6.5.4. Изменение состояния биосферы.

Биосфе́ра (от греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Термин «биосфера» был введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.

Целостное учение о биосфере создал русский биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает почти всю гидросферу.

Верхняя граница в атмосфере: 40-50 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-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.

Граница между атмосферы и литосферы в гидросфере: 10—11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения (рис. 6.84).

Рисунок 6.84 - Границы биосферы.

Известно, что на биосферу воздействует широкий спектр природных (земного и космического происхождения) и антропогенных глобальных и локальных источников. К природным воздействиям относятся эндогенные (тектонические) процессы, гравитационные вариации, экзогенные процессы, происходящие на поверхности (вариации температуры, влажности, давления) и связанные с космическими факторами (приливные эффекты, вариации скорости вращения Земли и солнечной активности). К антропогенным воздействиям относятся отбор нефти и газа, разработка месторождений твердых полезных ископаемых, воздействия на месторождения, закачка и откачка флюидов, в том числе ядерных и токсичных отходов, заполнение водохранилищ и сброс из них, ядерные взрывы, запуски ракет, строительство городов, железных дорог и других объектов, различные вибровоздействия при строительстве и движении транспорта. Одна из возможных причин негативных явлений - это несогласованность антропогенных воздействий на биосферу с природными воздействиями и с соответствующими режимами вариаций той части биосферы, с которой могут быть связаны катастрофы. При разработке нефтяных месторождений с аномально высоким пластовым давлением идет односторонний процесс, ведущий преимущественно к трендовым (однонаправленным) вариациям состояния среды. Таким примером может стать нефтяное месторождение Тенгиз, разработка которого с годами может привести к опасным последствиям.

В результате воздействий на биосферу, в ней происходит перераспределение энергии (изменение напряженно-деформированного состояния и вещества). Зависимость свойств среды от напряженно-деформированного состояния выражается в ее тензо- , термо-, флюидо- и виброчувствительности, т.е. в способности свойств горных пород реагировать на временные изменения тектонических напряжений, термодинамических условий, содержания и состава флюидов, вибрации.

Биосфера реагирует на внешние воздействия перемещением различных объемов горных пород, деформациями, миграцией флюидов, фазовыми, химическими и биологическими превращениями. Изменения в биосфере могут быть интенсивными и слабыми, быстрыми и медленными. За длительные промежутки геологического времени происходят сильные изменения состояния горных пород: они передвигаются, терпят разрывы, сминаются в складки, размываются. К быстрым процессам относятся землетрясения, оползни, сели, цунами, горные удары; к медленным процессам, происходящим на наших глазах, - опустынивания, проседания, пучения и др. При воздействиях могут проявиться деструктивные и конструктивные процессы. Конструктивные процессы заключаются в образовании материальных благ, например, возникновение полезных ископаемых, их добыча. К деструктивным процессам относятся такие, которые могут привести к катастрофам. Эти явления имеют природное и антропогенное происхождение. Отрицательные явления могут быть усилены природными факторами.

Изменение состояния биосферы проявляется во временных вариациях различных параметров физических полей. Изменяются деформации, наклоны, скорости пробега сейсмических волн, электромагнитные свойства, гидрогеодинамические режимы, дебит нефти и газа и т.д.

Человечество не всегда разумно использовало находящиеся в его распоряжении ресурсы. Не зная многих закономерностей природы, человек часто не представляет последствий своей «победы» над природой. Некоторые государства древнего мира исчезли с лица земли в результате хищнического отношения к природе: истощения почв и вырубки лесов. Вырубка лесов вызывает иссушение и эрозию почвы, приводит к увеличению количества наводнений и селевых потоков в горах, сказываются на местном и глобальном климате.

Загрязнение промышленными предприятиями окружающей среды в настоящее время приобретает катастрофический характер

Деятельность человека приводит к сокращению запасов чистой воды. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды зачастую без должной очистки, загрязняя окружающие водоёмы токсичными химическими соединениями. Гидроэлектростанции и плотины мешают нормальной миграции речных рыб. Двигатели внутреннего сгорания в автотранспорте, заводы, тепловые электростанции выделяют в атмосферу вредные вещества. Появление новых городов и накопление промышленных отвалов уменьшает площадь лесов и лугов, поддерживающих концентрацию кислорода в атмосфере на необходимом для жизни уровне. Безответственное использование атомной энергии приводит к загрязнению окружающей среды радиоактивными веществами, вызывающими раковые заболевания.

Увеличение численности населения земного шара (в настоящее время на Земле проживает уже более шести миллиардов человек) может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. В докладах Римского клуба – международной организации, занимающейся исследованием глобальных проблем, затрагивающих сами основы существования человека, – прогнозируется кризис энергетических и пищевых ресурсов уже в середине XXI века.

В настоящее время во всём мире возникла необходимость наладить разумное использование природных ресурсов. Нужна охрана атмосферы, водных ресурсов, почвы, живой природы. Во многих государствах уже приняты законы об охране природы; промышленные, строительные и сельскохозяйственные учреждения обязаны учитывать баланс природных ресурсов и возможные последствия нарушения равновесия природных явлений. Созданы так называемые «красные книги» – списки редких и исчезающих видов животных и растений. Во всём мире появилось большое количество экологических организаций, занимающихся охраной окружающей среды; наиболее известной среди них является «Greenpeace» («Гринпис»).

Серьёзной проблемой являются глобальные климатические изменения в биосфере. Некоторые химические вещества (например, фреон), выбрасываемые в атмосферу, приводят к разрушению озонового слоя. В настоящее время над Антарктидой и некоторыми арктическими регионами постоянно существуют зоны, в которых озоновый слой либо значительно тоньше нормы, либо отсутствует вообще.

Природный парниковый эффект обеспечивает поддержание температуры Земли примерно на 33° выше той, которая бы наблюдалась при его отсутствии. Выброс в атмосферу углекислоты и других газов, а также твёрдых частиц вызывает техногенный парниковый эффект, в результате чего повышается среднегодовая температура воздуха. Повышение температуры даже на несколько градусов может привести к таянию полярных льдов и затоплению океанических побережий, в том числе густонаселённых регионов Западной и Восточной Европы, Индостана, Южной Америки. Впрочем, 7 миллиардов тонн CO₂ в год, выбрасываемых в воздух при сжигании топлива, – небольшая величина по сравнению с 200 миллиардами тонн диоксида углерода, образующегося естественным путём в процессах дыхания и гниения, а повышение средней температуры на 0,5 °C за последние сто лет можно объяснить и другими причинами (например, изменяющейся солнечной активностью).

Тем не менее, глобальные климатические изменения, вызванные деятельностью человека, – это проблема, к исследованию которой необходимо подходить со всей ответственностью.