Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 104)

Диоксид углерода изымается из атмосферы посредством фотосинтеза, а также в результате обмена с океаном и захоронения в виде карбонатов. Главный из этих процессов — обмен с океаном. Верхние 75 метров океанической толщи представляют собой слой воды, хорошо перемешиваемый ветром и согреваемый солнцем. Указанные особенности данного слоя в сочетании с химическими свойствами карбонатов обеспечивают довольно быстрое поглощение им диоксида углерода. В конце концов скорость поступления диоксида углерода в океан определяется процессами обмена между его поверхностными и глубинными слоями, так как именно в результате этого обмена восстанавливается способность поверхностных вод к дальнейшему поглощению диоксида углерода. Обмен поверхностных вод с глубинными в большинстве районов океана протекает очень медленно. Громадные массы холодной (с температурой менее 5°) океанической воды изолированы от поверхностных перемешиваемых вод зоной стагнации — так называемым океаническим термоклином. Эта зона, характеризующаяся тем, что по мере возрастания глубины в ней снижается температура и повышается плотность воды, простирается до глубины порядка 1000 м. По имеющимся оценкам за сотни лет к поверхности подходит не более 10% общего объема воды в океане. Таким образом, хотя океаны потенциально могут поглотить весь образовавшийся в результате деятельности человека излишек атмосферного диоксида углерода, на практике реализации этой возможности (во всяком случае во временных масштабах, сопоставимых с временем интенсивной хозяйственной деятельности человека) препятствует медленный перенос от поверхностных вод к глубинным. Возможно также, что, по мере того как вода у поверхности будет насыщаться диоксидом углерода, способность океана к дальнейшему поглощению этого газа уменьшится, в результате чего вся проблема повышения содержания его в атмосфере станет еще более серьезной.

Предсказать будущую концентрацию диоксида углерода в атмосфере довольно трудно. Отчасти это объясняется недостаточным пониманием всех тонкостей химического процесса абсорбции (видимо, в океане может быть абсорбировано большее количество диоксида углерода, чем это следует из химической модели), а отчасти также тем, что возросшая озабоченность общественности состоянием окружающей среды может затормозить процесс сведения лесов и ускорить развитие альтернативных источников энергии; это в свою очередь сократит скорость потребления ископаемого топлива. Тем не менее широко распространено мнение о том, что к середине двадцать первого века концентрация диоксида углерода в атмосфере увеличится до 600 частей на миллион, превысив, таким образом, более чем вдвое уровень, зарегистрированный для конца девятнадцатого века. Трудно также предсказать климатические последствия, поскольку существует большое число весьма вероятных обратных связей, включенных в рассматриваемые процессы. В соответствии с предсказаниями большинства моделей к середине двадцать первого века средняя для планеты температура увеличится на 3 + 1,5°. В высоких широтах может сложиться еще более серьезная ситуация из-за наличия механизмов обратной связи. По мере того как снег и лед тают, альбедо земли (т.е. ее отражательная способность) снижается, вследствие чего усиливается поглощение поверхностью Земли солнечного излучения. Это повлечет за собой интенсификацию процессов испарения, в результате чего в конце концов возрастет содержание паров воды в атмосфере. Поскольку водяной пар сам по себе является газом, усиливающим парниковый эффект, скорость потепления в высоких широтах при удвоении концентрации атмосферного диоксида углерода окажется в два-три раза выше, чем в тропиках. Последствия такого потепления могут быть самыми разными — от затопления обширных участков прибрежных низменностей (что может угрожать юго-восточной Англии, Нидерландам, Бангладеш и тропическим островам, возникшим на коралловых рифах, например Мальдивским), до крупных сдвигов в распределении мировых климатических зон. Все эти события существенным образом повлияют на производство пищи и на сложившийся баланс сил в сфере торговли и политики. Некоторая незначительная по масштабам компенсация процессов увеличения содержания в воздухе СО₂ может быть достигнута за счет возрастания интенсивности фотосинтеза в наземных экосистемах (обычно диоксид углерода — это фактор, лимитирующий фотосинтез).

Может также возрасти продукция морского фитопланктона, особенно в прибрежных водах, где за счет поступления загрязняющих веществ увеличена концентрация нитратов и фосфатов — основных биогенных элементов, ограничивающих развитие фитопланктона. Эти процессы в конечном счете могут способствовать изъятию диоксида углерода из атмосферы, однако желательность их вызывает большие сомнения. Отмеченное возрастание продуктивности прибрежных вод благоприятствует увеличению численности быстро растущих видов, уменьшению разнообразия фитопланктона и появлению в нем доминантов, слабо поедаемых консументами. Все это не способствует возрастанию продукции консументов — фитофагов, а массовое отмирание водорослей приводит к снижению концентрации кислорода и увеличению смертности консументов.

