Системний аналіз у безпеці життєдіяльності.

 

Принцип системності розглядає явища у їхньому взаємному зв’язку, як цілісний набір чи комплекс.

Під системою розуміється сукупність взаємопов’язаних елементів, які взаємодіють між собою таким чином, що досягається певний результат (мета).

Під елементами (складовими частинами) системи розуміють не лише матеріальні об’єкти, а й стосунки і зв’язки між цими об’єктами.

Будь-який пристрій є прикладом технічної системи, а рослина тварина чи людина – прикладом біологічної системи. Будь-які групи людей чи колективи є соціальними системами. Система, один з елементів якої є людина, зветься ерготичною. Прикладами ерготичних систем є системи „людина – природне середовище”, „людина – машина”, „людина – машина – навколишнє середовище”.

Взагалі будь-який предмет може розглядатися як системне утворення. Системи мають свої властивості, яких не має і навіть не може бути у елементів, що її складають. Ця найважливіша властивість систем, яка зветься емерджентністю, лежить в основі системного аналізу. Мета чи результат, якого досягає система, зветься системотворним елементом.

Будь-яка система є складовою частиною іншої системи або ж входить до іншої системи як її елемент. З іншого боку, окремі елементи будь-якої системи можуть розглядатись як окремі самостійні системи.

Системний аналіз – це сукупність методологічних засобів, які використовуються для підготовки та обґрунтування рішень стосовно складних питань, що існують або виникають в системах.

Головним методологічним принципом безпеки життєдіяльності є системно-структурний підхід, а методом, який використовується в ній, – системний аналіз.

У сфері наук про безпеку системою є сукупність взаємопов’язаних людей, процесів, будівель, обладнання, устаткування, природних об’єктів тощо, які функціонують у певному середовищі для забезпечення безпеки.

Системою, яка вивчається у безпеці життєдіяльності, є система „людина – життєве середовище”.

Системний аналіз у безпеці життєдіяльності – це методологічні засоби, що використовуються для визначення небезпек, які виникають у системі „людина – життєве середовище” чи на рівні її компонентних складових, та їх впливу на самопочуття, здоров’я і життя людини.

Сама сутність дисципліни „Безпека життєдіяльності” вимагає використання системно-структурного підходу. Це означає, що при дослідженні проблем безпеки життя однієї людини чи будь-якої групи людей їх необхідно вивчати без відриву від екологічних, економічних, технологічних, соціальних, організаційних та інших компонентів системи, до якої вони входять. Кожен з цих елементів впливає на інший, і всі вони перебувають у складній взаємозалежності. Вони впливають на рівень життя, здоров’я, добробуту людей, соціальні взаємовідносини. В свою чергу від рівня життя, здоров’я, добробуту людей, соціальних відносин тощо залежить стан духовної і матеріальної культури, характер і темпи розвитку останньої. А матеріальна культура є вже тим елементом життєвого середовища, який безпосередньо впливає як на навколишнє природне середовище, так і на саму людину.

 

4.1.2. Система „людина – життєве середовище” та її компоненти.

 

Неможливо вивчати особливості безпеки людини, колективу чи суспільства, не враховуючи їх місця в навколишньому середовищі і стану цього середовища. Тому БЖД вивчає людину і її навколишнє середовище саме в системі „людина – життєве середовище”.

В системі „людина – життєве середовище” людина розглядається як суб’єкт – носій предметно-практичної діяльності і пізнання, джерело активності, спрямованої на об’єкт – життєве середовище, – частину Всесвіту, де перебуває або може перебувати в даний час людина і можуть функціонувати системи її життєзабезпечення.

Під терміном „людина” в даній системі розуміється не лише одна істота, індивід, а й група людей, колектив, мешканці населеного пункту, регіону, країни, суспільство, людство загалом.

Поза межами системи „людина – життєве середовище” людина є об’єктом вивчення антропології, медицини, психології, соціології та багатьох інших наук. Середовище, яке оточує людину поза межами цієї системи, вивчають астрономія, географія, геологія, біологія, екологія тощо.

Система „людина – життєве середовище” є складною системою в тому розумінні, що в неї, як правило, входить велика кількість змінних, між якими існує велика кількість зв’язків. Відомо, що чим більше змінних та зв’язків між ними має система, тим важче ці зв’язки піддаються математичній обробці і виведенню універсальних законів. Складність вивчення систем „людина – життєве середовище” зумовлюється також і тим, що ці системи є багаторівневими, містять у собі позитивні, негативні та гомеостатичні зворотні зв’язки і мають багато емерджентних властивостей.

