Экология СПРАВОЧНИК

В атмосфере содержится (2—3) • 1012 т углекислого газа. В океане его имеется примерно 1014т. Это очень малые количества по сравнению с массой углерода в земной коре, составляющей 1014— 1017т. Однако общая масса каменного угля и других горючих минералов органического происхождения составляет примерно 2-1013 т. Этот углерод принадлежал некогда атмосфере ) и в результате промышленной деятельности человечества вновь превратится в углекислый газ. Отсюда видно, что живая материя является фактором, способным производить фундаментальные преобразования атмосферы и земной коры.

Далее

Атмосфера содержит 4-1015 т азота — количество того же порядка, которое содержится в литосфере. Бедность земной коры азотом — интересный факт, который еще ждет объяснения. Следует ли считать, что азот коры — продукт атмосферного происхождения; и если так, то какова роль живой материи в его преобразовании? Если общий вес земного азота не превышает 1016т, то мы находимся перед загадкой, так как согласно спектроскопическим данным космические туманности богаты азотом. Может быть, это результат действия кинетического механизма, которым мы займемся позднее.

Далее

Количественно живая материя составляет только незначительную часть внешних слоев Земли. Между тем значение ее вековой деятельности на поверхности Земли огромно. Действие органических факторов проявляется вплоть до самых больших глубин (за исключением скальных пород чисто внутреннего происхождения). В предыдущей главе мы видели, что современная атмосфера сформирована при активном участии живых организмов. Согласно Вернадскому [21] «огромные массы атмосферных газов должны проходить через живую материю на протяжении одного года. Это количество во много раз превышает массу атмосферы». Круговорот вещества между органическим миром и атмосферой, следовательно, происходит чрезвычайно интенсивно. До сих пор мы обсуждали отношения, которые объединяют органический мир с неживой материей. Нам осталось представить проблему в форме уравнений и изучить различные особенности этого круговорота.

Далее

Что касается коэффициентов в уравнении для атмосферного кислорода, то они не так стабильны и могут зависеть от парциального давления 02. Однако масса атмосферного кислорода достаточно велика и влиянием ее изменений за не слишком большие промежутки времени можно пренебречь. Следовательно., гипотеза о постоянстве коэффициентов, упрощая уравнения, качественно не слишком сильно влияет на их решения. Допускаемые ошибки могли бы оказаться существенными, если бы нас интересовали численные результаты. Однако при низкой точности данных, которыми мы можем располагать, доводить изучение проблемы до численных, оценок было бы самообманом. Мы будем придавать значение лишь общему анализу уравнений, остающемуся неизменным при варьировании коэффициентов в широких пределах.

Далее

Правые части уравнений (1) — (5) зависят только от переменных и и и. Следовательно, можно сначала решить уравнения (3) и (4); остальные неизвестные — х, у, 5 — выразятся затем в квадратурах.Так как в отсутствие растений животные не могли бы существовать, X 0; а так как отсутствие животных повлекло бы ускоренное развитие растений, ¡л 0.

Далее

Соберем предыдущие результаты для того, чтобы изучить циркуляцию азота.Точные соотношения между этими двумя группами пока не известны. Предположим, что существует определенный симбиоз между организмами первой группы и растениями.

Далее

Эту величину, вообще говоря, можно считать отрицательной константой, но в некоторые периоды она изменяется очень быстро и становится положительной и достдточно большой, чтобы обеспечить быстрое обогащение атмосферы углекислым газом. Можно представить себе другие возможности эволюции содержания С02, не обязательно катастрофического характера, но всегда сопровождающиеся сильным откликом в органическом мире. Вероятно, такие возможности не раз угрожали жизни на Земле. Но тем не менее жизнь существует; а это означает, что на каждую угрозу жизнь отвечала приспособлением к новым условиям, новой эволюцией. Точка (и, и) (рис. 2) приближалась то к оси и, то к оси V, то к началу координат — точке (0, 0), — но гибкость живой материи позволяла отвечать реакцией адаптации на каждую внешнюю или внутреннюю опасность.

Далее

Для объяснения происхождения оледенений и их периодичности, кажущейся или действительной, предлагались многочисленные гипотезы: прецессия земной оси [3],; встречи со скоплениями метеоритов, вариации потока солнечного тепла, движения континентов, смещения полюсов, изменения состава атмосферы, явления орогенеза и т. д.

Далее

Гипотеза о перемещении континентов и полюсов [22] очень заманчива, и, на первый взгляд, хорошо объясняет все оледенения, начиная с протерозоя. При внимательном рассмотрении, однако, обнаруживается, что эти объяснения содержат ряд произвольных, специально придуманных для данного случая элементов. Несмотря на все старания, не удалось выяснить в деталях механическую возможность дрейфа континентов. Кроме того, повторяемость оледенений четвертичного периода по-прежнему остается необъясненной. Если и можно еще дбпустить очень медленные движения континентов, то их резкие смещения кажутся совершенно недопустимыми.

Далее

Именно Аррениус [1] был первым, высказавшим идею о климатическом влиянии содержания углекислоты в атмосфере. Он показал, что изменение концентрации С02 могло бы быть причиной изменения температуры поверхности Земли. Согласно его расчетам уменьшения содержания С02 на треть достаточно для понижения температуры в среднем на 3° С, что вызвало бы новое оледенение Северной Америки и всей северной Европы. Если же, наоборот, содержание С02 увеличится вдвое или втрое, то в названных районах произойдет потепление, которое можно оценить в 8—9° С, что соответствует климату, господствовавшему здесь в эоценовую эпоху. Не оспаривая пока • этих оценок, заметим, что их физическая основа достаточно сомнительна и, вероятно, нуждается в пересмотре.

Далее

Стало уже обыкновением искать связь между этими тремя группами явлений. Между тем доказать наличие подобной связи на основе геологических данных чрезвычайно трудно. Известны явления орогенеза, не следовавшего и не предшествовавшего оледенениям; оледенения, отделенные миллионами лет от наиболее близких процессов складкообразования; усиления вулканической активности, не сопровождавшиеся орогенезом. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим несколько геологических фактов.

Далее

Представим континентальную массу ) в виде цилиндра толщины к, погруженного в вещество мантии, обладающее некоторой способностью к вертикальным движениям. Основываясь на принципе изостазии (геологический эквивалент закона Архимеда), легко допустить следующую последовательность вертикальных смещений. Появление льдов вследствие горообразования или другого локального явления вызывает перегрузку литосферы и ее погружение в магму. При этом понижается высота, на которой расположен ледяной слой, и происходит таяние льда. Облегченная континентальная глыба всплывает и достигает высоты, на которой в результате выпадения осадков снова накапливается лед, вызывая оледенение. Этот периодический процесс давно известен геологам; речь идет о его представлении в математической форме.

Далее

Эта гипотеза о периодической изоляции северного полярного бассейна подтверждается зоогеографическими исследованиямй Зенкевича [23], показавшего, что современное распределение двух больших семейств рыб (Эа1то-тс1ае и ОасМае) носит очевидные следы изменений солевого режима. Последние как раз и могли быть следствием периодической изоляции полярного бассейна, вызываемой вертикальными перемещениями земной коры.

Далее

Реальностью этого фактора не следует пренебрегать, но есть основания полагать, что его важность преувеличена вследствие неправильного применения в условиях разреженной верхней атмосферы результатов, справедливых лишь для газов, находящихся при не слишком низких давлениях. Имеется огромная разница между газом плотным и разреженным — между хаотическим тепловым движением плотного .газа и упорядоченным молекулярным движением разреженного. В нижних слоях атмосферы известное количество молекул может достигать критической скорости 11,2 км/с, но так как средний свободный пробег чрезвычайно мал, эта скорость быстро гасится, соударениями. Разумеется, было бы ошибкой рассматривать все частицы со скоростью, превышающей 11,2 км/с, как потерянные атмосферой. Напротив, в верхней атмосфере средний свободный пробег очень велик, но направления движений нельзя считать распределенными случайно, и вступает в силу теорема Кивелёвича [9] о существовании верхнего предела соударений в системе п тел. Следовательно, очень мало вероятно, что молекула достигает критической скорости в результате механизма соударений. И как следствие этого рассеяние атмосферы во внешнее пространство происходит столь медленно, что им можно пренебречь, особенно по сравнению с рассеянием в земной коре. Это заключение справедливо лишь в современных условиях; кроме того, мы оставили без рассмотрения очень важный факт — ионизацию верхних слоев атмосферы солнечным излучением,— что может ускорить процесс рассеяния атмосферы в пространство. Имеется, однако, компенсирующий вклад космйческого вещества, попадающего на внешнюю границу атмосферы и задерживающегося в ней, которым не следует пренебрегать.

Далее

Все атмосферные газы, кроме инертных, подвержены рассеянию в почву. Согласно обсуждавшимся выше уравнениям скорость этого процесса постоянна до тех пор, пока не меняются коэффициенты. Последние с течением времени, разумеется, меняются вместе с физико-химическими характеристиками атмосферы и биологических процессов. Довольно просто можно дать грубую оценку максимальной скорости рассеяния азота. Известно, что его количество, перешедшее из атмосферы в почву, меньше общей массы азота атмосферы. Предполагая, что процесс рассеяния длится более двух миллиардов лет, мы находим, что среднегодовая потеря атмосферного азота не превосходит 2 X. 10® т в год. По этой оценке атмосферный азот не исчезает раньше чем через два миллиарда лет ).

Далее

Представим себе многомерное символическое пространство, координатные оси которого соответствуют факторам жизни ): р — давление, Т — температура, I — освещенность и т. д. Каждый вид живой материи в фиксированный момент времени £ занимает определенную точку этого пространства, которое может быть представлено как совокупность -подобных точек. Обозначим буквой п число видов в точке р, Т, I, . . . в момент Р.

Далее

Работа В. А. Костицина публикуется на русском языке с полувековым опозданием. И за это время она стала уже историей. Но изучение истории науки имеет, как правило, не только исторический интерес. В этих «Комментариях» мне хотелось показать живую связь времен. Тот шаг, который совершила наука за прошедшие полвека, не столь уж велик, как это иногда принято говорить и думать. И идеи ученых тридцатых годов многому могут научить наших современников. Изучение подобных работ позволяет увидеть развитие того или иного направления науки в целом, освобожденным от прагматики сегодняшнего дня. А такой ретроспективный взгляд может оказаться источником мыслей и задач, совсем не бесполезных для тех проблем, которые возникают сегодня.

Далее

Развитие естествознания в XX веке привело к резкому усилению «системных» тенденций, к стремлению создать синтетические, обобщающие конструкции. История науки — это непрерывная борьба частного и общего, стремление увязать глубину познания конкретного факта (накопление этих знаний, множество понятых частностей) с общей картиной мира. Это стремление увидеть мир в целом, его развитие и то место, которое занимает в нем человек, возникло, вероятно, еще на заре человеческой мысли.

Далее

Вместе с развитием общих идей в науке шло стремительное расширение фронта исследовательской деятельности — не только вширь, но и вглубь, сопровождаясь усложнением объекта исследований, связей и причин, которые определяют возникновение и развитие того или иного явления или процесса. Во все большей и большей степени в естественно-научных исследованиях начинает использоваться математика.

Далее

Термин «глобальный» получил ныне широкое распространение. Это веяние времени — сегодня вопросы глобального, общепланетарного характера играют все большую роль в жизни человеческого общества. Глобальными теперь принято называть любые проблемы, относящиеся к планете в целом. Это могут быть и вопросы экологии человечества — дисциплины, в которой человечество рассматривается как единое целое, и международные социально-правовые и экономические проблемы, и вопросы климата, и многие другие, требующие рассмотрения нашей планеты как единого организма.

Далее

В характере круговорота углерода л биосфере важную роль играет поглощение (и растворение) углекислого газа океаном при низких температурах или его выделение при высоких температурах. В своих исследованиях В. А. Ко-стицын не учитывал влияние этого процесса. В то же время включение его в структуру механизма круговорота может существенно изменить характеристики циркуляции углерода. Попробуем рассмотреть механизм круговорота углерода с учетом взаимодействия океана и атмосферы, оставаясь в рамках нульмерной модели Костицына.

Далее

Но в средние века надвинулись льды, плавание в Северной Атлантике стало трудным. Исландия оказывалась порой надолго отрезанной от Европы морскими льдами. Что же касается Гренландии, то только отступление ледника в XX веке обнажило остатки европейских поселений. Они были покинуты обитателями, о судьбе которых нам ничего не известно. Вернулись ли они в Исландию или погибли в неравной борьбе с природой и жителями полярной Америки, лучше приспособленными к невзгодам арктического климата,— этого мы, вероятно, никогда не узнаем.

Далее