смирнов геоэкология

Анализируя данные табл. 11.2, мы видим, что в океане огром­ ную продукцию дает фитопланктон. Огромные запасы фитопланк­ тона человечество не использует. Возможно, такая проблема вста­ нет перед человечеством в ближайшем будущем, поскольку доказа­ на, например, пищевая ценность одноклеточных диатомовых водо­ рослей. Но необходимо знать, что для получения 1 т сырого планк­ тона надо профильтровать 1 млн. т воды, что потребует очень боль­ ших затрат. Необходимо будет также решить проблему приготов­ ления продуктов питания из фитопланктона. Но потенциальные возможности использования фитопланктона для питания огромны.

Рис. 11.2. Распределение средней годовой первичной продукции в М ировом океа­ не (по О.И. Кобленц-М ишке, 1985).

1 - <100мг С/(м2-сут); 2 - 100-150; 3 - 150-500; 4 - 3 00 - 500; 5 - > 500 мг-С/(м2-сут).

Высшая водная растительность в океане продуцирует массу, равную всего 0,7-0,9 млрд. т, т.е. на несколько порядков меньшую по сравнению с фитопланктоном. Но при условии изъятия 10 % их продукции, можно получить около 70 млн. т водорослей для пита­ ния. Часть этой продукции уже используется миллионами жителей нашей планеты, особенно на тихоокеанском побережье Азии. Круп­ ные водоросли употребляют в пищу, на корм скоту, в качестве

291

удобрений, сырья для получения лекарств, поташа, йода, соды, ис­ пользуют в виде ингредиентов хлеба, конфет и т.д.

Зоопланктон - следующее звено в трофической системе мор­ ских организмов. Его продукция на два порядка больше по сравне­ нию с традиционным продуктом, которым мы пользуемся, - рыба­ ми. Человек до самого последнего времени не использовал зоо­ планктон в собственном питании, однако в последние годы некото­ рые виды зоопланктона в первую очередь криль, человек использу­ ет для питания. Возможности увеличения промысла криля и ис­ пользования его в питании достаточно большие. По крайней мере, около 50 млн. т криля можно изымать из океана без всякого ущерба для его воспроизводства.

Бентос - это те виды животных, которые обитают на дне. Более 98 % всех видов морской донной фауны приурочено к мелковод­

ным районам океана. Продукция бентоса 5-6 млрд. т. Различные представители бентоса давно используются в питании человека. Это и знаменитые устрицы, мидии, морские гребешки, разнообраз­ ные ракообразные (крабы, лангусты, омары), иглокожие (трепанги)

идаже черви (полихеты) и кишечнополостные (сцифоидные меду­ зы). Возможности изъятия продукции без ущерба для воспроизвод­ ства составляют не менее 250-300 млн. т. Поэтому здесь имеются также определенные перспективы увеличения промысла и прежде всего за счет видов, пока что мало используемых человеком.

Нектон - это то, что наиболее широко используется человеком,

ипрежде всего крупные рыбы. Современный улов крупных рыб (около 90 млн. т) находится на предельном, если не сверхпредельном уровне использования этого ресурса океана (рис. 11.3). Переловы стали столь же сильно влияющим фактором на воспроизводство промысловых рыб, как и факторы среды. Возможность увеличения уловов рыбы существует только за счет мезопелагических рыб, ло­ вить которых мы еще должным образом не научились.

Взаключение можно отметить следующее. Возможности получе­ ния продуктов питания из океана существуют. В первую очередь мож­ но заметно (в разы) увеличить промысел криля и мезопелагических рыб, а также кальмаров, продукция которых велика и позволяет брать из океана до 40-50 млн. т без опасения подрыва их воспроизводства. Возможности увеличения промысла крупных рыб исчерпаны.

292

Рис. 11.3. Распределение главных видов промысловых рыб и других морских животных в М ировом океане и степень использования этих ресурсов.

(по данным ФАО С.Нешиба, (1991 г.).

В достаточно далеком будущем весьма вероятно использова­ ние для питания продукции фитопланктона. Эти возможности ог­ ромны, но потребуется решение ряда технологических проблем.

Не следует забывать, что по затратам любая продукция из океана будет всегда значительно превышать сельскохозяйственную продукцию. Поэтому расчет на то, что продукция, из океана, ис­ пользуемая для питания может легко сравняться с продукцией, по­ лучаемой на поверхности Земли, маловероятен и, во всяком случае, очень преждевременен. Было бы хорошо, если бы океан обеспечи­ вал нам хотя бы одну треть пищевых ресурсов. Уже это позволило бы решить для многих районов на Земле продовольственную про­ блему. Но значение решения первой глобальной экологической проблемы — сокращения численности населения Земли - попрежнему останется столь же актуальной.

