1. Биосфера: экологические знания против бытующих заблуждений

Известная юридическая формула гласит, что незнание законов не освобождает гражданина от ответственности перед Законом. Переиначивая ее на экологический лад можно сказать, что незнание людьми законов живой природы не освобождает их от ответственности перед собой, перед обществом и последующими поколениями за ухудшение состояния окружающей среды, за разрушение фундаментальных биосферных процессов. Слишком большой ущерб наносит человечество природе, а тем самым себе и своему будущему из-за пренебрежительного отношения к тем знаниям, которые стали достоянием экологии и других естественных наук. Сегодня отношения человека с природой стали столь тесно взаимосвязанными и в то же время столь масштабными, что во многих видах профессиональной деятельности, и даже в быту, все чаще приходится либо напрямую решать вопросы экологического толка, либо сталкиваться с вопросами, имеющими экологический подтекст. Критичность современной экологической ситуации требует, чтобы на эти вопросы давались правильные ответы. Вот почему ныне экологические знания являются необходимым компонентом образования. Экология сравнительно недавно вошла в ряд общеобразовательных дисциплин и поэтому неудивительно, что немало людей пребывает в плену укоренившихся заблуждений, которые в практической деятельности могут привести к крупным, а иногда и непоправимым ошибкам. Тема предлагаемого практического занятия как раз и посвящена опровержению некоторых широко бытующих заблуждений связанных так или иначе с экологической тематикой.

Студентам предлагается критически оценить некоторые суждения (они взяты в кавычки) или разобрать характерные ситуации, а затем, используя приобретенные на лекциях знания, сформулировать обоснованные с экологических позиций ответы на поставленные вопросы. При необходимости следует использовать справочные данные, приведенные в примечаниях к вопросам. В ряде случаев для подтверждения или опровержения своих доводов необходимо выполнить простые оценочные расчеты.

1. Нередко приходится сталкиваться с мнением, что экология - это наука, изучающая характер и особенности загрязнения окружающей среды человеком, а также способы предотвращения таких загрязнений. Бытует и другая формулировка, согласно которой экология - наука об охране окружающей среды.

В чем состоит ошибочность приведенных здесь суждений? Дайте верное определение экологии. Каким образом экология связана с охраной окружающей среды?

2. «Жизнь на Земле невозможна без существования кислородной атмосферы. Именно благодаря наличию кислорода в воздухе она и смогла зародиться, а затем эволюционно развиваться».

Как Вы думаете, в чем прав и в чем ошибается автор этого суждения?

3. «Озоновый слой Земли – действительно очень тонкий слой озона (т.к. его мало), расположенный в стратосфере. При определенных физико-химических воздействиях этот слой истончается до такой степени, что образуются так называемые «озоновые дыры», пропускающие вредные для человека ультрафиолетовые лучи. Понятно, что озон полезный для человека газ.

Особенно приятно вдыхать запах озона после грозы – легко и хорошо дышится. Хорошо, если в приземной атмосфере воздух отличается повышенным содержание озона».

Разберите детально приведенный выше набор суждений. Что здесь соответствует действительности, а что – нет?

4. «Почвенный покров Земли не способен существенно влиять на химический состав атмосферы, изменять ее физические свойства и тем самым изменять климатические условия в глобальном и региональном масштабе. Это влияние может быть только опосредованным и проявляться за счет того, что благодаря существованию почвы на ней процветают растения, осуществляющие фотосинтез».

Примечание. Для того, чтобы аргументировано сделать вывод по приведенным выше суждениям вспомните тему, посвященную круговоротам веществ в природе.

Выполните небольшой оценочный расчет, исходя из следующих данных. Пусть общее содержание СО₂ в атмосфере 2,8  1012 т. Фотосинтез растений суши поглощает 0,08  1012 т, а их дыхание возвращает в атмосферу 0,02  1012 т СО₂ в год. За сколько лет из атмосферы будет изъят весь углекислый газ? Что при этом произойдет с живой природой? За счет каких процессов СО₂ возвращается в атмосферу в таком количестве, которое позволяет поддерживать баланс этого газа?

