Примерное время на чтение статьи: 67 минуты

БИОСФЕРА.

БИОСФЕРА-ЖИВАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ.

Биосфера (от др.-греч. «биос» — жизнь и «сфайра» — сфера, шар) — оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; можно сказать, что биосфера — это глобальная экосистема Земли. Биосфера — открытая система, в нее поступает из космоса энергия солнечного света, за счет которой существует большинство экосистем Земли.

История термина «биосфера»

Ж. Б. Ламарк  в 1802 году назвал биосферой совокупность всех живых организмов Земли.

Э. Зюсс  в 1875 году ввел термин «биосфера» — тонкая пленка земной поверхности, населенная жизнью.

В. И. Вернадский в 1919 создал учение о биосфере, в нем:

«Биосфера — «область жизни», включающая живые организмы и среду их обитания; особая оболочка Земли, в пределах которой проявляется геологическая деятельность живого населения планеты».

Ноосфера (по Вернадскому) — сфера человеческого разума.

Границы биосферы

• Верхняя граница в атмосфере: 15 — 20 км.
  Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.
• Нижняя граница в литосфере: 3,5 — 7,5 км.
  Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
• Нижняя граница в гидросфере: 10 — 11 км (Марианская впадина). Определяется дном Мирового океана, включая донные отложения.

Ту часть биосферы, в которой в настоящее время постоянно встречаются живые организмы, называют эубиосферой, ее границы несколько уже. Таким образом, биосфера включает в себя часть атмосферы, гидросферы и литосферы.

Сферу взаимодействия человека с природой называют ноосферой. Термин был введен французским философом Эдуардом Леруа, давшего определение ноосфере как оболочке, которая могла сформироваться только в присутствии человека и как результат человеческого сознания.

РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О БИОСФЕРЕ В ТРУДАХ В.И. Вернадского.

Учение Вернадского о биосфере — это концепция российского и советского учёного Владимира Ивановича Вернадского о взаимодействии и тесной связи живой и неживой природы. Учение построено с учётом эволюционных взглядов Ч. Дарвина, периодического закона Д.И. Менделеева, теории единства пространства и времени Альберта Эйнштейна и других значимых научных трудов. Вернадский стал первым учёным, который создал целостное учение о биосфере.

Термин биосфера  был введён австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году, однако целостное учение создал российский и советский учёный В.И. Вернадский. В 1926 году Вернадский опубликовал монографию «Биосфера». В ней он рассматривал биосферу как особую геологическую оболочку Земли, трансформируемую живыми организмами и смог дать понятию определение. 

​Биосфера — это наружная оболочка планеты, которая включает в себя все живые организмы и среду их обитания. В ее состав входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы и вся гидросфера.

Биосфера включает в себя всю поверхность земли, а также часть ее недр, в которых расположены породы, возникшие в результате деятельности живых организмов. Ученый впервые описал биосферу как динамичную систему, в которой живая и неживая природа Земли взаимодействуют, составляя единый целостный механизм.

Вернадский считал, что изучение человеческой природы и особенностей ее взаимодействия с окружающими миром необходимо начинать с самых основ. То есть с начала появления на Земле растений, зверей, людей и других организмов. Для этого в своих работах он изучал компоненты биосферы, ее грани-цы, особенности развития и эволюционные процессы. Высший уровень развития биосферы Вернадский называл ноосферой, когда разумная деятельность человека является определяющим фактором развития жизни.

Таким образом, ученый сформировал учение, которое позволило применить новый подход к проблемам сохранения и развития жизни, а также к изучению самой планеты.

Вернадский определяет биосферу как «лик земли» — наружную часть или поверхность, которая служит границей между землей и космосом. Биосфера поглощает космические излучения, исходящие от всех небесных тел, среди которых только солнечные лучи определяют основные признаки ее механизма. Солнечная энергия превращается в биосфере в земные силы, частью которых являются и живые организмы.

По Вернадскому биосфера состоит из:

• живого вещества;
• косного (неживого) вещества;
• неживого биогенного вещества;
• биокосного вещества.

Живое вещество в учении академика играет ведущую роль, представляя собой совокупность всех живых организмов, населяющих пространство планеты. Вернадский полагал, что химичес-кая энергия биосферы в своей активной форме возникает у энергии Солнца совокупностью живым организмов — живым веществом земли. Из этого следует, что с прекращением жизни прекратятся и химические изменения на поверхности Земли, то есть в биосфере. Количество живого вещества он называл биомассой, величина которой за все время почти не изменилась. Это означает, что все живые вещества, когда-либо проживавшие на Земле, не отличались друг от друга. При этом для сохранения жизни они нуждаются в воде, минеральных веществах, оптимальной температуре и др.

Косное вещество представляет собой совокупность таких веществ в биосфере, которые образуются в результате процессов, не связанных с участием живых организмов. К косным веществам относятся глубинные породы, выбрасываемые вулканами, магматические происхождения, осадочные породы и т.д.

Биогенными веществами Вернадский называл органические образования, возникшие в ходе деятельности живых существ современной и прошлых геологических эпох. Они представляют собой остатки умерших организмов и продуктов жизнедеятельности. К примеру, уголь, торф, газы атмосферы, мел, почвенный гумус и т.д.

Биокосное вещество возникает из взаимодействия живых организмов с косными неживыми веществами. К таким образованиям можно отнести почву, воду обитаемых водоемов, глинистые минералы и т.д.

Границы биосферы, согласно учению Вернадского, заканчиваются там, где останавливается распространение живых организмов, так как условия жизни за границами биосферы неблагопри-ятны для жизни. Биосфера является единственной областью земной коры, где есть жизнь. Взаимодействие «лика земли» с живыми организмами устроено так, что после смерти они отдают ей свои атомы и непрерывно берут атомы у нее. При этом в пределах биосферы не существует полностью безжизненных участков, так как даже в самых непригодных условиях можно найти бактерии и другие микроорганизмы.

Исследование Вернадского разрушило все прошлые представления о биосфере и составе земной коры, которых придерживались ученые прошлых поколений. Опираясь на свои наблюдения и факты, выявленные индуктивным методом, он составил эмпирическое обобщение, в основу которого легли следующие положение о биосфере:

1. Постоянное существование жизни подразумевает, что на протяжении всех геологических периодов не было эпохи, лишенной жизни. Из этого следует, что современные живые вещества генетически связаны с живыми организмами предшествующих периодов. При этом условия окружающей среды тоже не подверглись особенным изменениям.
2. Неизменность среднего химического состава живого вещества и земной коры, при которой не менялось и количество живых организмов.
3. Энергия, выделяемая организмами, представляет собой лучистую энергию Солнца. Через организмы она контролирует химические проявления земной коры.

Глубоко изучив природу биосферы, Вернадский выделил признаки, которые характеризуют ее наиболее полно.

