Основні компоненти середовища

Розділ 3. Середовище проживання людини.

Коротко зупинимося на питаннях походження та еволюції Землі як складової Сонячної системи. На запитання: "Звідки взялась наша планета?" найлегше було б відповісти традиційно — "Бог створив". Але з чого, коли і як? Відповіді на це ми не маємо.

Дещо складніше пояснити це явище з позицій наших знань як про планету, так і про самих себе.

Земля є третьою за віддаленістю від Сонця планетою Сонячної системи. Швидкість її обертання навколо світила становить 29,76 км/с. Орбіта нашої планети еліптична, велика її піввісь дорівнює 149,6 млн км. Період обертання навколо Сонця становить один зоряний рік — 365 діб, 9 хв і 10 с. За розрахунками фахівців, геологічний вік плане­ти Земля — 4-5 млрд років.

Екваторіальний радіус Землі дорівнює 6378,16 км, площа її поверхні — 510 млн км², а об'єм — 1083 млрд км³. Загальна маса Землі (разом з атмосферою) становить 5,98 • 10²¹ т. Площа суходолу, вклю­чаючи материки і острови, дорівнює 149 млн км², площа океанів — 360 млн км². Загальна маса води, зосередженої в океанах, дорівнює 1,45 • 10¹⁸т.

Більшу частину земної кулі займають води (близько 70,8 % всієї поверхні), які називаються гідросферою, або водяною оболонкою Землі. Насамперед це чотири океани: Тихий, Індійський, Атлантичним і Північний Льодовитий, які мають загальну назву Світовий океан, а такожусі інші поверхневі води. У Світовому океані переважають глибини 3-6 тис. м; максимальну глибину — 11034 м — має Маріанська западинав Тихому океані.

Близько 29,2 % поверхні земної кулі займає суходіл — материки Євразія,Африка, Північна таПівденна Америка, Австралія, Антарктида та острови. Середня висота суходолу над рівнем Світового оке­ану — 875 м, найвища вершина — Еверест — 8848 м. Зазвичай суходіл називають літосферою, але літосфера — це лише незначна частина твердої оболонки земної кулі.

Внутрішня будова планети Земля відома лише в загальних рисах, тому що досліджено лише поверхневі шари літосфери — до 25 км. Існує певний поділ шарів Землі на власне літосферу — шар земної кори на глибину 30-75 км під сушею і 3-10 км під океанами, мантію (або ба­рисферу) — до глибини близько 2500 км і ядро Землі. У напрямі до центру Землі збільшуються тиск, густина речовини і температура. За розрахунками, в центрі Землі тиск досягає 3,5 млн кг/см², густина речовини в ядрі — 12-17 г/см³, температура — до кількох тисяч градусів. Щодо джерела температури всередині Землі існує кілька гіпотез. За однією з них, це результат природного розпаду радіоактивних елементів.

Літосфера і гідросфера вкриті газовою оболонкою — атмосферою, висота якої над поверхнею Землі становить 1000-1300 км, проте сліди атмосфери виявляють навіть на відстані до 6000 км від поверхні Землі.

Умовно атмосферу поділяють на п'ять шарів залежно від висоти:

• тропосфера — 8-18 км;

• стратосфера — до 40 км;

• мезосфера — 40-80 км;

• термосфера — 80-1000 км;

• екзосфера, або сфера розсіювання — понад 1000 км; з цього шару молекули газів розсіюються в космічний простір.

Цілком природно, що найважливішим для існування, зокрема людини, є перший шар — тропосфера. У ній зосереджена майже вся водяна пара і 4/5 всієї маси атмосферного повітря. Саме тут формуються всі погодні явища, що впливають на людину. Тропосфера — нижній шар атмосфери, який простягається від поверхні Землі до висоти 16-18 км; при цьому слід зауважити, що в північних широтах її висота обмежується 8-10 км. Над тропосферою розміщується тропопауза — перехідний прошарок, висота якого залежить від географічної широти, пори року, циклонічної діяльності. Наступний шар атмосфери — стратосфера — закінчується на висоті близько 40 км від поверхні Землі. Саме у стратосфері під впливом сонячної радіації утворюється озоновий шар — своєрідний екран, який захищає живі організми нашої планети від космічного випромінювання.

