Как человек влияет на Землю

Историю Земли делят на эпохи, отмеченные окаменелостями, ледниковыми периодами и ударами астероидов. Но у нашей, потенциально новой эпохи — антропоце́на — есть свой, узнаваемый и тревожный "первый день". Им можно считать момент, когда радиоактивные осадки от первого ядерного взрыва начали оседать по всей планете, навсегда запечатав в её слоях свидетельство человеческой мощи и безрассудства.Эта идея, продвигаемая учеными, отмечает момент, когда человечество перешло от жизни в окружающей среде к доминированию над ней. С этой точки отсчёта изменения стали лавинообразными: климат, океаны, леса и самые базовые химические циклы планеты теперь несут на себе отпечаток человека. Мы вступили в эпоху, где деятельность человека стала главной геологической силой, способной оставить неизгладимый след в породах будущего.

До изобретения земледелия около 10 000 лет до н.э. — людей на планете было очень мало, как жителей небольшого города. Земледелие стало первой «революцией», которая позволила прокормить больше людей. К началу нашей эры население выросло до 300 миллионов, а к 1750 году — до 800 миллионов.С началом промышленной революции, развитием медицины и улучшением условий жизни человечество вступило в эпоху сверхбыстрого роста. Всего за 250 лет, с 1750 по 2025 год, число людей на планете взлетело с 800 миллионов до 8 миллиардов! Это как если бы из каждого жителя 1750 года «выросло» 9 человек.

Демографическая (возрастная) пирамида – это график, показывающий распределение население в стране по возрастам. Давайте посмотрим на демографические пирамиды двух стран: Нигерии и Франции в 2010 году и сравним их. По этим возрастным пирамидам мы можем предсказать экономические и социальные проблемы каждой страны на десятилетия вперед.

На графике три линии представляют различные сценарии изменения количества людей на планете. Данные графика основаны на суммарном коэффициенте рождаемости (СКР) — среднем количестве детей, которое имеет каждая женщина. Если рождаемость останется высокой — 2,5 ребенка на женщину (красная линия), — то к 2100 году население мира может вырасти почти до 16 миллиардов, что более чем вдвое превышает нынешнее количество. Однако, если рождаемость упадет до 1,5 (фиолетовая линия), население фактически достигнет пика примерно в 2050 году, а затем сократится до чуть более 6 миллиардов — меньше, чем сейчас. Средний сценарий при 2,0 (темно-синяя линия) показывает устойчивый, но умеренный рост до 10 миллиардов, что многие эксперты считают наиболее вероятным.Удивительно, что такой личный фактор, как решение о размере семьи, может определить, будет ли на Земле к концу этого столетия проживать 6 миллиардов или 16 миллиардов человек.

Представьте Землю как один большой дом с общим запасом еды, воды и чистого воздуха. Предельная численность населения — это максимальное количество жильцов, которых этот дом может комфортно и долго вместить, не разрушаясь. Но сколько это — «максимум»? Оказывается, ответ зависит не только от количества людей, но и от их аппетитов.В 1990-х швейцарский учёный Матис Вакернагель посчитал: в среднем каждому из нас для жизни нужно около 3 гектаров плодородной поверхности планеты. Эта площадь планеты работает на удовлетворение ваших потребностей. Хотите стейк? Добавьте к своему следу пастбища для коровы. Поехали на машине? Добавьте лес для поглощения выхлопных газов. Купили новую футболку? Вот поля для хлопка и завод для краски.На графике показано потребление некоторых стран. Американцы лидируют с показателем более 10 гектаров на человека, а это значит, что если бы все 8 миллиардов человек жили по американскому образу жизни, нам понадобилось бы несколько планет Земля, чтобы поддержать такой образ жизни! Богатые страны, такие как Австралия, Канада и Германия, также демонстрируют огромные экологические следы, в то время как такие страны, как Индия, Китай и Египет, имеют гораздо меньшие — около 1 гектара на человека. Средний мировой показатель (выделен синим цветом) составляет около 2,8 гектара, что все еще больше, чем наша планета может обеспечить устойчивым образом. Учёные считают, что для устойчивого развития (когда мы не истощаем планету) экологический след одного человека не должен превышать 1.7 гектара.