1. Непрекращающийся круговорот веществ и энергии. Все атомы в биосфере находятся в постоянном и непрерывном движении. Они образуют миллионы разнообразных соединений, и этот процесс продолжается бесконечно не протяжении всего геологического времени. Непрерывность круговорота объясняется тем, что живые вещества являются самой могущественной химической силой, которая поддерживает существование биосферы. Они производят необходимые элементы — автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы участвуют в преобразовании солнечной энергии в химические соединения, а гетеротрофы потребляют получившуюся энергию и приводят к расщеплению органических веществ до минеральных соединений. Этот процесс имеет цикличный характер и является главным условием существования живых организмов в атмосфере, почве и гидросфере.
2. Способность к самовоспроизведению. Это свойство подразумевает беспрерывное движение организмов путем размножения, которое ученый считал самым важным признаком механизма биосферы.Процесс, в ходе которого производится огромная геохимическая работа, представляет собой форму проникновения энергии солнечного луча и ее распределения по поверхности планеты. Эту способность к размножению Вернадский назвал «растеканием жизни». Размножаясь, организмы захватывают всю поверхность земли, и если какая-то часть остается безжизненной в короткий срок, вскоре ее населяют живые организмы. Этот признак биосферы ученый назвал «всеюдностью жизни». При этом он выделял участок с наиболее высокой концентрацией жизни — «слой живого вещества» или «пленка жизни». Эта область населена около 500 видами растений и животных и почти 1 млн видов бактерий.
3. Тесная связь живых организмов с неживыми веществами. Живые организмы и окружающая среда составляют единую целостную систему, части которой находятся в тесном взаимодействии. Живое вещество приспосабливается ко всем изменениям условий среды, меняя свою форму или функции, но не состав. При этом неживое вещество претерпевает множество изменений. К примеру, гранит, образованный под воздействием высоких температур и давления, после попадания на поверхность земли начнет адаптироваться к новым условиям. Но также во влажном климате он изменит свои свойства и станет другим веществом в химическом и физическом отношении.
4. Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество распространяется по всей земной поверхности в результате работы, которую производит жизнь. Этот процесс заключается в переносе химических элементов и создании из них новых тел. При этом мелкие организмы размножаются намного быстрее крупных. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
5. Жизнь полностью определяется полем устойчивости зеленой растительности. Только зеленая часть живого вещества — растительность, содержащая хлорофилл — использует световой солнечный луч для создания химической энергии путем фотосинтеза. С этой зеленой частью неразрывно связан весь живой мир.

ОБЛАСТИ БИОСФЕРЫ И ЕЁ СОСТАВ.

К областям биосферы относятся:

• Арктические и Антарктические пустыни. Отличаются суровым климатом, неразвитыми почвами, однообразием живых организмов. Арктика, Антарктика.
• Тундра. Отличается холодным климатом, наличием вечной мерзлоты, преобладанием мхов, лишайников, травянистых растений. Располагается южнее арктических пустынь. Северные части Евразии и Северной Америки.
• Пустыни. Обширная зона тропического пояса. Характеризуются изобилием галечных, песчаных, каменистых и солончаковых поверхностей; малым числом животных. Пакистан, Сахара, Аравийская пустыня и т. д.
• Субэкваториальные влажные леса. Одни из самых богатых по видовому составу леса. Активно произрастают быстрорастущие деревья. Долина Ганга, северное побережье Гвнейского залива и т. д.
• Экваториальный пояс. Распространены постоянно-влажные вечнозелёные и полувечнозелёные леса. Бассейн Амазонки, Центральная Африка, Индонезия.

Структура биосферы.

Биосфера включает: — гидросферу — толщина составляет 11 км, нижняя граница определяется дном Мирового океана;
— верхние слои литосферы — 7,4 км, нижняя граница определяется температурой среды;
— нижние слои атмосферы — 20 км, верхняя граница определяется наличием защитного озонового слоя.

Гидросфера — глобальный слой воды, заселенный гидробионтами. В его схеме выделяют три уровня:

• Фотосферу с ярким освещением.
• Сумеречную дисфотосферу.
• Афотосферу — слой, образованный в полной темноте.

Литосфера или геобиосфера населена геобионтами — животными, всю жизнь проводящими в почве. В географии геобиосферу делят на:

• Террабиосферу — поверхность суши.
• Литобиосферу — слой, обеспечивающий существование экосистем в глубинах Земли.
  

Атмосфера содержит влагу — питательную среду для микроорганизмов-аэробионтов, подвергается воздействию солнечной энергии. По строению атмосферу делят на:

• Тропобиосферу — пространство от верхушек деревьев до высоты, характерной для расположения кучевых облаков.
• Альтобиосферу — слой, где микробиота крайне разрежена.
• Парабиосферу — среду, куда живые организмы проникают очень редко и где не могут размножаться.
• Апобиосферу, характеризующуюся полным отсутствием жизни.

В экологии дополнительно выделяют такие понятия, как мегабиосфера и панбиосфера. Мегабиосферой считают пространство, в рамках которого прослеживается влияние жизни на неживую природу. Панбиосферой — слой экспансии человека в околопланетное пространство.

Состав биосферы.

1. Живое вещество — совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету.
2. Косное вещество — совокупность всех неживых тел, образующихся в результате процессов, не
   связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения,
   некоторые осадочные породы).
3. Биогенное вещество — совокупность неживых тел, образованных в результате жизнедеятельности
   живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь,
   кислород атмосферы и др.).
4. Биокосное вещество — совокупность биокосных тел, представляющих собой результат совместной
   деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.).
5. Радиоактивное вещество.
6. Рассеянные атомы.
7. Вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ И ЕГО ФУНКЦИИ.

Масса живого вещества составляет 0,01% от массы всей биосферы. Тем не менее, живое вещество биосферы — это главнейший ее компонент. Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распространено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселенными территориями. Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши),
атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек — атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал «пленками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается. В настоящее время по видовому составу на Земле преобладают животные (более 2,0 млн. видов) над растениями (0,5 млн.), В то же время, запасы фитомассы составляют 99% запасов живой биомассы Земли.
Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На суши биомасса и количество видов организмов в целом увеличивает от полюсов к экватору.

Свойства живого вещества:

1. Большое количество свободной энергии (в неживой природе могут быть сопоставлены только недолговечные не застывшие лавовые потоки).
2. Высокая скорость химических реакций (наличие ферментов — биологических катализаторов).
3. Химические компоненты живого вещества устойчивы только в живых организмах.
4. Живое вещество построено из компонентов во всех трех фазовых состояниях.
5. Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, находящихся в непрерывном взаимодействии с другими компонентами биоценозов.
6. Наличие эволюционного процесса, т. е. не копированием предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.
7. Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. 

Формы движения живого вещества.

В. И. Вернадский выделял 2 формы движения живого вещества: 

• пассивное движение (рост и размножение);
• активное движение (перемещение, стремление к заполнению собой всего пространства).

Функции живого вещества.

Живое вещество в биосфере выполняет ряд важных функций:

• Энергетическая. Живые организмы, особенно растения и некоторые бактерии, поглощают солнечную энергию через фотосинтез, преобразуя её в химическую энергию органических веществ.
• Газовая. Живые организмы участвуют в формировании газового состава атмосферы. Растения выделяют кислород, необходимый для дыхания животных, а животные и микроорганизмы выделяют углекислый газ, используемый растениями.
• Окислительно-восстановительная. Микроорганизмы и растения способствуют преобразованию веществ через процессы окисления и восстановления. Бактерии окисляют соединения металлов, переводя их в доступные для растений формы, или восстанавливают сульфаты до сероводорода.
• Концентрационная. Живые организмы накапливают определённые химические элементы из окружающей среды, создавая месторождения полезных ископаемых. Например, диатомо-вые водоросли участвуют в образовании кремниевых отложений.
• Транспортная. Живые организмы перемещают вещества в пространстве. Растения поднимают воду и минеральные вещества из почвы против силы тяжести, животные мигрируют, перенося вещества на большие расстояния.
• Деструктивная. Разложение отмерших организмов микроорганизмами приводит к возвращению веществ в биогеохимические циклы, обеспечивая круговорот веществ в природе. 
• Средообразующая. Живое вещество активно формирует и изменяет среду обитания. Растения влияют на состав атмосферы и климат, корни растений разрушают горные породы, способствуя почвообразованию. 

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СУЩЕСТВОВАНИЕ БИОСФЕРЫ.

Биосфера — открытая система

Биосфера не может существовать без энергии, поступающей извне. Главным источником энергии является Солнце. Изначально солнечную энергию потребляют автотрофы, а затем в ходе химических процессов делают её доступной для всех живых организмов.

Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов. Она достигается круговоротом вещества и энергии. Изменение одного компонента неизбежно
приводит к изменению других и биосферы в целом. При этой биосфера — не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование, обладающее своими особенностями и развивающееся как единое целое.
Биосфера — система с прямыми и обратными (отрицательными и положительными) связями, которые, в конечном счете, обеспечивают механизмы ее функционирования и устойчивости. На понимании целостности биосферы основывается теория и практика рационального природопользования. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе, дать прогноз результатам воздействия человека на природу.

Биогеохимический цикл

Круговорот веществ — это повторяющиеся процессы превращения и перемещения веществ в природе, имеющие относительно циклический характер. Выделяются большой (геологический) и малый (биотический) круги круговорота веществ. Первый длится миллионы лет на уровне суши и океана, второй — на уровне экосистем.

Биосфера Земли характеризуется определенным образом сложившимися круговоротом веществ и потоком энергии. Круговорот веществ -многократное участие веществ в процессах, проте-кающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном поступлении (потоке) внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли. В зависимости от движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты. До возникновения человека на Земле осуществлялись только первые два.
Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) -круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы.
Эндогенные процессы (процессы внутренней динамики) происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Экзогенные процессы (процессы внешней динамики) протекают под влиянием внешней энергии Солнца. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли.
Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) — круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического, малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделе-ния в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неор-ганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ. В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты можно разделить на два типа:
1) Круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере(круговороты углерода, кислорода, азота).
2) Круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция,железа и др.).
С появлением человека возник антропогенный круговорот или обмен веществ. Антропогенный круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность челове-ка. В нем можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот).
Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном кругово-роте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды. Именно они и являются основной причиной всех экологических проблем человечества.
Круговороты основных биогенных веществ и элементов.
Круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу относится к большому геологическому круговороту. Вода испаряется с поверхности Мирового океана и либо переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, либо выпадает в виде осадков на поверхность океана. В круговороте
воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет.

Круговорот углерода. Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консумеНтов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа. В Мировом океане круговорот углерода усложнен тем, что часть углерода, содержащегося в мертвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода выключается из биологичес-кого круговорота и поступает в геологический круговорот веществ.

Круговорот кислорода. Главным образом круговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами. В основном свободный кислород (О2) поступает в атмосферу в результате фотосинтеза зеленых растении, а потребляется в процессе дыхания животными, растениями и микроорганизмами, и при минерализации органических остатков. Незначительное количество кислорода образуется из воды и озона под воздействием ультрафиолетовой радиации. Большое количество кислорода расходуется на окислительные процессы в земной коре, при извержении вулканов и т.д. Основная доля кислорода продуцируется растениями суши — почти 3/4, остальная часть — фотосинтезирующими организмами Мирового океана.
Круговорот азота. Запас азота в атмосфере огромен. Однако растения поглощать свободный азот не могут, а только в связанной форме. Свободный азот из атмосферы связывают азотфик-сируюшие бактерии и переводят его в доступные растениям формы. В растениях азот закрепляется в органическом веществе (в белках, нуклеиновых кислотах и пр.) и передается по цепям питания. После отмирания живых организмов, редуценты минерализуют органические вещества и превращают их в аммонийные соединения, нитраты, нитриты, а также в свободный азот, который возвращается в атмосферу. Нитраты и нитриты хорошо растворимы в воде и могут мигрировать в подземные воды и растения и передаваться по пищевым цепям. Если их количе-ство излишне велико, что часто наблюдается при неправильном применении азотных удобрений, то происходит загрязнение вод и продуктов питания, и вызывает заболевания человека.

Круговорот фосфора. Основная масса фосфора содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот фосфор включается в результате процессов выветривания горных пород. В наземных экосистемах растения извлекают фосфор из почвы и включают его в состав органических соединений (белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов и др.) или оставляют в неорганической форме. Далее фосфор передается по цепям питания. После отмирания живых организмов и с их выделениями фосфор
возвращается в почву. При неправильном применении фосфорных удобрений, водной и ветровой эрозии почв большие количества фосфора удаляются из почвы. С одной стороны, это приводят к перерасходу фосфорных удобрений и истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). С другой стороны, поступление из почвы в водоемы больших количеств таких биогенных элементов как фосфор, азот, сера и др. вызывает бурное развитие синезеленых водорослей и других водных растений («цветение» воды) и эвтрофикацию водоемов. Но большая часть фосфора уносится в море. В водных экосистемах фосфор усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до морских птиц. Их экскре-менты (гуано) либо сразу попадают назад в море, либо сначала накапливаются на берегу, а затем все равно смываются в море. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы, то есть выключается из биогео-химического круговорота.

Биоразнообразие.

Биологическое разнообразие — это разнообразие жизни во всех её проявлениях, а также показатель сложности биологической системы, разнокачественности её компонентов. В том чис-ле, генетическое, видовое, экосистемное разнообразие. Биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием. Это свойство обусловлено следующими причинами: разными средами жизни; разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; наличием регионов, различающихся по химическому составу; биологическим разнообразием живых организмов. Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и другие связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.

Устойчивость и динамика экосистем.

Экосистемы обладают способностью к саморегуляции и восстановлению после внешних воздействий — например, лесных пожаров или техногенных аварий. Тем не менее, радикальные изменения, такие как изменение климата, могут нарушить эту устойчивость и привести к исчезновению биологических видов.

Механизмы  устойчивости биосферы

Биосфера представляет собой открытую биосистему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Живые организмы биосферы делятся на автотрофов и гетеротрофов:

• автотрофы — производители органического вещества; 
• гетеротрофы — потребители и разрушители органического вещества. 

Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие. Это равновесие является основой для устойчи-вости биосферы.
Устойчивость  — это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться, в случае если они будут нарушены. 

Факторы, определяющие устойчивость биосферы:

• биоразнообразие — видовое разнообразие;
• взаимозаменяемость компонентов биосферы в круговоротах веществ и энергии;
• дублирование звеньев в круговороте веществ и энергии (в биогеохимических циклах);
• жизненная активность живого вещества (скорость размножения и распространения).

Экологические ниши и адаптации.

Живые организмы занимают свои экологические ниши, что подразумевает их адаптацию к конкретным условиям среды, позволяющую видам выживать и размножаться, и выполнение определённых функций в экосистеме.

Экологическая ниша — совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования определенного вида.

Принцип заполнения: Экологическая ниша не может быть пустой.

Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от ниши понятие местообитание обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей — корова и кенгуру — занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса — белка и лось, относящиеся также к травоядным животным — занимают разные экологические ниши. Экологическая ниша всегда определяет распространение организма и его роль в сообществе.

Принцип вытеснения (принцип Гаузе): Каждый вид имеет свою собственную экологическую нишу или В одном сообществе два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу.

Уровни адаптации:

1) Генотипическая адаптация — генетически закрепленные формы приспособлений, обусловленные естественным отбором;

2) Фенотипическая адаптация — свойство организма изменять свои биологические параметры при изменяющихся условиях внешней среды.

Экологический принцип адаптации: выживание вида обеспечивается его генетическим полиморфизмом и слабыми колебаниями экологических факторов.

Закон относительной независимости адаптации: высокая адаптированность  к одному из экологических факторов не распространяется на другие факторы.

Правило экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации, двух идентичных видов не существует.

Правило соответствия: вид может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к её колебаниям и изменениям.

Адаптации:

1. Морфологические адаптации — приспособительные изменения строения тела: перепонки между пальцами ног у водоплавающих животных (амфибий, птиц и др.); густой шерстной покров у северных млекопитающих; удлинение ног и шеи у болотных птиц; тонкое и гибкое тело у норных хищников (например, у ласки, горностая); плоское тело придонных рыб (скаты, камбала и др.); мимикрия и покровительственная окраска.

2. Физиологические адаптации — приобретение специфических особенностей обмена веществ в разных условиях среды: жировые запасы; регуляция испарения воды с поверхности дыха-тельных путей и кожи; изменение количества эритроцитов и дыхательных пигментов; ИК и УФ зрение; эхолокация.

3. Биохимические адаптации — образование определенных веществ, облегчающих защиту от врагов или нападение на другие организмы: яды; антибиотики; токсины растений; пахучие веще-ства; ферменты, разрушающих ядохимикаты и лекарственные препараты; особая структура белков и липидов у термофильных (устойчивых к высоким температурам) и психрофильных (холо-долюбивых) организмов, позволяющая организмам существовать в горячих источниках, вулканических почвах или в условиях вечной мерзлоты.

4. Поведенческие адаптации — изменение поведения, выгодное в данных условиях: миграции и кочевки; брачное поведение; гнездование и выкармливание птенцов; охотничье поведение (стайная и одиночная охота, тактика).

“Теплокровность” и “холоднокровность”.

Пойкилотермные животные (греч. poikilos — разный) — животные, не способные поддерживать температуру тела в узких границах: все беспозвоночные, рыбы, амфибии и рептилии. Эктотермные животные больше зависят от внешнего источника энергии, чем от собственного метаболизма. Гомойотермные животные (греч. homoios — подобный) — животные, поддерживающие постоянную температуру тела независимо от окружающей температуры: птицы и млекопитающие. Эндотермные животные существуют за счет высокого уровня метаболизма и мало зависят от внешних источников тепла.

Терморегуляция у эктотермных животных

Главные источники тепла: 1. солнечное излучение; 2. окружающий тело воздух; 3. соприкасающаяся с телом земля.

Факторы, влияющие на теплообмен: — цвет покровов организма (изменение цвета прямокрылыми); — величина поверхности организма (открывание пасти крокодилами); — угол падения солнечных лучей (перемещение саранчи, рептилий); — характеристика среды (ночевка в водоеме); — изменение двигательной активности (вараны и некоторые др. ящерицы); — тепловая одышка (теплоотдача увеличивается за счет испарения воды из ротовой полости, глотки и легких); — замедление сердечного ритма — брадикардия (у морских игуан); — выпячивание глаз; — выведение мочи из клоаки.

Терморегуляция у эндотермных животных 1) потоотделение; 2) теплоизоляция: — волосяной и перьевой покров + кожная мускулатура — подкожно-жировая клетчатка (бурый жир) 3) противоточный теплообменник (в ластах тюленей, в хвостовых плавниках китов, в конечностях птиц и млекопитающих, в системе кровоснабжения семенников у млекопитающих. 4) кожные капилляры

Механизм рефлекторной терморегуляции

Пирогены — вещества, вызывающие перенастройку “термостата гипоталамуса” на более высокую температуру. Пирогены: токсины патогенных микроорганизмов; вещества, выделяемые нейтрофилами крови.

Правило Бергмана : У теплокровных животных при продвижении на север отмечается увеличение средних размеров тела, что уменьшает относительную поверхность и теплоотдачу.

Правило Аллена: Размеры выступающих частей тела варьируют в соответствии с температурой среды: у видов, живущих в более холодном климате, различные придатки меньше, чем у родственных видов из более теплых мест.    

Адаптации к низким температурам.

1. Свойства жира подкожных отложений и костного мозга: бурый жир: теплоизоляция + источник энергии; разные точки плавления у костного жира в фалангах пальцев  др. костях; равно-мерное распределение жировой клетчатки по телу (теплоизолирующая капсула); крупные жировые капсулы внутренних органов: например, околопочечная капсула. 2. Структура волосяного покрова. 3. Снижение физиологической активности. 4. Использование снежного покрова, водоемов и укрытий.

Адаптации к высоким температурам.

1. Жировая клетчатка распределена неравномерно: локализуется в верхней и задней частях тела: у копытных африканских саванн: вдоль позвоночника, теплообмен через брюшную стенку. 2. Строение шерстного покрова и кожи. 3. Внутренний жир — источник воды (?): окисление 1000 г жира сопровождается образованием 1100 г воды: жир в горбах верблюда и курдюке овцы: 20% от их живой массы; 4. Особенности системы мочеобразования и выделения: более развит мозговой слой за счет увеличения петли Генле (у африканского льва толщина мозгового слоя почек составляет 34 мм, у домашней свиньи — всего 6,5 мм); способность мочевого пузыря реабсорбировать воду из состава вторичной мочи (у кенгуровой крысы); Повышение концентрации вазопрессина (у кенгуро-вой крысы). 5. При высокой влажности испарение затруднено: преимущество использования укрытий (микроклимат нор).

