Процесс, в результате которого снижается способность экосистем поддерживать постоянство качества жизни. Экосистема в самых общих чертах может быть определена как взаимодействие живых организмов с их окружением. Результаты такого взаимодействия на суше – это обычно устойчивые сообщества, т.е. совокупности животных и растений, связанных друг с другом, а также с ресурсами почвы, воды и воздуха. Область науки, изучающая функционирование экосистем, называется экологией.
Природа экосистемных взаимодействий варьирует от чисто физических, таких, как влияние ветров и дождей, до биохимических, к которым можно отнести, например, обеспечение метаболических потребностей разных организмов или разложение органических отбросов, возвращающее в среду те или иные химические элементы в форме, пригодной для повторного использования. Если под влиянием каких-то факторов эти взаимодействия становятся несбалансированными, то изменяются внутренние связи в экосистеме, и ее способность обеспечивать существование разнообразных организмов может значительно уменьшиться. Самая частая причина деградации окружающей среды – это деятельность человека, постоянно наносящая ущерб состоянию почв, воды и воздуха.
Естественные перемены в экосистемах, как правило, происходят очень постепенно и являются составной частью эволюционного процесса. Однако многие перемены вызваны такими внешними воздействиями, к которым система не приспособлена. Чаще всего эти воздействия связаны с деятельностью человека, но иногда являются результатом природных катастроф. Так, например, извержение в 1980 вулкана Сент-Хеленс в северо-западной части США привело к глубоким изменениям ряда природных экосистем.
Поддержание нормального функционирования наземных экосистем зависит от четырех факторов: качества воды, качества почвы, качества воздуха и сохранения биоразнообразия.
Качество воды. Жизнь в обычных ее формах зависит прежде всего от кислорода, высвобождаемого при фотосинтезе из молекул воды (H2O). Вода, заполняющая океаны, озера и реки, покрывает более двух третей земной поверхности. Запасы ее содержатся также во льдах полярных шапок и ледников, в виде грунтовых вод, а также в атмосфере в виде пара и мелких капель.
Избыток биогенных элементов. О качестве воды чаще всего судят по двум показателям, а именно по концентрациям в ней растворенных соединений азота и фосфора. Оба эти элемента абсолютно необходимы для завершающей стадии процесса фотосинтеза – серии биохимических реакций, в ходе которых растения, используя энергию солнечного света, синтезируют разнообразные органические вещества, обеспечивающие их существование и рост. В «нормальных» условиях азот и фосфор встречаются в низких концентрациях и могут почти полностью потребляться растениями в ходе жизнедеятельности. Если же во внешнюю среду по тем или иным причинам этих элементов начинает поступать слишком много, то их избыток уже является загрязнением среды. Основной источник дополнительного количества азота и фосфора в пресных водах – это вымывание (дождем и тающим снегом) минеральных (неорганических) удобрений с возделываемых земель.
Накопление в экосистеме избытка биогенных элементов (прежде всего азота и фосфора) ведет к нарушению биологического равновесия, что проявляется в стремительном увеличении численности и биомассы каких-то отдельных компонентов сообщества. Однако для других видов того же сообщества возникший дисбаланс может оказаться губительным. Так, при наличии в воде озера очень большого количества биогенных элементов в нем разрастаются водоросли, и они достигают столь высокой численности, что могут истратить почти весь содержащийся в воде свободный кислород и вызвать гибель рыб (т.н. «замор»).
Бактерии. В некоторых случаях загрязнение водоемов, используемых как место отдыха и ловли рыбы, выражается в виде значительного повышения концентрации в воде бактерий, обычно обитающих в кишечнике человека и известных под названием «кишечная палочка». Большое количество этих бактерий – убедительное свидетельство того, что в данный водоем попадают фекалии. Именно поэтому в популярных местах отдыха обычно проводят регулярные анализы проб воды в водоемах на содержание в них кишечной палочки; это содержание не должно превышать некоего допустимого предела (считается, что определенное количество таких бактерий всегда присутствует даже в чистых водах). Высокая концентрация кишечной палочки – это показатель неудовлетворительного санитарного состояния данного водоема. Загрязнение кишечными палочками может быть следствием сброса неочищенных сточных вод, поступления в водоем химических элементов, служащих пищей для бактерий, а также поверхностного стока с территории, сильно загрязненной пометом животных.
Количество воды. Помимо качества воды, оцениваемого химическими или биологическими методами, для существования всех наземных экосистем не менее важно и само наличие воды в достаточном количестве. Когда в каком-то регионе возникает засуха, уровень грунтовых вод резко понижается, что наносит существенный вред всей экосистеме. Деревья, не способные достичь своими корнями грунтовых вод, увядают и погибают; небольшие реки и мелкие озерки высыхают, а вдоль речек, которые еще существуют и питают оставшиеся озера и созданные человеком водохранилища, происходит сильная эрозия почвы.
