сухих степей в продуктивность биосферы ничтожен, хотя они уже занимают около четверти поверхности суши и благодаря антропогенному вмешательству имеют тенденцию к быстрому росту. В долгосрочной перспективе борьба с опустыниванием и эрозией почв, то есть превращение малопродуктивных экосистем в продуктивные, - вот разумный путь для антропогенных изменений в биосфере.
Удельная биопродуктивность открытого океана почти столь же низка, как у полупустынь, а его огромная суммарная продуктивность объясняется тем, что он занимает более 50% поверхности Земли, вдвое превосходя всю площадь суши. Попытки использовать открытый океан в качестве серьезного источника продуктов питания в ближайшее время вряд ли могут быть экономически оправданы именно в силу его низкой удельной продуктивности. Однако его роль в стабилизации условий жизни на Земле столь велика, что охрана океана от загрязнения, особенно нефтепродуктами, совершенно необходима.
Нельзя недооценивать и вклад лесов умеренного пояса и тайги в жизнеспособность биосферы. Особенно существенна их относительная устойчивость к антропогенным воздействиям по сравнению с влажными тропическими джунглями.
Тот факт, что удельная
продуктивность сельскохозяйственных угодий до сих пор в среднем намного ниже,
чем у многих природных экосистем, показывает, что возможности роста
производства продуктов питания на существующих площадях еще далеко не
исчерпаны. Пример – заливные рисовые плантации, в сущности - антропогенные
болотные экосистемы, с их огромными урожаями, получаемые при современной
агротехнике.
Разрушение экосистем
Естественные экологические факторы – все составные (элементы) естественной среды, которые влияют на существование и развитие организмов и на какие живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления наступает смерть). К естественным факторам относятся: геомагнитное поле Земли; космические излучения; природные лучевые нагрузки; стихийные явления.
Геомагнитное поле Земли – фактор окружающей среды, под воздействием которого протекала многовековая эволюция всего живого на нашей планете. Геомагнитное поле относится к естественным слабым по интенсивности электромагнитным полям. Если бы отсутствовало магнитное поле, условия жизни на Земле, вероятно, были бы другими. Магнитное поле является как бы тормозом, препятствующим проникновению в земную атмосферу солнечной плазмы, обладающей радиоактивными свойствами. Такое же захватывающее действие оказывает геомагнитное поле и на космические лучи (поток заряженных частиц со сверхвысокими скоростями), непрерывно выбрасываемыми Солнцем и образующими корпускулярный поток – солнечный ветер. Благодаря этому, биосфера защищена геомагнитным полем от радиоактивного излучения, посылаемого на Землю Солнцем и другими небесными телами.
Вспышки на Солнце порождают более мощные корпускулярные потоки, возмущающие магнитное поле Земли. В результате быстро и сильно меняются характеристики магнитного поля. Это явление называется магнитной бурей.
Геомагнитное поле – все проникающий и все охватывающий физический фактор, поэтому оно неизбежно оказывает влияние на биосферу. Оно воздействует на все живое, в том числе и на человека. Так, в периоды магнитных бурь увеличивается количество сердечно-сосудистых заболеваний, инфарктов, ухудшается состояние больных, страдающих гипертонией.
С изменением интенсивности геомагнитного поля связывают годовой прирост деревьев, урожай зерновых культур, увеличение психических заболеваний и дорожных катастроф.
К числу экологических уроков, которые имеют наиболее длинную историю и, пожалуй, принесли биосфере и человеку максимально ощутимый ущерб, следует отнести разрушение экосистем, их опустынивание. Под последним понимается разрушение экосистем до такой степени, что они теряют способность саморегулирования и самовосстановления. Растительность при этом, как правило, уничтожается, почвы теряют свое основное качество – плодородие.
Опустынивание стало сопровождать человека со времени его перехода к ведению примитивного хозяйства. Три основных процесса способствовали этому: эрозия почв, вынос химических элементов с урожаем, вторичное засоление почв при поливном земледелии.
В ряде случаев эти процессы накладывались на неблагоприятное изменение климата, его аридизацию (засушливость). При таких стечениях обстоятельств процессы опустынивания резко интенсифицировались. Интегральный результат различных видов опустынивания к настоящему времени выражается в потере 1,5 – 3 млрд. га плодородных земель за историю человечества.
В ряде случаев, особенно если разрушение земель не сопровождалось аридизацией климата, опустынивание могло идти по типу повторяющихся циклов: экосистема – ее разрушение (катоценоз) – первичная сукцессия. Последняя могла достигать завершающей стадии (климакса) или вновь прерываться опустыниванием.
Рассмотрим такие явления на примере экосистем, свойственных легким (песчаным и супесчаным) почвам. Они более ранимы, чем другие, и подвергаются разрушению и превращаются в пустынные ландшафты.
В этом плане крайне интересны результаты изучения песчаных пространств и ландшафтов известным песковедом профессором А. Г. Гаелем.
Исследования свидетельствуют, что обширные песчаные пространства, расположенные в долинах рек степной зоны, неоднократно подвергались разрушению с переработкой (эрозией) почв ветром и полным или частичным опустыниванием.
Такие явления разрушения и формирования экосистем могли повторяться не раз, что находило отражение в рельефе, ландшафтах и особенно в строении почвенного покрова. Профессор А. Г. Гаель для песков юга и юго-востока России и СНГ выделяет несколько фаз ветровой эрозии (дефляции) песчаных почв и свойственных им экосистем. Первая фаза дефляции песчаных пространств, по Гаелю, имела место после выхода их из-под воды. Она не была связана с деятельностью человека. Такие пески интенсивно перерабатывались ветром, так как не были еще скреплены растительностью. До настоящего времени немного сохранялось ландшафтов, сформировавшихся на таких отложениях. Для них характерны спокойные формы рельефа (пологобугристые, холмистые) с мощными почвами (или их останками) и богатой песчано-степной растительностью. По понижениям, где грунтовые воды залегают неглубоко от поверхности, распространены экосистемы, в которых доминируют древесные и кустарниковык вижды. Такую фазу дефляции песков, которая предшествовала появлению на них растительного покрова, А. Г. Гаель называет афитогенной (безрастительной, дорастительной).
Последующие фазы дефляций были связаны с разрушением экосистем. Наиболее часто причиной разрушений был перевыпас скота. Такие фазы дефляции названы пастушескими, или пасторальными.
В более поздние времена причинами дефляций часто выступало воздействие техники, вспашка целинных почв. Последние явления приобрели большие масштабы в 60-е годы ХХ века при осуществлении программы освоения целинных и залежных земель. Практически все распаханные легкие почвы (песчаные, супесчаные) – около 5 млн.га были превращены в подвижные субстраты с сопутствующими им пыльными бурями.
Потребовались большие усилия для того, чтобы остановить этот процесс лесоразведением, травосеянием, химическими покрытиями и т.п. Возвращение таких земель в интенсивное использование (пастбищный фонд) потребует очень длительного времени.