Характеристика Землі як планети буде неповною, якщо не згадати про найважливішу і найунікальнішу її оболонку — біосферу.

Біосфера — область поширення життя на земній кулі — населена живимиорганізмами поверхня літосфери, майже вся товща гідросфери і нижній шар тропосфери.

За визначенням В. Вернадського, загалом біосфера, яка є оболонкою Землі, де існують живі організми, — це певна частина земної кулі, зайнята трансформаторами, за допомогою яких космічне випромінювання перетворюється на дієву енергію Землі — електричну, хімічну, механічну, теплову тощо.

3.2. Кругообіг речовини і енергії в біосфері.

Життя на Землі було б неможливе, якби не було безперервного процесу утворення органічних речовин з неорганічних з одночасним використанням сонячної енергії. Таким процесом, як відомо, є фотосин­тез, що відбувається в зелених частинах рослин. Завдяки хлорофілу — складній органічній сполуці, яка, зокрема, і зумовлює зелений колір більшості рослин — з вуглекислого газу і води за допомогою сонячної енергії утворюються органічні речовини, які дають початок усім по­дальшим перетворенням речовин у живих організмах. У процесі фото­синтезу в рослинах світлова енергія перетворюється на енергію хімічних зв'язків, за рахунок якої рослини ростуть і розвиваються.

У найузагальненішому вигляді процес фотосинтезу описують відомим хімічним рівнянням:

6С0₂ + 12Н₂0 → С₆Н₁₂0₆ + 6Н₂0 + 60₂ + 674 ккал.

Не слід вважати, що цим рівнянням описується весь процес фотосинтезу. Насправді він складається з розгалужених циклів світлових фотохімічних і темнових ферментативних реакцій, що відбуваються в організмі рослин. Процес фотосинтезу полягає в тому, що за допомогою енергії світла вода розкладається з виділенням кисню, а водень витрачається на відновлення вуглекислого газу. Отже, фотосинтез — це найважливіший біохімічний процес живлення рослин, під час якого вони засвоюють енергію сонячної радіації і за її допомогою з неорганічних речовин синтезують органічні сполуки.

Грандіозність фотосинтетичного процесу вражає. Одне дерево з проекцією крони 150 м², тобто діаметром крони близько 14 м, має приблизно 800 тис. листків, площа внутрішньої фотосинтезуючої поверхні яких перевищує 150 тис. м². Таке дерево переробляє за одну годину 2,5 кг вуглекислого газу (така його кількість міститься у 5 тис. м³ повітря) і близько 1 кг води, використовуючи при цьому 6075 кал сонячної енергії для синтезу 1600 г вуглеводів (глюкози).

Листкова поверхня площею 25 м² протягом сонячного дня виділяє таку кількість кисню, яка потрібна одній людині на добу. Розраховано, що для врожаю пшениці 40 ц/га рослини повинні утворити 10 т загальної біомаси і при цьому засвоїти — з ґрунту близько 150 кг азоту і близько 500 кг інших мінеральних речовин, з повітря — 20-25 т вуглекислого газу.

Як відомо, тварини і людина не здатні синтезувати органічні речовини з мінеральних. Вони використовують для своїх енергетичних потреб (рухів, дихання) органічну речовину, що була синтезована іншими живими організмами, розкладаючи її до вуглекислого газу, води і мінеральних сполук. У процесі живлення тварини синтезують білки, жири, вуглеводи свого тіла, але цей синтез відбувається не за рахунок неорганічних речовин, а за рахунок органічних речовин рослинного і тваринного походження. Саме тому тварини є "руйнівниками" органічних речовин.