Обзор по проблеме парникового эффекта опубликован в журнале "New Scientist" от 22 октября 1988 г.

Эвтрофизация

Эвтрофизация — это обогащение водных экосистем биогенными элементами. В течение длительного, измеряемого тысячелетиями, периода времени озерные экосистемы испытывают постепенное превра-щение, переходя из олиготрофного состояния (характеризующегося малым содержанием биогенных элементов) в эвтрофное (характеризующееся высоким содержанием биогенных элементов) или даже дистрофное (характеризующееся высоким содержанием биогенных элементов, находящихся в трудноусвояемой форме) (табл. 12.4). Однако в XX в. во многих озерах (среди которых Эри в Америке, Цюрихское озеро в Швейцарии, Лох-Ней в Северной Ирландии), во внутренних морях (например, в Балтийском и Черном) и во многих речных системах, разбросанных по всему свету, наблюдалась очень быстрая эвтрофизация, что обусловлено интенсификацией хозяйственной деятельности человека. К числу главных факторов, непосредственно воздействующих на это явление, следует отнести массированное использование азотных удобрений на сельскохозяйственных угодьях и увеличившийся сток фосфатов в сточных водах. Проблемы, связанные с избыточным поступлением фосфатов в водоемы, отражают не только возросшую численность населения, но и существующую тенденцию его скопления в городах, что приводит к развитию крупных систем сброса сточных вод. Таким образом, происходит не только увеличение абсолютного количества фосфорсодержащих сточных вод, но и возрастание (причем значительно быстрее, чем раньше) их локальной концентрации в местах сброса в реки, озера и моря. Особенно серьезные проблемы возникают при сбросе стоков в озера. Примером может служить ситуация, возникшая в середине пятидесятых годов в оз. Вашингтон (США). Наблюдавшееся здесь бурное "цветение" фитопланктона сопровождалось существенным снижением концентрации растворенного кислорода в глубинных водах озера (так называемом гиполимнионе). Произошло это вследствие сильно возросшего сброса сточных вод, поступавших от быстро развивающегося города Сиэтл. Ситуацию удалось поправить, отведя сточные воды города непосредственно в Тихий океан через залив Пьюджет-Саунд. В то же время удалось улучшить очистку сбрасываемых вод и избежать таким образом сильного загрязнения самого залива. Эвтрофизация озерных систем в настоящее время наблюдается повсеместно по всему миру. Везде, где только возможно, следует избегать сброса стоков в озера и другие более или менее замкнутые водоемы, например в бухты.

Таблица 12.4. Основные черты олиготрофных и эвтрофных озер

Примечание. В классическом варианте процесса естественной эвтрофизации недавно образовавшееся глубокое озеро (например, при отступлении ледника) содержит мало питательных веществ, поскольку вещества эти еще не высвободились из материнских и осадочных пород территории водосбора. Первичная и вторичная продукция в таком озере низка, прозрачность высокая, а кислородный режим благоприятный. Со временем при разрушении и выщелачивании пород приток биогенных элементов увеличивается, первичная и вторичная продукция возрастают, на дне накапливаются органические и неорганические осадки и озеро мелеет. Прозрачность снижается, а в гиполимнионе к концу лета наблюдается дефицит кислорода. Дистрофным называют озеро, которое основное количество органических веществ, синтезированных растениями, получает с суши. Этим обусловливается коричневый цвет воды в дистрофных озерах. Располагаются такие озера обычно среди торфяных болот и постепенно сами превращаются в болота.

Процесс эвтрофизации, быстро развивающийся в результате хозяйственной деятельности человека, правильнее называть "культурной" (или "антропогенной") эвтрофизацией. Возникает он обычно в результате нарушений в круговоротах азота и фосфора. Антропогенные воздействия приводят к тому, что количество вещества, вовлекаемого в активную фазу цикла, начинает превышать то, которое соответствует саморегулирующимся (гомеостатическим) возможностям системы по крайней мере тем, что имеются у них в настоящее время. Антропогенная эвтрофизация создает серьезные экономические и экологические проблемы. Вода хорошего качества необходима для многих технологических процессов, для питья человеку и домашним животным, для коммерческого и любительского рыболовства, а также для поддержания водных путей в удовлетворительном состоянии (см. табл. 12.5).