Опустынивание по описанному выше типу происходит и в настоящее время. Разрушаются ценнейшие черные земли Калмыкии. Географ А. А. Григорьев отмечает, что при норме выпаса на этих землях не более 750 тыс.голов овец, здесь постоянно выпасалось 1млн.650 тыс.голов. Кроме этого, здесь обитали свыше 200 тыс. сайгаков. Пастбища оказались перегруженными в2,5-3 раза. В результате из 3 млн. га пастбищ 650 тыс. га превращены в подвижные пески, а на остальных площадях крайне обеднен растительный покров и начались эрозийные процессы. В целом, по определению Григорьева, Калмыцкая степь превращается в бесплодную пустыню, что можно рассматривать как высшую степень опустынивания.
Катастрофические масштабы приобрело опустынивание на северной окраине Сахары, которая носит название Сахеля (переходная полоса между пустыней и саванной). Здесь опустынивание также обусловлено высокими нагрузками на экосистемы, усугубившимися длительными засухами 60-70 годов прошлого столетия. Есть сведения, что опустыниванию способствовала успешная борьба с мухой цеце. Это позволило резко увеличить поголовье скота, за чем последовал перевыпась, оскудение пастбищ и разрушение экосистем. Стали интенсивно пересыхать колодцы, приходить в движение пески. Скорость их наступления на прилежащие земли и селения достигает 10 км/год. Под угрозой погребения песками оказалась столица Мавритании – г. Нуакшот.
Конечный результат такого явления – массовая гибель скота, голод, высокая смертность населения. Опустынивание, таким образом, превратилось в крупную эколого-социальную катастрофу.
Большие масштабы опустынивание земель имеет и в других засушливых районах. Так, по данным космических съемок процессами опустынивания в той или иной степени затронуто около 53% территории Африки и 34% территории Азии. В странах СНГ опустыниванием охвачены обширные территории Казахстана и Средней Азии, особенно в Приаралье, включая районы прокладки Каракумского канала, долины рек Сырдарьи и Амударьи.
В целом в мире ежегодно около 20 млн. га земель превращаются в пустыню.
Миопатия, или расслоение мышечной ткани у осетровых.
В 1987-1989 гг. у половозрелых осетров наблюдалось массовое явление миопатии, заключающееся в расслоении больших участков мышечных волокон, вплоть до их полного лизиса. Заболевание, получившее сложное научное название - «кумулятивный политоксикоз с многосистемным поражением», носило кратковременный и массовый характер (по оценкам, до 90% рыб в «речной» период их жизни; хотя природа этого заболевания не выяснена, предполагается связь с загрязнением водной среды (включая залповые сбросы ртути на Волге, нефтяное загрязнение и др.). Само название «кумулятивный политоксикоз...», на наш взгляд, является паллиативом, предназначенным скрыть истинные причины проблемы, как и указания на «хроническое загрязнение моря». Во всяком случае, по наблюдениям в Туркменистане, по информации иранских и азербайджанских коллег, миопатия практически не проявлялась у южно-каспийской популяции осетров. В целом по Южному Каспию признаки миопатии фиксировались редко, включая «хронически загрязненное» западное побережье. Вновь изобретенное название болезни пользуется успехом у исследователей Каспия: оно применялось позже ко всем случаям массовой гибели животных (тюленя весной 2000 г., кильки - весной и летом 2001г.).
Ряд специалистов приводят убедительные сведения о корреляции доли червя нереиса в питании с интенсивностью заболевания у различных видов осетровых. При этом подчеркивается, что нереис накапливает токсические вещества. Так, севрюга, потребляющая больше всего нереиса, в наибольшей степени подвержена миопатии, а в наименьшей степени этому подвержена белуга, которая питается, в основном, рыбой. Таким образом, есть все основания предполагать, что проблема миопатии прямо связана с проблемой загрязнения речного стока и косвенно - с проблемой чужеродных видов.
Например:
1. Гибель кильки весной и летом 2001 г.
Количество кильки, погибшей в течение весны-лета 2001 г., оценивается в 250 тыс. т, или 40%. С учетом данных о завышении оценок ихтиомассы килек в предыдущие годы, трудно верить в объективность этих цифр. Очевидно, что на Каспии погибло не 40%, а почти вся килька (не менее 80% популяции). Сейчас очевидно, что причиной массовой гибели кильки было не заболевание, а банальный недостаток питания. Тем не менее в официальных заключениях фигурирует «пониженный иммунитет в результате «кумулятивного политоксикоза».
2. Чума плотоядных у каспийского тюленя.
Как сообщали средства массовой информации, с апреля 2000 г. на Северном Каспии наблюдалась массовая гибель тюленей. Характерные признаки погибших и ослабленных животных - красные глаза, забитый нос. Первой гипотезой о причинах гибели было отравление, что отчасти подтвердилось нахождением повышенных концентраций тяжелых металлов и стойких органических загрязнителей в тканях погибших животных. Однако эти содержания не были критическими, в связи с чем была выдвинута гипотеза «кумулятивного политоксикоза». Проведенные «по горячим следам» микробиологические анализы давали неясную и неоднозначную картину.
Чумы плотоядных (собачьей чумки).Лишь спустя несколько месяцев удалось провести вирусологический анализ и определить непосредственную причину гибели - морбиллевирус
Согласно официальному заключению КаспНИРХа толчком к развитию заболевании могли послужить хронический «кумулятивный политоксикоз» и крайне неблагоприятные зимние условия. Чрезвычайно мягкая зима со среднемесячной температурой в феврале, на 7-9 градусов превышающей норму, отразилась на льдообразовании. Слабый ледовый покров просуществовал ограниченное время только в восточном секторе Северного Каспия. Линька животных происходила не на ледовых залежках, а в условиях большей скученности нa шалыгах восточного мелководья, периодическое затопление которых под влиянием нагонов усугубляло состояние линяющих тюленей.
3. Гибель тюленей
Схожая эпизоотия (хотя и в меньших масштабах) с выбросом на берег 6000 тюленей имела место в 1997 г. на Апшероне. Тогда одной из вероятных причин гибели тюленя также называлась чума плотоядных. Особенностью трагедии 2000 г. было ее проявление по всему морю (в частности, гибель тюленей на туркменском побережье началась за 2-3 недели до событий в Северном Каспии). Целесообразно рассматривать высокую степень истощения значительной части погибших животных как самостоятельный факт, отдельно от поставленного диагноза.
Большая часть популяции тюленя нагуливает жир в теплое время, а в холодный период мигрирует к северу, где на льду происходит размножение и линька. В этот период тюлень идет в воду крайне неохотно. По сезонам наблюдается резкая изменчивость пищевой активности. Так, в период размножения и линьки более половины желудков исследованных животных оказываются пустыми, что объясняется не только физиологическим состоянием организма, но и бедностью подледной кормовой базы (основные объекты - бычки и крабики).
