Растения и чистота природной среды
Шрифт:
Различные биоценозы играют неодинаковую роль в очистке атмосферы от вредных примесей. Один гектар леса производит газообмен в 3—10 раз более интенсивно, чем полевые культуры, занимающие аналогичную площадь.
Высокая эффективность леса в очистке окружающей среды от вредных примесей связана отчасти с рассеиванием ядовитых газов в воздухе, поскольку в лесу течение воздуха поверх неровных древесных крон способствует изменению характера потоков в самой нижней части атмосферы.
Древесные насаждения увеличивают турбулентность воздуха, создают усиленное смещение воздушных течений, в результате чего загрязнители более быстро рассеиваются (Молчанов, 1973).
В атмосфере и гидросфере Земли содержится 1,5•1015 т кислорода. Содержащийся в воздухе и воде кислород является результатом деятельности автотрофных организмов, осуществлявшейся на протяжении длительного периода истории Земли. Появление на Земле кислорода явилось мощным стимулом эволюции живых организмов, поскольку они получили возможность осуществлять свои многообразные физиологические функции благодаря использованию энергии, выделяющейся в большом количестве при аэробной диссимиляции органических веществ.
Кислород, образуемый в ходе фотосинтеза современной растительностью, используется на дыхание самих растений (около 1/3), на аэробное разложение органических веществ микроорганизмами, на дыхание животных и человека, а также на процессы горения различных веществ. Осуществление всех этих процессов приводит к тому, что почти весь кислород, выделяемый наземной растительностью, расходуется и накопления его в атмосфере почти не происходит. К тому же суммарная годовая продукция кислорода лесов составляет, по подсчетам специалистов, ничтожно малую величину по отношению к общему запасу его в атмосфере Земли, а именно около 1/22000. Таким образом, вклад наземных экосистем в баланс кислорода на нашей планете весьма незначителен. Возмещение кислорода, расходуемого на процессы горения, происходит главным образом за счет фотосинтеза фитопланктона. Дело в том, что в достаточно глубоких водоемах отмершие организмы опускаются на такую глубину, где их разложение осуществляется анаэробным путем, т. е. без поглощения кислорода.
Гидросфера оказывает влияние на баланс газов в атмосфере еще и потому, что в ней иное соотношение между азотом и кислородом. Если в атмосфере соотношение между ними равно четырем, то в водоемах относительная доля кислорода примерно в два раза выше, чем в атмосфере. Однако именно со стороны гидросферы нас и поджидает, пожалуй, наибольшая опасность. Дело в том, что в настоящее время моря и океаны все более и более загрязняются. По образному выражению Б. Уорд и Р. Дюбо (1975), океаны — это всеобщая сточная яма нашей планеты, гигантский септический бак. Человек находится под влиянием средневековых представлений о безграничности Мирового океана. Однако это далеко не так. Мировой океан представляет наиболее уязвимую часть биосферы. Интенсивный сброс в моря и океаны загрязняющих веществ создает угрозу возникновения в них анаэробных условий. Так, например, по сравнению с 1900 г. резко сократилось содержание кислорода в Ландсортской впадине Балтийского моря. В настоящее время кислород там практически отсутствует.
Что касается атмосферы, то в ней, как показывают систематические наблюдения за концентрацией кислорода, проводимые с 1910 г., содержание этого газа практически не изменилось и равно 20,9488±0,0017. Это отнюдь не означает, что нам не следует заботиться о сохранении растительного покрова Земли. Темпы использования кислорода резко возросли. По данным И. М. Кутырина (1980), за последние 50 лет было использовано кислорода в процентном отношении столько же, сколько за последний миллион лет, т. е. примерно 0,02 % атмосферного запаса. Человечеству в ближайшем будущем не будет реально угрожать кислородное голодание. Тем не менее для сохранения стабильности газового состава атмосферы предстоит искать новые виды энергий, не требующие расхода кислорода, шире использовать водную, ветровую, ядерную и другие виды энергий.