Иссушение тех или иных мест почти всегда есть результат деятельности человека, прежде всего – уничтожения им естественного растительного покрова. Лишенная растительности, открытая действию солнца и ветра, почва очень быстро теряет содержащуюся в ней влагу. Высыхание делает почву более уязвимой для эрозии, а эрозия, в свою очередь, снижает способность почвы поддерживать растительность и таким образом ведет к еще более сильному обезвоживанию. Другая распространенная причина понижения уровня грунтовых вод и иссушения территорий – чрезмерная эксплуатация подземных водных ресурсов (через колодцы и скважины).
Качество почвы. 98% всего продовольствия человечеству дает земля. Безлесным пространствам с богатыми почвами принадлежит ключевая роль и в пополнении водоносных горизонтов дождевыми и талыми водами. По некоторым оценкам, начиная с 1945 во всем мире значительной деградации подверглось ок. 17% (более 1,2 млрд. га) плодородных земель, причем из них примерно 9 млн. га пришли в полную негодность.
Ухудшение качества почв может происходить вследствие разных причин, но основные из них – это урбанизация и эрозия.
Первые центры урбанизации возникали там, где природные условия позволяли значительной части населения не участвовать непосредственно в производстве продуктов питания. Неудивительно, что каждый такой город был со всех сторон окружен возделываемыми землями. Однако в 20 в. по мере роста городов все большую площадь на прилегающих территориях начали занимать дороги, свалки, места захоронения отходов, водохранилища, рекреационные комплексы и, наконец, сами дома. Значительные площади превращались по сути в непроницаемые поверхности (к примеру, покрытые асфальтом); в результате дождевые и талые воды вместо того, чтобы просачиваться через почву и пополнять подземные водоносные слои, отводились в сторону, где быстро испарялись.
В настоящее время главный и повсеместно действующий фактор деградации почвы – эрозия, которая в основном есть следствие ошибок, совершаемых человеком при эксплуатации земель. В результате водной эрозии верхний слой почвы смывается в 25 раз быстрее, чем на нетронутых природных участках, а ведь именно в этом слое скапливаются органические вещества, определяющие плодородие земли. Эрозия ведет не только к потере плодородия: унесенные водой мелкие илистые частицы заполняют водохранилища, реки, озера и бухты, что совершенно меняет характер местообитаний. Способствует эрозии и практика нещадящей обработки земли, перевыпас скота, сведение лесов, засоление и прямое загрязнение химикалиями.
Под нещадящей обработкой земли понимается слишком частая вспашка, возделывание участков на крутых склонах без предварительного террасирования (формирования плоских участков – террас, окруженных валами), а также вспашка больших площадей земли, которая остается открытой для действия солнца и ветра.
Перевыпас скота и сведение лесов разрушают защищающий почву растительный покров, подвергая ее ветровой и водной эрозии. Исследования, проведенные в Африке (в Кот-Д'Ивуар), показали, что в год с одного гектара склона, покрытого лесом, сносится примерно 30 кг почвы, а с такого же склона после сведения на нем леса – уже по 138 т. Уничтожение леса и разрушение травяного покрова также приводит к химическим изменения ее состава.
Засоление – это непосредственный результат излишнего орошения в регионах, где очень высока скорость испарения влаги. Соли, всегда присутствующие в природных водах, по мере испарения воды накапливаются в почве.
Отходы современного технологически развитого общества представляют серьезную угрозу для качества почвы. Заполненные мусором котлованы и места захоронения токсичных веществ почти никогда не бывают полностью изолированы от окружающей среды. Нелегальное выбрасывание мусора на обочины дорог и вполне узаконенное, но плохо организованное захоронение токсичных отходов уже привело к потере многих тысяч гектаров сельскохозяйственных земель. Радиоактивное загрязнение, вызванное ядерной катастрофой в Чернобыле, сделало непригодными для использования огромные территории на Украине – одном из самых плодородных сельскозяйственных регионов Восточной Европы.
Меры, предпринимаемые для сохранения почв, часто оказываются недостаточными и запоздалыми. Например, в африканской стране Мали претворение в жизнь программы восстановления лесов из-за нехватки средств не успевает за темпами аридизации (иссушения) и опустынивания земель. Даже в регионах с устойчивым земледелием меры по охране почвы по-прежнему требуют вложения значительных средств. Фермеры и иные работники сельского хозяйства, чье благополучие зависит от качества почвы, на самом деле редко уделяют охране земель надлежащее внимание – ведь в краткосрочной перспективе предпринимаемые меры могут снизить плодородие и уменьшить доходы.