Проблема углекислоты и антропогенная редукция биосферы

Категория реферата: Рефераты по экологии
Теги реферата: доклад по биологии, банк курсовых работ бесплатно
Добавил(а) на сайт: Kuvshinov.

По мнению В. И. Лебедева , увеличение концентрации СО2 в воздухе вообще не должно сказаться на земном климате, тогда как продуктивность наземной растительности, и в частности зерновых, будет повышаться.

Б. М. Смирнов также указывает на возможность увеличения урожаев. В связи с этим накопление углекислого газа в атмосфере им рассматривается как фактор, благоприятный для человечества.

Вопрос об увеличении продуктивности наземных растений в результате роста концентрации СО2 в воздухе, однако, далеко не так прост, как об этом пишут авторы оптимистических прогнозов. В самом деле, данные опытов явно указывают на увеличение масштабов фотосинтеза при дополнительном питании растений воздушной углекислотой. При этом, чем больше «удобряется» воздух, тем выше биосинтез. Лишь при концентрации СО2 в 2% растения начинают испытывать угнетение, так же как и при ее снижении до 0,01%. Однако
«незапланированный эксперимент» с СО2, поставленный человечеством, дал менее обнадеживающие результаты. Во всяком случае, детальное исследование годичных колец у деревьев не выявило тенденции к их более активному приросту в соответствии с зафиксированным ростом концентрации СО2 начиная с середины прошлого века.

Очевидно, правы те авторы, которые указывают, что ощутимое повышение продуктивности растений наступает лишь при достижении концентрации СО2 в 600—1000 частей на миллион. Следовательно, скорее всего неверно, что биосфера уже сейчас выполняет функцию буфера и ассимилирует тем больше СО2, чем больше его поступает в атмосферу. Биосфера пока не выполняет такой функции. Наоборот, под действием растущей антропогенной нагрузки она разрушается и становится источником громадных количеств СО2.

В декларации Всемирной конференции по климату проблему СО2 рассматривают как комплексную. В ней оказываются связанными вопросы энергетики, в частности сжигания ископаемого топлива, и безвозвратного разрушения растительного и почвенного покрова суши, о чем свидетельствуют изменения в мировой структуре землепользования.

Пессимистические прогнозы последствий антропогенного потепления климата основаны на представлении о существовании динамического равновесия между всеми компонентами природной среды и опасности нарушения этого равновесия. В частности, антропогенное потепление климата и связанное с ним уменьшение, а затем и исчезновение масс снега и льда в высоких широтах и на полюсах Земли значительно ослабят меридиональную атмосферную циркуляцию и, как следствие этого, увлажненность материков. Для выяснения того, какие области на суше при этом станут более засушливыми, а какие более влажными, используются палеоклиматические данные для межледниковий четвертичного периода и даже для более древних отрезков кайнозоя. Однако такие аналогии не совсем правомерны. В любом из доисторических этапов поверхность Земли была совсем не такой, какая она ныне — с редуцированным наземным растительным покровом, с «горячими пятнами» мегалополисов и с нефтяной пленкой, покрывающей во многих местах поверхность океана. В условиях
«антропогенного перегрева» Земли, который возникнет уже при удвоении концентрации атмосферного СО2, значительно повысится и продуктивность фотосинтетиков. Однако, какими бы ни были последствия увеличения СО2 в воздухе, их положительный эффект не идет ни в какое сравнение с отрицательным (таяние материковых ледников и деградация многолетней мерзлоты), который неизбежен в случае «антропогенного перегрева» Земли.

Как отмечалось выше, за последние 250—300 лет уровень Мирового океана повышался в среднем на 1 мм в год.

В 20-х годах XX в. подъем его достиг 1,4-1,5 мм в год, что эквивалентно ежегодному увеличению океанической водной массы на 520-540 км3. Предполагается, что в 20-х годах XXI в. скорость повышения океанического уровня превысит 0,5 см в год.

Самые значительные масштабы прогнозируемое антропогенное потепление климата должно иметь в Арктике и Субарктике. Здесь уже в начале XXI в., а возможно и раньше, могут произойти деградация многолетней мерзлоты и просадки льдистых пород. Всем городам, поселкам и коммуникациям, построенным на таких породах, угрожает разрушение.

Есть все основания думать, что радикальные климатические изменения и соответствующая им деградация ледников будут сопровождаться также нарушением режима процессов, идущих в глубинах Земли. Вследствие таяния ледников и перераспределения водных масс от полюсов к низким широтам скорость вращения Земли будет замедляться на незначительную величину. Тем не менее это должно вызвать изменение ее формы. Сплюснутость Земли несколько уменьшится. В средних и низких широтах должны возрасти напряжения сжатия, которые играют определенную роль в развитии геосинклинальных областей. Смогут ли импульсы дополнительного сжатия, вызванные антропогенным фактором, стимулировать вулканизм и землетрясения в
Тихоокеанском периокеаническом поясе, Средиземноморье и в других подобных районах?