Адаптации к типу питания и добыванию пищи: ночные хищники, например совы, превосходно видят в условиях слабого освещения; у некоторых змей хорошо развита способность к термолокации. Они различают на расстоянии объекты, если разница их температур составляет всего 0, 2 °С; эхолокация (летучие мыши, совы, дельфины); строение ротовых придатков, зубов, клюва  т. п.; строение пищеварительной системы; использование симбионтов.

Адаптации, связанные с размножением: повышенная чувствительность органов химического чувства (например, у самцов непарного шелкопряда); паразитизм самцов (глубоководные удильщики); гермафродитизм и самооплодотворение (цепни); “плавающий” сезон гнездования и долгое выкармливание птенцов (клесты)

Физиологические адаптации онтогенеза

Новые направления эволюционных преобразований обычно возникают на эмбриональных стадиях развития организмов, а их адаптивное значение проявляется только в процессе естественного отбора в постэмбриональный период.

Особенности эмбрионального развития.

Периоды развития: эмбриональный, личиночный, метаморфоз, ювенильный, взрослый.

Эмбрионизация — удлинение эмбрионального периода (у наземных позвоночных): у рогатой лягушки Соломоновых островов: метаморфоз в яйце; у пресмыкающихся и птиц полная эмбрионизация; у плацентарных: плацентарная эмбрионизация + деэмбрионизация (ранняя редукция желточного мешка).

Неотения — способность к половому размножению до метаморфоза (у хвостатых земноводных): полная неотения: отсутствие в популяции ювенильной и взрослой стадии; частичная неотения: половое размножение личинок и взрослых форм.

Диапауза — состояние физиологического торможения обмена веществ и остановки формообразовательных процессов. Значение: переживание периодов неблагоприятных температур, дефи-цита воды и питания; повышение устойчивости к различным факторам (к инсектицидам у насекомых; к высыханию у икринок); оплодотворение и рождение потомства в благоприятные пери-оды (например, у соболей).

Эмбриональная диапауза (задержанная имплантация) — остановка развития эмбрионов (у млекопитающих чаще на стадии бластоцисты): диапауза у карпозубых рыб при пересыхании водое-ма; диапауза у морских черепах при миграциях; лактационная диапауза у сумчатых и грызунов; диапауза у хищных млекопитающих (соболей, норок). Родственные виды, имеющие сходную среду обитания, но различающиеся наличием задержанной имплантации: канадская и обыкновенная выдра; горностай и ласка; западный и восточный пятнистые скунсы. Личиночная диа-пауза (у боярышницы); Куколочная диапауза (у капустной белянки и капустной совки); Имагинальная диапауза (у комаров, жуков-листоедов и др. насекомых).

Спячка — период замедления жизненных процессов и метаболизма у мелких теплокровных животных.

Физиологические особенности спячки: провоцируется укорачиванием светового дня; подготовительный этап; снижение температуры тела (есть порог); снижение интенсивности метаболизма; сокращение частоты сердечных сокращений (до 5 уд./мин.); уменьшение минутного сердечного выброса на 98%; падение АД на 20 — 40%; улучшение кровоснабжения сердца и «бурого жира»; нерегулярное дыхание; повышение двигательной активности при критическом понижении температуры (до +2℃).

Правило Вант-Гоффа: “При понижении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции уменьшается в 2 — 4 раза».

 Спячка: суточная спячка (колибри, летучие мыши, многие мелкие млекопитающие); сезонная спячка: зимняя спячка (американский белогорлый козодой); летняя спячка (суслики, лемуры, дво-якодышащие рыбы и амфибии); нерегулярная спячка (енотовидные собаки, белки).

Зимний сон (медведи, барсуки)

Оцепенение птенцов (колибри, стрижи, клесты).

Анабиоз — зимнее оцепенение холоднокровных животных.

Физиологические особенности зимнего оцепенения: регулируется температурой окружающей среды; анаэробное дыхание (рыбы, рептилии); замерзание (лягушки, черепахи) и защита от него (глюкоза, глицерол и т.п.).

Адаптации к водной среде обитания.

Планктонные организмы обладают многими сходными адаптациями, повышающими их плавучесть и препятствующими оседанию на дно. К таким приспособлениям относятся: 1) общее увеличение относительной поверхности тела для усиления трения о воду: уменьшение размеров; плоская форма тела, развитие многочисленных выростов и щетинок; 2) уменьшение плотности: редукция скелета; накопление в теле жиров (у диатомовых водорослей); образование газовых вакуолей (ночесветки, сифонофоры, медузы); 3) способность к вертикальным миграциям

Адаптации рыб к водной среде обитания: обтекаемая форма тела + слизь + ламинирование чешуей; Выпуклая форма тела акул и осетровых — подъемная сила. Особенности строения плавников: дополнительные плавники (жировой и др.); кили (функция: стабилизация, прочность, гашение завихрений); лопасти плавников: чем выше тело, тем длиннее лопасти хвостового плавника. Видоизменения плавников и дополнительные функции: присоски; усы; передвижение по грунту и растениям; удочка; движение жаберных крышек; полет; колючки; птеригоподии – совокупительные органы хрящевых рыб. Особенности строения наружных органов рыб: расположение глаз зависит от местообитания рыбы, а размер глаз — от прозрачности среды; размеры рта зависят: от концентрации пищевых объектов: чем она ниже, тем больших размеров рот; от величины пищевых объектов; от твердости пищевых объектов: чем тверже пища, тем меньше рот; от способа добычи пищи (большой у засадных хищников).

Эволюция и естественный отбор.

Эволюционные процессы и механизмы естественного отбора способствуют формированию новых видов на планете и их адаптациям к условиям окружающей среды, что увеличивает биологическое разнообразие и усиливает сложность функционирования биосферы.

Основные закономерности существования биосферы помогают объяснить порядок организации жизни на планете, особенности взаимодействия между живыми организмами и их адаптации к среде, устойчивость экосистем.

Эволюция — естественный процесс развития живой природы, который сопровождается изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Естественный отбор — основной фактор эволюции, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих более высокой приспособленностью к условиям среды (наиболее благоприятными признаками), в то время как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

Механизм эволюционного процесса по Дарвину:

1. Живые организмы имеют много отличий благодаря изменчивости.
2. Виды хотят размножаться в геометрической прогрессии, но жизненные ресурсы ограничены, поэтому возникает конкуренция за ресурсы (борьба за существование).
3. В результате борьбы за существование происходит естественный отбор (выживают особи, наиболее приспособленные к условиям среды). 
4. Выжившие особи передают полезные признаки потомству.
5. Полезный признак закрепляется. 
6. Концепция естественного отбора была предложена Чарльзом Дарвином и Альфредом Расселом Уоллесом в середине XIX века в качестве ключевого механизма, управляющего эволюцией видов.