5. «Любой садовод-огородник знает, что пищей для растений служит вода и растворенные в ней питательные и минеральные вещества. На основе этого материала в присутствии солнечного света растения строят свое тело».

На сколько полным является это утверждение?

6. Иногда случается читать в газетах, что для того, чтобы избавить природу от промышленных загрязнений следует создавать полностью безотходное производство.

Возможно ли создание абсолютно безотходных технологий сегодня и в будущем? Ответ обоснуйте.

Примечание. Для того, чтобы правильно ответить на этот вопрос воспользуйтесь, к примеру, вторым началом термодинамики.

7. Сегодня одной из основных забот экологов является сохранение лесов на нашей планете. И, хотя проблемы сохранения лесного фонда Земли неоднократно обсуждались на самых высоких международных форумах (например, на Конференции ООН в 1992 г. в Рио-де-Жанейро), лесные богатства по прежнему уничтожаются. Если в середине 80-х годов ежегодно уничтожалось 11,3 млн. га лесов, то в 90-х -уже 16,8 млн. га. Общая площадь лесов ежегодно уменьшается на 1,5-2%.

Особенно интенсивно уничтожаются наиболее продуктивные тропические леса. К настоящему времени влажнотропические леса сведены в Латинской Америки на 37% от первоначальных площадей, в Азии – на 42%, в Африке – на 52%.

Обеспокоенность по поводу уменьшения лесного фонда планеты всем понятна, ведь ее самой главной причиной является то обстоятельство, что леса служат основным источником пополнения атмосферы кислородом, который при их отсутствии будет быстро исчерпан.

Насколько верным и полным является это утверждение? Существуют ли другие причины, заставляющие проявлять беспокойство о сохранении лесов в связи с химическим составом атмосферы? Какие из них Вы считаете наиболее важными?

Бесспорно, что взаимодействие лесного фонда планеты с атмосферой является очень важной для глобальных биосферных процессов. Однако существуют и другие обстоятельства, заставляющие оберегать громадные лесные пространства. Перечислите их.

8. В начале 60-х годов в СССР широко пропагандировалась идея о том, что проблему ограниченности пищевых ресурсов, необходимых человечеству, можно эффективно решить за счет все более широкого промысла и искусственного разведения морепродуктов. И это казалось правильным, поскольку Мировой океан, занимающий огромные просторы (около 70% поверхности Земли), действительно представляется необъятной кладовой пищевых ресурсов.

Однако ни в нашей стране, ни за рубежом эти идеи не воплотились в реальность. Промысел и искусственное разведение некоторых морепродуктов дают весьма скромную прибавку к общемировому столу. (К примеру, в 1986 г. мировой улов морепродуктов, в котором рыба составила 90%, достиг 91,5 млн. т., но это всего лишь по 18 кг на человека в год).

В чем дело? Почему человечество не может (или не торопится) реализовать эту идею, то время как по данным ООН за 1996 г. в мире голодает около 850 млн. людей?

Примечание. Для того, чтобы обоснованно ответить на этот вопрос сопоставьте следующие данные.

Масса живого вещества континентов составляет примерно 2,4  10¹² т, а в Мировом океане – 0,0032  10¹² т.

Число видов растений на суше превышает 200 тыс., а в Мировом океане составляет около 10 тыс. Число видов животных на суше превышает 1,5 млн., а в Мировом океане – 10 тыс. Кстати, чем объяснить, что биоразнообразие в Мировом океане существенно ниже, чем на суше?

Обратите также внимание на неравномерность распределения биомассы в Океане, а также на то, что различные зоны океана обладают разной продуктивностью. Так, самая мощная продуктивная океаническая система находится у берегов Перу, где Перуанский апвеллинг, занимающий всего 0,02% океанской акватории, дает до 20% мирового улова рыбы.

9. Перед человечеством остро стоит проблема голода. По данным ООН за 1996 г. на планете голодало около 850 млн. человек.

Пища, которой так не хватает, является одновременно и источником органического материала, и источником энергии, которую этот материал в себе заключает. В условиях дефицита продуктов питания не лишним будет задуматься об экономии энергетических ресурсов, поступающих с пищей, ведь каждому человеку необходимо получать около 2500 ккал энергии в сутки.

В связи с этим уместно задаться вопросом: на питание какой пищей – растительного или животного происхождения – следует в большей степени больше ориентироваться человечеству с тем, чтобы успешнее бороться проблемой голода?

Многие считают, что в основном надо делать упор на питание продуктами животного происхождения, так как в среднем они обладают более высокой калорийностью.

Так ли это? Какой выбор следует сделать, рассматривая вопрос с экологических позиций?

Примечание. Вспомните правило Линдемана (правило 10%) и следствие из него.

10. Известные экологи Н. Реймерс и Ф. Штильмарк описали такую историю:

«Побывали мы в Березинском государственном заповеднике, где 90% территории занимает зона абсолютного покоя ...

И вот нашему взору открылось обширное пространство сплошных сосновых посадок, тянувшихся вдоль на несколько километров. Посадки были недавние, делали их работники заповедника.

Главный лесничий пояснил: «Лес был вырублен в тот период, когда заповедник временно не функционировал, а недавно мы решили на вырубках посадить сосну, помочь природе».

Нужно ли это делать? Ответ обоснуйте.

11. Художественный фильм «У озера» (1970г) режиссера С. Герасимова, который с интересом в свое время смотрела вся страна, посвящен проблеме сохранения уникальных водных запасов озера Байкал. На берегу озера вырос крупный целлюлозно-бумажный комбинат, сбрасывающий в него сточные воды. За судьбу озера разгорелась нешуточная борьба, которая, кстати, не окончена и по сей день.

Есть в этом фильме такой эпизод. В споре между учеными и чиновной комиссией, настаивающей на продолжении работы комбината, один из чиновников демонстративно выпивает стакан воды, набранной прямо из под промышленного стока, и весь его торжествующий вид как бы говорит: вот видите со мной ничего не случилось, а с озером тем более ничего не случится. Можно не сомневаться, что с ним ничего не случилось бы, пей он эту воду при всех других многочисленных комиссиях, посрамляя ученых.

В действиях чиновника есть уловка, скорей всего неосознанная, но уловка. В чем она состоит? Действительно ли этот поступок доказывает, что сточные воды комбината не могут серьезно повредить озеру?

Примечание. Рассмотрите вопрос о накоплении загрязнений в пищевых цепях.

12. «Современное сельское хозяйство является самым эффективным за всю историю человечества». В этой казалось бы неопровержимой истине можно усомниться, если рассматривать вопрос с точки зрения энергетических затрат. Будем рассуждать так. Выращиваемый урожай несет с собой энергию питательных веществ, необходимую человеку. В этом, в основном, и состоит его ценность. С другой стороны, на выращивание урожая также необходимо затратить энергию. Эффективность сельскохозяйственной деятельности можно определить отношением затраченной энергии к энергии, полученной в виде полезной продукции.

Теперь рассмотрим следующие данные. В сельском хозяйстве США в среднем в 1910 г. это отношение составляло 1:1, а в 1975 г. – 1:0,12.

В 1970 г. на производство 1 т. кукурузы в США затрачивалось энергии на 34% больше, чем в 1945 г. Налицо падение энергетической эффективности сельского хозяйства, и этот факт можно было бы подкрепить большим числом подобных примеров [1].

Как истолковать падение энергетической эффективности с экологической и с экономической точек зрения? В каком смысле современное сельское хозяйство можно считать эффективным?

Примечание. Обратите внимание также на следующие данные. В 1900 г. один фермер США мог прокормить 7 человек, в 1940 г. – 11, в 1970 – 46, а в 1974 – 55 человек.

13. «Замена существующего мирового автопарка на электромобили, которая наверное произойдет в недалеком будущем, позволит полностью исключить загрязнение атмосферы, почвы и водной среды, обусловленное существованием автотранспорта. Недаром в газетах пишут, что электромобиль – это экологически чистый вид транспорта».

В чем состоит неточность этого суждения?

Примечание. Обратите внимание не только на сам автомобиль, но и на всю инфраструктуру автотранспорта.

14. «Наблюдаемая в конце ХХ века глобальное потепление климата обусловлено прежде всего тем, что человечество, сжигая громадные объемы топлива, сбрасывает в окружающую среду слишком большое количества тепла».

Можно ли считать верным такое утверждение? Какие процессы могут наиболее сильно влиять на температурный режим планеты?

15. «Природа удивительно разнообразна в своей организации. Сравните, к примеру, коралловый риф и подмосковный лес – между ними нет ничего общего кроме присутствия в том и другом природном образовании живых организмов»

Если с первым высказанным здесь утверждением трудно спорить, то второму можно противопоставить немало доводов.

Какие общие черты в организации указанных экосистем можно усмотреть?

16. На одной из солидных научных конференций был сделан интересный доклад, в котором было показано, что часть фитопланктона погибает в кильватерном следе судов из-за работы судовых винтов. Работа была подкреплена экспериментами, и этим выводам никто не возражал. Однако докладчик настаивал на том, что судоходство тем самым наносит существенный ущерб морским экосистемам, тем более, что фитопланктон лежит в основе трофических цепей.

Правильно ли был сделан последний вывод?

Примечание. Рассмотрите крайний случай, когда весь фитопланктон погибает в кильватерном следе судна, и используйте следующие данные.

В морских экосистемах фитопланктон имеет в среднем биомассу 10 г/м² и продуктивность 150 г/м² в год.

Определите, сколько раз за год фитопланктон полностью восстанавливает свою биомассу?

В мировом морском флоте насчитывается не более 10⁵ судов, за год каждое проплывает не более 50000 км. Ширину кильватерного следа в среднем примите равной 20 м. Пусть пути судов не разу не совпадают. Дайте верхнюю оценку площади кильватерных следов всех судов за год и сопоставьте ее с площадью Мирового океана – 3,6  10¹⁴ км². Полученные вами приближенные оценки позволят сделать правильный вывод.

17. В докладе, посвященном необходимости создания общественного городского электромобиля (экобуса), в качестве основного довода за скорейший переход на этот вид транспорта была высказана мысль о том, что существующий парк автомобилей сжигает слишком большое количество кислорода, и это становится экологически опасным.

Действительно, автомобильный транспорт сжигает немало кислорода, а человечество в целом (с учетом его хозяйственной деятельности) – около 10¹⁰ т. в год. И все же, прав ли докладчик? Существует ли угроза кислородного голодания?

Примечание. Общие запасы кислорода в атмосфере 1,5  10¹⁵ тон.

Определите за сколько лет при современном уровне населения и производства будет изъят весь кислород.

18. «Чем более развита экосистема, т.е. чем она ближе к своему зрелому состоянию, тем выше ее продуктивность. Так лес, например, в своем зрелом состоянии дает наибольший «урожай» травянистых, мха, листвы, грибов, ягод по сравнению с молодым лесом, и, следовательно, характеризуется наибольшей продуктивностью».

Приведенная выше суждение содержит ошибку. В действительности продуктивность зрелых экосистем близка нулю. Чем это объясняется?

Примечание. Речь идет о продуктивности экосистемы в целом. Рассмотрите роль организмов – деструкторов в экосистеме.

19. «Природа впервые за всю историю своего существования оказалась на грани глобальной экологической катастрофы».

Вы согласны с этим утверждением? Если экологические катастрофы случались, то когда и каким образом? Чем они заканчивались?

20. Модные ныне словосочетания «экологически чистые объекты», «экологически чистые технологии» употребляются настолько часто и в большинстве случаев столь необосновано, что могут ввести в заблуждение кого угодно. Под «экологически чистыми», по-видимому, надо понимать такие объекты (технологии, которые не оказывают негативного влияния на организмы, экосистемы), на биосферу в целом. Однако нередко любое улучшение природоохранных характеристик, порой вовсе незначительное, сопровождают словами об «экологической чистоте».

Вот пример. Обсуждается проект «экологически чистого» танкера. Танкер действительно хорош. Он не будет сбрасывать загрязненную нефтью воду в океан, его двигатель не будет загрязнять атмосферу, возможность аварийных разливов нефти исключена.

Можно ли с уверенностью говорить о том, что этот танкер будет «экологически чистым» в указанном выше смысле? Иначе говоря, какие еще источники воздействия на природу и человека могут проявиться со стороны танкера?