В связи с этим уместно вспомнить гипотезу Р.Мэтьюза об усилении вулканической активности в ледниковые века вследствие приспособления океанического дна к быстро меняющейся нагрузке водных масс, которая уменьшалась при оттягивании части океанической воды в состав ледников и увеличивалась при их таянии. Правомочность такой гипотезы подтверждается данными о землетрясениях, возникших в районах строительства ряда водохранилищ. Такие землетрясения происходили во время заполнения и в течение десятков лет после создания водных резервуаров.

Bo время максимума последнего оледенения глубина Мирового океана была более чем на 100 м меньше современной. Если в связи с распадом Западно-
Антарктического ледникового щита столб воды в океане быстро вырастет на 5—7 м, то этого может оказаться достаточно для активизации сейсмовулканических процессов в самых «чутких» к изменению нагрузки участках океанической тектоносферы.

Подтопление окраин материков и изменение географии их влажных и засушливых зон скажутся и на подземной «гидросфере». Ответной реакцией может стать изменение режима флюидогеодинамических движений на материках. А как прореагирует земная кора внутриматериковых сейсмоактивных зон на сильное изменение ее водного питания? Не будут ли поднятия и опускания земной коры в зонах наращивания и уменьшения природных водонапорных горизонтов сопровождаться возбуждением сейсмической активности? Данные об антропогенных просадках и поднятиях земной поверхности, возбуждающих сейсмичность, свидетельствуют о вероятности таких событий.

Динамическое равновесие между земными оболочками, которое поддерживается медленно идущими геологическими и геофизическими процессами, может нарушиться катастрофически быстро, в течение сотен лет. Такое нарушение, несомненно, нанесет огромный ущерб мировому хозяйству, хотя технический гений человечества наверняка сможет противостоять и ему.
Следовательно, чем раньше будут приняты меры противодействия увеличению концентрации атмосферного СО2, тем лучше будет для биосферы и человека!
Однако, чтобы говорить о возможной стратегии такого противодействия, необходимо более подробно рассмотреть причины ускоряющегося накопления СО2 в воздухе.

Причины роста концентрации углекислоты и антропогенной редукции биосферы

До недавнего времени большинство исследователей считали сжигание ископаемого топлива едва ли не единственной причиной роста содержания СО2 в воздухе в XIX и XX вв. Данные об индустриальном СО2 обобщены Р. Ротти, который уточнил полученные ранее цифры Ч. Киплинга. Р. Ротти пишет, что
«количество образованного при сгорании топлива СО2 нарастает по экспоненциальному закону и если исключить время мировых войн и экономической депрессии 30-х годов, то ежегодный прирост в 0,43% достаточно хорошо описывает наблюдаемую здесь картину». При этом он полагает, что к росту концентрации СО2 приводит использование каустобиолитов (горючих ископаемых).

Используя данные о соотношениях изотопов С12, С13, С14 в важнейших природных резервуарах углерода (наземные биомасса и мертвое органическое вещество, атмосфера, ископаемое топливо), Стуйве подсчитал, что с 1850 по
1950 г. масса органического вещества в биосфере суши уменьшилась на 120 млрд. т. За это же время из состава каустобиолитов в атмосферу выведено всего 60 млрд. т углерода. Следовательно, антропогенная редукция биосферы происходила вдвое быстрее, чем изъятие углерода человеком из состава каустобиолитов.

Оценки природной емкости резервуаров углерода позволяют утверждать, что в масштабах исторического времени его безвозвратное изъятие человеком из биосферы было гораздо большим, нежели сжигание каустобиолитов земной коры. Дж. Олсон с соавторами указывает, что в результате хозяйственной деятельности людей в течение нескольких тысячелетий наземными резервуарами было потеряно 800—900 млрд. т Сорг. Эти цифры совпадают с расчетами, которые показывают, что за историческое время в углекислотный резерв атмосферы и океана перешло около 900 млрд. т. углерода, причем только 1/5 этого количества поступила от сжигания ископаемого топлива.
Уничтожение наземной фитомассы, подстилки и гумуса почвы в сумме составило
842 млрд. т в углероде, из которых 112 млрд. т накопилось в донных илах, а
730 млрд. тонн перешло в состав CO2.

Дж. Олсон определяет антропогенную редукцию фитомассы суши за историческое время в 492 млрд. т Сорг, причем оставшаяся фитомасса составляет всего 558 млрд. т Сорг. Оценки современных запасов органического вещества в двух главных наземных резервуарах, приводимые Г. Вудвеллом и Р.
Хоутоном, ближе к приводимым в таблице: фитомасса — 827 и гумус — 1 080 млрд. т Сорг.

Чтобы более полно представить картину современной антропогенной редукции почвенно-растительного покрова суши, перечислим важнейшие виды его нарушения в результате хозяйственной деятельности.

Среди процессов, поддающихся в той или иной степени количественной оценке, на первых местах стоят такие, как: сведение лесов; земледелие; перевыпас и ряд других нарушений.

Сведение лесов при строительстве, горных разработках, создании водохранилищ и особенно превращении лесных земель в сельскохозяйственные считается важнейшим процессом, ведущим к невозобновимой убыли органического вещества биосферы Г.Вудвелл и Р. Хоутон считают, что 25% содержащегося в атмосфере углекислого газа обязаны своим присутствием этому процессу. По их мнению, можно допустить, что сейчас ежегодно леса сводятся примерно на 1 % площади и если даже 1/3 консервируется в виде пиломатериалов, то поступление СО2 в воздух от окисления остальной биомассы должно составлять
5 млрд. т в пересчете на углерод. Согласно данным ФАО (FAO Production yearbook), за 1995—1998 гг. площадь лесных земель в мире сократилась на 200 с лишним млн. га, что может быть эквивалентно потере наземной биомассы порядка 8—10 млрд. т в год Сорг. Согласно Дж. Гриббину, сведение лесов и сжигание топлива по масштабам продуцируемого СО2 сейчас примерно уравновешивают друг друга.

Дигрессия лесов происходит также при чрезмерном их использовании для отдыха и туризма, при загрязнении воздуха и в ряде других случаев
(интенсивная пастьба, подтопление местности, осушение близлежащих болот и др.). Наблюдениями установлено, что даже незначительная по времени рекреационная нагрузка (30 дней в сезон) вызывает изменения в почвенно- растительном покрове, сравнимые с теми, которые происходят при продолжительном использовании. Уплотнение почвы, происходящее в лесопарках, заказниках и т. д., ведет к уменьшению массы корней деревьев, из-за чего снижается прирост древесины, деревья становятся мельче, разреживается и укорачивается их хвоя. Механическое же повреждение деревьев приводит к развитию болезней и вредителей. При массовом посещении лесов гибнут нижние ярусы растительности, вытаптывается почвенная подстилка и страдает гумусовый горизонт. Так, на стоянках и площадках для отдыха в лесу запасы органического вещества в почве снижаются на 50% и более.

Весьма ощутимо вырождение лесов при значительном загрязнении воздуха. Летучая зола, угольная и коксовая пыль закупоривают поры листьев, уменьшают доступ света к растениям и ослабляют процесс ассимиляции.
Загрязнение почвы выбросами пыли металлов, мышьяковой пылью в соединении с суперфосфатом или серной кислотой отравляет корневую систему растений, задерживая ее рост. Токсичен для растений и сернистый ангидрид. О том, как действует загрязненный воздух на растительность, можно судить по следующему примеру. В Рурском бассейне деревья прекращают расти в высоту и увеличивать толщину ствола. Однако при этом ветви разрастаются вбок, улавливая еще больше загрязненного воздуха, что также тормозит их рост. Если за пределами
Рура (в 10 км от северной его границы) 70-летние насаждения сосны имеют среднюю высоту 20 м и диаметр ствола 27 см, то в зоне загрязнения их высота
— 7 м, а диаметр ствола — 25 см. Полностью уничтожается растительность под воздействием дымов и газов медеплавильных комбинатов в непосредственной близости от них. Ущерб растительному покрову, и в первую очередь лесам, наносится при выпадении кислых осадков в результате разноса соединений серы на сотни и тысячи километров. Выбросы предприятий уничтожают почвенный покров в радиусе нескольких километров. Региональное деструктивное воздействие на лесные почвы оказывают кислые осадки. Ощутимое уменьшение биомассы лесов происходит, по-видимому, и из-за пожаров.

Земледелие в наше время — мощный процесс, ведущий к быстрому уменьшению запасов гумуса в почвах и выделению СО2. Больше всего гумуса теряется в результате сильной эрозии и выдувания. В США, сильно пострадавших от этих процессов, они изучены особенно тщательно. Для возделываемых почв этой страны установлена средняя скорость смыва в 22—30 т/га в год. В смываемом материале содержание гумуса около 2%.
Следовательно, ежегодный вынос органического вещества с каждого гектара земледельческих площадей США достигает 0,25—0,35 т (в пересчете на углерод). Если взять за средний показатель потерь углерода из гумуса 0,3 т/га в год и использовать для получения минимальной оценки его убыли в результате ускоренной денудации со всех возделываемых земель мира площадью около 1,5 млрд. га, то в этом случае потери могут быть определены в 0,45 млрд. т в год.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки