С учетом имеющегося на Земле разнообразия природных условий в науке сформировано понятие так называемой географической оболочки планеты, включающей в себя:
· земную кору (литосферу);
· воды Мирового океана, рек, озер, ледников (гидросферу);
· нижнюю часть атмосферного бассейна (тропосферу);
· взаимодействующие с окружающей средой формы жизни (биосферу).
Границы географической оболочки вариативны. За верхнюю границу обычно принимают озоновый экран, нижняя поверхность которого на экваторе располагается на высоте 20-22 км, на полюсах - 16-18 км. Нижняя граница, совпадающая с глубиной распространения современной биосферы, в пределах суши достигает глубины 1-6 км от земной поверхности, а в пределах океана определяется его глубиной. Суммарная средняя мощность географической оболочки составляет около 60 км, уменьшаясь в полярных областях и увеличиваясь на экваторе. Площадь географической оболочки составляет примерно 510 млн. км2, из которых на долю шести материков и большого количества островов приходится лишь 29%, в то время как более 2/3 ее занято Мировым океаном, входящим в гидросферу планеты.
Между географической оболочкой, внутренними геосферами Земли и объектами Солнечной системы происходит непрерывный обмен веществом, энергией и информацией. В атмосферу поступают вода, испаряющаяся с поверхности океана и суши, твердые частицы, поднимаемые ветром с поверхности суши, поступающие в виде метеоров, космической пыли или во время извержения вулканов. В водоемы с поверхностными водотоками поступает вещество в растворенной, взвешенной форме, атмосферная и космическая пыль, газы из атмосферы. Воздух и вода проникают в верхнюю часть литосферы и во взаимодействии с живым веществом в бактериальной форме инициируют процессы геобиохимического выветривания.
Активно взаимодействуя друг с другом, все геосферы географической оболочки Земли образуют целостную, динамическую, многосвязную, саморазвивающуюся систему, все явления и процессы в которой для лучшего их понимания необходимо рассматривать с позиций системного подхода.
Ресурсная функция (ресурсы - фр. resources - средства, запасы) географической оболочки определяется запасами полезных ископаемых, содержащимися в литосфере, а также факторами среды для жизни биоты и человека. В настоящее время идет переоценка ресурсного потенциала планеты. Прежде всего, речь идет о наступающем дефиците твердой поверхности. В 1999 г. произошло знаменательное для человечества событие - население Земли превысило 6 миллиардов человек. По некоторым прогнозам через 15-20 лет эта цифра может удвоиться (ежегодный прирост населения составляет 1,7%, еженедельный прирост - 1,7 млн. человек, ежедневный - 247000, а ежечасный - 10270 человек). Следует вспомнить, что около трети площади поверхности суши занимают Антарктида и другие районы, в которых ведение хозяйственной деятельности малоэффективно. По расчетам на одного человека для обеспечения его потребностей необходимо следующее количество земной поверхности: для проживания - до 100 м2; на коммуникационные системы (дороги, аэродромы, линии связи и др.) - до 100 м2; для пищевого сельскохозяйственного производства - 16000 м2; для производства органического сырья и для промышленности - 4000 м2; для обеспечения круговорота "кислород - углекислый газ" - не менее 700 м2. Получается, что на каждого из нас необходимо более 20000 м2 земной поверхности, и Земля может обеспечить достойную жизнь не более 6-7 миллиардам людей. Очевидно, и практика это доказывает, что земляне подошли к критическому рубежу, за которым дальнейший рост населения может привести к ухудшению качества жизни человека или потребует совершенствования мировой биотехнологии.