Хоча основним об’єктом вивчення безпеки життєдіяльності є зв’язки у системі „людина – життєве середовище”, у центрі уваги перебуває людина як самоціль розвитку суспільства.

Життєве середовище людини не має постійних у часі і просторі кордонів, його межі визначаються передусім рівнем системи, тобто тим, що в даному разі розуміється під терміном „людина”.

Життєве середовище людини складається з трьох основних компонентів:

1. природного середовища (земний грунт, повітря, водоймища, рослини, тварини, сонце, місяць, планети);

2. соціально-політичного середовища (форми спільної діяльності, єдність способів життя);

3. техногенного середовища (житло, транспорт, знаряддя праці, промислові та енергетичні об’єкти, зброя, свійські тварини, сільськогосподарські рослини).

Як правило, ми не можемо назвати прикладів окремого існування кожного з названих вище компонентів життєвого середовища – природного, соціального або ж техногенного. Кожен з компонентів життєвого середовища взаємопов’язаний з іншими, і людина чи соціальна спільнота відчуває вже результат їх комплексної дії.

Елементи життєвого середовища, які впливають на організм людини, називаються екологічними чинниками. Виділяють три групи екологічних чинників:

1) абіотичні чинники (від грец. а – заперечна приставка, biotikos – живий) – сукупність неорганічних умов середовища. Серед абіотичних чинників виділяють хімічні (склад атмосферного повітря, мінеральний склад води тощо) і фізичні (температура, світло, променева енергія, вологість тощо);

2) біотичні чинники – це форми взаємодії і взаємовідносин живих організмів, жива речовина;

3) антропогенні чинники – форми діяльності людини, які впливають на фізичні і хімічні характеристики оточуючого середовища чи життєдіяльність організмів.

 

Природне середовище.

 

Навколишнє природне середовище в широкому розумінні – космічний простір, а у вужчому – біосфера, – зовнішня оболонка Землі, яка охоплює нижню частину атмосфери (25÷30 км), всю гідросферу і верхню частину літосфери (до глибини 3 км), що взаємозв’язані складними біогеохімічними циклами міграції речовин та енергії.

Біосфера є одною з геологічних оболонок земної кулі, глобальною системою Землі, в якій геохімічні і енергетичні перетворення визначаються сумарною активністю всіх живих організмів – живої речовини.

 

Атмосфера.

 

Атмосфера – газова оболонка Землі, яка обертається разом з нею. Маса атмосфери становить приблизно одну мільйонну маси Землі – 5,15·10¹⁵ т.

Атмосферне повітря – один з найважливіших природних ресурсів, без якого життя на Землі було б абсолютно неможливим. Якби не було атмосфери, то середня температура поверхні земної кулі була б не +15, а -23 °С при добових коливаннях температури ±200 °С.

За характером зміни різних параметрів атмосферу Землі розділяють на такі шари: тропосфера (9÷18 км.), стратосфера (50÷55 км.), мезосфера (80÷90 км.), термосфера (вище 90 км до 800÷1000 км.) і екзосфера (вище 800÷1000 км). За складом повітря виділяють також озоносферу, яка приблизно збігається зі стратосферою і має максимальну концентрацію озону на висотах 20÷25 км.

Дуже своєрідні кліматичні умови в атмосфері. Атмосфера поділяється на шари, в яких з висотою змінюється температура. На висоті 8¸10 км температура становить 40¸50°С нижче нуля, а на висоті біля 60¸70 км знаходиться повітряний шар з досить помірною температурою, близькою до 0°С. Причини виникнення цього теплого шару атмосфери пояснюються явищем абсорбції (поглинання) молекулами озону і кисню ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Основна маса атмосферного повітря (90 %) зосереджена в нижньому шарі – тропосфері, в якому щільність повітря з висотою швидко зменшується. Тому 1 м³ повітря на рівні моря має масу 1033 г, а на висоті 40 км – всього 4 г.

