Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
19
Этот дополнительный приток энергии может быть вызван сжиганием ископаемого топлива, ядерной энергетикой, утилизацией солнечной энергии и т.д.
Солнечное
Теплоке излучение Земли
Космос
излучение отражение -^—
Стратосфері
/7
X. 5 ^
Перенос теплоты с энЗатора и полюсам
Тропосфера
Сидро-лито^У ссрера 11
И 25 ,л 4\> Л Д
Прямое Рассеянное '° Й 5 24
излучение излучение зсрфектибное $йные цспарение излучение потони
теплоты
Рис. 2. Распределение мощности солнечного излучения (заштрихованные стрелки — распределение солнечной радиации в процентах к падающей на Землю мощности солнечного излучения. Незаштрихованные стрелки ->¦ распределение теплового излучения Земли. Горшков В.Г., 1990)
Современное энергопотребление человека составляет 10 ТВт, и, следовательно, в принципе допустимо увеличение энергопотребления по сравнению с современным уровнем примерно в 10 раз. Таков климатический предел энергопотребления.
Полная биосферная мощность первичной продукции (фотосинтеза) определяется водным режимом на суше и структурой водных сообществ в Океане. На фотосинтез расходуется 100 ТВт солнечного излучения, что находится на пределе мощностей, не изменяющих естественные температурные флуктуации. Это, по-видимому, не случайное совпадение: мощность биосферы достигла максимальной мощности, совместимой с устойчивостью климата. Это означает, что в рамках современного климата полная биосферная мощность увеличена быть не может.
Согласно закону сохранения энергии, в рамках стабильного клима-
20
та человечество может употребить для своих нужд (пища, содержание скота, потребление древесины и т.д.) не более полной мощности всей биосферы — не более 100 ТВт, т.е. примерно на порядок больше по сравнению с существующим уровнем. Таков биологический предел потребления.
Оба указанных предела — климатический и биологический — имеют приписываемое им значение лишь в условиях сохранения биосферы. Поэтому реально существующим для развития человеческой цивилизации пределом является экологический предел. Он связан с поддержанием устойчивости окружающей среды.
Биохимические процессы в живом мире Земли поддерживаются внешней солнечной энергией и сводятся к синтезу и разложению органических веществ. Окружающая среда включает вещества и живые организмы (биоту), с которыми взаимодействует заданный живой организм. При этом под биосферой понимаются биота и окружающая среда в глобальных масштабах. В биосферу включается также и внешняя среда (например, верхние слои атмосферы), в которой нет живых организмов, но которая достаточно интенсивно перемешивается с окружающей биоту средой.
Прежде всего окружающая среда характеризуется концентрациями химических соединений, потребляемыми живыми организмами. Для организмов, разлагающих органические вещества, важны величины концентрации и формы существования органических веществ и кислорода р почве, воде, воздухе.
Для организмов, синтезирующих органические вещества, существенны концентрации углекислого газа, соединений азота, фосфора и многих других элементов, называемых часто биогенами и входящих в состав живых организмов. Возникает вопрос: являются ли концентрации биогенов в окружающей среде случайными, зависящими лишь от абиогенных геохимических процессов, или же эти концентрации поддерживаются биотой на оптимальном для жизни уровне?
Очевидно, в первом случае биота должна была бы непрерывно приспосабливаться к изменяющейся окружающей среде. Характерный масштаб времени изменения концентрации биогенных веществ за счет геохимических процессов оценивается величиной порядка 100 тыс. лет. Ясно, что за период эволюции жизни на Земле концентрации практически всех биогенов могли бы измениться на несколько порядков и принять значения, при которых существование жизни стало бы невозможным. Из этого следует практически однозначный вывод, что живые организмы не должны использовать в процессах жизнедеятельности вещества, концентрации которых не могут регулироваться биологическими процессами. Более того, биологически регулируемые
21
процессы и концентрации веществ должны определять также приемлемые для жизни характеристики окружающей среды: температуру, спектральный состав доходящего до поверхности Земли солнечного излучения, режим испарения и выпадения водных осадков на суше и т.д.
Конечно же биота не может изменить такие характеристики природы, как поток солнечной радиации за пределами Земли, приливы — отливы, вулканическую деятельностью. Однако неблагоприятные изменения и случайные флуктуации этих характеристик биота может компенсировать путем направленного изменения управляемых ею концентрацией биогенов в окружающей среде.
Воздействие биоты на окружающую среду сводится к синтезу органических веществ из неорганических и к разложению органических веществ на неорганические составляющие, т.е. к изменению соотношения между содержанием органических и неорганических веществ в биосфере. Скорость синтеза органических веществ определяет продукцию, а скорость их разложения — деструкцию.