ОСОБЕННОСТИ БИОСФЕРЫ КАК ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ.

Биосфера — сложная и взаимосвязанная система, объединяющая все живые организмы и их среды обитания. Учение В. И. Вернадского подчеркнуло глобальное значение живого вещества и его влияния на планету. Понимание особенностей биосферы как глобальной экосистемы важно для сохранения устойчивости природных процессов и рационального использования ресурсов Земли. Биосфера состоит из множества экосистем различного масштаба, тесно взаимодействующих между собой. Глобальные экосистемы классифицируются по средам обитания:

• Наземные экосистемы: леса, степи, пустыни, тундра.
• Водные экосистемы: моря, океаны, реки, озёра.
• Почвенные экосистемы: сложные сообщества микроорганизмов и мелких животных.

Между экосистемами происходит обмен веществами, энергией и организмами, формируя сложную структуру биосферы. Вещество перемещается в виде твёрдых и жидких частиц, а энергия — в виде тепла и химических связей.

ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ.

Некоторые основные экологические проблемы человечества были названы еще в 1972 году на первой международной экологической конференции — Конференции ООН по проблемам окружающей среды. Тогда ученые и эксперты призвали государства бережно использовать природные ресурсы Земли, ограничивать выбросы тепла и предотвращать загрязнения морей. С тех пор прошло более 50 лет, но эти вопросы не только не решены — с каждым годом они усугубляются, а их перечень растет. Каковы же сегодня глобальные экологические проблемы и можно ли их решить?

Глобальное потепление и изменение климата

Глобальное потепление — это естественный процесс повышения общей температуры на Земле. Но за последние полтора века его темпы значительно выросли из-за технического прогресса и повсеместного сжигания ископаемого топлива, постоянно растет концентрация парниковых газов.

Потепление ведет к изменению климата на всей планете и повышению уровня Мирового океана. В европейской службе мониторинга Copernicus сообщили о том, что в середине ноября этого года мировые температуры впервые были более, чем на 2 градуса выше, чем в доиндустриальную эпоху. Климатологи говорят, что последний год стал самым теплым за всю историю наблю-дений на Земле.

Согласно последнему  докладу ООН, если такие тенденции потепления не изменятся, то температура в уже этом столетии может повыситься на 2,5-2,9 градуса. Это выше показателя в 2 гра-дуса, зафиксированного Парижским соглашением о климате в 2015 году.

Причины

Причиной глобального потепления и изменения климата на планете ученые считают парниковые газы. Многие из них встречаются в природе, но влияние человека приводит к тому, что в атмосфере растет их концентрация. На температуру на планете влияют выбросы метана, углекислого газа, оксида азота и других газов. Наибольший вклад в нагревание Земли вносит угле-кислый газ — его концентрация в атмосфере к 2020 году увеличилась почти вполовину с доиндустриального уровня. Причина этого — сжигание человеком ископаемого топлива, вырубка лесов, использование фторированных газов и удобрений, содержащих азот. Свой вклад вносит и развитие скотоводства: животные производят большое количество метана, когда переваривают пищу. По оценкам ученых, есть и естественные причины глобального потепления: усиление солнечной радиации и активность вулканов. Но с конца 19 века по 2010 год это привело к общему потеплению менее чем на 0,1°C.

Пути решения проблемы

В попытке сдерживать глобальное потепление многие государства ставят перед собой цели по сокращению выбросов углекислого газа, подписываются соответствующие соглашения и гос-программы. В 2022 году в мире было выброшено 57,4 миллиарда тонн парниковых газов. Текущие обязательства стран, занимающихся климатической политикой, предусматривают сокра-щение этой цифры до 55 миллиардов тонн. Чтобы потепление оставалось в пределах 1,5 градуса, выбросы должны быть снижены до 33 миллиардов тонн к 2030 году. Чтобы двигаться в сто-рону этой цифры, нужны фундаментальные изменения в укладе общества: придется сокращать использование ископаемого топлива и переходить на чистые источники энергии, нужно сок-ращать вырубку лесов и использовать экологичные методы выращивания сельхозкультур. Ученые отмечают, что сегодня выбросы углекислого газа можно сократить на 70%, если исполь-зовать существующие и готовые к использованию технологические разработки.

Разрушение озонового слоя

Озоновый слой — это так называемый «солнцезащитный крем» Земли. От него зависит защита всего живого на земле от избыточного количества ультрафиолетового излучения. Концентрация озона в атмосфере в целом всегда была стабильна, но в 1970-1980 годы прошлого века ученые начали замечать признаки угрозы и нашли над Антарктидой озоновую дыру — это область, где концентрация этого газа была крайне низкой. Тогда это связали с влиянием хлорфторуглеродных газов, которые в том числе использовали для охлаждения в холодильниках. Но исследования продолжались, и специалисты нашли и другие причины разрушения молекул озона.

Сейчас установлено, что в целом лишь на 1-2% на состояние слоя влияют естественные причины, в остальном за его «истончение» ответствен человек. Новозеландские ученые недавно со-общили, что с 2020 года над Антарктидой вновь появились крупные озоновые дыры. По их данным, озоновый слой Антарктики с 2004 года сократился на 26%, и пока прогнозы неутеши-тельные.

Причины

Среди причин разрушения озонового слоя есть естественные и антропогенные. К первым относят, например, извержения вулканов, солнечные пятна и стратосферные ветры. Последние приводят к разрушению озонового слоя не более чем на 1-2%. Среди техногенных причин называют использование веществ, которые выделяют хлор, разрушающий молекулы озона. Например, это хлорфторуглероды, которые есть в растворителях, распыляемых аэрозолях, веществах для охлаждения в холодильниках, кондиционерах и т. д. Эксперты полагают, что на состояние озонового слоя могут негативно влиять и некоторые азотистые соединения, а также нерегулируемые запуски ракет.

Пути решения проблемы

Власти стран прикладывают усилия для решения проблемы разрушения озонового слоя. В 1985 году была подписана Венская конвенция, которая закрепила международное сотрудничество в этом вопросе. Результатом работы стало подписание Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, в 1987 году. Документы предусматривают поэтапный отказ госу-дарств от производства и использования озоноразрушающих веществ, например, хлорфторуглеродов. Некоторые из них уже не применяют, например, в США. Несмотря на работу на глоба-льном уровне, каждый человек может внести свой вклад. Например, избегать использования техники, в которой содержатся озоноразрушающие вещества. Можно минимизировать исполь-зование автотранспорта с бензиновыми и дизельными двигателями и не пользоваться чистящими средствами, которые содержат химические вещества, выделяющие хлор и бром.

Кислотные дожди

Кислотные дожди — это осадки с повышенной кислотностью из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами: в них высок уровень содержания азотной и серной кислот. Если pH чистой воды — 7, то кислотных дождей — от 4 до 5. И хотя некоторые дожди по своей природе являются кислыми — с pH около 5, то техногенная человеческая деятельность усугубляет ситуацию.