Во время нагула компенсируется до 50% общего веса тела, потерянного за зиму. Годовая потребность популяции тюленя в пище - 350-380 тыс. т, из которых 89,4% потребляется в летний, нагульный период (май-октябрь). Основным кормом летом служит килька (80% рациона).
Исходя из этих цифр, тюленем съедалось 280-300 тыс. т кильки в год. Судя по снижению уловов кильки, недостаток питания в 1999 г. можно оценить величиной примерно в 100 тыс. т., или 35%. Едва ли это количество может быть компенсировано за счет других кормовых объектов.
Можно считать весьма вероятным, что эпизоотия среди тюленей весной 2000 г. была спровоцирована недостатком питания (кильки), что, в свою очередь, было следствием перевылова и, возможно, вселения гребневика мнемиопсиса. В связи с продолжающимся сокращением запасов кильки следует ожидать повторения массовой гибели тюленя в ближайшие годы.
При этом в первую очередь популяция будет терять весь приплод (не нагулявшие жир животные либо не вступят в размножение, либо сразу же потеряют детенышей). Возможно, будет гибнуть и значительная часть способных к размножению самок (беременность и лактация - истощение организма и т.д.). Структура популяции изменится коренным образом.
Следует с осторожностью относиться к обилию «аналитических данных» во всех вышеперечисленных случаях. Почти полностью отсутствовали какие-либо данные о половом и возрастном составе погибших животных, методике оценки общего количества, практически отсутствовали или не были обработаны данные проб, взятых с этих животных. Вместо этого приводятся химические анализы по большому спектру компонентов (включая тяжелые металлы и органические вещества), обычно без сведений о методах отбора проб, аналитических работ, стандартах и т.д. Как следствие, «заключения» пестрят многочисленными несуразностями. Например, в заключении Всероссийского научно-исследовательского института контроля, стандартизации и сертификации ветеринарных препаратов (растиражированном «Гринписом» во множестве СМИ) присутствует «372 мг/кг полихлорбифенилов». Если заменить миллиграммы на микрограммы, то это довольно высокое содержание, характерное, например, для женского грудного молока у людей, питающихся рыбной пищей. Кроме того, совершенно не была принята во внимание доступная информация об эпизоотиях морбиллевируса у родственных видов нерп (Байкал, Белое море и т.д.); состояние популяций кильки как основного объекта питания также не было проанализировано.
3. Проникновение чужеродных организмов
Угроза проникновения чужеродных видов до недавнего прошлого не считалась серьезной. Наоборот, Каспийское море использовалось в качестве полигона для вселения новых видов, предназначенных для увеличения рыбопродуктивности бассейна. Надо заметить, что эти работы в основном велись на основе научных прогнозов; в ряде случаев производилось одновременное вселение рыбы и кормового объекта (например, кефаль и червь нереис). Обоснования вселения того или иного вида были достаточно примитивными и не учитывали отдаленных последствий (например, появление пищевых тупиков, конкуренция за пищу с более ценными аборигенными видами, накопление токсических веществ и т.п.). Уловы рыбы с каждым годом уменьшались, в структуре уловов ценные виды (сельди, судак, сазан) сменялись менее ценными (мелкий частик, килька). Из всех вселенцев только кефали дали небольшую прибавку (порядка 700 т, в лучшие годы - до 2000 т) рыбной продукции, что никак не может компенсировать нанесенный вселением ущерб.
События приняли драматический характер, когда на Каспии началось массовое размножение гребневика мнемиопсиса (Mnemiopsis leidyi). По сведениям КаспНИРХа официально мнемиопсис на Каспии был впервые зафиксирован осенью 1999 г. Однако первые непроверенные данные относятся уже к середине 80-х гг., в середине 90-х появились первые предупреждения о возможности его появления и потенциальном ущербе, основанные на черноморско-азовском опыте.
Судя по отрывочным сведениям, численность гребневика в том или ином районе подвержена резким изменениям. Так, туркменские специалисты наблюдали большие скопления мнемиопсиса в районе Авазы в июне 2000 г., в августе того же года он в этом районе зафиксирован не был, а в августе 2001 г. концентрация мнемиопсиса составляла от 62 до 550 орг/м3.
Парадоксально, что официальная наука в лице КаспНИРХа до самого последнего момента отрицала влияние мнемиопсиса на рыбные запасы. В начале 2001 г. в качестве причины 3-4-кратного падения уловов кильки выдвигался тезис об «уходе косяков на другие глубины», и только весной того же года, после массовой гибели кильки было признано, что мнемиопсис сыграл роль в этом явлении.
Гребневик впервые появился в Азовском море лет десять назад, и в течение 1985-1990 гг. буквально опустошил Азовское и Черное моря. Его, по всей вероятности, завезли вместе с балластными водами на судах от берегов Северной Америки; дальнейшее проникновение в Каспий не составило большого труда. Питается в основном зоопланктоном, потребляя ежесуточно пищи примерно 40% от собственного веса, уничтожая таким образом пищевую базу каспийских рыб. Быстрое размножение и отсутствие естественных врагов ставят его вне конкуренции с другими потребителями планктона. Поедая также планктонные формы бентосных организмов, гребневик представляет угрозу и для наиболее ценных рыб-бентофагов (осетровые). Воздействие на хозяйственно ценные виды рыб проявляется не только косвенно, через уменьшение кормовой базы, но и в прямом их уничтожении. Под основным прессом оказываются кильки, солоноватоводные сельдевые и кефали, чья икра и личинки развиваются в толще воды. Икра морского судака, атерины и бычков на грунте и растениях, возможно, избежит прямого выедания хищником, но при переходе к личиночному развитию они также станут уязвимы. К факторам, ограничивающим распространение гребневика на Каспии, относятся соленость (ниже 2 г/л) и температура воды (ниже +40С).
Если ситуация на Каспии будет развиваться так же, как в Азовском и Черном морях, то полная потеря рыбохозяйственного значения моря произойдет между 2012-2015 гг.; общий ущерб составит около 6 млрд. долларов в год. Есть основания считать, что в силу большой дифференцированности условий Каспия, значительных изменений солености, температуры вод и содержания питательных элементов по сезонам и акватории, воздействие мнемиопсиса будет не столь опустошительным, как в Черном море.
Спасением экономического значения моря возможно станет срочное вселение его естественного врага, хотя эта мера не в состоянии восстановить разрушенные экосистемы. Пока рассматривается только один претендент на эту роль - гребневик берое. Между тем имеются большие сомнения относительно эффективности берое в условиях Каспия, т.к. он более чувствителен к температуре и солености воды, чем мнемиопсис.