Парниковый эффект — это процесс, при котором определённые газы в атмосфере Земли удерживают тепло и нагревают нашу планету. Солнечный свет (жёлтые стрелки) проходит через атмосферу и нагревает поверхность Земли, которая затем излучает эту энергию обратно в виде инфракрасного тепла (красные стрелки). Обычно большая часть этого тепла уходит в космос, но молекулы углекислого газа действуют как одеяло, удерживая тепло и перенаправляя его обратно к Земле. Ключевой момент заключается в том, что хотя часть тепла всё же уходит обратно в космос, большая его часть отражается обратно, вызывая повышение температуры. «Парниковые» газы нужны нашей планете. Без них средняя температура на Земле была бы около -17°C, а не как сейчас +15°C.Однако по мере того, как мы выбрасываем всё больше CO₂ в атмосферу за счёт сжигания ископаемого топлива, мы делаем это «одеяло» из газов толще, удерживая ещё больше тепла.

Два графика слева рассказывают одну и ту же тревожную историю: концентрация углекислого газа в атмосфере неуклонно растет, особенно в последние десятилетия.Человечество всего за пару веков сожгло столько угля, нефти и газа, сколько природа копила миллионы лет. ¹ ppm (particals per millon)  расшифровывается как «миллионная доля». Представьте себе: если у вас есть миллион шариков, и 400 из них красные, а остальные синие, то концентрация красных шариков составит 400 ppm. В контексте атмосферного CO₂, 400 ppm означает, что из каждого миллиона молекул воздуха 400 — это углекислый газ. Звучит незначительно, но на самом деле этого достаточно, чтобы значительно удерживать тепло и нагревать планету. Это похоже на то, как несколько капель пищевого красителя могут изменить цвет целого стакана воды.

Биогеохимические циклы (круговорот веществ) - описывают, как химические элементы (углерод, азот и фосфор) постоянно циркулируют в экосистемах Земли, перемещаясь из окружающей среды в живые организмы и обратно.В отличие от энергии, которая течет в одном направлении по пищевым цепям и рассеивается в виде тепла, эти химические вещества бесконечно перерабатываются с помощью трех основных механизмов переноса:Понимание этих циклов крайне важно, поскольку деятельность человека резко нарушает естественный баланс, существовавший миллионы лет.

Круговорот углерода показывает, как углерод непрерывно перемещается между атмосферой, живыми организмами и земной корой.Часть углерода перемещается вместе с водой в виде дождей или с испарениями. Океан — крупнейший активный поглотитель CO₂, забирающий около 30% наших выбросов. Моллюски и разные панцирные водные жители умирают и оседают на дно. Их мертвые отложения «хоронят» часть углерода под морским дном.Сжигая ископаемое топливо на заводах и электростанциях (показано дымовыми трубами), мы высвобождаем углерод, который был заперт в течение миллионов лет под землей.

Фосфор часто является лимитирующим (в недостатке) питательным веществом в озерах и реках. Поэтому, когда мы сбрасываем избыток фосфора из удобрений, сточных вод и моющих средств в водоемы, популяции водорослей резко увеличиваются. Когда эти масштабные цветения водорослей отмирают и разлагаются, бактерии потребляют весь растворенный в воде кислород, вызывая удушье у рыб. Подобная экологическая катастрофа произошла с озером Э́ри в 1960-х годах. Загрязнение удобрениями уничтожило популяции белой рыбы и озерной форели.Однако у этой истории счастливый конец: когда США и Канада объединили усилия для сокращения выбросов фосфора на 80% — главным образом, путем исключения его из моющих средств и контроля за очисткой сточных вод — озеро Эри восстановилось. Вода стала чище, цветений водорослей стало меньше, восстановились популяции рыб.

Круговорот азота — это удивительный парадокс: несмотря на то, что 78% атмосферы Земли состоит из газообразного азота (N₂), азот часто является лимитирующим питательным веществом в экосистемах. Невероятно прочная тройная связь между атомами азота делает молекулу N₂ чрезвычайно прочной и непригодной для усвоения большинства организмов.

Однако деятельность человека нарушила этот древний баланс, удвоив скорость поступления азота в цикл, за счет промышленного производства удобрений и сжигания ископаемого топлива.

Вырубка лесов является одной из главных причин вымирания видов. Около трети земной поверхности покрыто лесами, и большая часть этой территории находится под угрозой уничтожения. Только в Северной Америке около четверти видов птиц (272 вида) и более 10% видов млекопитающих (49 видов) имеют связи с лесным покровом, то есть они буквально не могут выжить без деревьев. Дубы особенно ценны: по меньшей мере 100 видов птиц и млекопитающих зависят от желудей как от основного источника пищи, в то время как дятлы и многие другие птицы гнездятся в дуплах деревьев и питаются насекомыми, которых на деревьях или внутри них.Тропические дождевые леса расположены в Африке, Азии и Латинской Америке. Тропический лес Амазонки называют «легкими планеты» - он производит более 20% мирового кислорода. Однако площадь тропических лесов сократилась с 14% от всей суши Земли до 7%. Хорошая новость заключается в том, что темпы обезлесивания замедлились с 0,18% в год в 1990-х годах до 0,08% в год в период с 2010 по 2015 год, хотя темы обезлесивания все еще остаются разрушительными для планеты.

Сохранение тропических лесов — это не только спасение редких видов животных и растений. Многие из любимых в мире сельскохозяйственных культур — апельсины, лимоны, бананы, шоколад, кофе и ваниль — эволюционировали в тропических лесах, и эти леса остаются бесценными генетическими библиотеками для выведения улучшенных сортов этих культур в будущем. Кроме того, растения тропических лесов выработали химические вещества, многие из которых обладают огромной лечебной ценностью. Хотя многие лекарства уже получают из растительных источников, менее 1% тропических растений были протестированы на наличие лечебных свойств. Это значит, что мы потенциально уничтожаем лекарства от болезней еще до того, как их обнаружим.Сохранение леса экономически выгодно. Фруктовые, каучуковые и ореховые плантации приносят около 500.000 рублей с гектара, по сравнению с всего лишь 80.000 ₽ с гектара при вырубке древесины и 250.000 ₽ с гектара при преобразовании леса в пастбища.

Освоение сельскохозяйственных земель стало самым масштабным видом человеческой деятельности на Земле: с 1945 года под сельское хозяйство было переведено больше земель, чем за весь XVIII и XIX века вместе взятые. В настоящее время около 11,5% мировых земель находится под обработкой сельскохозяйственных культур, а еще 25,8% используются под пастбища для выпаса скота.Посадка сельскохозяйственных культур и выпас скота вызывают эрозию почвы, снижение ее плодородия, наводнения, заиление рек (засорение их наносами), опустынивание (превращение плодородных земель в пустыню) и полное уничтожение среды обитания диких животных. Сельскохозяйственный сток усугубляет эти проблемы, перенося высокие уровни азота и фосфора из удобрений, а также остатки пестицидов и навоз животных в ручьи и озера, загрязняя водные системы и вызывая цветения водорослей, о котором говорилось ранее. Только в США ежегодно из-за эрозии уничтожается до 4 миллиардов тонн плодородной почвы.

Чрезмерная эксплуатация — это нерациональная добыча животных и растений посредством охоты, рыболовства и сбора ресурсов. Люди выступают в роли «суперхищников», убивающих взрослых жертв в 14 раз чаще, чем любые другие хищники в природе. Новаторское исследование 2015 года проанализировало 2000 животных и пришло к выводу, что охота и рыболовство, осуществляемые человеком, происходят на уровнях, которые просто не могут быть устойчивыми в долгосрочной перспективе угрожая целым экосистемам. Особенно опасным является то, что люди нацелены на высших хищников, таких как волки, нарушая пищевые цепи сверху вниз и создавая каскадные экологические последствия во всей среде обитания.

Инвазивные (чужие, не местные) виды, попадая в новые экосистемы с помощью человека, часто становятся разрушительными захватчиками. Благодаря высокой скорости размножения, отсутствию естественных хищников и паразитов, инвазивный вид быстро захватывает все ресурсы и территорию. Инвазивные виды коренным образом меняют местные экосистемы. Только в Соединенных Штатах выявлено более 4500 инвазивных видов, 15% из которых наносят серьезный экологический и экономический ущерб, несущий прямую угрозу местному биоразнообразию.История каштановой болезни — один из самых трагических примеров того, как один инвазивный грибок может уничтожить доминирующий в экосистеме вид. Грибок, родом из Азии, где он безвреден для местных каштанов, был завезен в Нью-Йорк около 1904 года. К 1950-м годам болезнь распространилась по Северной Америке как лесной пожар: величественные американские каштаны, составлявшие ранее каждое четвертое дерево в лесах востока США, были практически стерты с лица земли. Инвазивный патоген уничтожил от 3 до 4 миллиардов взрослых деревьев.