Слишком кислые осадки отмечаются в районах, где много промышленных предприятий и автобанов, где высока плотность населения. Кислотные дожди губительно влияют на почвы, деревья, животный мир, водоемы, ускоряют разрушение зданий и памятников.

Причины

Причины выпадения кислотных дождей также могут быть естественными — например, извержение вулканов или разлагающаяся растительность. Антропогенной причиной является работа промышленности и транспорта, в том числе сжигание ископаемого топлива. При этих процессах происходит образование оксида серы и оксидов азота. Из этих газов могут образовываться серная кислота и азотная кислота. При попадании в атмосферу они смешиваются с водяным паром, и образуются серная и азотная кислоты.

Пути решения проблемы

Основным путем решения проблемы кислотных дождей является регулирование выбросов оксидов азота и серы. Это можно сделать, ограничив использование ископаемого топлива и посте-пенно переходя на другие виды энергии: атомную, геотермальную, солнечную и ветровую, а также активнее использовать гидроэнергетику — это позволит уменьшить выбросы. Каждый чело-век может сократить использование транспортных средств и потребление электроэнергии, на производство которой идет много ископаемого топлива.

Уменьшение площади лесов

На протяжении всей истории человечества люди вырубали леса для своих нужд, но только недавно стали обращать внимание на то, как глобально сократились их площади по всему миру: теперь в отдельных странах ими покрыто только 30-40% территорий. В Китае этот показатель немного превышает 20%. С 2001 по 2018 год во всем мире исчезли леса площадью больше, чем площадь Индии, — около 3,6 миллиона квадратных километров. В этом году по всему миру вырублено или сожжено — в том числе для целей сельского хозяйства — почти 25 миллионов гектаров леса. Сейчас же больше всего рубят в тропических лесах — в последние десятилетия там активно прокладывают дороги и развивают агрокультуру.

Неограниченные рубки приводят к увеличению выбросов углекислого газа в атмосферу, исчезновению многих видов растений и животных — им просто становится негде жить. Из-за массовых рубок все чаще случаются масштабные наводнения — даже там, где никогда не идут сильные дожди.

Причины

Причинами уменьшения площади лесов на Земле являются масштабные рубки и природные пожары. Более половины всех рубок лесов на планете происходит всего ради четырех товаров: говядины, сои, пальмового масла и изделий из древесины. Люди сжигают или вырубают огромные площади, чтобы расчистить землю для нужд сельского хозяйства: выращивания сои, выпа-са скота или создания плантаций пальмового масла. Также большие территории страдают от неконтролируемых рубок ради контрабанды ценных пород дерева.

Пути решения проблемы

Эксперты полагают, что сократить темпы уменьшения площади лесов на Земле можно, используя методы устойчивого ведения сельского хозяйства и новые технологии, которые не требуют больших площадей для выращивания культур. Также важно заниматься лесовосстановлением и давать пострадавшим от рубок или стихийных бедствий лесным экосистемам «приходить в себя». Так на этих территориях будут восстанавливаться водные системы, почвы и животный мир. Важно предотвращать и своевременно тушить лесные пожары. Каждый отдельный человек может отказаться от бумаги, от продуктов, в которых есть пальмовое масло, и перейти на изделия из древесины, заготовленной экологически рациональным способом. Но глобально проб-лему можно решить только совместными усилиями всех стран. На конференции ООН по изменению климата в 2020 году свыше 100 государств обязались прекратить вырубку лесов к 2030 году.

Опустынивание и деградация почвы

Опустынивание — это процесс снижения биологической продуктивности засушливых земель. Сегодня такими на планете считаются свыше 40%. На этих территориях проживают более 2 мил-лиардов человек, на них выращивается около трети всех сельскохозяйственных культур. И такие земли наиболее подвержены опустыниванию. Почвы, которые когда-то были плодородными, из-за влияния человека и потепления климата страдают от эрозии. Сегодня риск опустынивания охватывает свыше 100 стран. По данным Европейской комиссии, к 2018 году почва деградиро-вала на более чем 75% территории Земли. К 2050 году этот показатель может достигнуть 90%. Под угрозой — сельское хозяйство в Индии, Китае и странах Африки к югу от Сахары. Там деграда-ция почвы может сократить урожаи вдвое.

Причины

Причинами опустынивания и деградации земель являются активные горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство и скотоводство. По мере развития этих отраслей вырубается все больше деревьев, сельхозкультуры и вносимые удобрения истощают почву. Также свою роль играет изменение климата, которое в отдельных районах приводит к частым засухам.

Пути решения проблемы

В 1994 году ООН учредила Конвенцию по борьбе с опустыниванием: свыше 120 государств взяли на себя обязательства по охране пахотных территорий, восстановлению истощённых земель и более эффективному управлению водоснабжением. Ученые полагают, что опустынивание и глобальное потепление тесно связаны, поэтому также нужно направлять усилия на снижение выброса углерода. При этом на местном уровне в отдельных районах Азии и Африки, где велико число индивидуальных фермеров, эксперты рекомендуют поддерживать биологическую про-дуктивность почв простыми локальными методами. Например, создавать «соляные ловушки», которые предотвращают попадание солей на поверхность почвы и останавливают потерю во-ды. Также можно чередовать разные культуры на одном участке в разные вегетационные периоды, чтобы не допустить истощения почв — такой метод известен любому российскому дачнику. Для замедления ветровой эрозии почвы рекомендуют создавать ветрозащитные полосы из деревьев. Ученые полагают, что даже такие локальные меры могут дать ощутимый эффект на ре-гиональном уровне.

Загрязнение окружающей среды, в том числе пластиком

Эта проблема касается всех государств, особенно остро она стоит в развивающихся странах. Уже давно ученые привлекают внимание к вопросам неправильного использования пестицидов и других стойких химикатов, которые накапливаются в пищевой цепи и влияют на все виды организмов. Остро стоит проблема загрязнения воздуха в мегаполисах, очистки сточных вод, управления твердыми и опасными отходами и их переработки. Повсеместно растет использование пластика — это создает проблему загрязнения им суши и Мирового океана.

Несмотря на то, что обычно проблему загрязнения связывают с крупными городами, она затрагивает всю планету, даже самые отдаленные ее уголки. Например, на льду Антарктики обнаружены пестициды и другие химические вещества. А в северной части Тихого океана дрейфует всем известное Большое Тихоокеанское мусорное пятно.

Причины

Причин загрязнения окружающей среды сегодня множество: это выхлопы автомобилей, сточные воды, идущие разными путями в почву и Мировой океан, пестициды, которые при исполь-зовании в сельском хозяйстве проникают в грунтовые воды и разносятся по воздуху. Во многих странах остро стоит вопрос с переработкой отходов — как следствие, тотальное загрязнение твердыми бытовыми отходами и пластиком. Последний сегодня находят практически везде — и в полярных льдах, и в содержимом чайных пакетиков.

