Сторінка
3

Складові і процеси природних екосистем

Завдання сучасного грунтознавства полягає у виявленні достовірних трендів зміни вмісту гумусу в грунті і розрахунках терміну стабілізації врівноважування процесів гумусоутворення і збільшення родючості грунту.

2.2.3. Урбанізовані екосистеми

Сучасні промислові та агропромислові комплекси є урбанізованими енергоємними екосистемами, які одержують енергію й поживні речовини з великих площ поза своїми межами. Суттєвими ознаками урбанізованих екосистем порівняно з природними є:

значно більша інтенсивність метаболізму на одиницю площі, для чого потрібен великий приплив концентрованої енергії ззовні (в основному у формі палива — нафти, вугілля, газу, електроенергії);

велика незбалансованість кругообігу речовини й утворення інтенсивного потоку шкідливих для екосистеми відходів, які згубно діють на її біологічні процеси;

великі потреби у зовнішньому постачанні «конструкційних» матеріалів (промислових і сільськогосподарських) для функціонування системи.

Інтенсивність потоку енергії в сучасному промисловому місті досягає 20 МJ/m2 на добу, що майже в 100 разів більше, ніж у природних чи сільських екосистемах, і в стільки ж разів перевищує фізіологічні потреби людини. Потужність самого людського організму дуже незначна. За добу доросла людина в середньому може виконати роботу 2…4 МJ(~1 kW · h), тоді як, спалюючи 1 kg бензину, газу чи вугілля, можна отримати (з урахуванням коефіцієнта корисної дії) до 10 МJ.

У місті енергія палива (газ, вугілля, електрика) не просто доповнює, а повністю замінює сонячну енергію — основу будь-якої природної екосистеми. Більше того, за сучасних методів ведення міського господарства сонячна енергія в місті не тільки не використо­вується, а є шкідливою, утворюючи смог, перегріваючи споруди й автошляхи влітку (рис. 35).

Рис. 35. Схема утворення смогу в техногенно перевантажених промислових містах

Нині немає надії, що людина добровільно зменшить споживання енергії, навпаки, воно зростатиме, бо це збільшує прибутки виробництва, як було показано на рис. 3. Навіть у країнах, які прийнято вважати промислово нерозвиненими, міста зростають швидше, ніж загальна кількість населення. Хоч площа міст відносно суходолу у різних країнах незначна (1—5%), але їхній вплив на середовище «входу» й «виходу» природних екосистем дуже відчутний: відбуваються зміни у складі атмосфери, води в річках, морях і океанах, в умовах існування флори і фауни в лісах, степах, у гірських районах, тим більше, що кількадесят років людство інтенсивно використовувало в сільському господарстві синтетичні отруйні речовини (ядохімікати).

Сучасне промислове місто з населенням 1 млн осіб і площею в 250 km2 потребує для свого забезпечення сільськогосподарської площі на «вході» більше, ніж займає саме місто, у 20…30 разів. Для отримання щоденно мільярдів літрів води такому місту потрібні великі річки чи водозабірні водоймища. Можна дійти висновку, що місто чи урбанізований район у межах своєї забудови не має якоїсь особливої екології, відокремленої від екології навколишньої сільської місцевості. Правильно буде розглядати міста як гетеротрофні організми в «аграрно-урбанізованій» глобальній екосистемі — біосфері (рис. 36). На жаль, цього й досі не враховують як «промислові» та «сільськогосподарські» керівники, так і місцеве та сільське населення, що призводить до нераціонального розвитку економіки міських і сільських регіонів.

А який технічний об’єкт у сучасному промисловому місті є найшкідливішим для його екології? Виявляється, що це зовсім не промисловість, а автотранспорт. Сучасний світовий автопарк налічує близько мільярда автомашин, тракторів і інших мотозасобів. Їх кількість щороку збільшується, у тім числі в країнах колишнього СРСР, де у великих містах за останні п’ять років автопарк подвоївся. Підраховано, що кожний автомобіль у середньому викидає в повітря за добу до 4 m3 токсичних речовин, із яких понад 3 m3 СО (монооксиду вуглецю). За даними ООН із десяти головних промислових забруднювачів атмосфери монооксидом вуглецю автомобіль займає друге місце. Деякі країни, у тім числі, на жаль, і наша, ще й досі не відмовились від використання тетраетилсвинцю, що поліпшує якість пального (октанове число), але водночас і значно збільшує шкідливість викидів. У великих містах автомобілі «постачають» у повітряний басейн до 90% всіх отруйних речовин, у тім числі найбільш канцерогенний 1,2-бензопірен (С20Н12).

Саме автотранспорт спричиняє таке небезпечне для здоров’я явище, як смог. Наприклад, в Лос-Анжелесі і Токіо за нависання смогу спостерігались ознаки масового отруєння людей.

Як було показано на рис. 34, смог виникає за забруднення атмосфери різними оксидами азоту NxOy, які надходять з димом теплових електростанцій і заводів, і вуглеводів CnHm з вихлопів автомашин.

Спочатку молекула діоксиду азоту під впливом ультрафіолетового сонячного проміння розпадається на монооксид азоту і радикал кисню: NO2 ® NO+ + O–, а останній, реагуючи з киснем повітря, утворює озон: O– + O2 = O3.

За наявності в повітрі вуглеводневих ненасичених сполук озон утворює з ними органічні сполуки, які, у свою чергу, взаємодіють з оксидами азоту, утворюючи альдегіди й нітроорганічні сполуки типу пероксиацетилнітратів (РАN):

Такі фотохімічні процеси є наочним прикладом синергізму, коли сумарний ефект токсичності первинних складових забруднень атмосфери підсилюється продуктами їхньої взаємодії. Обидва продукти фотохімічного смогу шкідливі як для здоров’я людей, так і для рослин: озон активізує дихання рослини, що в суху погоду призводить до надлишкових витрат поживної речовини і масової загибелі рослин. Водночас пероксиацетилнітрати блокують процес фотосинтезу, що знижує утворення поживної речовини в рослині. Як наслідок, навколо таких міст страждає сільське господарство.

У розвинутих країнах світу ведуться інтенсивні пошуки методів зниження шкідливості викидів двигунів внутрішнього згоряння, на що витрачаються величезні кошти. Так, у США і Японії понад 40% щорічного споживання одного з найдорожчих металів — платини — витрачається на каталізатори в автомобільних пристроях допалювання СО до СО2 у вихлопних газах. У цих країнах також заборонено застосування для підвищення октанового числа бензину добавок тетраетилсвинцю, а в Західній Європі прийнято стандарт, який установлює граничну кількість його вмісту в бензині (до 0,013 g/l). На жаль, у нас широке застосування бензину без тетра­етилсвинцю планується лише на наступне сторіччя. Перспективи поліпшення екології автотранспорту полягають у заміні бензину дизельним пальним і газом.