що складалися упродовж тривалого часу. Елементарною функціональною одиницею біосфери є екосистема, головна функція якої полягає в тому, щоб постійно підтримувати біогенний кругообіг речовини, трансформувати й передавати енергію та інформацію (рис. 7). Вважається, що еволюція відбувалася в напрямі прискорення біотичного кругообігу речовин у біосфері та збільшення різноманіття біоти через ускладнення її структурованості. Останнє зумовлюється стійким зростанням здатності біоти до акумуляції потоку вільної енергії, яка проходить через екосистему, що веде загалом до постійного збільшення продуктивності та інформаційної “ємності” біосфери. Біорізноманіття поділяють на два рівні — мінімальний та критичний. Мінімальний рівень — це певне різноманіття компонентів, при якому може існувати будь-яка багатокомпонентна біологічна система. Нижче цього рівня знаходиться критичний, при досягненні якого відбувається руйнація екосистеми. Чим вище біорізноманіття, тим більша стійкість до зовнішніх впливів і навпаки — чим нижче біорізноманіття, тим система чутливіша до діючих чинників. Тому досягнення екосистемою критичного рівня залежить від кількості й потужності діючих чинників, часу їх впливу і складності екосистеми. Втручання людини в процесі своєї діяльності в біосферні взаємозв’язки, про значення яких вона здебільшого не має правильного уявлення, нерідко призводить до незворотних змін. Із зростанням чисельності людства зменшується видова різноманітність та чисельність живого на нашій планеті, і це тоді, коли населення становить ще тільки 6 млрд. На межі ХХІ ст. людство постало перед жахливою картиною, а що буде далі, коли в недалекому майбутньому, за прогнозами вчених, населення Землі збільшиться удвічі? По мірі того, як дедалі більше видів зникає, місцеві екосистеми починають гинути і в певний час людство може постати перед реальною небезпекою загальної загибелі біосфери.
СО2, що виділяється під час спалювання корисних копалин Сонячне світло СО2, що виділяється під час СО2 дихання Тепло глибин Землі Фотосинтез Тепло
Окиси вуглецю Окиси сірки Вуглеводні Окиси азоту Тверді частки
Н2О
Рослини земна поверхня Окислення, розчинення, розщеплення
консументи Мертва органіка, Мертва консументи органіка, редуценти Вода Вугілля, нафта, газ
Промисловість
Вода
Вуглець, вуглеводні
Рис. 7. Вплив антропогенного чинника на кругообіг енергії
З 1,7 млн зареєстрованих біологічних видів, унаслідок деградації природного середовища, щорічно втрачається 10–15 тис. видів, переважно нижчих форм. Прикрим є те, що це ще не вивчені види та рідкісні ендемічні форми рослин і тварин. За прогнозами науковців, у 2050 р. площі лісів будуть скорочені на душу населення з теперішніх 0,56 до 0,38 га (ця цифра враховує як зростання населення, так і перетворення частини лісів на орні землі). Відсоток видів птахів, ссавців і риб, уразливих сьогодні або таких, що знаходяться під безпосередньою загрозою вимирання, загалом у світі приблизно становить: 11 % з 8615 відомих видів птахів, 25 % з 4355 видів ссавців і близько 34 % від усіх видів риб. Важливим є й те, що усе це не може не впливати на різноманітність і чисельність видів, яка змінюється внаслідок природного та антропогенного впливу, а також на взаємодію між ними та фізичними й хімічними складовими середовища.
Природний вплив До природних впливів, що змінювали поверхню Землі ще з історичних часів, належать такі найбільші геофізичні явища: формування та розпад єдиних материків (Моногеї, Мегагеї, Лавразії, Гондвани та Пангеї), трансгресії та регресії Світового океану. Ці явища збігаються за своєю тривалістю з часом, потрібним для повної зміни геному. Вважається, що біота не лише перебудовувала свою структуру та змінювала генетичну інформацію на кожному новому етапі геофізичних змін навколишнього середовища, а й, імовірно, активно брала участь у формуванні та стабілізації цього середовища, не допускаючи переходу його за поріг стійкості. В процесі еволюції відбувалося формування таких форм життя, які на кожному етапі зміни геофізичних умов оптимальним чином забезпечували цю регуляцію та стійкість. Відбувався процес зміни геному та форм організмів, який загалом призводив до все більшої стійкості біосфери. Наприклад, загибель динозаврів — еволюційна зміна форм життя, яка тривала мільйони років і проходила з нормальною еволюційною швидкістю; зміна домінування голонасінних на покритонасінні, зміна видів комах, поява ссавців. З'являлися нові види, які, можливо, здійснювали регуляцію та стабілізацію навколишнього середовища ефективніше, ніж попередні.