Главным достижением развития биосферы можно считать создание почвы. По существу это явление - основное следствие и условие развития биосферного процесса, в котором человек обеспечивает себя пищей, одеждой, кислородом и т.д. С начала XXI века численность населения превысила ту норму, при которой почва может обеспечить человечество необходимыми ресурсами при существующей экстенсивной (неуправляемой полностью) технологии сельского хозяйства. Уже сегодня ежегодно до 1 миллиона человек погибает от болезней, вызванных голодом или непосредственно от него. Почва всегда была перераспределяемым и вожделенным ресурсом. Сегодня этот ресурс планомерно уничтожается, деградирует в результате природных процессов и становится проблемой для человечества в целом. Наука предлагает множество возможных решений: интенсивные (тепличные и гидропонные) технологии выращивания, безотходная технология использования продукции (от поля до использования канализационных масс), биосинтез и т.д.
Раньше не принято было говорить в ресурсном отношении о воздушной среде, в которой нас больше всего интересуют кислород и углекислый газ. Сегодня уже нельзя игнорировать, тот факт, на Земле больше нет неограниченных ресурсов. Автомобили, промышленность и энергетика сжигают не только бензин, но и кислород. Особенно велики проблемы связанные с выбрасываемым углекислым газом, который не только участвует в создании парникового эффекта, но и ответственен за интенсивность дыхания животных и человека. Уже сейчас частота сердцебиения у молодых людей превышает 70-80 ударов в минуту (60 ударов это прежний многовековый стандарт, который закреплен в продолжительности минуты). Не удивительно, что сердечно-сосудистые заболевания стали первыми среди остальных болезней. Таким образом, воздух становится ресурсом, который требует нормирования, экономии (возможно введение платы за воздух), глобального регулирования.
Наконец-то, человечество осознало конечность ресурсного потенциала чистой пресной воды. Уже сейчас водовод (не путать с водопроводом) на тысячи километров не редкость. Есть даже проекты поворота рек.
Только на пятом месте находится то, что ранее расценивалось главным природным ресурсом - полезные ископаемые, добываемые человеком для удовлетворения своих нужд. Прежде всего, проблема заключается в том, что многие из них не возобновляемы, а значит, их запасы конечны. Органические ресурсы - нефть, газ, уголь, торф, слюда - в основном используются для энергетических и химических нужд. Минеральные полезные ископаемые не исчезают в процессе их использования, а химические элементы лишь переводятся из одного химического состояния в другое. Однако на практике из концентрированных залежей (горных пород) происходит их рассеивание по поверхности планеты. Это приводит к ухудшению экологической обстановки и постоянно удорожает их добычу, которую приходится вести во все более сложной обстановке (на большей глубине, в неблагоприятном климате и т.д.). В перспективе альтернативой остается их обратная концентрация из окружающей среды, что природа уже делала один раз за миллионы лет. Техногенное повторение этого процесса (эволюция химического состава Земли) потребует колоссальных энергетических ресурсов, дефицитность которых очевидна уже сегодня.
Существуют и другие виды ресурсов. Например, совокупность ландшафтно-климатических условий и гидроминеральных месторождений планеты образует ее бесценные рекреационные (курортно-оздоровительные) ресурсы, а гидроэнергетические, ветроэнергетические, гелиоэнергетические и геотермальные ресурсы составляют ряд альтернативных теплоэнергетике и атомной энергии экологически чистых источников энергии (энергетические ресурсы). Нельзя забывать и ресурсы животного и растительного мира.
Таким образом, ресурсный потенциал Земли при современном его интенсивном использовании на самом деле исчерпаем. Перед человеком возникла проблема регулирования этого процесса, что возможно лишь при ограничении использования ресурсного потенциала в соответствии существующим круговоротом веществ и энергии на нашей планете. Это очевидно, так как ресурсный потенциал нашей планеты связан с геодинамическими процессами, которые изучаются геологией.
Облик нашей планеты не является чем-то застывшим, раз и навсегда сформировавшимся. Благодаря разнообразным геодинамическим процессам происходит постоянное видоизменение земной коры и ее поверхности, создаются условия для возникновения новых горных пород и разрушения уже существующих. Эти процессы делят на две большие группы - эндогенные (внутренние) и экзогенные (внешние). Геодинамические процессы тесно связаны в пространстве и во времени, а само их взаимодействие имеет сложный и во многом противоречивый характер. Эндогенными называют процессы, вызванные преимущественно внутренними силами Земли и происходящие в ее недрах. Они обусловлены энергией, выделяемой при развитии вещества Земли, действием силы тяжести, сил, возникающих при вращении Земли, а проявляются в виде тектонических движений (медленные поднятия и опускания земной коры, образование крупных элементов рельефа, землетрясения), процессов магматизма (выплавление, перемещение и застывание магмы), метаморфизма горных пород и формирования месторождений полезных ископаемых. Экзогенными называют процессы, которые происходят на поверхности Земли или на небольшой глубине в земной коре и обусловлены энергией солнечного излучения, ветра, приливов, жизнедеятельностью организмов.
Геохимическая функция литосферы касается в основном тех геохимических неоднородностей, которые представляют опасность для биоты, в том числе человека. Речь идет, прежде всего, о химическом загрязнении, привнесении в литосферу различных токсикантов (тяжелых металлов, пестицидов, пластмасс, детергентов). Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. Опасные для жизни человека химические вещества в земной коре находятся в связанном состоянии. Будучи извлеченными из недр Земли, они возвращаются сначала на поверхность планеты, а затем и вглубь нее уже в виде, представляющем большую опасность. Таковы, например, тяжелые металлы - свинец, цинк, ртуть, медь, никель, железо, кадмий и др. Основными источниками тяжелых металлов являются промышленные предприятия, атомные и тепловые электростанции. Сначала тяжелые металлы попадают в атмосферу, но затем с осадками выпадают на поверхность Земли. Согласно расчетам, вклад в химическое загрязнение планеты антропогенного свинца составляет 94-97%, кадмия - от 84 до 89%, никеля - от 66 до 75% и т.д. Значительный вклад в химическое загрязнение литосферы, особенно земной коры, вносят различного рода радиоактивные отходы в твердом и жидком состояниях.
Геофизическая функция литосферы реализуется посредством физических факторов: радиации, шумовых и тепловых эффектов. На поверхности Земли постоянно наблюдается естественный радиационный фон, который с медицинской точки зрения, как правило, не является вредным. Однако есть такие регионы, например, в Индии и Бразилии, где этот фон превышает нормальный в 100 и даже 1000 раз. Земной радиационный фон наличествует даже в помещениях. Источник - радон и продукты его радиоактивного распада. Основной канал проникновения радона - почва и строительные материалы. Техническая деятельность человека, связанная с выносом естественных радионуклидов во внешнюю среду, приводит к включению их в геобиогенные циклы. А это означает, что основная часть радиационного фона имеет антропогенное происхождение.
Одна из форм загрязнения литосферы - экологический шум, распространяющийся в приповерхностных слоях земной коры. Промышленные предприятия и средства транспорта производят шумы, которые накладываются на естественно-природный шумовой фон. В итоге живые организмы, особенно те, места обитания которых находятся в земле, и человек испытывают постоянный звуковой дискомфорт.
Заслуживает упоминания также тепловой режим литосферы, который зависит от последствий техногенной деятельности человека, например теплотрасс, прокладываемых на глубине нескольких метров, а порой и по земной поверхности. В результате этого существенно изменяется тепловой режим обитания биоты.
Резюме
· Все геосферные оболочки Земли выполняют экологические функции. Детально изучены экологические функции атмосферы и гидросферы. Экологические функции внутренних геосферных оболочек Земли изучены пока недостаточно.
· С середины 1990-х годов обострился интерес к абиотическим факторам и экологическим функциям литосферы, основные из которых: ресурсная, геодинамическая, геохимическая и геофизическая.
· Потребность изучения ресурсной функции литосферы связана с дефицитом ресурсов, геодинамической функции - с задачами изучения влияния на биоту и человека мощных геодинамических факторов; геохимической функции - с химическим загрязнением среды; геофизической функции - с интересом к физическим факторам среды (радиации, шумам, тепловым потокам).