293

Глава 12. МЕЖДУНАРОДНАЯ ГЕОСФЕРНОБИОСФЕРНАЯ ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЙ И ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

В 80-х годах прошлого столетия к человечеству пришло пони­ мание того, что экологические проблемы являются приоритетными в его жизни и никакие другие проблемы не могут идти с ними в сравнение. Экологическая система нашей планеты, адаптированная к естественным процессам эволюции биосферы, поставила под со­ мнение возможность своего устойчивого существования в условиях быстрых и масштабных антропогенных изменений всех ее компонен­ тов. Поэтому в конце 80-х годов были сформулированы основы Ме­ ждународной геосферно-биосферной программы «Глобальные изме­ нения», к осуществлению которой приступили в последнее десятиле­ тие XX в. (10 сентября 1990 г.). В соответствии с международной бы­ ли определены и национальные программы исследований.

Тогда же были сформулированы требования к проведению гло­ бального экологического мониторинга, необходимость которого стала достаточно очевидна.

12.1 Цель и приоритетные направления Международной геосферно-биосферной программы (МГБП)

Основная цель программы МГБП была определена как «иссле­ дование основных закономерностей эволюции и трендов дальней­ шего развития биосферы и ее основных составляющих». В рамках решения этой основной проблемы были определены и основные приоритетные направления исследований:

-первым приоритетом явилась разработка теории устойчивости биологических систем различного иерархического уровня и изучение факторов, определяющих или нарушающих эту устойчивость;

-вторым важнейшим направлением исследований является изучение геохимических циклов миграции и массообмена химиче­ ских элементов в биосфере и отдельных ее звеньях, и прежде всего круговорота углерода, азота, фосфора и серы, которые определяют­ ся как природными, так и антропогенными факторами.

Деятельность живых организмов выражается в синтезе органи­ ческих веществ и их разложении. Химический состав окружающей

294

среды по отношению к биоте остается неизменным, если биохими­ ческие круговороты биогенных элементов являются замкнутыми с точностью до малых значений, соответствующих выбыванию ор­ ганики на депонирование. В невозмущенных антропогенной дея­ тельностью экосистемах замкнутость круговоротов, как мы знаем, поддерживается за счет сложного взаимодействия различных видов живых организмов, образующих биоту и сформировавшихся в про­ цессе длительной эволюции. Антропогенное возмущение биосферы проявляется главным образом в изменении естественной численно­ сти организмов различных видов, в том числе и уничтожении от­ дельных видов и внесении новых химических соединений, масшта­ бы поступления которых сопоставимы или даже превосходят есте­ ственные поступления.

Особенно это существенно для углерода, по отношению к ко­ торому все еще имеется неопределенность в оценке континенталь­ ной биомассы и вклада морской биоты в круговорот углерода. Не­ обходимы и уточнения оценок обмена углеродом между атмосфе­ рой и океаном, а также изучение вопросов, связанных с изменения­ ми суммарной продуктивности биоты, обусловленной вариациями круговоротов других компонентов.

К числу главных аспектов исследования глобального кругово­ рота фосфора принадлежат механизмы, контролирующие наличие фосфора в почвах, перенос фосфора реками в океан и связь биопро­ дуктивности океана с содержанием фосфора.

Вотношении серы особый интерес представляют оценки био­ логически обусловленных газообразных соединений восстановлен­ ной серы в атмосфере.

Вотношении азота принципиальное значение имеет учет взаи­ модействия между круговоротами углерода и азота.

Третьим важным направлением является исследование биоло­ гических систем, а именно, выявление закономерностей строения, функционирования и динамики экосистем различного уровня, раз­ работка основ новых методов и технологий более полного исполь­ зования биологических ресурсов, увеличения интенсивности про­ дукционных процессов с сохранением и восстановлением регуля­ торных функций живой природы на локальном, региональном и глобальном уровнях.

295

Четвертым, несомненно приоритетным, компонентом МГБП является проблема биологической продуктивности на суше и в океане. Условия формирования биологической продуктивности на суше определяются прежде всего ресурсами воды, биогенных ком­ понентов, светом и температурой. Для океана самым важным явля­ ются, естественно, лишь три последних фактора.

Понятно, что в связи с этим пятым приоритетным направлени­ ем становится изучение изменений климата, поскольку влага на суше, температура, свет и даже в какой-то степени поступление биогенных элементов зависят от изменений климата. Важность изучения динамики климата обусловлена и ее исключительным практическим значением, поскольку хозяйственная деятельность человека напрямую зависит от климатических условий (особенно сельское хозяйство, энергетика, транспорт).

Хотя выводы относительно антропогенных воздействий на озон претерпевали изменения, сохраняется озабоченность относи­ тельно влияния на общее содержание озона и вертикальный про­ филь концентрации озона выбросов хлорфторуглеродных соедине­ ний, углекислого газа, окислов азота и метана. Ученым ясно, что возможное воздействие этих компонентов атмосферы на озон взаи­ мосвязано. Существуют несомненные доказательства возрастания их концентрации, однако отсутствуют надежные данные об источ­ никах и стоках перечисленных газов, что не позволяет получить реалистичные прогнозы их трендов в будущем (это особенно спра­ ведливо для метана). Поэтому проблема озона требует осуществле­ ния широкой программы лабораторных, полевых и теоретических исследований взаимодействующих физических, химических и фото­ химических процессов в тропосфере и стратосфере, слежения за из­ менениями химического состава атмосферы по большому числу ком­ понентов в глобальных масштабах. Следовательно, проблема озона может рассматриваться как шестое приоритетное направление.

Несомненно, что одним из главных приоритетных направлений МГБП (седьмым) является анализ современного состояния взаимо­ действия человека и окружающей его среды и разработка соответ­ ствующих прогностических оценок. Следствием изучения такого взаимодействия должно стать формирование основ экологически оптимального сельскохозяйственного и промышленного производ­

296

ства и развития транспорта, разработка принципов и методов созда­ ния экономических механизмов и организационно-правовых основ управления природопользованием.

В настоящее время в соответствии с перечисленными выше при­ оритетами осуществляется ряд ключевых направлений разработок:

1.Закономерности химических процессов в глобальной атмо­ сфере и роль биологических процессов в круговоротах малых газо­ вых компонентов.

2.Влияние биогеохимических процессов в океане на климат и обратное воздействие изменений климата на океан.

3.Влияние изменений в землепользовании на ресурсы при­ брежных зон морей и океанов, а также воздействие изменений уровня океана и климата на прибрежные экосистемы.

4.Взаимодействие растительного покрова с физическими про­ цессами, ответственными за формирование глобального круговоро­

та воды.

5.Влияние глобальных изменений на континентальные экоси­

стемы.

6.Палеоэкологические и палеоклиматические изменения и их последствия.

7.Системный подход к имитационному численному моделиро­ ванию земной системы с целью прогноза ее эволюции в будущем.

Каждое из этих направлений имеет в своем составе еще от­ дельные проекты. Программа в своем конкретном воплощении на­ ходится в постоянной разработке и совершенствовании.

12.2.Глобальный экологический мониторинг

Исключительная сложность решения вопроса прогноза гло­ бальной экодинамики определяет острую актуальность создания адекватной системы экологического мониторинга для получения достаточно полных и надежных данных по состоянию и динамике различных характеристик биосферы.

Наблюдать всё невозможно, да и, по-видимому, не нужно. Что наблюдать в первую очередь?

1. С точки зрения состояния биосферы (на основе всего того, что мы знаем) особый интерес представляют наблюдения за биогеофизическими круговоротами углерода, азота, фосфора и серы,

297

который определяется как природными, так и антропогенными фак­ торами. Это определяет актуальность спутникового слежения за динамикой биомассы в отдельных регионах, которые могут ока­ заться надежными лишь при наличии адекватных контрольных дан­ ных прямых наземных измерений. При этом ключевой аспект на­ блюдений за круговоротом углерода связан с корректными оценка­ ми роли морской биоты в круговороте и оценками обмена углеро­ дом между атмосферой и океаном.

В целом Мировой океан играет ключевую роль в формирова­ нии глобальных круговоротов биогенов и в продуктивности био­ сферы. С точки зрения биогеохимических круговоротов океан функционирует как крупный резервуар биогенных компонентов.

Существенными звеньями функционирования этого резервуара являются:

-обмен веществ между верхними и глубокими слоями океана;

-между океаном и сушей;

-между океаном и атмосферой.

Скорости такого обмена известны плохо. С точки зрения тре­ бований к данным наблюдений главная роль принадлежит сведени­ ям о пространственно-временной изменчивости биомассы фито­ планктона и первичной продуктивности, которые могут быть полу­ чены при помощи спутника, сканированием цвета океана. Естест­ венно спутниковые наблюдения должны сопровождаться контроль­ ными судовыми и буйковыми наблюдениями.