Інформація
Прикладом природного впливу на біоту може бути повсюдне та швидке вимирання багатьох представників мамонтової фауни (мамонт, шерстистий носоріг, печерний лев та ін.), пристосованих до жорстких умов існування в зонах холодного та сухого тундростепу, яке пов'язують із глобальними змінами клімату, що відбувалися на межі плейстоцену та голоцену, приблизно 10–13 тис. років тому. Швидко відбувалася зміна ландшафту осоково-злакових тундростепів на мохово-лишайникову заболочену тундру та північну тайгу — безкормні території для більшості великих рослиноїдних.
Зв’язок між умовами навколишнього середовища та давньою біотою вивчала група вчених Ліверпульского університету на чолі з П. Бренчлі (Велика Британія). Основна увага приділялася часу хірнантського зледеніння, кінця ордовіку (близько 440 млн років тому). Встановлено, що понад 500 тис. років тому відбувалося масове вимирання морських організмів. Спочатку загинули трилобіти, голкошкірі та планктон у помірних широтах, потім настала черга мешканців мілководних тропічних морів, і нарешті, наприкінці зледеніння, зникли брахіоподи, корали та мшанки. Дослідники вважають, що перша хвиля масового вимирання пов’язана з черговим похолоданням, яке порушило чіткі межі кліматичних зон планети, друга — з різким зниженням рівня Світового океану, значна частина якого пішла на формування льодовикових шапок, а третя — з його підвищенням, викликаним таненням льодовиків унаслідок загального потепління, коли шельф занурився під глибинні води, бідні на кисень. Автономний тектонічний процес, що постійно відбувається в надрах Землі, й сьогодні впливає на зміну обрису її поверхні. Так, виверження вулкану Кракатау, що відбулося 1883 р., призвело до зникнення одних островів, з похованням усього живого, та появи інших. Антропогенний вплив Антропогенний вплив, тобто вплив господарської діяльності людства на навколишнє середовище, прямо або опосередковано виявляється у забрудненні довкілля на основі утворення великої кількості відходів; фрагментації, модифікації та втраті видами середовища існування; надмірній експлуатації ресурсів; витісненні автохтонних видів інтродукованими. 1. Забруднення довкілля через утворення значної кількості відходів. Антропогенний вплив виявляється у забрудненні довкілля СО2, оксидами сірки, азоту, вуглеводнями, важкими металами та іншими сполуками, які в промислових районах стають причиною появи смогів, випадання “кислотних дощів”, деградації ґрунтів тощо. Існує чимало наукових даних, згідно з якими підвищення концентрації СО2 в атмосфері, навіть без урахування глобального потепління, здатне призвести до значної зміни структури та функціонування екосистем, що може бути несприятливим для деяких рослин. Тривале утримання рослин при високій концентрації СО2 супроводжується збільшенням площі листя, стимуляцією росту пагонів другого порядку, відносним збільшенням частки коріння та маси тих органів, що запасають поживні речовини, посиленням бульбоутворення. Зміна концентрації СО2 впливає на склад кінцевих продуктів фотосинтезу, тобто при високих концентраціях вуглець входив в основному в цукри, а при низьких — в амінокислоти. Слід зауважити, що зміна концентрації СО2 має бути чітко збалансована з використанням азоту, фосфору, інших поживних речовин, світла, води в продукційному процесі без порушення екологічної рівноваги. Щоб підвищити продуктивність сільськогосподарських культур в умовах зростання концентрації вуглекислоти у повітрі, потрібна не лише значна кількість добрив, а й засоби захисту рослин (гербіциди, інсектициди, фунгіциди), а також підтримання необхідного водного балансу. Вартість цих заходів та наслідки для навколишнього середовища є занадто істотними та невиправданими. Важливу роль відіграє і конкуренція в екосистемах за поживні речовини, яка стримує реакцію рослин на підвищення вмісту вуглекислого газу. У разі потепління відбудеться досить інтенсивне розкладання органічних речовин з вивільненням СО2 та метану, особливо в зоні вічної мерзлоти. За даними деяких учених, при підвищенні літньої температури в тундрі на 4о С, в атмосферу додатково вивільниться до 50 % вуглецю з торфу, незважаючи на інтенсивний ріст рослин. У цьому поясі притундрова рослинність є важливим кліматоутворювальним чинником, тому при потеплінні відбудеться зсув межі лісу на північ. Унаслідок цього зміниться структура кормової бази: на зміну лишайникам та моху, які тяжіють до низьких температур, прийде кущова рослинність, непридатна для оленів, а збільшення висоти снігового покриву негативно позначиться на виживанні молодняка.
