Тема 3. Антропосфера – сучасний стан біосфери

лютого (12 березня) 1863), Петербург(*28 лютого (12 березня) 1863), Петербург, Російська Імперія(*28 лютого (12 березня) 1863), Петербург, Російська Імперія — 6 січня(*28 лютого (12 березня) 1863), Петербург, Російська Імперія — 6 січня 1945(*28 лютого (12 березня) 1863), Петербург, Російська Імперія — 6 січня 1945, СРСР) —
український філософукраїнський філософ, природознавець, мислитель,
засновник геохіміїзасновник геохімії, біогеохіміїзасновник геохімії, біогеохімії та радіогеологіїзасновник геохімії, біогеохімії та радіогеології, космізмузасновник геохімії, біогеохімії та радіогеології, космізму. Академікзасновник геохімії, біогеохімії та радіогеології, космізму. Академік Петербурзької АН (з 1912засновник геохімії, біогеохімії та радіогеології, космізму. Академік Петербурзької АН (з 1912), професорзасновник геохімії, біогеохімії та радіогеології, космізму. Академік Петербурзької АН (з 1912), професор Московського університету.
У 1917–1921 роках працював в Україні, один із засновників Української Академії наукпрацював в Україні, один із засновників Української Академії наук; став дійсним членом Української АН та її першим президентом (з 1919).
Засновник першої наукової бібліотеки в Україні (нині названої його ім'ям).
З 1921З 1921 року знову у РосіїЗ 1921 року знову у Росії. Збагатив науку глибокими ідеями, що лягли в основу нових провідних напрямків сучасної мінералогіїЗ 1921 року знову у Росії. Збагатив науку глибокими ідеями, що лягли в основу нових провідних напрямків сучасної мінералогії, геологіїЗ 1921 року знову у Росії. Збагатив науку глибокими ідеями, що лягли в основу нових провідних напрямків сучасної мінералогії, геології, гідрогеології, визначив роль організмів у геохімічних процесах.
Організатор та директор Радієвого інституту (1922Організатор та директор Радієвого інституту (1922–1939Організатор та директор Радієвого інституту (1922–1939), Біохімічної лабораторії (з 1929; зараз Інститут геохімії та аналітичної хімії АН РФ ім. Вернадського).
Дійсний член інших академій (Паризької, Чеської).

створив учення про ноосферу (грец. ноос - розум і сфера - куля), в основу якого поклав ідею про гармонійне входження людини та її господарської діяльності у біогенний кругообіг речовин.

2, 3]

Основні фази розвитку Землі
(за теорією Вернадського В.І.)
утворення геосфери (неживої природи) та
біосфери (живої природи)
ноосфери
Ноосфера – це цілісна планетна оболонка Землі, населена людьми і раціонально перетворена ними відповідно до законів збереження і підтримки життя для гармонічного співіснування суспільства з навколишнім природним середовищем.
Створення ноосфери означає забезпечення зв'язаності соціальних процесів із процесами, що йдуть у біосфері.
Досягти цього важко, але в принципі можливо.

Складові ноосфери
Антропосфера - сукупність людей як організмів на Землі, тобто поверхня планети, заселена людьми.
Техносфера - сукупність
штучних об'єктів, створених людиною, та
природних об'єктів, змінених в результаті діяльності людства.
Соціосфера - сукупність соціальних факторів, характерних для даного етапу розвитку суспільства і його взаємодії з природою.

функціонування, динаміки і розвитку якого характерна висока роль діяльності людства.
Сучасна антропосфера – глобальна природно-технічна система.
Формується новий стан природного середовища, що не мав аналогів у минулому - стан антропосфери.
Причини нових процесів планетарного масштабу
перевищили критичний рівень можливості техніки і масштаби господарської діяльності людства,
вичерпані буферні можливості природного середовища протидії негативному впливу людства.