2.Поскольку океан играет ключевую роль в формировании глобального круговорота биогенов, а также в формировании клима­ та Земли, важное значение имеет слежение за параметрами цирку­ ляции океана, температурой океана, уровнем океана, градиентами температуры между поверхностью океана и атмосферой. Здесь ак­ туально применение спутниковых методов наблюдений, буйковых станций, стационарных притопленных станций наблюдений и обычных судовых наблюдений.

3.Исключительную роль играют и наблюдения за состояния­ ми внутренних водоемов, их биологической продуктивностью, по­ токами различных компонентов между внутренними водоемами, океаном, сушей и атмосферой. Основные наблюдения должны осу­

ществляться за хлорофиллом, температурой, стоком, испарением.

298

Методы наблюдений - спутниковые и наземные на стационарных станциях.

4. Важнейшим объектом глобального мониторинга являются леса, поскольку леса - это тот компонент биосферы, который обес­ печивает ее устойчивость. Леса - это не только формирование био­ химических круговоротов в биосфере. Это формирование энергети­ ческого и водного баланса планеты, а следовательно, и климата Земли. И скорее всего климатические катастрофы последних деся­ тилетий не столько результат «парникового эффекта», сколько уничтожения лесов и болот. Здесь очень важно решить следующие вопросы:

-роль лесов как источника и стока углекислого газа;

-влияние лесов на локальный и региональный энергетические балансы и в связи с этим на климат;

-влияние лесов на формирование осадков в больших про­ странственных масштабах через их влияние на компоненты гидро­ логического цикла, речной сток, влаго- и снегозапасы;

-влияние лесов на качество природных вод.

Вид наблюдений за лесами тот же.

5.Важную роль играют и наблюдения за состоянием почв: их влажностью, растительным покровом, температурой. Состояние почвенного покрова определяет не только круговорот элементов, но

иформирование климата. О последнем часто забывают.

6.Особую роль играет мониторинг состояния тропосферы, ко­ торая во многом объединяет все оболочки Земли, формирующие биосферу. Именно в ней протекают многие процессы, контроли­ рующие геобиохимические круговороты.

Необходимо наблюдать:

-вклад биологических источников в формирование круговоро­ тов биогенов и других важных с точки зрения климата компонентов тропосферы (влияние лесов, зон травяного покрова, интенсивно культивируемых районов, прибрежных вод, болот, зон континен­ тального шельфа, открытого океана, участков сжигания биомассы);

-интенсивность источников аэрозоля (пыль, сжигание топлива

ит.д.), особый интерес представляет аэрозоль пустынь;

299

- глобальное распределение основных газовых и аэрозольных компонентов и компонентов гидрологического цикла (облака, водя­ ной пар, осадки);

- взаимодействие тропосферы со средней атмосферой (обмен массой, энергией и химическими компонентами).

7. Наконец, одним из важных объектов наблюдений глобально­ го биосферного мониторинга являются полярные ледники и снеж­ ный покров. При слежении за ледниками необходимо наблюдать их границы, изменение высоты уровня, скорости аккумуляции, темпе­ ратуру поверхности, таяние и откалывание айсбергов. При наблю­ дениях за снежным покровом важно знать площади его распростра­ нения и толщину.

Спутниковые наблюдения позволяют решать эти задачи наряду с наземными наблюдениями, обеспечивающими привязку спутни­ ковых данных. Сейчас разработано достаточно много аппаратуры, используемой на природоресурсных спутниках.

Наиболее известные спутники - EOS - совместная разработка американского агентства NASA, европейского космического агент­ ства ЕАА и Японии. Эти спутники позволяют собирать и анализи­ ровать информацию о процессах в атмосфере, океане и на суше.

Большую роль могут играть наблюдения с самолетов, буйковые станции в океане и автоматические станции на ледниках, устанавли­ ваемые сбросом с самолетов. Но при этом для контроля, калибровки всегда необходимы наблюдения на стационарных станциях.

Технические возможности наблюдений за состоянием природ­ ной среды и процессами, происходящими в биосфере, все время возрастают, и можно ожидать, что в скором времени Глобальный экологический мониторинг на основе спутниковых, самолетных наблюдений, дополненный наземными стационарными наблюде­ ниями, а также наблюдениями с автоматических станций в океане, на ледниках и в труднодоступных областях планеты, позволит обес­ печивать постоянный контроль за состоянием биосферы Земли.

300