Природні ресурси та ресурсний цикл

Природні ресурси – це частина всієї сукупності природних умов існування людства та найважливіші компоненти довкілля, природного середовища, що використовуються в процесі суспільного виробництва з метою задоволення матеріальних та культурних потреб суспільства.

Існує дуже багато класифікацій природних ресурсів. Найбільш поширеною є класифікація, в основі якої лежить ознака їх вичерпності. Згідно цієї класифікації всі природні ресурси ділять на вичерпні та невичерпні.

До невичерпних природних ресурсів відносяться такі, фактичні запаси яких на земній кулі значні, а використовування їх людством обмежене. До таких ресурсів відносяться повітря, вода, енергія Сонця, океану, вітру тощо.

Вичерпні природні ресурси характеризуються скінченністю їх запасів, а їх відновлення та поповнення на Землі неможливе із-за відсутності умов, в котрих вони утворювались кілька мільйонів років тому протягом досить тривалого часу. Частина вичерпних ресурсів може бути штучно поповнена, але практично швидкість поповнення значно нижче швидкості використання. Виходячи з цих міркувань, вичерпні ресурси поділяють на відновлюванні та невідновлюванні.

В свою чергу невідновлюванні природні ресурси ділять на копалини мінерального походження (КМП), копалини органічного походження (КОП), окремі енергетичні ресурси (ЕР), життєвий простір (ЖП).

Копалини мінерального походження (КМП) складають основу промислового розвитку людства. Вони знаходяться в усіх доступних районах Землі, але розподілені дуже нерівномірно. Атмосфера, земна кора, вода в океанах – кругом є мінеральні ресурси. Тобто, якраз із земної кори, гідросфери, біосфери та атмосфери людство черпає мінеральні ресурси для своїх потреб. Як відомо, Земля складається 3 88 хімічних елементів. Але розподіл цих елементів в різних районах земної кулі вкрай нерівномірний. Так, наприклад, в континентальній корі основні хімічні елементи складають:

Кисень – 45.2 %; Кремній – 27.2 %; Алюміній – 8.0. %;

Залізо – 5.8 %; Кальцій – 5.1 %; Магній – 2.8 %; Натрій – 2.3 %;

Калій – 1.7 %; титан – 0.9 %; інші елементи – 1.0 %.

Як бачимо, 9 елементів складають 99 % всієї маси земної кори, в той час як на 79 інших елементів припадає лише 1 %. Так, наприклад, по даних науковців США запаси міді складають 511 млн. тонн. На 1982 рік виробництво її складало 7780 тис. тонн. Якщо врахувати, що кожні 15 років виробництво міді подвоюється. То не важко довести, що до 2000 року крім відомих родовищ необхідно ще кілька сот мільйонів тонн. Розробка родовищ утруднюється, мідь дорожчає. З урахуванням вторинної сировини та розробки більшості потенційних ресурсів можна прогнозувати забезпеченість міддю на найближчі 25 років. Подальша перспектива залежить від дуже багатьох факторів і тяжко піддається прогнозуванню. Аналогічні ситуації з іншими металами.

В цю ж групу природних ресурсів необхідно внести так звані неметалічні корисні копалини (азот, калій, фосфор, сірка та інш.)

Копалини органічного походження (КОП) представлені в основному кам’яним та бурим вугіллям, нафтою, газом. Встановлено, що вугілля утворилося із залишків прісноводних рослин 250-350 млн. років тому. Торф є першою стадією утворення вугілля. На даний час запаси вугілля на Земній кулі оцінюються в 15270 млрд. тонн. Зважаючи на труднощі в забезпеченні людства газом та нафтою, окремі дослідники вважають, що до 2020 року вугілля знову стане основним паливом. Нафта та природний газ утворилися внаслідок дії високих температур та тисків на органічні речовини. Склад нафти та газу дуже різні в залежності від району видобутку, глибини залягання та ін. Як показують розрахунки, при збереженні існуючої швидкості росту споживання нафти, до 2003 року половина всіх запасів буде використана. До копалин органічного походження ще відносять горючі сланці та інші горючі копалини.

Ще один компонент невідновлюваних природних ресурсів – окремі енергетичні ресурси (ОЕР). Мова йде про енергію річок. З однієї сторони, це джерело постійно відновлюється, а з іншої, не дивлячись на це, на кожній конкретній річці можливе будівництво досить обмеженої кількості ГЕС, котрі можуть перетворити в електроенергію практично всю енергію течії річки.

Життєвий простір. Як показують дослідження, для нормального існування людини необхідно, щоб 30 % площі Земної кулі перебували в природному стані (парки, ліси, заказники). 35 % повинно відводитися під виробництво продуктів харчування. 3-5 % повинно бути у вигляді так званої “дикої” природи, де втручання людини виключається. Людина освоює простір і у вертикальному напрямку (висота будинків, метро і т. д.).

В даний час з 148.85 млн. км² загальної площі материків 15.1 млн. км² обробляється та зайнята містами й селами, 30.5 – луками та пасовищами, 61.65 – скелями, пустелями, льодовиками, 41.6 – лісами. Необхідно сказати, що стан життєвого простору людини суттєво впливає на стан навколишнього середовища.

Кліматичні ресурси – сукупність природних умов проживання людини. Існують на землі кліматичні зони: тропіки, субтропіки, зони помірного клімату, крайня Північ та ін.

Генетичний фонд – сукупність видів рослин і тварин на Землі. З цієї точки зору, генетичний фонд відноситься до невідновлюваних природних ресурсів, оскільки кожний вид, що зникає внаслідок зміни клімату (мамонти) або був винищений людиною (морська корова, ) ніколи не буде відновлений. За останні 400 років на Землі зникло більше 100 видів ссавців та 150 видів птахів, не кажучи про рослини.

Відновлюванні природні ресурси – це в основному живі організми в усій їх різноманітності, або, іншими словами, біологічні ресурси. Їх прийнято ділити на три групи: рослини – тварини – грунти. Всі ці ресурси необхідні для життя людини, для функціонування життя на нашій планеті взагалі.

Рослини належать до організмів, що створюють органічну речовину за рахунок утилізації сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей. На Землі існує близько 35000 видів рослин, загальна маса котрих, за підрахунками Вернадського, складає 2.4×10¹² тонн.

Тварини – організми, що одержують енергію за рахунок харчування рослинами або іншими тваринами. Розрізняють травоїдні тварини, хижаки та паразити, а також хижі рослини та гриби. Кількість видів цієї групи становить 1.5 млн., а їх маса досягає 2.3×10¹⁰тонн.

Грунти – органо-мінеральний продукт багаторічної спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла та світла, є одним з найважливіших природних ресурсів. Залежно від кліматичних та геолого-географічних умов грунти мають товщину від 15-25 см до 2-3 м. Грунт товщиною 1 см утворюються 400 років.

Ресурсний цикл – сукупність перетворень та переміщень в просторі речовин або групи речовин на всіх етапах використання його людиною. Природні процеси мають замкнутий цикл. На відміну від природних ресурсний цикл має практично тупиковий характер.

В відповідності з законами екології природне середовище не має відходів, хоча на протязі віків та тисячоліть в біосфері накопичувались продукти розкладу та руйнування об’єктів природи. Оскільки цей процес досить тривалий в часі, то природа до нього пристосувалась.

В будь-які природній системі залишки життєдіяльності одних організмів одних організмів служать джерелами існування для інших, і в цілому утворюється біохімічний кругообіг речовин. Для кожної органічної субстанції, що виробляється організмами, в природі існує фермент, що здатний розкласти цю субстанцію до найпростіших (неорганічних або органічних) сполук.

Ні одна речовина, знаходячись в природних сполуках в надрах Землі, не приносить шкоди біосфері. І тільки в результаті діяльності людина, що добуває та переробляє сировину при допомозі далеких від досконалості технологій, великі кількості речовин накопичуються в тих місцях, де згідно законів природи їх не повинно бути.

Антропогенний вплив різко змінює рівновагу, в результаті господарської діяльності виникають все нові та нові види залишків (відходів, покидьків), котрі не можуть нейтралізуватися природою. При синтезі нових органічних речовин, що значно відрізняються по структурі від природних, завжди є імовірність, що не існує ферменту для їх розкладу і ці речовини будуть накопичуватись. Так вже сталося з детергентами, інсектицидами, гербіцидами.

Одна з головних причин нинішньої кризи навколишнього середовища заключається в тому, що величезні кількості речовин, добуті з надр Землі, перетворені в нові сполуки та розсіяні в біосфері без врахування їх накопичення та можливості участі в природному біохімічному циклі перетворення речовин.

За даними інституту світових ресурсів, з початку нашого століття населення Землі зросло в 3 рази, в той час як об’єм господарської діяльності в 20 разів. За період після другої світової війни в світі використано стільки природних ресурсів, скільки за всю попередню історію людства. Кількість сировини, що добувається із надр Землі, досягають астрономічних цифр. В середині 80-х років щорічно видобувалось біля 4 млрд. тонн вугілля, 2.6 млрд. тонн нафти та газового конденсату, виробилось більше 900 млн. тонн цементу, добувалось більше 600 млн. тонн залізної руди, вироблялось 124 млн. тонн добрив.

Сучасні технології дозволяють відділяти від руди корисні складові, вміст яких не перевищує частки проценту. Але біда в тому, що після переробки залишкова частина рудної маси перетворюється в відходи та накопичується в відвалах. Чим менше концентрація елемента в руді і більше об’єм його виробництва, тим більше залишків утворюється із руд, що містять цей елемент. Якщо для багатих залізних руд з тонною металу видобувається тонна порожньої породи, то для 1 тони міді – 200 тон, а для такої ж кількості вольфраму та молібдену – до 2000 тон порожньої породи.

До 2000 року співвідношення накопичення промислових відходів і добування корисних копалин в світі складе 6:1 для залізної руди, 7:1 для вугілля, бокситів, фосфатних руд.

Таким чином, вирвані з природного кругообігу речовини, відходи виробництва стають учасниками антропогенного кругообігу, не повертаються на свої місця в природі і неодмінно замикають цикл на людину. Навіть те, що природа може засвоїти, накопичується в таких кількостях, що вона не встигає їх переробляти, а це приводить до забруднення повітря, води, грунту.

ЛЕКЦІЯ 4

Динаміка популяції

Першою надорганізмовою біологічною системою є популяція. Популяція як біологічна система характеризується виникненням специфічних властивостей, якими не володіють окремі організми даного виду. Тільки на популяційному рівні виявляються такі властивості як чисельність та щільність населення, статевий та віковий склад, рівень розмноження та смертності. Організм, як біологічна система, відносно недовговічний, популяція ж при збереженні необхідних умов практично безсмертна.

Термін “популяція” походить від лат. слова populus (народ і в дослівному перекладі означає “населення”, тобто популяція є населення виду на певній території.

Популяція – це сукупність особин певного виду, які здатні до вільного схрещування, населяють певний простір протягом багатьох поколінь і відокремлені від інших подібних угрупувань.

Ознаки популяцій

Найбільш істотними ознаками популяцій є динаміка чисельності особин, співвідношення статей, віковий склад, територіальна структура і щільність заселення.

Узагальнюючи ознаки, можна зробити висновок, що кожна популяція має певний властивий їй темп і ритм обміну речовин в екосистемі. Вона може складатися з дрібніших угруповань, мікропопуляцій, колоній, зграй тощо, але такі угруповання нестійкі в часі й періодично включаються у загальний популяційний ритм. Отже, кожен вид має структуру, яка властива тільки йому. Вивчення популяційної структури Виду має надзвичайно важливе теоретичне і практичне значення при здійсненні заходів з раціонального природокористування. Важливо знати загальнобіологічні властивості виду, а також як впливає зовнішнє середовище на його формування. Популяція завжди перебуває під впливом багатьох факторів і реакція на конкретний фактор залежить від взаємного розташування або спільної їх дії. Зокрема, розглянемо, які фактори впливають на чисельність популяції, загальну кількість особин на даній території або в даному обсязі, котрі належать до однієї популяції. Повінь, пожежа, град, раптові морози, посуха, бурелом, надмірне застосування хімічних препаратів, реконструкція ландшафту, вселення нових видів хижаків, паразитів, епідемії — все це може призвести до повної її загибелі. Загибель або різке скорочення чисельності популяції, як правило, викликає ланцюгову реакцію в біоценозі та може спричинити коливання чисельності популяцій інших видів. Аналіз причин загибелі окремих видів свідчить про те, що зникнення одного виду рослин викликає загибель від 3—4 до 20—ЗО і навіть більше видів тварин.

Популяції багатьох видів досить уразливі не лише в місцях розмноження. Несприятливі умови на шляхах міграцій і в місцях зимівлі можуть поставити популяцію на грань загибелі. Отже, створення сприятливих умов у районах розмноження, обмеження факторів смертності ще не забезпечує збільшення чисельності видів, якщо не усунути загрозу масової загибелі особин під час сезонних мандрівок.

Щільність популяцій — це середня кількість особин, що припадає на одиницю простору. При сталій площі ареалу або при обмежених можливостях його розширення щільність популяцій прямо залежить від їхньої чисельності. Щільність і чисельність — поняття не тотожні. Популяції, представлені великою кількістю особин, можуть займати велику площу і мати нижчу щільність, ніж популяції нечисленні, але стиснені певними територіальними межами. Внутрішнім популяційним регулятором чисельності є, головним чином, не кількість особин, а просторове розташування їх. В екології існує поняття оптимальної щільності, при якій популяція має найвищу життєздатність.

При зниженні чисельності зменшуються можливості обміну генетичною інформацією, утворюються окремі замкнені кільця близьких родичів, що призводить до зниження життєздатності молоді.

Зростає тиск конкурентів. У видів, яким притаманний колоніальний або груповий спосіб життя, значно знижуються можливості опору ворогам. Але одночасно зі зниженням щільності звільняється життєвий простір, відтворюється кормова база, увага хижаків переключається на інші об'єкти або кількість їх також різко зменшується.

Ставлення людини до того чи іншого виду визначається його демографічним станом. Тому пізнання закономірностей динаміки чисельності популяцій має першочергове значення. У кожний конкретний момент будь-яка популяція складається з певної кількості особин, але ця величина досить динамічна. Часто вона залежить від народжуваності й смертності у популяції.

Одночасно рухаються два потоки особин: один "наповнює" басейн популяції, другий "витікає" з нього. Потужності цих потоків досить рідко збігаються в часі, тому рівень популяційного басейну весь час коливається. Завдання популяційної екології і полягає саме в складанні прогнозу цих коливань.

Відтворення потомства — головне джерело поповнення популяції. У рослин — це кількість насіння, у риб — ікри нок, у птахів яєць та ін.

Швидкість зростання популяції визначається біотичним потенціалом. Біотичний потенціал — це кількість нащадків, яку здатна дати одна особина або одна пара. У одних видів біотичний потенціал може перевищувати мільярд, у інших — обмежуватись кількома десятками.

Види, що живуть у сприятливих умовах і добре пристосовані до виживання, мають низький біотичний потенціал і, навпаки, висока смертність зумовлює надзвичайну плодючість. Наприклад, риби, які не турбуються про потомство, відкладають тисячі і навіть мільйони ікринок. Місячний біотичний потенціал риби — до 3 млрд, а в акул, які народжують живих малят, він обмежений десятками. Більшість шкідливих комах здатні плодити від кількох сотень до тисячі особин.

Для стабілізації популяцій достатньо, щоб до періоду розмноження доживало стільки потомків, скільки було батьків. Якщо відсоток виживання вищий за відсоток рівноваги, популяція зростає, якщо нижчий — зменшується. Це необхідно враховувати як при боротьбі з шкідниками, так і при охороні зникаючих видів.

Чисельність будь-якої популяції коливається під впливом дії біотичних і абіотичних факторів. Один і той самий фактор може відігравати, залежно від стану популяції, як позитивну, так і негативну роль.

Вікова структура популяцій. У кожній популяції є групи різновікових особин, співвідношення яких характеризує здатність популяції до розмноження. Розрізняють три стадії віку: передпродуктивний, репродуктивний і пости роду ктив-ний. Тривалість цих стадій у різних організмів дуже відрізняється. У багатьох тварин і рослин особливо тривалим буває передпродуктивний період. При сприятливих умовах у популяції присутні всі вікові групи, які забезпечують відносно стабільний рівень її чисельності. На віковий склад популяції впливають тривалість життя особин, період досягнення статевої зрілості, тривалість періоду розмноження, плодючість і смертність вікових груп. Вікову структуру популяцій часто зображають у вигляді вікових пірамід (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Типи вікових пірамід:

А — три типи вікових пірамід, які характеризують популяції з великою, помірною і малою чисельністю (в, б, в, %) молодих особин; Б — вікові піраміди інтенсивно зростаючої (а) і постійної (б) за чисельним складом популяції миші польової

Врахування й аналіз вікової структури природних популяцій має велике значення для раціонального мисливського промислу і прогнозування популяційно-екологічної ситуації.

Статева структура популяцій має важливе значення для подальшого зростання її чисельності.

Процеси, які властиві популяції, постійного відтворення супроводжуються також постійним відмиранням особин, постійно проходять процеси притоку особин ззовні та виселення певної частини населення за межі популяції. Всі ці процеси визначають динамічний характер популяції як системи, яка складається з кількості окремих організмів.

Кількісне співвідношення різних категорій організмів у складі населення розглядається як демографічна структура популяції. При цьому в першу чергу мається на увазі співвідношення статевих та вікових груп; змінення цих показників суттєвим чином впливають на темпи репродукції, а відповідно на загальну чисельність популяції.

Вікова структура популяції.

У кожній популяції є групи різновікових особин, співвідношення яких характеризує здатність популяції до розмноження. Розрізняють три стадії віку:

- передпродуктивний;

- репродуктивний;

- постпродуктивний.