Характеристика антропосфери
істотні зміни в біосфері глобальних процесів:
біологічного кругообігу атомів,
кругообігу води, водної й атмосферної міграції елементів.
виникли процеси, не властиві біосфері:
одержання металів та інших елементів, нестійких у термодинамічному полі біосфери,
виробництво енергії на атомних електростанціях,
синтез органічних речовин, які не існували у біосфері (наприклад, полімери) і не переробляються редуцентами

розглядати як єдність «природи» і культуриНоосферу можна розглядати як єдність «природи» і культури (в широкому тлумаченні останньої — з техносфероюНоосферу можна розглядати як єдність «природи» і культури (в широкому тлумаченні останньої — з техносферою включно), особливо починаючи з того моменту, коли «культура» досягає (за силою впливу на біосферу та геосферу) потужності «геологічної сили».
Дві стадії розвитку ноосфери
(щодо єдності і взаємодії природи та культури):
Становлення і стихійний розвиток - з моменту виникнення «людини розумної»;
Свідоме удосконалення спільними зусиллями людей в інтересах як людства в цілому, так і кожної окремої людини

Основні закони і принципи ноосфери
Історичні закономірності виникнення ноосфери (В. І. Вернадський)
Закон ноосфери (В. І. Вернадський) - домінантна роль розуму людини у розвитку системи людина - природа
Фундаментальна константа ноосфери - моральність
Закон необхідності перемоги екологічного світогляду
Закон неминучості збільшення ролі екополітики
Принципи наростання цілеспрямованого впливу людей на систему людина - суспільство - природа
Закон гармонійного примирення свободи і національних особливостей з плануванням і об'єднанням (П. Тейяр де Шарден)
Закон єднання дій та ідей людства (В.І. Вернадський)

Ноосфера = природа + культура

площі (оранка полів, зрошення, осушення, т.і.)

За типом впливів:
механічні,
фізичні,
хімічні,
речовинні,
енергетичні,
інформаційні

однократні (разові, епізодичні),

періодичні

постійні динамічні
(щорічна оранка)

постійні стаціонарні (місто)

Часові

Просторові

Форми поширення впливів у просторі

Реакція природного середовища на вплив:
1) повернення в первісний стан через певний час (1-1000 років і >) - при разовому впливі (викид, пожежа);
2) перехід у новий стан динамічної рівноваги - при постійному впливі (гребля з водоймищем на річці)
Реакція запізнюється із-за властивості інертності природного середовища

дифузія - різке зменшення концентрації впливу на одиницю площі

концентрація наслідків впливу

господарсько-побутових потреб забирається 10% річкового стоку;
переміщається при оранці 3 тис. км3 ґрунту;
видобуток руди складає 600 млрд. т;
переміщаються сотні мільярдів тон ґрунту при будівельних роботах;
розсіюються на полях близько 300 млн. т мінеральних добрив, 4 млн. т отрут;
в атмосферу викидається близько 1 млрд. т сажі і шкідливих речовин;
т.і.

Хімічний вплив - щорічно
наростаюче «залізнення» ґрунту:
добуті хімічні елементи розсіюються та акумулюються по земній поверхні, окислюються,
техногенна міграція
свинцю і міді значно перевищує природну,
цинку і марганцю наближається до природного;
при спалюванні вугілля в навколишнє середовище надходить більше, ніж утримується в природних біологічних кругообігах:
ртуті в 700 разів,
миш'яку в 125 разів,
урану в 60 разів,
кадмію в 40 разів т.і.

природного середовища
фізичні (параметричні),
шум,
ультразвук,
інфразвук,
вібрація,
електромагнітні поля,
теплове забруднення,
світлове забруднення,
радіоактивність
хімічні (інградієнтні) у різному агрегатному стані (твердому, рідкому та газоподібному):
важкі метали
оксид вуглецю,
діоксид сірки,
оксид азоту,

хімічні (інградієнтні) - продовження
пил,
зола,
нафтопродукти,
отрутохімікати,
мінеральні добрива,
синтетичні миючі засоби,
солі металів,
феноли
діоксин
ДДТ - дуст
т.і.
Біологічні:
мікроорганізми: бактерії,
віруси,
спірохети,
грибки,
простіші
продукти їх життєдіяльності

погіршує слух.
вимірюється у децибелах (дБ). Рівні шуму:
20-30 дБ - природні ландшафти,
70-80 дБ - допустимий (читальні зали, салони автомобілів, т.і.)
80-110 дБ гранично допустимий (відбійний молоток, вантажівки, оркестр, т.і.)
≥110 дБ приводить до порушення здоров'я (громові розряди, реактивний літак при зльоті, постріли і вибухи, т.і.
Нормативні рівні шуму для:
житлових приміщень – 30 дБ,
навчальних аудиторій – 40 дБ,
пасажирських торговельних залів, підприємств побутового обслуговування – 60 дБ,
внутріквартальних мікрорайонів – 45 дБ.

Інфразвук
характеризуються великою проникаючою здатністю,
джерела - газотурбінні станції, дизельні електростанції, потоки транспорту, що рухається.
викликає небезпечний резонанс у легенях і серці.
Електромагнітні забруднення
вплив електромагнітних полів обумовлюється індукованими струмами, що течуть через тканини тіла людини і викликають стомлюваність, занепокоєння та різні хвороби
електрокорозійнезабруднення пов'язане з виникненням полів блукаючих струмів через витоки електричного струму в ґрунт, що викликає ушкодження водогінної мережі і стічної каналізації,
джерела - електричні підстанції й антени теле і радіостанцій, спеціальних засобів зв'язку, т.і.

у періодичній системі Менделєєва після свинцю (уран, радій, т.і. ), та
деяких ізотопів, що стоять перед свинцем (технецій, прометій, вісмут)  та всіх елементів, розміщених після вісмуту. 
Ізотопи (від гр. ізос - однаковий і топос – місце) - це нукліди одного хімічного елемента, які мають
однакове протонне число (заряд ядра), але
різняться за кількістю нейтронів.
РАДІОАКТИВНІСТЬ – це явище
перетворення ядра атомів одних елементів в ядро іншого елемента чи в ізотопи,
спонтанного випускання ними випромінювання з проникною здатністю та іонізувальними властивостями.

Це явище відкрили:
Беккерель (1896) в урані,
Марія Склодовська-Кюрі (1898) у радії, полонії і торії.
Резерфорд (початок ХХ ст.) під впливом магнітного поля розділив потік частинок ядер на 3 потоки:
 α-частинки = потік ядер гелію
мала проникність здатність, але
найбільша іонізувальна здатність;
β-частинки = потік електронів, які
рухаються зі швидкістю світла і
мають більшу проникну здатність;
γ-промені = електромагнітні хвилі:
дуже мала довжина хвилі,
велика проникна здатність.

РАДІОАКТИВНЕ ВИПРОМЫНЮВАННЯ

у складі яких є:
радіоактивні елементи або
їх ізотопи (радіонукліди).
УРАЖАЛЬНІ ФАКТОРИ (УФ) РР:
проникна здатність
іонізувальне випромінювання, тобто іонізація молекул та атомів = поділ на позитивно і негативно заряджені частини – іони.
Ураження людей через опромінення
зовнішнє - більше ураження спричиняють γ-промені,
внутрішнє (у разі попадання РР в організм людини з їжею, водою, повітрям) - більше ураження спричиняють  α-частинки

ВПЛИВ УФ РР
зміна фізико-хімічних властивостей середовища,
загибель клітин та ураження органів у біологічній тканині.
ДЖЕРЕЛА РАДІАЦІЙНИХ НЕБЕЗПЕК:
РР для медицини, промисловості, с/г, досліджень;
підприємства з радіаційно-ядерними технологіями (виробництво, зберігання, транспортування РР);
ядерні енергетичні установки різних типів, особливо ядерні реактори АЕС;
місця переробки і захоронення радіоактивних відходів;
т.і.

сірки,
оксидів азоту,
пилу,
золи,
вуглеводнів,
т.і.
води суші, морів чи океанів -
нафтопродукти,
отрутохімікати,
мінеральні добрива,
синтетичні миючі засоби,
солі металів,
феноли
т.і.

ґрунтів -
побутове і будівельне сміття,
мінеральні добрива,
фекалії,
вуглеводні,
важкі метали,
оксиди азоту,
т.і.

Результати хімічного забруднення
Кислотні дощі
сірчистої та сірчаної кислот
азотної й азотистої кислот
Озонові діри
Парниковий ефект

атмосфери.

Кислотний дощ — усі види метеорологічних опадів (дощ, сніг, дощ зі снігом, град, туман), кислотність яких вища від нормальної (pH = 5,6 у чистих дощах; pH (водневий показник) - міра кислотності)
Схема утворення аерозолів і дощів сірчистої та сірчаної кислот
Основна частина діоксиду сірки SO2, наприклад, від теплоелектростанцій, у вологому повітрі утворить аерозоль сірчистої кислоти Н2SO3:
SO2 + H2O → H2SO3
Сірчиста кислота поступово окисляється до сірчаної H2SO4:
2H2SO3 + O2 → 2H2SO4.
Крім того, діоксид сірки SO2 в результаті окислювання перетворюється в триоксид сірки (сірчаний ангідрид) SO3:
2SO2 + О2 → 2SO3,
Результат реакції з водяною парою атмосфери - аерозолі сірчаної кислоти :
SO3 + Н2О → H2SO4.
Аерозолі сірчаної і сірчистої кислот приводять до конденсації водяної пари атмосфери і стають причиною кислотних опадів (дощі, тумани, сніг).
Кислотні роси
При спалюванні палива (в основному вугілля) утворюються тверді мікрочастинки сульфатів металів легко розчинні у воді, що осаджуються на ґрунт і рослини.

видів кислотних дощів та їх наслідки

Аерозолі сірчаної і сірчистої кислот складають близько 2/3 кислотних опадів, інше приходиться на частку аерозолів азотної й азотистої кислот, що утворяться при взаємодії діоксиду азоту NO2 з водяною парою H2О атмосфери:
2NO2 + H2О → HNO3 + HNO2
Два види кислотних дощів, що не відслідковуються
моніторингом атмосфери
Хлор Cl, що знаходиться в атмосфері, при з'єднанні з метаном СН4 утворює хлороводень, що добре розчиняється у воді з утворенням аерозолей соляної кислоти:
Cl + СН4 → CH3 + HCI
СН3 + Cl2 → СН3Cl + Cl
Джерела надходження метану в атмосферу:
антропогенні - рисові поля,
природні - танення гідрату метану у вічній мерзлоті із-за потеплення клімату.
Наслідки випадання кислотних дощів
зниження рН поверхневих вод і ґрунтів та посилення міграції важких металів;
опіки і зниження інтенсивності фотосинтезу у рослин;
корозія металевих виробів;
деградація лісів, зменшення стійкості дерев стосовно шкідників і патогенних мікроорганізмів.

H2О → HNO3 + HNO2

SO2

NO2

Схема утворення кислотних дощів і рос

Кислотні роси

триатомним киснем (О3).
Він захищає все живе на Землі від згубної дії ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Основні руйнівники озону:
оксиди нітрогену, які спричиняються:
випробуваннями ядерної зброї;
запусками ракет і космічних кораблів, реактивними літаками;
хімічними підприємствами із виробництва та використання нітратної кислоти;
фреони (застосовують у холодильній техніці як мастило, в парфумерії – як засіб для створення аерозолю). – інертні речовини типу CF2Cl2, CFCl3 тощо, які руйнують і перешкоджають утворенню молекули озону;
пара води, яка потрапляє до озонової оболонки з викидами ракет під час згоряння палива

Озонові діри

місць за певних метеорологічних умов і забруднення повітря.
Три типи смогів за походженням
лондонський (чорний смог),
лос-анджелеський (білий смог)
льодяний смог.
Причини чорного смогу:
низька температура (близько 00 С);
вологість до 100%;
підвищений вміст сажі, оксидів карбону, нітрогену, сульфуру, що утворюються при спалюванні палива.
В Україні - у приморських містах.
Льодяний смог характерний для північних широт за температур нижче – 300 С, високої вологості та забруднення повітря.