Інформація
Наслідки конкуренції відображатимуться і на біосистемах, які створюватиме людина. Відомо, що листя рослин, яке сформувалося в умовах високих концентрацій вуглекислого газу, містить менше азоту, відповідно й білку, внаслідок чого цінність такої рослини, як їжі для тварин, значно нижча. У комах, що живляться подібною рослинністю, уповільнюється розвиток, вони стають вразливішими для хижаків та паразитів. У результаті популяція травоїдних комах скорочується, а відтак звужується і харчова база багатьох хижаків.
При підвищеному рівні двоокису вуглецю прискорюється ріст, цвітіння та старіння рослин. Зміна періоду цвітіння може позначитися на запиленні рослин унаслідок його неспівпадання з піком активності й розповсюдження запилювачів. Можливе потепління викличе зниження рівня атмосферного тиску приблизно на 10 %, що ускладнить землеробство, а також призведе до посилення ерозійних процесів, погіршення якості ґрунту, втрати гумусу, засолення, спустелювання значних територій. Вченими доведено, що перенасичення атмосфери СО2 товщиною до 1 м може відгукнутися “ефектом пустелі”. Оскільки цей шар поглинає теплові потоки, що здіймаються, то в результаті його збагачення двоокисом вуглецю локальна температура повітря безпосередньо біля земної поверхні стане на кілька градусів вище середньої температури. Інтенсивність випаровування вологи з ґрунту збільшиться, що призведе до його висушування. Внаслідок цього у верхніх широтах північної півкулі загалом може знизитися виробництво зерна, кормів, цукрового буряку, картоплі, насіння соняшнику, овочів та ін. Підвищення температури в нижній частині атмосфери сприяє зменшенню кількості озону в стратосфері, що дає змогу небезпечному ультрафіолетовому промінню досягти земної поверхні (парникові гази затримують більше тепла в нижній частині атмосфери, при цьому стратосфера охолоджується, підвищується активність хлорфторвуглеців — речовин, які руйнують озон). Спалювання вугілля, нафтопродуктів призводить до вивільнення крім вуглекислоти ще й двооксиду сірки та оксидів азоту, з яких утворюються азотна і сірчана кислоти — джерело “кислотних дощів”. У “кислій” дощовій воді СО2 не розчиняється і залишається у верхніх шарах повітря, більша його частина не включається в біологічний кругообіг, що й зумовлює накопичення в атмосфері. Кисла дощова вода, потрапляючи до водойм, знижує їх лужність (рН), унаслідок чого знижується концентрація розчинного Са, що негативно впливає на розвиток ікри риб та інших водних тварин. Щодо ґрунту, то нестача Са призводить до накопичення кислоти. Висока кислотність спричинює вивільнення з мінеральної основи алюмінію, який у вільному стані дуже отруйний для рослин і тварин. Кислота і алюміній пошкоджують тонкі корінці рослин, унаслідок чого вони не в змозі всмоктувати воду та засвоювати поживні речовини. Підвищена кислотність робить більш розчинними й інші токсичні важкі метали. Навколо металургійних, хімічних та коксохімічних заводів, вугільних підприємств, теплових електростанцій звичайним явищем є уражена деревна та трав’яниста рослинність, низька врожайність культурних рослин. Унаслідок високої загазованості знижується сонячна інсоляція та фотосинтез, а закупорка продихів листя пилом та твердими частками порушує газо- та вологообмін рослин, змінюється цитоплазма клітин, руйнується хлорофіл. Рослини в зоні промислового забруднення істотно ослаблені, вони чутливі до грибкових захворювань, що значно знижує їх продуктивність і якість. У зерні пшениці знижується вміст клейковини, ячменю — вміст крохмалю; в насінні соняшнику — жиру, підвищується вміст лузги; в кормовому буряку, моркві, капусті зменшується вміст аскорбінової кислоти, цукру та каротину, підвищується зольність. Насіння сільськогосподарських культур із забруднених районів має низьку схожість та енергію проростання. Крім того, під дією димових газів і пилу змінюються фізико-хімічні властивості ґрунту, підвищується вміст мікроелементів, змінюється реакція ґрунтового покриву та мікрофлори, ущільнюється аерація. Склад ґрунту змінюється також під впливом забруднення води