Крім рослинних і тваринних організмів у природі, зокрема у ґрунті, воді, повітрі, та й у рослинах і тваринах, живуть мікроорганізми, які у процесі життєдіяльності розкладають рослинні і тваринні рештки до найпростіших сполук — С0₂, Н₂0, NH₃ та ін. Мікроорганізмів в 1 г ґрунту або озерного мулу мільярди. У процесі еволюції мікроорганізми пристосувалися до життя в найрізноманітніших умовах. Одні з них потребують для своєї життєдіяльності кисню, інші живуть у без-кисневому середовищі. Існують організми, здатні жити у 10%-ному розчині сірчаної кислоти і в лужному середовищі. Мікроорганізми витримують низьку температуру, підвищену солоність води і ґрунту, підвищений атмосферний тиск та інші несприятливі для складніше організованих рослин і тварин умови. Тому вони здатні розкладати білки, жири, вуглеводи в будь-яких середовищах, відіграючи тим самим значну роль у природі.

Мінеральні речовини, які утворюються під час розкладу живими організмами органічних решток, недовго затримуються в ґрунті, воді тощо. Інші мікроорганізми та вищі рослини і тварини перетворюють їх на органічні сполуки. Саме так у природі відбувається біологічний кругообіг речовини і енергії, коли живі організми, використовуючи сонячну енергію, перетворюють її в енергію геохімічних процесів, зумовлюючи цим особливості руху хімічних речовин у певних природних умовах і визначаючи характер взаємозв'язку літосфери, гідросфери та атмосфери. У біологічному кругообігу бере участь величезна кількість хімічних елементів, особливо вуглець, кисень, азот, фосфор та сірка.

Біологічний кругообіг речовин і енергії відбувається в більшості існуючих ландшафтів, але його інтенсивність для кожного ландшафту різна. В одних може нагромаджуватися велика кількість живих організмів, а кругообіг відбуватиметься повільно, в інших, навпаки, швидко. Біологічний кругообіг речовин і енергії впливає на формування грунтів і на всі геохімічні процеси, які відбуваються в грунті, воді, повітрі та глибинних (до 2-3 км) шарах земної кори.

3.3. Поняття про еволюцію біосфери.

Як зазначалося, вік Землі як планети становить 4-5 млрд років, проте поки що сліди життя відомі лише з геологічних відкладів віком близько 3 млрд років.

У геохронологічному літописі Землі налічують п'ять ер і груп періодів:

– архейська ера — 3-2 млрд років тому;

– протерозойська ера — близько 1,5 млрд років тому;.

– палеозойська ера — близько 365 млн років тому;

– мезозойська ера — близько 115 млн років тому;

– кайнозойська ера — від 70 млн років тому дотепер.

Усередині кожної ери виокремлюють певні періоди різної тривалості, а їх визначення базується на наявності в геологічних відкладах тих чи інших викопних решток живих організмів. За даними геохронології, рештки багатоклітинних живих організмів на Землі достовірно відомі з шарів віком близько 700-550 млн років тому. Проте цей вік не може претендувати на остаточність, тому що викопні рештки з таких відкладів зберігаються дуже погано і трапляються надто рідко. Не є винятком знахідки викопних організмів, які жили в найдавніші часи. Водночас відомі людству викопні свідчення про склад живих організмів у прадавні часи дають змогу уявити основні компоненти біосфери в кожній ері.

Так, для протерозойської ери найхарактернішими були водорості і тварини, що перебували у водяному середовищі, — губки, радіо-пирії, членистоногі.

Характерною для палеозойської ери була поява живих організмів на суходолі. Спочатку, у кембрійському періоді, це були рослини, а пізніше — в ордовицькому періоді — і наземні тварини.

У мезозойську еру на суходолі панували голонасінні рослини (предки наших голчастих — ялини, модрини, сосни, смереки та інших рослин) і поступово завойовували його перші покритонасінні росли­ни. Мезозойську еру ще називають ерою гігантських рептилій. Саме на цей час припадає розквіт відомої групи наземних тварин, різноманіття видів яких сприяло завоюванню не лише суходолу, а й повітря і водного середовища.