Причини білого смогу:
висока температура (понад 300 С);
відсутності перемішування шарів повітря у вертикальному напрямі (інверсія);
значна концентрація викидів автотранспорту: вуглеводнів, оксидів нітрогену.
В Україні - в Дніпропетровську, Запоріжжі, Донецьку і навіть у курортному місті Ялті.
Наслідки смогів:
задуха;
бронхіальна астма;
збільшення смертності;
пригнічення рослинності;
руйнування будівель;
прискорення корозії металів
Т.і.

йде від земної поверхні (подібно до плівки над городнім парником).
Схема парникового ефекту
До 46% енергія Сонця надходить на Землю від і визначає хід усіх біологічних процесів.
Нагріта земля випромінює довгохвильову інфрачервону (теплову) радіацію, що частково йде в космос, а частково залишається в атмосфері, затримуючись газами (вуглекислий газ СО2 та інші), що входять до її складу, і нагріваючи приземні шари повітря.

Схема парникового ефекту

глина — нерозчинні домішки: глина, пісок, намул, пил тощо;
Хімічне — важкі метали, кислоти — важкі метали, кислоти, луги — важкі метали, кислоти, луги, мінеральні солі — важкі метали, кислоти, луги, мінеральні солі, нафта — важкі метали, кислоти, луги, мінеральні солі, нафта і нафтопродукти, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), мийні засоби — важкі метали, кислоти, луги, мінеральні солі, нафта і нафтопродукти, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), мийні засоби, канцерогени — важкі метали, кислоти, луги, мінеральні солі, нафта і нафтопродукти, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР), мийні засоби, канцерогени, мінеральні добрива, пестициди;
Біологічне — різні мікроорганізми (бактерії — різні мікроорганізми (бактерії, віруси — різні мікроорганізми (бактерії, віруси), яйця гельмінтів — різні мікроорганізми (бактерії, віруси), яйця гельмінтів, спори грибів;
Радіоактивне — радіонукліди — радіонукліди (цезій — радіонукліди (цезій-137, стронцій — радіонукліди (цезій-137, стронцій-90, калій-40 тощо);
Теплове — підігріті води ТЕС — підігріті води ТЕС та АЕС.

Джерела забруднень водойм
Атмосферне забруднення
біогенні сполуки (фосфорфосфор, азот),
синтетичні органічні компоненти (вуглеводи, ДДТ та ін.).
Призводить до «цвітіння» вод і виникнення «червоних проток» у різних районах океану.
Нафтове забруднення - глобальна екологічна проблема
витік нафти внаслідок аварії на нафтовій свердловині
надходження з континентів зі стоками,
надходження з атмосфери (приблизно 0,3 млн т. на рік),
природний витік з надр (приблизно 0,3 млн т. на рік),
викиди з суден у море,
катастрофи суден.

вод з різних енергетичних установок (ТЕС(ТЕС і АЕС).
істотно змінюється термічний і біологічний режими водойм.
Наслідки підвищення температури води у водоймах
26 - 30°С - пригнічення життєдіяльностіпригнічення життєдіяльності риб;
30 - 34°С - шкідлива дія на біоценози,
>34°С – загибель риби та інших організмів.
У теплих водах:
порушуються умови нересту риб,
гине зоопланктон,
риби уражуються паразитами і хворобами

Радіоактивне забруднення
велика кількість радіоактивних ізотопів у наслідок
випробувань ядерної зброї (ЯЗ),
діяльності ядерних реакторівдіяльності ядерних реакторів на військових підводних човнах,
скидання контейнерів з відходами атомних електростанцій;
аварій на АЕС (26.04.1986 р. – ЧАЕС; 11.03.2011 р. - японська Фукусімська АЕС: радіоактивні речовини потрапили в атмосферу, на ґрунт і в Тихий океан
Забруднення водним транспортом
злив баластних вод в океан;
сміття із суден (хімікати, радіоактивні продукти, важкі метали, т.і.);
розливи нафти при аваріях танкерів,