4. Перелов и браконьерство
Среди специалистов рыбохозяйственной отрасли широко распространено мнение, что в результате экономических неурядиц в прикаспийских государствах в 90-е годы запасы практически всех видов экономически ценных рыб (кроме осетровых) недоиспользовались. В то же время анализ возрастной структуры вылавливаемой рыбы показывает, что даже в это время имел место существенный перелов (по крайней мере, анчоусовидной кильки). Так, в уловах кильки 1974 г. более 70% составляли рыбы возрастом 4-8 лет. В 1997 г. доля этой возрастной группы снизилась до 2%, а основную массу составляли рыбы возрастом 2-3 года. Квоты на вылов продолжали расти вплоть до конца 2001 г. Общий допустимый улов (ОДУ) на 1997 г. был определен в 210-230 тыс. т, освоено - 178,2 тыс. т, разница была отнесена на счет «экономических трудностей». В 2000 г. ОДУ был определен в 272 тыс. т, освоено - 144,2 тыс. т. В последние 2 месяца 2000 г. уловы кильки упали в 4-5 раз, однако даже это не повлекло переоценки численности рыбы, и в 2001 г. ОДУ был повышен до 300 тыс. т. И даже после массовой гибели кильки КаспНИРХом прогноз улова на 2002 г. был снижен незначительно (в частности, российская квота была снижена с 150 до 107 тыс. т). Этот прогноз абсолютно нереалистичен и отражает только стремление продолжать эксплуатацию ресурса даже в явно катастрофической ситуации.
Это заставляет с осторожностью относиться к научным обоснованиям квот, выданным КаспНИРХом за прошедшие годы по всем видам рыб. Это говорит о необходимости передачи определения лимитов эксплуатации биоресурсов в руки природоохранных организаций.
В наибольшей степени просчеты отраслевой науки сказались на состоянии осетровых. Кризис был очевиден еще в 80-е гг. С 1983 по 1992 г. уловы каспийских осетровых снизились в 2,6 раза (с 23,5 до 8,9 тыс. т), а за следующие восемь лет - еще в 10 раз (до 0,9 тыс. т в 1999 г.).
Для популяций этой группы рыб налицо большое количество угнетающих факторов, среди которых наиболее существенными считаются три: изъятие природных нерестилищ, миопатия и браконьерство. Беспристрастный анализ показывает, что ни один из этих факторов не был до последнего времени критическим.
Последний фактор сокращения осетровых популяций требует особенно тщательного анализа. Оценки браконьерского вылова стремительно выросли на наших глазах: от 30-50% от официального вылова в 1997 г. до 4-5 крат (1998 г.) и 10-11-14-15 раз в течение 2000-2002 гг. В 2001 г. объем незаконной добычи КаспНИРХом был оценен в 12-14 тыс. т осетровых и 1,2 тыс. т икры; эти же цифры фигурируют в оценках СИТЕС, в заявлениях Госкомрыболовства РФ. Учитывая высокую цену на черную икру (от 800 до 5000 долларов за кг в странах Запада), через СМИ широко распространялись слухи об «икорной мафии», контролирующей якобы не только рыболовство, но и правоохранительные органы в прикаспийских регионах. Действительно, если объемы теневых операций составляют сотни миллионов - несколько миллиардов долларов, эти цифры сопоставимы с бюджетом таких стран, как Казахстан, Туркменистан и Азербайджан.
Трудно представить, что финансовые ведомства и силовые структуры этих стран, а также Российской Федерации не замечают таких потоков средств и товаров. Между тем статистика выявляемых правонарушений выглядит на несколько порядков скромнее. Например, по РФ ежегодно изымается порядка 300 т рыбы и 12 т икры. За все время после распада СССР были зафиксированы лишь единичные попытки незаконного вывоза черной икры за рубеж.
Кроме того, едва ли возможно незаметно переработать 12-14 тыс. т осетровых и 1,2 тыс. т икры. Для переработки таких же объемов в СССР в 80-е годы существовала целая индустрия, армия хозяйственников была задействована на поставках соли, посуды, упаковочных материалов и т.п.
Вопрос о морском лове осетров. Существует предубеждение, что именно запрет морского лова осетров в 1962 г. позволил восстановить популяции всех видов. На самом деле здесь смешивается два принципиально разных запрета. Реальную роль в сохранении осетровых сыграл запрет сейнерного и дрифтерного лова сельдей и частиковых, при котором происходило массовое уничтожение молоди осетров. Собственно запрет морского промысла едва ли сыграл значительную роль. С биологической точки зрения этот запрет никакого смысла не имеет, зато имеет большой коммерческий смысл. Вылов идущей на нерест рыбы технически прост и позволяет получать больше икры, чем где бы то ни было (10%). Запрет морского лова позволяет сосредоточить производство в устьях Волги и Урала и облегчает контроль над ним, включая манипулирование квотами.
Анализируя хронику борьбы с браконьерством на Каспии, можно выделить две важных даты. В январе 1993 г. было принято решение подключить к этой проблеме погранвойска, ОМОН и другие силовые структуры, что, однако, незначительно сказалось на объемах изымаемой рыбы. В 1994 г., когда действия этих структур были скоординированы на работу в дельте Волги (операция «Путина»), количество изымаемой рыбы возросло почти втрое.
Морской лов сложен, никогда не давал более 20% улова осетровых. В частности, у берегов Дагестана, который сейчас считается едва ли не главным поставщиком браконьерской продукции, в период разрешенного морского лова добывалось не более 10%. Вылов осетровых в устьях рек во много раз эффективнее, особенно при низкой популяции. К тому же в реках выбивается «элита» осетрового стада, тогда как в морях скапливается рыба с нарушенным хомингом.
Примечательно, что Иран, ведущий в основном морской промысел осетров, за последние годы не только не снизил, но и постепенно увеличивает вылов, став основным поставщиком икры на мировой рынок, несмотря на то, что южно-каспийское стадо должно быть истреблено браконьерами Туркменистана и Азербайджана. Для сохранения молоди осетровых Иран пошел даже на сокращение традиционного для этой страны лова кутума.
Очевидно, что морской лов не является определяющим фактором сокращения популяций осетровых. Основной ущерб рыбе наносится там, где сосредоточен ее основной вылов - в устьях Волги и Урала.
5. Зарегулирование речного стока. Изменение естественных биогеохимических циклов
Массированное гидростроительство на Волге (а затем на Куре и других реках) начиная с 30-х гг. XX века лишило осетровых Каспия большей части их естественных нерестилищ (для белуги - 100%). Для компенсации этого ущерба строились и строятся рыбоводные заводы. Количество выпускаемых (иногда только на бумаге) мальков служит одним из главных оснований для определения квот вылова ценной рыбы. Между тем ущерб от потерь продукции моря распределяется на все прикаспийские страны, а выгоды от гидроэнергетики и ирригации - только странам, на территории которых произошло регулирование стока. Такое положение не стимулирует прикаспийские страны к восстановлению естественных нерестилищ, к сохранению других естественных местообитаний - мест нагула, зимовки осетровых и т.п.
Рыбопропускные сооружения на плотинах страдают множеством технических недостатков, система подсчета идущей на нерест рыбы также далека от совершенства. Однако при самых лучших системах, скатывающая по реке молодь, не будет возвращаться в море, а будет образовывать искусственные популяции в загрязненных и бедных кормами водохранилищах. Именно плотины, а не загрязнение вод наряду с переловом послужили главной причиной сокращения осетрового стада. Примечательно, что после разрушения Каргалинского гидроузла осетр был замечен на нересте в свехзагрязненном верхнем течении Терека. Между тем строительство плотин повлекло за собой еще большие проблемы. Северный Каспий некогда был богатейшей частью моря. Сюда Волга приносила минеральный фосфор (около 80% от общего поступления), давая основную часть первичной биологической (фотосинтетической) продукции. Как следствие, 70% запасов осетровых формировалось в этой части моря. Теперь большая часть фосфатов потребляется в волжских водохранилищах, а в море фосфор попадает уже в виде живой и отмершей органики. В результате этого биологический цикл коренным образом изменился: укорачивание трофических цепочек, преобладание деструкционной части цикла и т.д. Зоны максимальной биопродуктивности сейчас - в зонах апвеллинга (это процесс, при котором глубинные воды океана поднимаются к поверхности) вдоль Дагестанского побережья и на свалах глубин Южного Каспия. В эти районы сместились и основные места нагула ценной рыбы. Образовавшиеся «окна» в пищевых цепочках, разбалансированные экосистемы создают благоприятные условия для проникновения чужеродных видов (гребневик мнемиопсис и т.п.).
В Туркменистане деградация нерестилищ трансграничной реки Атрек обусловлена комплексом причин, включая снижение водности, зарегулирование стока на территории Исламской Республики Иран, заиливание русла. Нерест полупроходных рыб зависит от водности реки Атрек, что приводит к напряженному состоянию промысловых запасов атрекского стада каспийской воблы и сазана. Влияние зарегулирования Атрека на деградацию нерестилищ не обязательно выражается в недостатке объемов воды. Атрек - одна из самых мутных рек мира, поэтому в результате сезонного изъятия воды происходит быстрое заиливание русла. Урал остается единственной незарегулированной из крупных рек Каспийского бассейна. Однако состояние нерестилищ на этой реке также весьма неблагополучное. Главной проблемой на сегодняшний день является заиливание русла. Когда-то почвы в долине Урала были защищены лесами; позднее эти леса были вырублены, а пойма распахана почти до уреза воды. После того, как «в целях сохранения осетровых» на Урале было прекращено судоходство, прекратились работы по чистке фарватера, что сделало недоступными большую часть нерестилищ на этой реке.
6. Эвтрофикация
Эвтрофикация - это насыщение водоемов биогенными элементами, сопровождающиеся ростом биологической продуктивности водных бассейнов. Эвтрофикация может быть результатом как естественного старения водоема, так и антропогенных воздействий. Основные химические элементы, способствующие эвтрофикации - фосфор и азот. В некоторых случаях используется термин «гипертрофизация».
Высокий уровень загрязнения моря и впадающих в него рек уже давно вызывали опасения формирования бескислородных зон в Каспии, особенно для районов южнее Туркменского залива, хотя эта проблема не числилась в наиболее приоритетных. Однако последние надежные данные по этому вопросу относятся к началу 80-х гг. Между тем, существенное нарушение баланса синтеза и распада органического вещества в результате внедрения гребневика мнемиопсиса может привести к серьезным и даже катастрофическим изменениям. Поскольку мнемиопсис не несет угрозы фотосинтетической деятельности одноклеточных водорослей, но влияет на деструктивную часть цикла (зоопланктон - рыбы - бентос), отмирающее органическое вещество будет накапливаться, вызывая сероводородное заражение придонных слоев воды. Отравление оставшегося бентоса приведет к прогрессирующему разрастанию анаэробных участков. Можно уверенно прогнозировать формирование обширных бескислородных зон везде, где есть условия для длительной стратификации вод, особенно в местах смешения пресной и соленой воды, массовой продукции одноклеточных водорослей. Эти места совпадают с участками поступления фосфора - на свалах глубин Среднего и Южного Каспия (зоны апвеллинга) и на границе Северного и Среднего Каспия. Для Северного Каспия также отмечены участки с пониженным содержанием кислорода; проблема усугубляется наличием ледового покрова в зимние месяцы. Эта проблема еще более усугубит положение коммерчески ценных видов рыб (заморы; препятствия на путях миграции и др.).
Кроме того, трудно спрогнозировать, как в новых условиях будет эволюционировать таксономический состав фитопланктона. В ряде случаев при высоком поступлении питательных веществ не исключено формирование «красных приливов», примером чего могут служить процессы в бухте Соймонова (Туркменистан).
7. Опишите процесс, обеспечивающий постоянство газового состава воды
В воздухе всегда содержится водяной пар, как в газообразном, так и в жидком (вода) или твердом (лед) состоянии, в зависимости от температуры. Основным источником поступления пара в атмосферу является океан. Пар поступает в атмосферу также от растительного покрова Земли.
У поверхности моря воздух постоянно смешивается с водой: воздух поглощает влагу, которая уносится морскими ветрами, атмосферные газы проникают в воду и растворяются в ней. Морские ветры, доставляя все новые потоки воздуха к поверхности воды, облегчают проникновение атмосферного воздуха в воду океана.
Растворимость газов в воде зависит от трех факторов: температуры воды, парционального давления газов, входящих в состав атмосферного воздуха, и их химического состава. В холодной воде газы растворяются лучше, чем в теплой. С повышением температуры воды с поверхности моря выделяются растворенные газы в холодных областях, а в тропиках частично возвращают их в атмосферу. Конвективное перемешивание воды обеспечивает проникновение растворенных в воде газов по всей толще воды, вплоть до океанского дна.
Три газа, составляющих основную часть атмосферы, - азот, кислород и углекислый газ, в больших количествах присутствуют и в океанских водах.Главным источником насыщения океанских вод газами является атмосферный воздух.
8. Объясните понятие «обмен веществ и энергии»
Выделение энергии происходит в результате окисления сложных органических веществ, входящих в состав клеток, тканей и органов человека до образования более простых соединений. Расход этих питательных веществ организмом называется диссимиляцией. Образующиеся в процессе окисления простые вещества (вода, углекислый газ, аммиак, мочевина) выводятся из организма с мочой, калом, выдыхаемым воздухом, через кожу. Процесс диссимиляции находится в прямой зависимости от расхода энергии на физический труд и теплообмен.
Восстановление и создание сложных органических веществ клеток, тканей, органов человека происходит за счет простых веществ переваренной пищи. Процесс накопления этих питательных веществ и энергии в организме называется ассимиляцией. Процесс ассимиляции, следовательно, зависит от состава пищи, обеспечивающей организм всеми питательными веществами.
Процессы диссимиляции и ассимиляции протекают одновременно, в тесном взаимодействии и имеют общее название -- процесс обмена веществ. Он складывается из обмена белков, жиров, углеводов, минеральных веществ, витаминов и водного обмена.
Обмен веществ находится в прямой зависимости от расхода энергии (на труд, теплообмен и работу внутренних органов) и состава пищи.
Обмен веществ в организме человека регулируется центральной нервной системой непосредственно и через гормоны, вырабатываемые железами внутренней секреции. Так на белковый обмен влияет гормон щитовидной железы (тироксин), на углеводный -- гормон поджелудочной железы (инсулин), на жировой обмен -- гормоны щитовидной железы, гипофиза, надпочечников.
Суточный расход энергии человека. Для обеспечения человека пищей, соответствующей его энергетическим затратам и пластическим процессам, необходимо определить суточный расход энергии.
За единицу измерения энергии человека принято считать килокалорию. В течение суток человек тратит энергию на работу внутренних органов (сердца, пищеварительного аппарата, легких, печени, почек и т.д.), теплообмен и выполнение общественно полезной деятельности (работа, учеба, домашний труд, прогулки, отдых). Энергия, затрачиваемая на работу внутренних органов и теплообмен, называется основным обменом. При температуре воздуха 20° С, полном покое, натощак основной обмен составляет 1 ккал в 1ч на 1 кг массы тела человека. Следовательно, основной обмен зависит от массы тела, а также от пола и возраста человека.
9. Перечислите типы экологических пирамид
Экологическая пирамида - графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней (травоядных, хищников; видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме.
Схематически изображать эти соотношения предложил американский зоолог Чарльз Элтон в 1927 году.
При схематическом изображении каждый уровень показывают в виде прямоугольника, длина или площадь которого соответствует численным значениям звена пищевой цепи (пирамида Элтона), их массе или энергии. Расположенные в определенной последовательности прямоугольники создают различные по форме пирамиды.
Основанием пирамиды служит первый трофический уровень - уровень продуцентов, последующие этажи пирамиды образованы следующими уровнями пищевой цепи - консументами различных порядков. Высота всех блоков в пирамиде одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне.
Экологические пирамиды различают в зависимости от показателей, на основании которых строится пирамида. При этом для всех пирамид установлено основное правило, согласно которому в любой экосистеме больше растений, чем животных, травоядных, чем плотоядных, насекомых, чем птиц.
На основе правила экологической пирамиды можно определить или рассчитать количественные соотношения разных видов растений и животных в естественных и искусственно создаваемых экологических системах. Например, 1 кг массы морского зверя (тюленя, дельфина) нужно 10 кг съеденной рыбы, а этим 10 кг нужно уже 100 кг их корма - водных беспозвоночных, которым в свою очередь для образования такой массы необходимо съедать 1000 кг водорослей и бактерий. В данном случае экологическая пирамида будет устойчива.
Однако, как известно, из каждого правила бывают исключения, которые будут рассмотрены в каждом типе экологических пирамид.
Типы экологических пирамид
1. Пирамида чисел.
Рис. 1
Пирамиды чисел - на каждом уровне откладывается численность отдельных организмов
Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис.1).
Например, чтобы прокормить одного волка, необходимо по крайней мере несколько зайцев, на которых он мог бы охотиться; чтобы прокормить этих зайцев, нужно довольно большое количество разнообразных растений. В данном случае пирамида будет иметь вид треугольника с широким основанием суживающимся кверху.
Однако подобная форма пирамиды чисел характерна не для всех экосистем. Иногда они могут быть обращенными, или перевернутыми. Это касается пищевых цепей леса, когда продуцентами служат деревья, а первичными консументами - насекомые. В этом случае уровень первичных консументов численно богаче уровня продуцентов (на одном дереве кормится большое количество насекомых), поэтому пирамиды чисел наименее информативны и наименее показательны, т.е. численность организмов одного трофического уровня в значительной степени зависит от их размеров.
2. Пирамиды биомасс
Рис. 2
Пирамиды биомасс - характеризует общую сухую или сырую массу организмов на данном трофическом уровне, например, в единицах массы на единицу площади - г/м2, кг/га, т/км2 или на объем - г/м3 (рис.2)
Обычно в наземных биоценозах общая масса продуцентов больше, чем каждого последующего звена. В свою очередь, общая масса консументов первого порядка больше, нежели консументов второго порядка и т.д.
В данном случае (если организмы не слишком различаются по размерам) пирамида также будет иметь вид треугольника с широким основанием суживающимся кверху. Однако и из этого правила имеются существенные исключения. Например, в морях биомасса растительноядного зоопланктона существенно (иногда в 2-3 раза) больше биомассы фитопланктона, представленного преимущественно одноклеточными водорослями. Это объясняется тем, что водоросли очень быстро выедаются зоопланктоном, но от полного выедания их предохраняет очень высокая скорость деления их клеток.
В целом для наземных биогеоценозов, где продуценты крупные и живут сравнительно долго, характерны относительно устойчивые пирамиды с широким основанием. В водных же экосистемах, где продуценты невелики по размеру и имеют короткие жизненные циклы, пирамида биомасс может быть обращенной, или перевернутой (острием направлена вниз). Так, в озерах и морях масса растений превышает массу потребителей только в период цветения (весной), а в остальное время года может создаться обратное положение.
Пирамиды чисел и биомасс отражают статику системы, т. е. характеризуют количество или биомассу организмов в определенный промежуток времени. Они не дают полной информации о трофической структуре экосистемы, хотя позволяют решать ряд практических задач, особенно связанных с сохранением устойчивости экосистем.
Пирамида чисел позволяет, например, рассчитывать допустимую величину улова рыбы или отстрела животных в охотничий период без последствий для нормального их воспроизведения.
К числу экологических уронов, которые имеют самую длинную историю и принесли биосфере максимально ущерб, относят разрушение экосистем , их опустынивание , т. е. потеря способности к саморегулированию и самовосстановлению. Растительность в этом случае уничтожается, а почвы теряют свое главное качество – плодородие.
Опустынивание сопровождало человека с момента его перехода к ведению примитивного хозяйства. Этому содействовало 3 процесса: эрозия почв, изъятие из почвы химических элементов с урожаем, вторичное засоление почв при поливном земледелии.
Зачастую эти процессы накладывались на неблагоприятное изменение климата, его засушливость. Обширные песчаные пространства, расположенные в долинах рек степной зоны, неоднократно подвергались эрозии почв ветром и полным или частичным опустыниванием.
Такие явления разрушения и формирования экосистем могли повторяться не раз, что находило отражение в рельефе, ландшафтах, строении почвенного покрова.