Найзначнішою подією в кайнозойську еру була поява первісної людини. Тоді ж досягли максимального розвитку покритонасінні рослини, а серед тварин — птахи і ссавці. Саме наприкінці кайнозойської ери (в антропогеновому періоді) — близько 2 млн років тому — з'явилася пралюдина в тому вигляді, який характерний для всього роду Ното.

Зазначимо, що наведена схема розвитку біосфери є найзагальнішою, а над її деталізацією працюють тисячі науковців в усьому світі.

З'явившись ще в архейську еру, живі організми безперервно змінювалися: одні з них зникали, поступаючись місцем іншим групам рос­лин і тварин, інші видозмінювалися відповідно до змін навколишнього середовища. Усі ці зміни в біосфері відбувалися на тлі безперервних змін умов довкілля, яке, за панівною нині думкою, і було першопричиною всіх відомих перетворень у рослинному і тваринному світі планети Земля. Було б неправильно стверджувати, що живі організми не впливали на навколишнє середовище, а лише існували в ньо­му. Живі організми справляли і справляють такий істотний вплив на умови свого існування, що науковці вирізняють нині навіть окремий розділ екологічної науки — значення живих організмів в утворенні навколишнього середовища.

Саме цей взаємовплив має назву еволюція — незворотний процес історичних змін усього живого на Землі. З численних спонтанних мутацій шляхом природного відбору формувались і формуються нині такі комбінації ознак і властивостей, які сприяють адаптації організмів до умов навколишнього середовища, що постійно змінюється за рахунок як абіотичних, так і біотичних факторів. Насамперед еволюційні процеси виявляються на рівні популяцій рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів тощо у вигляді адаптивних змін їх генотипного складу, що сприяє найбільш адекватному пристосуванню живих організмів до існування. Крім мутаційного процесу елементарними факторами еволюції є коливання чисельності особин у популяції та ізоляція популяції (гео­графічна, генетична, етологічна, фізіологічна тощо), а також, можливо, так званий мейотичний драйв — порушення випадковості у співвідношенні частот при розщепленні гетерозигот.

Еволюційні перетворення в популяціях спричинюються до відособлення нових видів живих організмів або до набування певним видом властивостей, що дають йому можливість функціонувати в нових абіотичних або біотичних умовах.

Існування біосфери, включаючи й еволюційні перетворення, було б неможливе без взаємопов'язаних фізичних, хімічних та біологічних процесів перетворення і переміщення речовини й енергії у природі. Тривалий час у науці панувала думка про замкнуті цикли кругообігу речовини і енергії в біосфері, які й забезпечують рівновагу в навколишньому середовищі. Лише на початку XX ст. видатний учений В. Вернадський довів розімкненість кругообігів окремих хімічних елементів і енергії в біосфері. Саме ці положення стали основою вчення В. Вернадського про біогеохімічні цикли і біосферу. Згідно з цим вченням, обмін речовини і енергії між різними компонентами біосфери зумовлюється життєдіяльністю організмів і має циклічний характер. Рушійними силами біогеохімічних циклів є потоки енергії Сонця і діяльність живої речовини, які спричинюються до переміщення величезних мас хімічних елементів, концентрування і перерозподілу акумульованої у процесі фотосинтезу енергії. Завдяки цим процесам ви­никає стійка організованість біосфери Землі, здійснюється її нормальне функціонування. Нормальні (не порушені) біогеохімічні цикли, на думку В. Вернадського, не є замкнутими, хоча оборотність річних циклів найважливіших біогенних елементів у них сягає 95-98 %. Наслідком цього стало те, що та невелика частка речовини, яка виходить з біогеохімічного циклу, за всю історію розвитку біосфери і зумовила біогенне нагромадження кисню і азоту в атмосфері, різних елементів і сполук у земній корі. Так, за 600 млн років за рахунок неповної оборотності вуглецю у викопних осадках накопичились величезні запаси речовин, які містять вуглець (вапняки, бітуми, вугілля, нафта та ін.), вони становлять 10¹⁷ т.