З віддаленням від Землі змінюється не тільки густина повітря, а й його склад. Склад повітря залишається порівняно постійним на висотах до 100 км. До складу атмосфери входять азот – 78,08 %, кисень – 20,95 %, аргон – 0,93 %, вуглекислий газ – 0,03 %. На частку неону, гелію, озону і всіх інших газів, які присутні у повітрі в мікрокількості, припадає приблизно 0,01 %. Крім того, атмосферне повітря містить водяну пару та домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих часток як природного, так і штучного походження: сірчистих (Н₂SО₄), мінеральних (пил із земної поверхні), вуглеводневих (сажа), морських (частинки морських солей) та ін.

Приблизно до висоти 400¸600 км зберігається переважно киснево-азотний склад атмосфери. Істотна зміна складу повітря спостерігається лише з висоти близько 600 км. Тут починає переважати гелій. „Гелієва корона Землі”, як назвав гелієвий пояс В. І. Вернадський,простягається приблизно до висоти 1600 км від поверхні Землі, а далі, вище 2÷3 тис. км, переважає водень. Так поступово газова оболонка Землі перетворюється у міжзоряний газ, який складається на 76 % (за масою) з водню і на 23 % з гелію.

Азот (N₂) – газ без кольору і запаху, є обов’язковим компонентом отримання білкових сполук. Складні білкові сполуки започаткували життя на Землі. Азот входить до складу всіх видів білків в організмі людини. Ось чому високий вміст азоту в атмосфері є необхідною умовою життя.

Кисень (О₂) – активний окислювач в усіх життєвих процесах, обов’я-зковий учасник будь-якого горіння. Зниження кількості кисню в атмосфері (нижче 15 %) становить небезпеку для життя. Кисень забезпечує фізіологічні процеси організму людини. Газ без кольору і запаху, густина – 1,23 г/л, хімічно найактивніший (після фтору) неметал, взаємодіє з більшістю інших елементів (процес окислення). При підвищенні температури окислення може перейти в горіння. Люди, тварини, рослини отримують необхідну для життя енергію за рахунок біологічного окислення різних речовин киснем, який надходить в організм різними шляхами (легені, шкіра). Кисень – найрозповсюдженіший на Землі елемент. У вигляді складових він становить 1/2 маси Земної кори, входить до складу води, живих організмів.

Аргон (А_r) – інертний газ з густиною 1,73 г/л.

Озон (О₃) – модифікація кисню. Газ синього кольору з різким запахом. Основна маса озону сконцентрована на висотах 20¸50 км, але озон присутній також і у приземному шарі повітря, де він відіграє важливу роль у фотохімічних перетвореннях продуктів антропогенних забруднень атмосфери. Озон утворюється в стратосфері за рахунок звичайного двоатомного кисню (О₂), що поглинає „жорстке” ультрафіолетове випромінювання – УФ(В) (довжина хвилі 280¸315 нм) та УФ(С) (довжина хвилі 100¸280 нм), енергія якого витрачається на фотохімічну реакцію 3О₂®2О₃. Озоновий екран має велике значення для збереження життя на Землі. В умовах існування озонового прошарку до поверхні Землі доходить тільки м’яка частина потоку ультрафіолетового випромінювання – УФ(А) (довжина хвилі 315¸400 нм), яка необхідна для нормального розвитку і функціонування живих організмів без заподіяння їм серйозної шкоди.

Вуглекислий газ (СО₂) – основний газовий компонент процесу фотосинтезу зелених рослин. Він надходить в атмосферу внаслідок виверження вулканів, розпаду органічних речовин, дихання живих організмів, виділення з поверхні теплих океанів, а витрачається атмосферою на фотосинтез рослин, розчинення в холодній воді океанів, перетворення силікатів вивітрюваних гірських порід у карбонати. Щорічно в результаті фотосинтезу поглинається близько 300 млрд. т СО₂, виділяється близько 200 млрд. т О₂, утворюється близько 150 млрд. т органічних речовин. Важливим фактором стабілізації вмісту оксиду вуглецю є світовий океан, у водах якого розчинено принаймні в сто разів більше оксиду вуглецю, ніж його є у всій атмосфері.

З основних компонентів атмосфери найбільше змінюється вміст у повітрі водяної пари. Вміст водяної пари в атмосфері визначається співвідношенням процесів випарювання, конденсації і горизонтального перенесення.

Водяна пара – це джерело утворення хмар, туманів, опадів. Наявна в атмосфері водяна пара також захищає земну поверхню від надмірного охолодження, приймаючи участь у парниковому ефекті.