Наиболее часто причиной разрушений был перевыпас скота и затем ветровая эрозия. В более поздние времена – воздействие техники, вспашка целинных почв. В 1960-е г. при освоении целинных и залежных земель почти все распаханные легкие почвы – около 5 млн га – были превращены в подвижные субстраты. Потребовались огромные усилия для того, чтобы остановить этот процесс лесоразведением, травосеянием и т. п. Возвращение таких земель к интенсивному использованию (пастбищам) потребует длительного времени.
Опустынивание происходит и в настоящее время. В частности, разрушаются ценнейшие черноземы Калмыкии. При норме выпаса не более 750 тыс. голов овец здесь все время выпасалось 1 млн 650 тыс. голов. Кроме того, здесь обитало более 200 тыс. сайгаков. Пастбища оказались перегруженными в 3 раза. В результате из 3 млн га пастбищ 650 тыс. га превратились в подвижные пески. Катастрофические масштабы приобретает опустынивание северной окраины Сахары, Сахеля (переходной полосы между пустыней и саванной). Ее опустынивание также обусловлено большими нагрузками на экосистемы, усилившимися длительными засухами 1960 – 1970-х г г. Также опустыниванию способствовала успешная борьба с мухой цеце. Это позволило резко увеличить поголовье скота, последовали перевыпас, оскудение пастбищ, как следствие – разрушение экосистем.
Опустыниванием в той или иной степени затронуто около 53% территории Африки и 34% территории Азии. В целом в мире каждый год около 20 млн га земель превращается в пустыни.
52. Экологические уроки. Каспийское и Аральское моря
Каспийское море – замкнутый внутренний, редкий по богатству рыбой водоем. В прошлом он давал около 90 % от всего мирового улова осетровых Сейчас осетровые находятся под угрозой исчезновения. Причина этого – браконьерский лов рыбы, загрязнение воды, нарушение мест нереста из-за строительства плотин на реках. Море находится сегодня в кризисном состоянии, лишается свойств саморегулирования и самоочищения.
Для Каспия закономерны были периодические колебания уровней воды. С 1820 по 1930 гг. уровень моря оставался сравнительно стабильным. Но в 1930-е гг. началось интенсивное падение уровня воды в море. К 1945 г. он понизился на 1,75 м, а к 1977 г. – на 3 м ниже отметки начала века. Площадь поверхности моря уменьшилась. Ожидали, что к 2000 г. уровень воды в море понизится еще на 3 – 5 м, а водоем потеряет рыбохозяйственное значение, разрушится как экосистема и нужны будут большие экономические вложения в связи с переносом портов, селений и т. п.
Было решено принять меры для приостановления или замедления падения уровня моря. Но еще до завершения строительства уровень воды в Каспии стал быстро уменьшаться. Было ясно, что основной причиной колебания уровня моря явились не антропогенные, а природные факторы. Главный вывод из этого экологического урока в том, что принятию любых масштабных решений по воздействию на природную среду должен предшествовать полный анализ явлений. Благие намерения не достигли цели, а усугубили отрицательные явления разрушения залива Кара-Богаз-Гол как экосистемы.
Аральское море являлось внутренним водоемом со слабосолеными водами. По величине занимало второе место после Каспия. Падение уровня воды в море значительно увеличилось с 1960-х гг., когда воду стали изымать для полива. Кроме этого, значительное ее количество отводилось в Каракумский канал. К середине 1980-х г г. уровень моря снизился на 8 м, в 1990-х г г. – на 14-15 м. Объем воды в море уменьшился более чем на 50 %.
Так, из-за понижения уровня воды море как экосистема перестало существовать. Оно распалось на два водоема, соленость воды в нем возросла в 3 раза. За этим последовала гибель наиболее продуктивных экосистем, обеднение видового состава флоры и фауны. Серьезные экологические издержки в Приаралье связаны со строительством и эксплуатацией Каракумского канала. Таков результат нерационального и нехозяйского использования ценнейших водных ресурсов. В районе Аральского моря и Приаралья создалась обстановка зоны экологического бедствия.
Выброс большого количества загрязнителей и изменения, происходящие при этом в окружающей среде, неизбежно ведут к нарушению нормальных биологически циклов и разрушению природных экосистем. Загрязнение отрицательно воздействуют на почву, леса, водоемы, растительный и животный мир.
Деградация почв .
Почва представляет собой верхний, наиболее плодородный слой земной коры. Именно в почве находится запас большинства питательных элементов, необходимых растениям. Причинами постепенной деградации почв являются интенсивное земледелие (ежегодное обеднение почв в результате сбора урожая), кислые осадки, засоление почв в процессе орошения, загрязняющие вещества. Все это уменьшает количество плодородных почв. На заре земледелия их было около 4,5 млрд. Га, сейчас − около 2,5 млрд. Га. Расширяют свои границы пустыни. Так, Сахара ежегодно продвигается на 1,5−10 м. Имеются сведения, что до появления человека пустынь на Земле не было. Они представляют собой результат нерациональной хозяйственной деятельности древних цивилизаций.
Эвтрофикация (зарастание) водоемов .
Процесс постепенного превращения водоемов с чистой водой в болота встречается и в природе (гетеротрофная сукцессия). Но без участия человека он занимает очень большой промежуток времени (многие сотни и тысячи лет). В результате антропогенного воздействия эвтрофикация ускоряется во много раз, и в настоящее время может происходить за несколько десятков лет. Причиной этого является поступление в водоемы большого количества биогенных элементов вместе с бытовыми и промышленными сточными водами, содержащими, кроме того, синтетические моющие средства. Это приводит к увеличению продуктивности мелких водных организмов и повышению их биомассы («цветение воды»). Эти мелкие организмы вырабатывают большое количество токсичного вещества. В результате этого ухудшается качество воды, она становится непригодной для многих водных организмов и для хозяйственного использования.
Деградация лесов .
Леса являются важным источником кислорода, они регулируют климат планеты, поглощают ряд загрязняющих веществ и способствуют очищению атмосферы. В настоящий период в мире происходит интенсивное уничтожение лесов без их соответствующего восполнения. Леса истребляются при вырубке, пожарах, в результате воздействия загрязнителей (особенно кислых осадков). На месте вырубок начинается интенсивная эрозия почв, образуются болота. Вместе с лесами гибнет растительный и животный мир планеты.
Разрушение морских экосистем .
Причиной деградации водных экосистем является загрязнение Мирового океана, особенно нефтепродуктами, тяжелыми металлами, детергентами (моющими средствами), радиоактивными отходами, а также воздействие ультрафиолетового излучения вследствие разрушения озонового слоя. За последнее столетие продуктивность Мирового океана сократилась на 10 %. Морские экосистемы способны самоочищаться, избавляясь от вредных веществ. Но эта способность имеет свой предел, который в ближайшем будущем будет значительно превышен. Это означает гибель многих морских организмов и значительное ухудшение качества воды.
Мировой океан считается «легкими планеты», именно в нем происходит наиболее интенсивный фотосинтез. Загрязнение океана может привести к уничтожению жизни на Земле.
Естественные экосистемы - это системы сообществ организмов, тесно связанных между собой. Сами сообщества могут занимать очень небольшие участки (десятки квадратных метров), но их наборы - экосистемы - охватывают большие участки территории. Все естественные экосистемы Земли образуют глобальную экосистему - .
Связи между видами внутри сообщества формировались на протяжении всей эволюции. Каждому виду отведены своя ниша, свой участок «работы» и поток пищи (энергии). Сообщество представляет собой организм, однако в экосистеме составляющие виды сообщества могут находиться в конкурирующих отношениях за выживание. Участок, занимаемый каждым отдельным деревом в лесной экосистеме, - это целое сообщество организмов, а размеры сообщества определяются проекцией кроны дерева на поверхность земли. В него входят подлесок с кустами и травой и все почвенные организмы. Растительная часть - это «кухня», где для всех остальных организмов с помощью фотосинтеза готовится еда. Все, что растения приготовят за год, называют валовой, или полной биологической продукцией. Часть ее затрачивается на себя - для роста и дыхания, а все оставшееся - чистая первичная биологическая продукция - достается почвенным микроорганизмам, грибам и насекомым. Чистая первичная биологическая продукция - это то, что дерево в течение года сбрасывает с себя - листья (или иголки), сухие ветки, плоды, что выработано деревом из углекислого газа атмосферы и воды и съедается в основном почвенными организмами. В результате вновь образуются углекислый газ и вода, которые возвращаются в окружающую среду. В атмосфере количество углекислого газа невелико, и его возврат поддерживает содержание газа на постоянном уровне. В каждом сообществе растениями потребляется газа и воды столько, сколько возвращается обратно в окружающую среду. Так осуществляют круговорот все экосистемы и глобальная экосистема - биосфера.
Жизнь - это непрерывный круговорот веществ-биогенов, а потому их концентрация в окружающей среде должна быть стабильна. Когда в окружающей среде изменяется концентрация биогенов, то каждое сообщество размыкает круговорот веществ, чтобы восстановить равновесие. Таким образом, биота (совокупность всех естественных организмов) контролирует, регулирует и стабилизирует окружающую среду. Можно сказать, что окружающая среда сформирована в большей степени биотой, чем геофизическими силами.
Геологам давно известно, что отчасти земная кора создана в основном биотой или при ее активном участии. Это подтверждается тем, что в верхних слоях земной коры присутствует распыленное органическое вещество. Считается, что знаменитые железорудные месторождения Курской магнитной аномалии возникли в результате деятельности бактерий в древнем океане. Они переводили растворимые соединения железа, поступающие в океан из недр земли, в нерастворимые формы, которые осаждались, в результате чего образовывались огромные залежи . Толщи известняков, фосфоритов и других горных пород, не говоря уже об угле и нефти, - все это результат деятельности биоты. Признано, что современная кислородная тоже создана биотой. В сохраняется постоянное соотношение между важнейшими биогенами - углеродом, азотом, фосфором и кислородом, равное отношению этих веществ при создании органики. Это соотношение свидетельствует о том, что концентрация биогенов в океане сформирована и поддерживается биотой. В некоторых районах Мирового океана есть сероводородные зоны, в частности в . В таких зонах тонкая донная пленка так называемых сульфаторедуцирующих бактерий (толщиной всего 5 см) поддерживает концентрацию сероводорода в слое воды более километра и ограничивает жизнь других морских организмов верхним слоем воды толщиной в несколько сотен метров.
Хорошо всем известное выветривание (распад) горных пород, в котором, как считалось раньше, главную роль играют изменения температуры, таяние и замерзание воды, на самом деле происходит в основном благодаря деятельности микроорганизмов. Это вполне согласуется со словами академика В. И. , что «мы не имеем на Земле более могучего дробителя материи, чем живое существо».
Чтобы вспахать поле, построить дом, провести дорогу, канал или линию электропередачи, приходится разрушать или полностью уничтожать часть какой-нибудь естественной экосистемы. Человек считал и продолжает считать, что такая деятельность естественна, поскольку силы природы кажутся ему неисчерпаемыми. Должно было пройти очень много времени, прежде чем человек смог осознать, что такая деятельность ведет к экологической катастрофе. Только в XX в., когда появились первые искусственные спутники Земли и орбитальные станции, изучающие ресурсы Земли, человек, наконец, воочию смог увидеть содеянное им. Спутниковые данные в конце XX в. позволили установить размеры разрушенных человеком естественных экосистем. Ярким примером преобразовательной деятельности человека могут служить заглубленные ландшафты, вырубленные леса, расширяющиеся пустыни.
Полученные данные позволили построить карту территорий с нарушенными естественными экосистемами. Оказалось, что если не принимать в расчет участки суши, покрытые льдом ( , и др.), и оголенные скалы, то 63% поверхности суши Земли представляют собой разрушенные естественные экосистемы, причем 2/3 из них были уничтожены в XX в. В первую очередь разрушению подверглись лесные экосистемы. Особенно быстрыми темпами идет уничтожение тропических лесов, в частности такого крупнейшего массива, как леса в бассейне . И хотя во многих странах существует законодательство о защите лесов, но в действительности из 10 га вырубленного леса в мире восстанавливается только 1 га.
Территории на суше с полностью или частично разрушенными естественными экосистемами можно наблюдать повсюду, но есть несколько крупных районов, где они разрушены на огромных пространствах. Это, прежде всего, очаги древнего земледелия. Практически вся , за исключением северной части России, представляет собой сплошной массив разрушенных экосистем. Хотя 30% территории Европы сейчас покрыты лесами, но на самом деле это или насаженные человеком леса для промышленной добычи древесины, или вторичные леса, в которых еще не восстановились функции регулирования и стабилизации окружающей среды. Хорошо всем известные в средней полосе России березовые леса служат примером такого вторичного леса. Они свидетельствуют о том, что на этом месте когда-то были вырублены девственные леса и сейчас идет процесс их самовосстановления. В некоторых европейских странах кое-где чудом сохранились девственные леса ( , Прибалтика, Белоруссия, Исландия), но они представляют собой небольшие участки, в сумме составляющие не более 4% площади Европы., южной части и северной части . В этом обширном районе сохранилось только 5% территории с ненарушенными экосистемами.
Таким образом, в Северном полушарии возникли три обширных региона, в которых в результате интенсивной хозяйственной деятельности человека полностью изменен механизм естественной регуляции и стабилизации окружающей среды.
Когда разрушают естественные экосистемы, происходит выделение не только углерода в виде углекислого газа, но и других биогенов - азота и фосфора. Азот выделяется в виде газов и растворимых веществ, а фосфор - в виде растворимых веществ и остатков организмов. В результате в воды суши и океана устремился поток биогенов, которые вместе с промышленными сбросами азота и фосфора давно превысили их естественный поток. Окружающая среда потеряла устойчивость, а биота уже не в состоянии ее обеспечивать.