Пути решения проблемы

Остановить темпы загрязнения окружающей среды можно повсеместным внедрением переработки отходов и повторным использованием стекла, алюминия и пластика. Это поможет снизить объемы мусора, который попадает на свалки и в водные пути. Пока лидерами в этих вопросах являются Австрия и Швейцария — они перерабатывают до 60% своих отходов. Также страны на законодательном уровне ограничивают объемы и виды химических веществ, которые разрешено использовать в промышленности, и устанавливают штрафы за чрезмерные выбросы. Также важно повсеместное использование очистных систем для предотвращения загрязнения грунтовых вод и Мирового океана

Перенаселение

За последний век численность людей на планете выросла в четыре раза: от 2,3 миллиарда человек в 1940 году до более чем 8 миллиардов сегодня. За последние 50 лет наша планета пережи-ла экстремальный демографический бум. И это — несмотря на снижение уровня рождаемости. Сегодня с проблемой перенаселения острее сталкиваются развивающиеся страны, но она затра-гивает большую часть планеты. В год численность населения Земли увеличивается в среднем на 1,1% — это плюс 75 миллионов человек ежегодно. Эксперты в сфере демографии прогнозиру-ют, что к концу этого столетия численность мирового населения достигнет своего пика.

Причины

Причинами перенаселения Земли является снижение смертности, в том числе младенческой, на фоне развития системы здравоохранения, а также недостаточное использование контрацеп-ции. По данным ВОЗ, в развивающихся странах свыше 200 миллионов женщин, которые не планируют рожать детей, не пользуются средствами контрацепции. Также на перенаселение вли-яет сохраняющийся гендерный разрыв и как следствие — нехватка образования у женщин в развивающихся странах. Сейчас во всем мире не посещают школу около 130 миллионов девочек, десятая их часть никогда не научится читать и писать.

Пути решения проблемы

Эксперты полагают, что для решения вопроса перенаселения Земли нужно реализовать политику доступного образования для всех категорий людей и уходить от практики детских браков в развивающихся странах. Сдержать рост населения поможет более широкое информирование о вопросах контрацепции и планирования семьи, половое воспитание.

Истощение природных ресурсов

Одним из следствий перенаселения Земли становится постепенно истощение не возобновляемых ресурсов планеты. Рост общих объемов потребления и развитие экономики приводит к по-вышению спроса на нефть, газ, полезные ископаемые, лес и пресную воду. По оценкам ООН, за последние 50 лет добыча ресурсов выросла более чем в три раза. В пять раз увеличился объем использования полезных ископаемых, за исключением металлов, а топлива — на 45%. Сегодня более половины мировой энергии обеспечивается за счет ископаемого топлива. В этом году все-ми странами добыто 79 миллиардов тонн разных видов ресурсов. Основными ресурсами планеты, которые истощаются, сегодня считают воду, уголь, природный газ, нефть, фосфор и рыбу.

Причины

Причинами истощения ресурсов Земли является перенаселение планеты и растущее с каждым годом потребление. Последнее, в свою очередь, связано с развитием всех секторов промыш-ленности: строительной, энергетической, пищевой и прочих. Вырубка лесов приводит к истощению и разрушению экосистем, развитие сельского хозяйства — к истощению земель и эрозии. Также из-за антропогенной деятельности ресурсы планеты — в первую очередь, вода — загрязняются.

Пути решения проблемы

Для решения проблемы истощения природных ресурсов многие страны переходят на использование источников возобновляемой и устойчивой энергии: солнечной, ветровой и гидроэнерге-тики. Разрабатываются программы, направленные на ограничение вырубки лесов, а производители нефтепродуктов внедряют методы экономичного производства. Для сохранения биораз-нообразия и водных ресурсов разрабатываются программы защиты водно-болотных угодий и прибрежных экосистем.

Таблица глобальных экологических проблем в 2025—2026 годах

Глобальное изменение климата	Изменение климата из-за парникового эффекта, разрушение озонового слоя, загрязнение воздуха, воды и почвы, уменьшение биоразнообразия, кислотные дожди, опустынивание, истощение природных ресурсов
Уменьшение озонового слоя	На истончение повлияли вредные выбросы. Но есть хорошая новость: он восстанавливается. Если так пойдет дальше, то к 2066 году затянется озоновая дыра над Антарктикой (там, где ситуация хуже всего), над Арктикой — к 2045 году, над остальными регионами мира — уже к 2040 году (1).
Загрязнение воздуха	Этот вид загрязнения сильнее всего сказывается на здоровье людей. Около 6,5-7 млн людей умирают ежегодно из-за причин, связанных с загрязненным воздухом. К основным вредным веществам относят угарный газ, диоксиды азота и серы, озон, аэрозоли и дисперсные части-цы.
Загрязнение Мирового океана	3,5 млрд человек зависят от океанов как от источника пищи, однако этот водный ресурс используют и в качестве свалки для отходов. По данным ЮНЕП, ежегодно в океан попадает от 4,8 до 12,7 млн тонн пластиковых отходов (2). И это не считая других воздействий: разли-вов нефти, сточных вод, биогенных веществ.
Дефицит чистой воды	Сказывается загрязнение пресных водоемов агрохимикатами, тяжелыми металлами, а также паразитами и патогенными бактериями — в некоторых уголках мира у людей просто нет бе-зопасной питьевой воды.
Загрязнение почвы отходами производства	Источники — не только металлургические и другие предприятия, но даже сельское хозяйст-во. «Побочным эффектом» любого производства будут используемые/производимые хими-ческие вещества, бытовые, животноводческие и коммунальные отходы, агрохимикаты и нефтепродукты. Все это отравляет почву и существующие в ней сообщества организмов.
Мусор	Пакет с мусором, который мы ежедневно отправляем в контейнер по пути на работу, — час-тица гигантского «мусорного монстра». Свалки ТКО (твердых коммунальных отходов) зани-мают огромные территории, отравляют почву, воздух и подземные воды, непосредственно влияют на флору и фауну, а также на людей живущих рядом.
Сокращение биоразнообразия	По данным отчета Living Planet Report 2022 года, в период с 1970 до 2016 года количество по-пуляций позвоночных сократилось в среднем на 69% (3). Причины — добыча биоресурсов, деградация территорий и потеря мест обитания,  также играют роль изменение климата, чужеродные виды, загрязнения и различные болезни.
Опустынивание и деградация земель	Подразумевается сокращение плодородных земель, где возможно ведение сельского хозяй-ства. На эти процессы влияет глобальное изменение климата, нерациональное освоение территорий человеком (вырубка лесов, добыча полезных ископаемых и т. д.). Сегодня от деградации земель страдают более 3 млрд человек (4).
Кислотные дожди	Считаются трансграничной проблемой, поскольку на это явление влияют сразу несколько разных факторов. Большая роль отводится загрязнению воздуха оксидами серы и азота.
Истощение природных ресурсов	Добыча полезных ископаемых велась еще в Древнем мире: в Египте и Греции. Но современ-ные масштабы вкупе с нерациональным использованием ресурсов  породили проблему ис-тощения запасов. На восстановление таких ресурсов, как нефть, уйдет несколько миллионов лет.