Атмосфера регулює теплообмін Землі з космічним простором, впливає на її радіаційний та водяний баланс. Одним з найважливіших факторів, що визначають стан атмосфери, є її взаємодія з океаном, оскільки процеси газообміну і теплообміну між ними суттєво впливають на клімат Землі.

Клімат – це багаторічний режим погоди, властивий тій чи іншій місцевості. Кліматичні умови Землі створюються внаслідок взаємопов’язаних процесів теплообміну, вологообміну і загальної циркуляції атмосфери. Клімат характеризується середніми показниками світла, температури, вологості повітря, рівнем опадів, рівнем радіації, атмосферного тиску, напрямками вітрів тощо.

Вологість визначається місцем на Землі і кліматичними умовами та залежить від пори року та доби. Вологість повітря суттєво впливає на теплообмін організму з навколишнім середовищем, має велике значення для життєдіяльності людини. За низької температури і високої вологості повітря підвищується тепловіддача і людина зазнає охолодження; при високій температурі і високій вологості повітря тепловіддача різко скорочується, що призводить до перегріву організму, особливо при виконанні фізичної роботи. Висока температура краще переноситься, якщо вологість понижена. Найбільш сприятливою для людини є відносна вологість повітря 40¸60 %.

Великий вплив на погоду та життєдіяльність людини мають процеси, які відбуваються на Сонці. Виплески сонячної активності розігрівають зовнішні шари атмосфери Землі, змінюють їх густину і хімічний склад, могутні потоки заряджених частинок і випромінювань проникають в атмосферу, „переколочують” всю повітряну оболонку. Від цього змінюється і сама погода, і реакція на її зміни в організмі людини.

Газова оболонка захищає все, що є на Землі від згубного впливу космічних випромінювань та падіння „зоряних уламків”. Метеорити, що не перевищують розміру горошини, під впливом земного тяжіння з великою швидкістю (від 11 до 64 км/с) потрапляють в атмосферу планети, нагріваються там в результаті тертя об повітря і на висоті 60¸70 км згоряють. Атмосфера частково захищає Землю і від великих космічних уламків.

Велике значення атмосфери і в розподілі світла. Повітря атмосфери розбиває сонячні промені на мільйони малих променів, розсіює їх і утворює те рівномірне освітлення, до якого ми звикли. Наявність повітряної оболонки дає нашому небосхилу голубий колір.

Атмосфера зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо).

 

Гідросфера.

 

Гідросфера (від грец. hydro – вода, sphaira – куля) – водяна оболонка Землі, сукупність всіх вод на Землі: материкових (глибинних, ґрунтових, поверхневих), океанічних і атмосферних. Запаси води на Землі величезні – 1,46·10⁹ км³ (0,025 % її маси). Але це переважно гірко-солона океанічна та морська вода (92,2 %), непридатна для пиття й технологічного використання, оскільки її солоність становить 12¸260 г/л.

До надземної частини гідросфери, що вкриває 71 % поверхні земної кулі (361 млн. км²), належать океани, моря, озера, ріки, а також льодовики, в яких вода перебуває у твердому стані. Основна частина води (понад 80 %) перебуває у глибинних зонах Землі – в її мантії. Підземна частина гідросфери охоплює ґрунтові, підґрунтові, напірні й безнапірні води, тріщинні води і води карстових порожнин у легкорозчинних гірських породах (вапняках, гіпсах тощо).

Усі форми водних мас переходять одна в одну у процесі перетворення. Вода у біосфері перебуває у безперервному русі, бере участь у геологічному та біологічному кругообігах речовин.

Вода є основою існування життя на Землі. Для величезної кількості живих організмів, особливо на ранніх етапах розвитку біосфери, вода була середовищем зародження та розвитку. Без води неможливий фотосинтез, який відбувається в зелених рослинах і лежить в основі біологічного кругообігу речовин на нашій планеті. Вода – своєрідний мінерал, який забезпечує існування живих організмів на Землі. Живі організми на 60¸98 % складаються з води, і всі їхні життєві функціональні процеси пов’язані з водою. Обмін речовин в організмах можливий лише за наявності води, бо майже всі хімічні, колоїдно-хімічні та фізіологічні процеси відбуваються у водних розчинах органічних та неорганічних речовин або за обов’язкової участі в них води. Процеси травлення і засвоєння їжі у травному каналі та синтез живої речовини в клітинах організмів відбуваються виключно у рідкому середовищі. Втрата організмом лише 10¸20 % води веде до його загибелі. Без води людина може прожити не більше п’яти діб.

Вода на Землі виконує чотири дуже важливі екологічні функції: 1) найважливішої мінеральної сировини, головного природного ресурсу споживання (людство використовує її в тисячу разів більше, ніж вугілля чи нафту); 2) основного інструменту у механізмі здійснення взаємозв’язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепла, ріст біомаси); 3) головного агента-перенос-ника глобальних біоенергетичних екологічних циклів; 4) основної складової всіх живих організмів.

Вся маса води на Землі знаходиться в безперервному русі – в кругообігу. Вода випарюється з поверхні океану та суші, поповнюючи запаси атмосферної вологи. Із атмосфери у вигляді дощу та снігу вона повертається в океан та на сушу, при цьому опади, які випали на сушу, живлять річки та підземні води. А річковий стік поповнює частину води морів та океану, яку вони витрачають на випаровування. Опади збагачують і ґрунт вологою, яка необхідна для родючості. Більше однієї третини води з суші випаровується рослинами. Рушійними силами цього кругообігу є: а) енергія Сонця, під дією якої вода випаровується і конденсується пароподібна волога, виникають повітряні та морські течії; б) сила тяжіння, під дією котрої падають краплі дощу, тече по схилу вода в річки. Водні ресурси безперервно відновлюються в процесі кругообігу води і при правильному використанні можуть ніколи не закінчитись. Кругообіг єднає не тільки різні види води на Землі. Він з’єднує водну оболонку з іншими сферами нашої планети: атмосферою, літосферою та біосферою. З гідросферою пов’я-зані такі екстремальні природні явища, як шторми, підтоплення, повені тощо.

Величезну роль відіграють води в формуванні поверхні Землі, її ландшафтів, у розвитку будь-яких процесів, перенесенні хімічних речовин вглиб планети і на її поверхні, транспортуванні забруднювачів довкілля. Водяна пара в атмосфері виконує функцію потужного фільтра сонячної радіації, а на Землі – нейтралізатора екстремальних температур, регулятора клімату.

Без води не може існувати й людська цивілізація, бо вода використовується людьми не лише для пиття, а й для забезпечення своїх санітарно-гігієнічних та господарсько-побутових потреб. Вода використовується у промисловості, побуті, сільському господарстві як джерело енергії.

Багато джерел і водоймищ мають лікувальне призначення.

Але для більшості людських потреб придатна не будь-яка вода, а прісна – з вмістом мінеральних солей до 1 г/л. Незважаючи на величезні обсяги гідросфери, прісні води становлять менше 3 % її об’єму, причому 85 % прісної води зосереджено в льодовикових щитах Гренландії та Антарктиди, айсбергах і гірських льодовиках. І лише 1 % прісної води містять прісноводні озера, водосховища, річки й підземні водоносні горизонти; саме ці джерела й використовує людство для своїх потреб.

Основним джерелом водопостачання для людини є річковий стік, який на території України розподіляється нерівномірно: 70 % стоку припадає на північно-західну частину держави, де проживає біля 40 % населення, а 30 % – на Донецький, Придніпровський та Південний регіони, в яких проживає біля 60 % населення. Головним джерелом річкової води в Україні є Дніпро, а також Дністер, Південний Буг, Тиса, Прут, малі річки (їх налічується понад 63000). Велике занепокоєння викликає стан малих річок України. Їхня роль величезна: досить згадати, що 90 % населених пунктів держави розташовано саме в долинах малих річок і користується їхньою водою.

Підземні води мають не менше значення для забезпечення населення водою. Оскільки забезпеченість річковою водою України недостатня, то цей дефіцит доводиться надолужувати використанням підземних вод, яких у нашій країні чималий запас. В Україні близько 70 % населених сіл і селищ міського типу задовольняють свої потреби в питній воді за рахунок ґрунтових вод (колодязів).

 

Літосфера.

 

Наша планета Земля є стиснутою з полюсів кулею – геоїдом – з полярним радіусом 6356,836 км і екваторіальним радіусом 6378,245 км. Площа поверхні Землі сягає 510 млн. км², її об’єм – 1,083·10¹² км³, а маса – 5,976·10²¹ т. Середня щільність Землі за гравіметричними даними становить 5,52 г/см³.

Будова Землі неоднорідна. Вона складається з трьох оболонок – земної кори, мантії та ядра, де різко змінюються швидкості пружних сейсмічних хвиль, викликаних землетрусами або штучними вибухами.

Земна кора – зовнішній твердий шар Землі. В товщі кори залягають вугілля, нафта, газ, руди заліза та інших металів. Земна кора ділиться на континентальну (де розташована суша) та океанічну (де розташовані океани). Вона складає біля 1 % об’єму та 0,5 % маси Землі. Товща земної кори під ложем океану досягає 5¸12 км, у рівнинних регіонах – 30¸40 км, а під горами – 50¸70 км.

Глибше земної кори знаходиться мантія, яка розділяється на два шари: верхню мантію та нижню мантію. Об’єм мантії складає 83 % об’єму Землі, маса – 67 % маси нашої планети. Мантія Землі простягається нижче земної кори до глибини 2950 км від поверхні. Ще глибше до центру Землі (до глибини 6371 км) розташовано земне ядро. Зовнішня частина земного ядра схожа властивостями на рідину. Ядро займає 16 % по об’єму і 31,5 % по масі.

Відповідно з глибиною зростає тиск і щільність гірських порід, підвищується їх температура. Вважають, що температура ядра Землі не перевищує 5000 °С. Джерела внутрішньої теплової енергії Землі ще недостатньо з’ясовані. Головними з них вважають радіаційний розпад елементів та перерозподіл матеріалу за щільністю в мантії, який супроводжується виділенням значної кількості тепла.

Літосфера – зовнішня тверда оболонка Землі, що охоплює всю земну кору й частину верхньої мантії; вона складається з осадових, вивержених і метаморфічних порід.

Товщина літосфери на континентах і під океанами різниться і становить в середньому відповідно 25÷200 і 5÷100 км. Переважна частина земної поверхні – це рівнини континентів і океанічного дна. Основна частина літосфери складається з вивержених магматичних порід (95 %), серед яких на континентах переважають граніти, а в океані – базальти.

Площа суші на Землі становить 148 млн. км²; 10 % цієї площі припадає на льодовики Антарктиди й Гренландії. Решта території – вичерпні ресурси поверхні Землі: 33,1 % цієї території займають сільськогосподарські угіддя, 30,1 % – ліси, 36,8 % – так звані „інші” землі (площі, зайняті населеними пунктами, промисловими підприємствами, транспортними магістралями тощо, а також болота, гори, тундри, пустелі).

Літосфера є джерелом усіх мінеральних ресурсів людства – корисних копалин. З різними породами земної кори, як і з її тектонічними структурами, пов’язані різні корисні копалини: горючі, металічні, будівельні, а також такі, які є сировиною для хімічної та харчової промисловості. Сучасна гірнича промисловість володіє потужною технікою, добре розробленими методами добування корисних копалин – у відкритих кар’єрах, глибоких шахтах, за допомогою свердловин. Природні ресурси можна розділити на вичерпні і невичерпні ресурси. До невичерпних ресурсів відносяться атомна, вітрова енергія, опади, енергія припливів та відливів. Сонячна енергія, атмосфера, вода океанів, озер та річок, водна енергія потоків – має властивість зменшуватися при невідповідному використанні. До вичерпних ресурсів відносяться також вода, ґрунти, продукція землі (сільськогосподарські продукти, тварини тощо), озер, річок, водосховищ, людські ресурси, паливо, метали.

У межах літосфери періодично відбуваються сучасні фізико-географічні процеси (зсуви, селі, обвали, ерозія), які мають величезне значення для формування екологічних ситуацій у різних регіонах планети.

У верхній частині континентальної земної кори розвинені ґрунти, значення яких для людини важко переоцінити.

Ґрунт – органічно-мінеральний продукт багаторічної (сотні та тисячі років) спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла та світла – є одним з найважливіших природних ресурсів. Це природні утворення, які характеризуються родючістю – здатністю забезпечувати рослини речовинами, необхідними для їхньої життєдіяльності. Залежно від кліматичних і геолого-географічних умов ґрунти мають товщину від 15÷25 см до 2÷3 м.

Ґрунти виникли разом із живою речовиною і розвивалися під впливом діяльності рослин, тварин і мікроорганізмів, доки не стали дуже цінним для людини родючим субстрактом. Сучасні ґрунти складаються із суміші мінеральних часток (продукти руйнування гірських порід) та органічних речовин (продукти життєдіяльності біоти та мікроорганізми і гриби). Ґрунти відіграють величезну роль у кругообігу води, речовин і вуглекислого газу. Ґрунти мають велике значення для життя. Без ґрунту не можливе життя рослин і тварин на суші. Він є джерелом мінеральних, органічних і органічно-мінеральних речовин і унікальною лабораторією, в якій відбуваються процеси розкладу та синтезу органічних речовин, а також фотохімічні процеси. Ґрунт є основним джерелом отримання продуктів харчування людей. Він впливає на формування здоров’я людини, є основним фактором, що формує геохімічні процеси, від яких залежить хімічний комплекс організму людини. Ґрунт є також джерелом мінеральних речовин необхідних для циклу обміну речовин, для росту рослин, які вживають люди, і тварин.

Біосферні зв’язки.

 

Біосфера неоднорідна і складається з сукупності екосистем.

Екосистема – основна структурна одиниця біосфери. Екосистеми займають певну частину біосфери. Площа екосистем може бути від декількох квадратних метрів до тисяч квадратних кілометрів, а товщина – від декількох сантиметрів (ґрунт пустель) до десятків кілометрів (океан). Процеси, котрі відбуваються в екосистемах, залежать від кількості енергії, котра надходить до екосистеми та від циркуляції речовин в ній.

Елементарними екосистемами, з яких складається біосфера, є біогеоценози – замкнені екосистеми, здатні до саморегуляції.

Біогеоценозом називають однорідну ділянку земної поверхні з певним складом організмів, що населяють її (бактерій, рослин, тварин, грибів), і комплексом абіотичних компонентів (ґрунтом, повітрям, сонячною енергією та іншими), які пов’язуються обміном речовини й енергії в єдину природну систему. Складові біогеоценозу – це біотоп – однорідний за абіотичними факторами середовища простір (сукупність абіотичних факторів і географічних умов, кількості сонячної радіації, параметрів та складу атмосфери, гідросфери, літосфери) – і біоценоз – сукупність усіх представлених у межах даного біотопу тваринних та рослинних організмів. Функціональні складові біоценозу: сукупність усіх продуцентів даного біотопу (вищі рослини, водорості, автотрофні бактерії) – так званий фітоценоз; сукупність тварин-консументів – зооценоз; сукупність редуцентів (бактерій і грибів-сапротрофів) – мікробоценоз. Межі біогеоценозу визначаються межами фітоценозу, тобто контуру однорідної рослинності, оскільки саме рослини-продуценти є першою ланкою трофічних ланцюгів біогеоценозу. Біогеоценози водойм називають також біогідроценозами.

Розміри конкретних біогеоценозів коливаються в досить широких межах: у пустелях площа біогеоценозу становить сотні тисяч квадратних метрів (наприклад, такири й барханні піски); площа одного лісового біогеоценозу – зазвичай від кількох сотень до кількох десятків тисяч квадратних метрів (наприклад, березовий гай у дубовому лісі); лугові й степові біогеоценози ще менші – до кількох десятків, зрідка – сотень квадратних метрів. Як правило, виразних, різких меж між біогеоценозами не існує, а один поступово переходить в інший.

Будь-який біогеоценоз являє собою систему елементів, що взаємодіють, – популяцій живих організмів.

Кожний біогеоценоз характеризується біомасою та продуктивністю, має свою певну просторову й видову структури, певну сукупність ланцюгів живлення, які пов’язуються потоками речовини й енергії в специфічну для даного біогеоценозу трофічну мережу й визначають його інформативність.

Сукупність біогеоценозів із відносно схожими характеристиками (передусім – рослинністю), які займають значну територію й розвиваються в схожих кліматичних умовах, називають біомами. Сьогодні на нашій планеті виділяють близько 30 основних біомів.

Нескінченна взаємодія абіотичних факторів та живих організмів екосистеми супроводжується кругообігом речовин між біотопом та біоценозом у вигляді мінеральних та органічних з’єднань, котрі чергуються. Організми поглинають речовини, котрі потрібні для підтримання життєдіяльності, викидають мінеральні та органічні речовини в навколишнє середовище. У воді та атмосфері безперервно циркулюють хімічні елементи та речовини.

Кругообіг біогенних елементів обумовлений синтезом і розпадом органічних речовин в екосистемі. В основі цих процесів лежить реакція біотичного кругообігу речовин. Крім біогенних елементів в біотичний кругообіг залучені найважливіші для біоти мінеральні елементи і множина будь-яких сполук. Тому весь циклічний процес хімічних перетворень, обумовлених біотою, особливо коли мова йде про всю біосферу, звуть ще біогеохімічним кругообігом.

Існує три типи біогеохімічних кругообіги: кругообіг води, кругообіг елементів в газоподібній фазі, кругообіг елементів в осадовій фазі.

Для рівноваги в екосфері дуже велике значення має глобальна замкненість біотичного кругообігу. Кругообіг буде замкнений, коли існує точне рівняння сум прямих і зворотних витрат. Головними учасниками кругообігу є енергія, вуглець, азот, кисень, фосфор, вода.

Біосфера виступає взагалі як цілісна система. Найважливішою функцією біосфери є стійке підтримання життя, заснованого на безперервному кругообігу речовин, пов’язаному зі спрямованими потоками енергії. На рівні біосфери всі процеси поєднуються в єдину систему глобальної функції живої речовини. В цілому біосфера дуже схожа на єдиний гігантський суперорганізм, у якому автоматично підтримується сталість фізико-хімічних і біологічних властивостей внутрішнього середовища.

Крім енергетичних, хімічних і харчових зв’язків, величезну роль відіграють інформаційні зв’язки.

Біосферні зв’язки складалися протягом тривалого часу. Їх суть у біосфері надзвичайно складна і визначена практично тільки у загальних рисах. Неживою частиною біосфери керують продуценти. Продуцентами керують консументи. Діяльність останніх визначають зворотні зв’язки що йдуть від продуцентів.

Внаслідок здійснення біотичного кругообігу речовин у біосфері відбуваються такі процеси:

1) продуценти (автотрофи) в межах реалізації механізму фотосинтезу виробляють органічну речовину, споживаючи сонячну енергію, воду, вуглекислий газ і мінеральні солі. До продуцентів належать хлорофіловмісні рослини (їх близько 350 тис. видів, за масою становлять 2,4×10¹² тон), синьо-зелені водорості та деякі бактерії. Завдяки фотосинтезу рослини продукують кисень. При цьому близько 80 % кисню надходить в атмосферу при фотосинтезі океанського планктону і 20 % – від земних рослин. У спрощеному вигляді процес фотосинтезу можна подати такою схемою:

. (4.1)

Коефіцієнт корисної дії фотосинтезу, тобто відношення кількості енергії синтезованих органічних речовин до поглинутою сонячної енергії, у вищих рослинах сягає 1¸5 %. Надмірна інтенсивність світла, як і його нестача, гальмує фотосинтез. Оптимальна для нього температура знаходиться в межах 15¸40 °С. Є також хемопродуценти, що виробляють органічну речовину використовуючи енергію хімічних реакцій (наприклад, окислення сполук заліза або сірки);

2) консументи (гетеротрофи) – організми що живляться органічною масою продуцентів. Консументи другого та третього порядків споживають інших консументів. До консументів першого порядку належать рослиноїдні тварини. До консументів другого і третього порядків належать хижаки і паразити, а також рослини- та гриби-хижаки. Їх близько 1,5 млн., за масою складають близько 2,3×10¹⁰ тон;

3) редуценти (деструктори) – мікроорганізми, що розкладають „мертву” органічну речовину продуцентів і консументів (трупи, рослинний опад), виділення тварин та інші залишки до простих хімічних сполук (води, вуглекислого газу та мінеральних речовин), які знову використовуються продуцентами, замикаючи таким чином кругообіг речовин у біосфері. Їх налічується 75 тис. видів, а сумарна маса дорівнює 1,8×10⁸ тон.

Всі живі організми мають потребу в їжі. Кількість їжі на Землі визначається чистотою первинної продукції рослин. Це приблизно 140 млрд. т в рік сухої речовини фітомаси, в якій міститься енергія обсягом 2,3·10²¹ Дж. Таку кількість їжі за рік використовують гетеротрофи, у яких біомаса на порядок менша. Відповідно до правила одного відсотка на частку кінцевих консументів – в основному великих тварин – має припадати менше одного відсотка об’єму деструкції. Використання біомаси і біогенних продуктів не для споживання в природі відносно невелике, але надзвичайно значиме для людського господарства.

Найголовнішою ланкою управління в біосфері є енергія. Першорядною є енергія Сонця, а другорядною – енергія внутрішнього тепла Землі та радіоактивного розпаду елементів.