та атмосферних опадів, при цьому очистити його можна лише за допомогою зняття верхнього шару, в якому містяться основні поживні речовини. Для штучного відновлення родючості ґрунту потрібна велика кількість органічних та мінеральних добрив, великі економічні затрати. За даними Е. Л. Воробейчик (1998), забруднення лісів важкими металами в комплексі з SO2 призводить до різкого скорочення чисельності дощових черв’яків. Так, у радіусі 3,8 км від Середньоуральського міднеплавильного заводу та 5 км від Красноуральського міднеплавильного комбінату, внаслідок високої токсичності ґрунту дощових черв’яків взагалі немає. Пригнічення їхньої популяції негативно відображається на функціонуванні всієї лісової екосистеми — гальмується деструкція опаду та повернення в кругообіг біогенів, зменшується ґрунтова родючість, збіднюється біоценоз, що призводить до одноманітності й повної деградації лісової екосистеми. Скидання промисловими підприємствами неочищених стоків, які містять важкі метали, призводить до надмірного їх накопичення в тканинах та органах тварин, які мешкають у воді, і загрожує існуванню популяції деяких із них. Наприклад, високий вміст ртуті в організмі тюленів та нерп Балтійського моря і Ладозького озера є причиною аномально високого проценту випадків народження мертвих дитинчат або їхньої загибелі в перші дні життя. Забруднення рибогосподарських водних об'єктів промислово-комунальними стоками знижує їх рибопродуктивність на 10–30 %, а на окремих ділянках призводить і до повної втрати. Гідротехнічне будівництво, яке відбувається на природних водоймах і водотоках, в умовах антропогенного евтрофування впливає на зміну кількісного та якісного складу іхтіофауни, зниження чисельності популяції цінних промислових видів риб, загальної та питомої рибопродуктивності.
Із розвитком судноплавства, зокрема нафтоперевезень, в індустріальну епоху постала гостра проблема забруднення морських просторів нафтовими вуглеводнями. Джерелами надходжень нафтових забруднювачів можуть бути також викиди із суден при завантаженні нафти і палива, бурінні на шельфі та природні просочування з надр. Аналізуючи наслідки аварійних надходжень нафтових вуглеводнів у морську воду, маємо: • порушення темпів співвідношення процесів продукування та деструкції органічної речовини; • різку зміну кількісних характеристик планктонного угруповання — чисельності та біомаси; • зміну домінантних видів, яка виявляється у повному або частковому випаданні зі складу угруповань найчутливіших до забруднення видів та одночасно в масовому розвитку більш стійких видів; • смертність бентосних організмів і загибель водоростей; • забруднення міграційних шляхів і нерестових ареалів риб.
Інформація
21 листопада 1981 р. під час шторму в Балтійському морі сталася аварія танкера “Глоуб Асимі”, в результаті якої у воду потрапило 16 тис. т мазуту. Така кількість мазуту насамперед вплинула на загибель мідій та водоростей фурцелярій. Запас мідій в районі від Клайпеди до Лієпаї скоротився на 30 %, а фурцелярій — на 50 % порівняно з 1980–1981 рр. Різке скорочення запасів останніх призвело до зміни переднерестових міграцій оселедців у Ризькій затоці. Мазутом були забруднені нерестилища та нагульні площі корюшки, щуки, ляща, плотви та інших риб, а також міграційні шляхи прохідних риб — сигу, сирті, корюшки, вугра. Внаслідок аварії загальний вилов риби у 1982 р. скоротився на 8 %, у тому числі корюшки на 40 %, сирті — 69 %, сига — на 21 %.
Доречно вказати, що при концентрації нафти вище 10 мг/л гине більшість морських риб, а ікра та личинки ракоподібних і молюсків, найбільш чутливих до нафтового забруднення, гинуть вже при 0,01– 0,1 мг/л. Для дорослих молюсків і ракоподібних летальним є забруднення при концентрації вище 10 г/л (у критичних зонах концентрація нафтових агрегатів становить 50–300 мг/л). Щоб врятувати морські екосистеми від аварійної нафти, необхідне технічне переозброєння сучасних виробництв, що функціонують у морі та на узбережжі, вдосконалення економічних механізмів, які б регулювали їх діяльність, вдосконалення міжнародного права тощо.
2. Фрагментація, модифікація та втрата видами середовища існування. Незважаючи на застереження вчених, людство вельми активно наступає на природні екосистеми планети, перетворюючи їх у сільськогосподарські угіддя; нераціонально проводяться лісовпорядкувальні роботи, будівництво, видобуток корисних копалин, осушення боліт, гідробудівництво, знищення малих річок, що призводить до антропогенної водної та вітрової ерозії ґрунтів. Вісім тисяч років тому більш як 6 млрд га (близько 40 %) поверхні суходолу покривали ліси. Нині площа природних лісів становить близько 3,6 млрд га, при цьому щороку втрачається ще 14 млн га. У тропічних лісах ссавці, птахи, плазуни і комахи відіграють важливу роль у запиленні дерев, рознесенні насіння й поїданні інших істот, які харчуються цим насінням і тим самим сприяють відтворенню лісу. Зростаючий антропогенний тиск опосередковано спустошує значну частину тропічних лісів і, якщо він триватиме на теперішньому рівні, деякі види тропічних дерев можуть зникнути разом із тваринами. Понад 90 % втрат лісів (близько 11,1 млн га щорічно) відбувається в тропіках. Скорочення площі тропічних лісів на 70 % призведе не тільки до зникнення тих видів, які існували на знищених ділянках лісу, а й скорочення до 30 % чисельності видів, що існують на сусідніх ділянках лісу.
Інформація
У 1997–1998 рр. вогонь, розпалений для вивільнення земель в Амазонії, знищив понад 5,2 млн га лісів, чагарників і саван Бразилії — площу, що у півтора рази перевищує площу Тайваню. В Індонезії протягом 1997–1998 рр. від вогню загинуло 2 млн га лісів.
Відрізняються підвищеною уразливістю, повільним відновленням після руйнацій, високою інтенсивністю ерозійних процесів в умовах вічної мерзлоти при руйнуванні рослинного покриву й північні екосистеми, зокрема бореальні ліси. Євразійські бореальні ліси, займаючи приблизно 900 млн га, відіграють важливу стабілізуючу роль і виконують, поряд із ресурсними, важливі екологічні функції. Багато дослідників вважають, що захисні, середовищеутворювальні та середовищестабілізуючі функції бореальних лісів за своєю біосферною та екологічною значущістю набагато важливіші їх ресурсного потенціалу.
Екологічні функції лісу включають: • охорону природних вод від забруднення хімічними речовинами, що вимиваються з мінеральних добрив та використовуються при хімічному захисті лісів і полів; • запобігання від змиву та закріплення схилів рік і озер; • охорону ґрунту від ерозії та дефляції; • рівномірне розподілення сезонного та збільшення упродовж року річкового стоку; • покращення водного режиму та мікроклімату під лісовим покривом та на прилеглих полях; • відновлення гідрологічних і хімічних властивостей змитих ґрунтів. Санітарно-гігієнічне значення лісів визначається не лише поглинанням двоокису вуглецю та виділенням кисню, а й збереженням мікроклімату, шумозахисними та пиловловлювальними властивостями лісового покриву, а також високою фітонцидністю лісових рослин. Загалом наслідки, спричинені знищенням лісів, можна подати у вигляді таблиці (див. табл. 6). Головною причиною занепаду популяцій різних видів є деградація звичних місць існування.
Таблиця 6
Біологічні зміни Послаблення середовищерегулювальної функції лісів Вирубка лісів у гірських районах і на водорозділах Знищення лісу Зменшення вкладу транспірації в кругообіг вологи на суші Скорочення біомаси та продукційного потенціалу біосфери Наслідки Частіші повені, селі, посухи на прилеглих територіях Послаблення стійкості клімату Зникнення біотопів багатьох видів, зменшення їх різноманіття Зміна режимів опадів і стоку, аридизація великих просторів Послаблення газової функції біосфери та здатності регулювати асиміляцію сонячної енергії і склад атмосфери
Інформація
Висаджування лісів на місці знищених не завжди може себе виправдати в екологічному плані, а надалі й в економічному. Так, перетворення 80 % природних модринових лісів Флориди на комерційні хвойні плантації спричинило зникнення популяції лісових саламандр, які погано переносять сухість хвойних лісів.