Одно из важнейших значений зеленых растений заключается в том, что они осуществляют процесс утилизации углекислого газа. О масштабах этого процесса свидетельствует тот факт, что за год растения связывают в форме органических веществ около 6–7 % углекислого газа, содержащегося в атмосфере Земли. Приблизительно около трети количества образованного в ходе фотосинтеза органического вещества, расходуется самими растениями при дыхании, что приводит к высвобождению углекислого газа. Очень незначительная доля органических веществ (около 1/1000) консервируется (например, в виде торфа), а остальное количество их становится достоянием гетеротрофных организмов: микробов, животных, человека. В результате осуществления ими процессов дыхания, брожения и гниения органические вещества распадаются с выделением углекислого газа. Кроме того, углекислый газ высвобождается при горении древесины, газа, нефти, каменного угля и других горючих материалов, при извержении вулканов.
Подсчитано, что в атмосфере Земли имеется 2,3•1012 т углекислого газа. Атмосфера постоянно обменивается газами с гидросферой. А та содержит в 60 раз больше углекислоты, чем атмосфера. Двуокись углерода атмосферы имеет очень важное значение. Она участвует в регуляции кислотности морей и океанов: при растворении в воде углекислый газ образует угольную кислоту, в результате диссоциации которой возникает карбонатбикарбонатная буферная система.
Моря и океаны действуют подобно насосу, перекачивающему углекислый газ из полярных широт в экваториальные. Происходит это следующим образом. Газы, как известно, лучше растворяются в холодной воде, чем в теплой. По этой причине углекислый газ интенсивно поглощается в холодных областях. При помощи глубинных течений он перемещается в теплые тропические области. Здесь двуокись углерода мигрирует в атмосферу. В связи с этим парциальное давление ее в атмосфере тропиков несколько выше, чем в высоких широтах.
Систематические наблюдения за содержанием углекислого газа в атмосфере были начаты еще в середине прошлого века. Они позволили установить, что в связи с резким возрастанием промышленности начиная с конца XIX в. в атмосфере постепенно возрастает содержание углекислого газа. Только за одно десятилетие с 1960 по 1970 г. доля углекислого газа в атмосфере поднялась с 0,0315 до 0,0320 %. Ученые полагают, что к концу нынешнего тысячелетия концентрация двуокиси углерода в атмосфере возрастет до 0,0379 %.
Накопление ее может иметь самые серьезные последствия. Хорошо известно, что углекислый газ поглощает инфракрасные лучи. По этой причине он действует в атмосфере подобно стеклу в оранжерее: пропускает солнечную радиацию, но задерживает тепловое инфракрасное излучение Земли. Благодаря этому углекислый газ создает так называемый «парниковый эффект».
Еще в прошлом веке некоторые ученые пришли к заключению, что углекислый газ регулирует температуру на Земле в глобальном масштабе и что возрастание его количества в атмосфере может привести к постепенному повышению температуры на Земле, таянию полярных шапок и ледников, к поднятию уровня Мирового океана и сокращению поверхности суши. Следует отметить, что этот прогноз в настоящее время частично подтверждается. Группа японских, австралийских и американских исследователей, работавших в Антарктиде, установила, что в ряде мест этого континента ледовый панцирь постепенно сокращается, в результате чего край льда приблизился к материковой части на 140 морских миль. Ученые полагают, что в основе этого явления лежит «парниковый эффект», вызванный накоплением в атмосфере углекислого газа. Что касается уровня Мирового океана, то в пользу его повышения, возможно, свидетельствует факт постепенного затопления берегов полуострова Флорида, вокруг которого в течение уже десяти лет уровень воды повышается в среднем на полдюйма в год. По мнению некоторых специалистов, уровень Мирового океана в XXI в. поднимется на 2,5 м. Пока же, за XX в., он повысился на 10–15 см.
Средняя годовая температура земного шара равна 14°. Удвоение количества углекислого газа в атмосфере увеличит ее вследствие «парникового эффекта» на 2°. Правда, изменение температуры Земли не обусловлено только концентрацией углекислого газа в атмосфере. С 1900 по 1945 г. наблюдалось потепление климата на Земле, которое затем сменилось похолоданием, причины которого четко не установлены. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что при повышении концентрации углекислого газа в атмосфере возрастает скорость фотосинтеза, и это в свою очередь должно способствовать временному усилению использования углекислого газа растениями. Некоторые исследователи высказывали предположение о возможном или даже начавшемся уже увеличении годового прироста биомассы на 5–7—9 %. Однако, как отмечает В. А. Ковда (1975), объективных данных в пользу такого мнения пока нет.