3.4. Техносфера.

Людина давно живе не в «природі», а мешкає в середовищі, антропо­генно зміненому, трансформованому під впливом своєї діяльності. В життєвому циклі людина і навколишнє середовище утворюють постійно діючу систему «людина — довкілля».

Довкілля— навколишнє середовище людини, зумовлене в даний момент сукупністю факторів, здатних чинити пряму або непряму, негайну або віддалену дію на людину, її здоров'я і життя.

З появою людей на Землі почався вплив їхньої діяльності на кругообіг речовин та енергетичний обмін у біосфері, почалася трагедія біосфери. На шлях, який посилює конфронтацію з біосферою, предки сучасної людини ступили близько 1,5—3 млн років тому, коли підпорядковуючись командам свого розумового апарату — головного мозку, який потребував все більшої кількості енергії для задоволення своїх потреб, вперше запалили вогнище в надрах Африки і Північної Якутії (у селищі Дирин-Юрях). З того моменту шляхи людини і біосфери остаточно розійшлися, почалося їх протистояння, наслідком якого може стати колапс біосфери або зникнення людини.

Людство, розростаючись чисельно і розповсюджуючись на планеті, автоматично і неминуче відтіснило інших мешканців природи. Та і саму природу воно відкинуло на задвірки біосфери, замінюючи останню вже не ноосферою Вернадського, а техносферою, або біотехносферою.

Техносфера — це регіон біосфери в минулому, перетворений людиною за допомогою прямого або непрямого впливу технічних засобів з метою найкращої відповідності своїм матеріальним і соціально-економічним потребам.

Створюючи техносферу, людина прагнула до підвищення комфортності довкілля, до зростання комунікабельності, до забезпечення захисту від природних негативних впливів. Усе це позитивно вплинуло на умови життя і в сукупності з іншими факторами (поліпшення медичного обслуговування тощо) на тривалість життя людей.

Але створення руками і розумом людини техносфери, призначеної максимально задовольняти її потреби в комфорті і безпеці, далеко не виправдувала надії людей. Нераціональна господарська діяльність, багаторазово підсилена здобутками науково-технічного прогресу, призвела до пошкодження і вичерпання природних ресурсів, зміни регенераційних механізмів біосфери, деформації сформованого протягом багатьох мільйонів років природно­го кругообігу речовин та енергетичних потоків на планеті, порушення динамічної рівноваги глобальної земної соціоекосистеми.

У глобальній екосистемі, біосфері, яка є єдиним цілим, нішо не може бути виграно або втрачено, не може бути об'єктом загального поліпшення. Усе, що добуто з неї людською працею, повинно бути повернене. Оплати цього «векселя» не можливо уникнути, він може бути лише відстрочений.

Техносфера включає в себе регіони міста, промислової зони, виробничого і побутового середовищ. До нових, техносферних, належать умови проживання людини в містах і промислових центрах, виробничі, транспортні і побутові умови життєдіяльності.

Щоб жити, людина має забезпечити своє життя, насамперед матеріально.

Матеріальне виробництво — передусім це діяльність, спрямована на освоєння навколишнього природного середовища. Воно включає в себе промисловість і сільськогосподарську діяльність. Матеріальне виробництво є основою суспільного розвитку, тому що саме воно задовольняє найрізноманітніші людські потреби. Провідну роль у системі матеріального виробництва відіграли:

1) аграрне виробництво, що домінувало в Європі практично до початку XVIII ст.;

2) промислове виробництво, яке розпочалося з того моменту, коли пара й машина здійснили революцію в промисловості:

3) інформаційне виробництво — виробництво знань, що все більше перетворюється на визначальну форму праці. На третьому етапі виробництво ідей, знань, інформації виходить на перший план

Людство вступає в нову еру — інформаційну. Основним видом економічної діяльності стає виробництво, збереження і розповсюдження інформації.

Поиск по сайту: