Antropogeniczne zmiany środowiska przyrodniczego Ziemi - ebook

WPROWADZENIE

Od czasu pojawienia się człowieka na Ziemi jego życie i działalność są ściśle związane ze środowiskiem przyrodniczym, które go otacza. Jest on jednym ze składników tej przestrzeni, zależy od niej, ale także czerpie z niej materię i energię dla realizacji własnych potrzeb. Dzięki rozumowi rozwinął cywilizację, co pozwoliło mu ingerować w środowisko i je przeobrażać. Kompleks środowiska stanowi znacznie zróżnicowaną strukturą przestrzenną i skomplikowaną strukturą funkcjonalną. Prawidłowe funkcjonowanie środowiska jest uwarunkowane stabilnością jego komponentów. Znaczne zaburzenie równowagi choćby jednego z elementów środowiska skutkuje ciągiem zdarzeń, które w różny sposób wpływają na pozostałe elementy tej przestrzeni. Działający w środowisku ludzie często nie przestrzegają praw i mechanizmów rządzących funkcjonowaniem tej przestrzeni, z powodu braku wiedzy na ten temat lub lekceważenia związków i zależności występujących w przyrodzie. Wielokrotnie zagrożenie dla środowiska stwarzają, nie tylko pewne działania człowieka, ale też niepodejmowanie różnych działań. Wraz z rozwojem cywilizacji i rosnącymi potrzebami ludzi oraz propagowaniem konsumpcyjnego stylu życia zwiększał się wpływ człowieka na środowisko. Z czasem różne działania ludzi, często powszechnie aprobowane i uznawane za uzasadnione, gdyż przynosiły wymierne korzyści, zaczęły wpływać negatywnie na środowisko, a w konsek­wencji także na życie i działalność człowieka. Wypada tu wspomnieć m.in. o długo­trwałej deforestacji, która przyczyniła się do degradacji gleb i roślinności oraz przeobrażenia stosunków wodnych, stosowaniu przez dziesięciolecia freonów i halonów, długo uznawanych za obojętne dla środowiska, które niszczyły ozono­sferę (ozon stratosferyczny) chroniącą nas przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym Słońca oraz nadmiernej emisji gazów cieplarnianych, głównie CO₂, powodujących globalne ociepleniu klimatu, z licznymi długofalowymi konsekwencjami ekologicznymi, społecznymi i gospodarczymi tego zjawiska.

Wpływ człowieka na środowisko trwa już od tysięcy lat, ale dynamika i rozmiary tego zjawiska szczególnie nasiliły się w minionych około 200 latach (od okresu rewolucji przemysłowej), a zwłaszcza od połowy XX w., w związku z szybkim rozwojem nauki i techniki. Celem opracowania jest przedstawienie Czytelnikom syntetycznego zarysu wiedzy na temat antropopresji i jej skutków w środowisku przyrodniczym Ziemi w aspektach przestrzennym i czasowym (lokalnym, regionalnym i globalnym oraz trwałym i przejściowym). Do dziś brak kompleksowego ujęcia tego zagadnienia w postaci podręcznika akademickiego w języku polskim. Zaletą opracowania jest zebranie w jednym miejscu wyników badań wielu autorów zajmujących się różnymi aspektami antropogenicznych przemian środowiska. Stanowi to odpowiedź na aktualne zapotrzebowanie w dydaktyce szkolnictwa wyższego dla różnych kierunków studiów.

Nadrzędnym wątkiem opracowania jest wskazanie związków i zależności, jakie występują między działalnością człowieka a stanem środowiska oraz zachodzących w nim przemian uwarunkowanych antropopresją. Antropogeniczne przeobrażenia w środowisku są najczęściej spowodowane kilkoma czynnikami i dominacją jednego z nich oraz wywołują szereg bezpośrednich i pośrednich skutków. Istotne jest więc rozpatrywanie tych procesów zgodnie z zasadą przyczynowo-skutkową. Antropopresja to zespół zjawisk i procesów o specyficznych dwustronnych relacjach: człowiek działa w środowisku świadomie lub nieświadomie, a także bezpośrednio i w sposób pośredni, przeobrażając je, a przekształcone w różny sposób środowisko determinuje określone działania człowieka. Relacje te o charakterze sprzężeń zwrotnych i wynikające z nich konsekwencje dla środowiska i człowieka stanowią główny wątek opracowania. Zasadnicza część książki dotyczy analizy przyczyn i skutków działalności człowieka w poszczególnych komponentach środo­wiska Ziemi (litosferze, pedosferze, atmosferze, hydrosferze i biosferze) na tle funkcji, jakie pełnią w kompleksie środowiska oraz ich roli i znaczeniu w życiu człowieka. Ma to uzasadnienie praktyczne − pozwala wyjaśnić specyfikę i charakter przyczyn i skutków antropopresji w nawiązaniu do każdej ze sfer środowiska oraz uwypuklić zachodzące tam relacje człowiek−środowisko−człowiek. Dzięki temu Czytelnicy z łatwością dostrzegą ogrom zmian w środowisku, jakich dokonali ludzie oraz jakie są bezpośrednie i pośrednie tego konsekwencje dla środowiska i człowieka. Przedstawiona w książce, zwykle krytyczna ocena licznych oddziaływań człowieka na środowisko, poparta różnymi przykładami, wskazuje także, w jakim kierunku zmierzają ludzie (cywilizacja), przeobrażając przestrzeń, w której żyją i której nie można niczym innym zastąpić. W opracowaniu zamieszczono też garść istotnych, zdaniem autora, informacji na temat tego, jak człowiek próbuje zapobiegać negatywnej antropopresji i radzić sobie z jej skutkami w środowisku. Omawiane zagadnienia są ilustrowane licznymi schematami i modelami przedstawiającymi środowiskowe skutki narastającej antropopresji. Rosnąca świadomość ludzi o aktualnym stanie środowiska Ziemi, w którym żyją oraz niepokojące prognozy w zakresie skutków antropopresji w najbliższych kilkunastu latach sprzyjają zmianie dominującego od dawna paradygmatu człowiek → środowisko, na środowisko → człowiek.

Nawiązując do wzorów wydawanych współcześnie podręczników, zrezygnowano z cytowania w tekście dużej liczby pozycji bibliograficznych, podając jedynie te, które stanowiły źródło danych statystycznych oraz pewnych rozwiązań graficznych. Zestaw ważniejszych publikacji, z których korzystał autor podczas pracy nad niniejszym podręcznikiem, zamieszczono na końcu książki. Sięgnięcie do nich pozwoli Czytelnikom uzupełnić i pogłębić wiedzę na temat prezentowanej w opracowaniu tematyki.

Pisząc podręcznik, wykorzystałem długoletnie doświadczenie dydaktyczne zdobyte podczas prowadzenia różnotematycznych wykładów i ćwiczeń oraz zajęć terenowych z geografii regionalnej ze studentami Uniwersytetu Wrocławskiego. Od wielu lat zajmuję się problematyką wpływu antropopresji na środowisko przyrodnicze, prowadząc badania w tym zakresie. Niektóre zamieszczone w niniejszym opracowaniu informacje wiążą się z uczestnictwem autora w licznych konferencjach naukowych, seminariach i praktycznych warsztatach w terenie, a także z obserwacjami prowadzonymi podczas prywatnych podróży w różne regiony na świecie. Wielokrotnie korzystałem też z życzliwości i wiedzy Koleżanek i Kolegów z macierzystego Instytutu zajmujących się profesjonalnie omawianą w opracowaniu problematyką. Wsparcie podczas pisania książki i pomoc w porządkowaniu tekstu otrzymałem od Żony Ewy, a Synowi Marcinowi jestem wdzięczny za pomoc i cierpliwość w wykonaniu na komputerze dużej liczby, często pracochłonnych rycin.

AutorZAGADNIENIA OGÓLNE

Środowisko przyrodnicze Ziemi

Powstanie i ewolucja

Struktura i funkcjonowanie

Zasoby środowiska przyrodniczego Ziemi. Podział i ogólna charakterystyka

Antropopresja. Znaczenie terminu i charakterystyczne cechy tego zjawiska

Podstawowe pojęcia związane z antropopresją

Rys historyczny antropopresji

Krajobraz w warunkach antropopresji

Współczesny stan i charakter antropogenicznych zmian w środowisku przyrodniczym Ziemi.

Ogólny zarys problemuŚrodowisko przyrodnicze Ziemi

Termin środowisko jest wykorzystywany powszechnie i ma w praktyce szerokie zastosowanie. Używa się go w wielu naukach, m.in. w geografii, geologii, chemii i fizyce, w naukach prawniczych, a także w polityce, działaniach społeczno-gospodarczych, literaturze i mowie potocznej. Szerokie zastosowanie tego pojęcia spowodowało, że nie jest ono jednoznacznie pojmowane. Termin ten ma szczególne znaczenie w naukach o Ziemi: geografii, biologii, geologii i ekologii, a ponadto jest często używany w innych dyscyplinach naukowych, bardziej lub mniej powiąza­nych z tradycyjnymi naukami przyrodniczymi, np. w ochronie środowiska, inżynierii środowiska i sozologii. W celu podkreślenia znaczenia środowiska w naukach o Ziemi dodaje się przymiotnik − przyrodnicze. O tym, jak ważne jest znaczenie tego terminu w geografii, może świadczyć fakt, że środowisko przyrodnicze od dawna stanowi zasadniczą domenę badań geograficznych. Wraz z wytworami działalności człowieka tworzy przestrzeń zwaną środowiskiem geograficznym. Rozwój geografii przyczynił się do wyodrębnienia z niej licznych dyscyplin zajmujących się komplekso­wo badaniem poszczególnych sfer i elementów środowiska przyrodniczego. Mówi­my więc o środowisku wodnym, glebowym, geologicznym, czy lądowym. Interdyscyplinarny charakter badań środowiska przyrodniczego sprawił, że fragmentami tej przestrzeni zajmują się różne nauki geograficzne. Z czasem wprowadzono szereg nowych określeń dla badanego środowiska, np. środowisko górskie, glacjalne, peryglacjalne, fluwialne, leśne, torfowiskowe, łąkowe i inne. Jednak zawsze jest to środowisko przyrodnicze, w którym zachodzą różne procesy i zjawiska oraz istnieje sieć wzajemnych powiązań i relacji między elementami tworzącymi tę przestrzeń. Dokładniejsze poznanie struktury poszczególnych komponentów środowiska służy lepszemu zrozumieniu funkcjonowania środowiska przyrodniczego Ziemi.

W naukach geograficznych środowisko przyrodnicze jest najczęściej definiowane jako czterowymiarowa przestrzeń zewnętrzna powłoki Ziemi o złożonej strukturze, zbudowana w makroskali z litosfery, hydrosfery, atmosfery i rozwijających się w obrębie tych sfer organizmów żywych, zwanych biosferą (ryc. 1).

Ryc. 1. Struktura środowiska przyrodniczego Ziemi

Układ sfer, nazywanych często komponentami, wskazuje na warstwową budowę środowiska Ziemi. Określenie czterowymiarowa oznacza przestrzeń, którą możemy opisać przy pomocy trzech wielkości matematycznych (długość, szerokość i wysokość), natomiast czwartą wielkością jest czas. Wiąże się on ściśle z istotą środowiska, które jest strukturą dynamiczną o nieustannym przepływie energii i ruchu materii między poszczególnymi jego komponentami. Sfery te są ściśle powiązane ze sobą, zależą od siebie oraz przenikają się, tworząc system (materialny i niematerialny) o ogromnym zróżnicowaniu przestrzennym. Składnikami tego systemu są: budowa geologiczna (skały i minerały), gleby, rzeźba terenu, wody i klimat, które stanowią elementy abiotyczne oraz roślinność, zwierzęta i ludzie (elementy biotyczne). W ujęciu strukturalnym jest to przestrzeń wypełniona elementami tworzącymi środowisko, natomiast w ujęciu funkcjonalnym to przestrzeń, w której zachodzą różne relacje. Zróżnicowanie środowiska jest skutkiem długotrwałego rozwoju, który postępuje nadal pod wpływem procesów wewnętrznych (endogenicznych) mających swe źródło w energii wnętrza Ziemi oraz procesów zewnętrznych (egzogenicznych) związanych z dopływem energii słonecznej do powierzchni Ziemi. Różnorodne procesy fizyczne i chemiczne oraz związane z nimi przemiany zachodzące we wnętrzu Ziemi spowodowały powstanie budowy geologicznej, natomiast dopływ energii słonecznej kształtuje warunki klimatyczne na Ziemi. Procesy endogeniczne i egzogeniczne działają zwykle antagonistycz­ne względem siebie i prowadzą do formowania się rzeźby powierzchni Ziemi, stosunków wodnych, gleb, roślinności i zwierząt oraz stwarzają warunki dla życia i działal­ności człowieka, która wywiera coraz silniejszy wpływ na środowisko i jego rozwój. Sferę, w której żyje i działa człowiek nazywamy antroposferą. Znaczna przestrzeń środowiska to „otwarta” na zewnątrz część kuli ziemskiej. Podlega ona wpływom, nie tylko promieniowania słonecznego, lecz także innych czynników kosmicznych, np. burz magnetycznych.

Powstanie i ewolucja

Współczesne środowisko Ziemi jest skutkiem długotrwałych procesów, które zachodziły przez miliony lat i ukształtowały geosfery kuli ziemskiej. Powstanie Ziemi wiąże się ściśle z powstaniem Układu Słonecznego. Przyjmuje się, że około 4,6–5,0 mld lat temu przemieszczający się w Galaktyce obłok materii międzygwiazdowej zaczął się zagęszczać pod wpływem własnej grawitacji. Proces ten przebiegał najszybciej w centrum obłoku, gdzie skupiona materia utworzyła Słońce. Wirujące wokół niego pyły i okruchy materii zderzały się oraz łączyły ze sobą, tworząc zalążki przyszłych planet Układu Słonecznego. Wokół powstałego w ten sposób prajądra Ziemi stale gromadziła się materia. Wysokie ciśnienie i temperatura spowodowane rozpadem nagromadzonych tam pierwiastków promieniotwórczych oraz ciągłym bombardowaniem przez meteoryty doprowadziły do stopienia się młodej jeszcze planety. Wtedy to pierwiastki ciężkie zaczęły migrować w głąb Ziemi, tworząc jądro złożone z żelaza i niewielkich ilości niklu. Jednocześnie lżejsze pierwiastki gromadziły się na zewnątrz jądra, a najlżejsze ulatywały w przestrzeń kosmiczną. Podczas krzepnięcia Ziemi powstał pierwszy składnik systemu ziemskiego – magnetosfera. Gdy temperatura planety obniżyła się do około 1000°C zakrzepła skorupa ziemska. Było to około 4,5 mld lat temu. W ten sposób powstał pierwszy komponent systemu przyrodniczego Ziemi – litosfera. Z czasem utworzyły się pozostałe geosfery naszej planety rozdzielone strefami przejściowymi zwanymi powierzchniami nieciągłości. Młoda litosfera znajdowała się pod wpływem oddziaływania energii pochodzącej z wnętrza Ziemi oraz materii i energii docierającej do niej z przestrzeni kosmicznej. W tym okresie zaczęły tworzyć się kolejne komponenty systemu przyrodniczego Ziemi: atmosfera i hydrosfera. W roz­woju atmosfery ziemskiej wyróżniono cztery etapy:

– powstanie warstwy gazowej, w której dominowały CO₂ i N₂,

– zapoczątkowanie wytwarzania tlenu przez jednokomórkowce,

– pojawienie się w atmosferze tlenu wywołane rozwojem roślin i rozkładem pary wodnej,

– ciągłe wytwarzanie tlenu trwające od proterozoiku (1,5 mld lat temu) do dziś.

Pierwotny skład atmosfery ziemskiej był zupełnie inny niż obecny. Dominowały w niej CO₂, CO i N₂. Powłoka gazowa Ziemi powstała w wyniku odparowania płaszcza Ziemi oraz wyzwalania gazów powstałych przy uderzeniach meteorytów o powierzchnię planety. Ważną rolę w tworzeniu praatmosfery odegrał także rozkład pierwiastków promieniotwórczych oraz wybuchy wulkanów. Prawdopodobnie część lekkich gazów tworzących pierwotną atmosferę została „zdmuchnięta” przez wiatr słoneczny w przestrzeń kosmiczną. Pozostały natomiast związki węgla i azotu. Przypuszcza się, że ilość CO₂ w praatmosferze była aż 600 razy większa niż obecnie. W związku z tym gazowa warstwa nad Ziemią była nagrzana do 85°C, co wiązało się z efektem cieplarnianym. Wraz z upływem czasu koncentracja CO₂ zmniejszała się, głównie z powodu rozpuszczania się tego gazu w wodzie oraz rozwoju świata orga­nicznego. Pierwotny tlen znajdował się wyłącznie w niższych warstwach atmo­sfery. Pojawienie się tego gazu przy powierzchni Ziemi zostało spowodowane roz­wojem roślin oraz rozkładem pary wodnej pod wpływem promieniowania słonecznego.

Powstanie hydrosfery jest tłumaczone w różny sposób. Jedni naukowcy uważają, że woda na kuli ziemskiej pochodzi z warstw płaszcza Ziemi, inni, że z atmo­sfery. W początkowym etapie kształtowania się Ziemi panowała bardzo wysoka temperatura wywołana m.in. rozpadem pierwiastków promieniotwórczych. Na skutek tego z płaszcza Ziemi wydzieliła się para wodna, która następnie skropliła się. Według innych poglądów woda na Ziemi pochodzi z zawartej w atmosferze pary wodnej, która uległa kondensacji. Pochodzenie wody na kuli ziemskiej można również tłumaczyć łączeniem się atomów wodoru z atomami tlenu w górnych warstwach troposfery. Atomy wodoru docierały do powierzchni planety wraz z wiatrem słonecznym. Był to strumień zjonizowanego gazu wypływającego stale w przestrzeń kosmiczną ze Słońca. Początkowo woda morska nie zawierała wol­ne­go tlenu. Dopiero rozwój organizmów zdolnych do wytwarzania tego pierwiastka spowodował wzrost jego zawartości w wodach morskich. Stanowiło to podstawę rozwoju biosfery.

Pierwotna biosfera była przez długi czas związana ze środowiskiem wodnym. Dopiero około 400 mln lat temu pierwsze rośliny, a około 360 mln lat temu pierwsze zwierzęta pojawiły się na lądzie. Początkowo były to organizmy przystosowane do życia zarówno w wodzie, jak i na lądzie. Później rozwinęły się organizmy typowo lądowe. Najmłodszym składnikiem biosfery jest człowiek żyjący na Ziemi około 3,7−4,4 mln lat.

Rozwijający się świat organiczny przyczynił się do powstania gleb. System przyrodniczy Ziemi wzbogacił się więc o pedosferę, czyli powierzchniową warstwę skorupy ziemskiej, w której zachodzą biotyczne i abiotyczne procesy glebotwórcze prowadzące do tworzenie się gleb.

Ważnym składnikiem biosfery oddziałującym na cały system przyrodniczy Ziemi jest człowiek. W zasięgu jego działania powstała specyficzna sfera środowiska, zwana antroposferą. W przeszłości geologicznej środowisko Ziemi zmieniało się nieustannie. Procesy przemian przebiegały zwykle powolnie, czasem jednak nagle, co było spowodowane katastrofami klimatycznymi i geologicznymi, a nawet kos­micznymi (uderzeniami meteorytów w Ziemię). Współczesne przemiany w środowisku są podobne do tych, jakie miały miejsce w ubiegłych epokach geologicznych, lecz wyraźnie zmieniła się skala czasowa tych procesów. Pojawienie się człowieka na Ziemi i jego ingerencja w środowisko sprawiła, że zmiany te znacznie przyspieszyły. Intensywna eksploatacja zasobów środowiska przez człowieka w minionych około 200 latach spowodowała szybszy obieg materii i przepływ energii między poszczególnymi jego komponentami oraz związane z tym antropogeniczne przemiany w środowisku. Dziś nie ulega wątpliwości, że człowiek stał się jednym z istotnych, a może nawet najważniejszym czynnikiem przemian środowiska Ziemi. Etapy rozwoju środowiska Ziemi przedstawiono na rycinie 2.

Ryc. 2. Etapy rozwoju środowiska przyrodniczego Ziemi

Struktura i funkcjonowanie

Środowisko Ziemi stanowi przestrzeń utworzoną z charakterystycznych sfer: litosfery, pedosfery, hydrosfery, atmosfery i biosfery, które wzajemnie się przenikają. W uproszczeniu przestrzeń ta ma strukturę warstwową. Poszczególne sfery różnią się cechami fizycznymi i chemicznymi, a także wypełniają fragmenty tej przestrzeni. Nie mogą one funkcjonować samodzielnie, tworząc jednolitą strukturę funkcjonalną. Charakterystyczne cechy sfer środowiska Ziemi przedstawiono w tabeli 1.

Tab. 1. Charakterystyczne cechy sfer środowiska przyrodniczego Ziemi

------------------------ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Sfery środowiska Ziemi Charakterystyka
Litosfera Zewnętrzna powłoka kuli ziemskiej sięgająca do astenosfery, obejmująca skorupę ziemską i część górnego płaszcza Ziemi, zbudowana z minerałów i skał. Dzieli się na litosferę oceaniczną o grubości do 62 km i litosferę kontynentalną o przeciętnej grubości 113 km. Powstanie tej sfery rozpoczęło się około 4,6−5 mld lat temu, a jej podstawowa struktura ukształtowała się około 2,7 mld lat temu. Dalsza ewolucja litosfery wiązała się z ruchami płyt tektonicz­nych (rozpad lądów i oceanów) oraz ruchami górotwórczymi. Ukształtowanie powierzchni litosfery na lądach i pod oceanami jest wypadkową oddziaływania czynników endogenicznych (ruchy górotwórcze, wulkanizm, ruchy lądotwórcze i trzęsienia ziemi) i czynników egzogenicznych (wietrzenie, ruchy masowe, erozja i akumulacja), a od niedawna także wpływu działalności człowieka.
Pedosfera Zewnętrzna warstwa skorupy ziemskiej o maksymalnej miąższości do kilku metrów, utworzona z części mineralnych i organicznych oraz wody i powietrza, powstała w wyniku oddziaływania czynników glebotwórczych (klimat, budowa geologiczna, wody, drobnoustroje, rośliny, zwierzęta i działalność człowieka) w trakcie procesu glebotwórczego. Od pewnego czasu jakość i stan pedosfery zależą także od człowieka. Stanowi ona środowisko, w którym stale zachodzą procesy przemian materii organicznej w nieorganiczną i nieorganicznej w organiczną. Warunkuje istnienie życia na lądach, a jej rozwój i funkcjonowa­nie zależą od organizmów żywych i powstającej martwej materii organicznej.
Hydrosfera Wodna powłoka kuli ziemskiej przenikająca do pozostałych sfer środowiska, obejmująca głównie wody w postaci ciekłej (oceany, morza, rzeki, jeziora, wody podziemne), a ponadto stałej (lądolody, lodowce i wieloletnia zmarzlina) i lotnej (para wodna w atmosferze) (1,4 mld km³). Charakterystyczną cechą hydrosfery jest krążenie wody oraz jej retencja o zróżnicowanym czasie trwania (od kilkunastu minut do milionów lat). Gros zasobów hydrosfery to wody słone (około 96,5%), reszta (3,5%) to wody słodkie. Najważniejsze znaczenie dla człowieka mają wody rzek i słodkich jezior oraz wody podziemne. Od pewnego czasu czynnikiem wpływającym na stosunki wodne jest działalność człowieka, która spowodowała zanieczyszczenie wód oraz uszczuplenie zasobów wodnych, co skutkuje wzrostem powierzchni i liczby obszarów deficytowych w wodę na świecie.
Atmosfera Powłoka gazowa otaczająca kulę ziemską i niemająca ściśle określonego kształtu, podlegająca przyciąganiu ziemskiemu. Posiada budowę warstwową (tropo­sfera, stratosfera, mezosfera i jonosfera) przechodząc w magnetosferę. Przypowierzchniową jej warstwę stanowi troposfera, w której zachodzi dynamiczny ruch mas powietrza uwarunkowany dopływem energii słonecznej. Składa się z mieszaniny gazów (azotu, tlenu i innych) zwanej powietrzem. Występuje tu spadek temperatury wraz z wysokością (około 0,6°C/100 m), a także maleje ciśnie­nie atmosferyczne (modelowo z około 1000 hPa na poziomie morza do około 200 hPa na granicy z tropopauzą). Permanentna cyrkulacja mas powietrza w tro­posferze kształtuje pogodę i klimat na Ziemi. W dolnej części stratosfery powsta­ła ozonosfera chroniąca organizmy na Ziemi przed szkodliwym oddziaływa­niem promieniowania ultrafioletowego Słońca. Skutkami antropopresji są różnorodne zmiany w atmosferze (zanieczyszczenie powietrza, zmiany warunków klimatycznych, antropogeniczny efekt cieplarniany, powstawanie dziur ozonowych, występowanie zjawisk: smogu, kwaśnych opadów i miejskiej wyspy ciepła).
Biosfera Przestrzeń, w której występuje i rozwija się życie na Ziemi. Obejmuje dolną część troposfery, hydrosferę oraz pedosferę i litosferę do głębokości kilkuset metrów. Jest to największy układ biologiczny na Ziemi scalający ogół ekosystemów, w którym zachodzi nieustannie obieg materii i przepływ energii uwarunkowany dopływem energii słonecznej. Biosfera dzieli się na fitosferę (przestrzeń opanowaną przez rośliny) i zoosferę (sferę życia zwierząt). Miejscem bytowania i działalności człowieka jest antroposfera. W skład biosfery wchodzą również bakterie, grzyby i porosty. Organizmy te nie należą ani do roślin, ani do zwierząt. Roślinność na lądach tworzy charakterystyczne biomy, a ich granice są związane ze zróżnicowanymi warunkami klimatycznymi. Wydziela się także formacje roślinne (drzewiaste, krzewiaste, trawiaste, pustynne, roślinność górską i inne). Zoosfera tworzy charakterystyczne królestwa świata zwierzęcego (Arktogea, Neogea, Notogea i Antarktis). Specyficznym środowiskiem biosfery są wody oraz dno mórz i oceanów (litoral, pelagial, abisal oraz organizmy tworzące bentos i nekton). Biosfera stanowi tę część środowiska, która została poddana największym przeobrażeniom uwarunkowanym antropopresją (degra­dacja i zniszczenie roślinności, uszczuplenie i przeobrażenie naturalnych siedlisk, kłusownictwo i handel dzikimi zwierzętami, powstanie agrocenoz i inne).
------------------------ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Elementami wypełniającymi przestrzeń środowiska są: budowa geologiczna (skały i minerały), rzeźba terenu, klimat, wody, gleby oraz roślinność i zwierzęta, a także człowiek, który potrafi ingerować w środowisko i przekształcać je, często nie przestrzegając lub nie znając do końca praw nim rządzących. Wykorzystywanie przez ludzi zasobów naturalnych Ziemi oraz modyfikowanie środowiska i skutki z tego wynikające legły u podstaw wydzielenia specyficznej przestrzeni środowiska zwanej antroposferą.

Środowisko jest utworzone z elementów biotycznych (drobnoustroje, rośliny, zwierzęta, człowiek) oraz abiotycznych (budowa geologiczna, rzeźba terenu, klimat oraz wody). Specyficznym, w tym względzie składnikiem środowiska jest gleba. Stanowi ona pośrednie ogniwo łączące środowisko abiotyczne z biotycznym i dlatego jest wielofunkcyjnym składnikiem tej przestrzeni. Pomimo że stanowi powierzchniową część skorupy ziemskiej, to w przeciwieństwie do skał jest utworem dynamicznym, w którym zachodzą ciągłe przemiany składników organicznych w mineralne i mineralnych w organiczne.

Środowisko Ziemi stanowi przestrzeń o charakterze zarówno materialnym, jak i niematerialnym. Materię tworzą skały i minerały, woda, powietrze oraz organizmy żywe, między którymi następuje ciągły przepływ energii. Materia występuje w różnych stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym), a także ulega przemianom w związku z różnymi procesami fizycznymi i chemicznymi zachodzącymi w środowisku. Nawiązując do fizjonomii środowiska i jego percepcji przez człowieka, należy podkreślić, że specyficznym w tym zakresie elementem jest niewidoczny dla człowieka klimat. Określa się go na podstawie wieloletnich pomiarów składników pogody. Pozostałe elementy są dostrzegalne zmysłem wzroku.

Środowisko Ziemi jest najczęściej postrzegane jako zbiór elementów i energii wypełniającej określoną przestrzeń lub jako zbiór relacji (związków i zależności) zachodzących między składnikami tej przestrzeni wraz z zawartą tam energią. W rzeczywistości zarówno elementy wypełniające przestrzeń, jak i relacje między nimi wraz z zawartą tam energią stanowią o strukturze środowiska.

Środowisko Ziemi ma strukturę hierarchiczną. Nadrzędną jego przestrzenią jest tzw. środowisko fizyczne, w skład którego wchodzą liczne środowiska cząstkowe, m.in. środowisko obiegu wody, środowisko wymiany energii na powierzchni Ziemi, czy środowisko morfogenetyczne. Są to potencjalne środowiska życia, które mogą zostać zasiedlone przez różne organizmy. Rozwój organizmów i relacje między nimi tworzą środowisko biotyczne, które z czasem prowadzi do powstania biosfery. Jest to złożony proces będący skutkiem interakcji między biotycz­nymi a abiotycznymi elementami środowiska. Pierwszym etapem przeobrażania środowiska fizycznego w biotyczne jest zwykle gleba, tworząc ekosystem składający się z litosfery, hydrosfery, atmosfery i pewnych elementów biosfery. Z czasem staje się ono środowiskiem potencjalnym człowieka. Powstaje antroposfera stanowiąca część środowiska, która podlega, nie tylko prawom fizycznym, chemicznym i biologicznym, ale także świadomemu lub nieświadomemu oddziaływaniu człowieka. Zaczyna rozwijać się środowisko antropogeniczne, które wraz ze środowiskiem przyrodniczym tworzy przestrzeń określaną środowiskiem geograficznym.

Pionowy zasięg środowiska Ziemi pokrywa się z zasięgiem sfer tworzących tę przestrzeń. Dolną (spągową) granicę środowiska najczęściej utożsamia się z maksymalnym pionowym zasięgiem litosfery. Pod oceanami sięga ona do głębokości około 62 km, a pod lądami do głębokości około 113 km pod powierzchnią Ziemi. Dokładne ustalenie górnej granicy zasięgu środowiska Ziemi jest trudne do okreś­lenia. Wynika to z braku precyzyjnych kryteriów, jak wysoko sięga atmosfera oraz na jakiej wysokości występują jeszcze interakcje między atmosferą a innymi komponentami środowiska Ziemi. Egzosfera stanowi zewnętrzną warstwę atmosfery i sięga do wysokości około 1000 km nad Ziemią. Znacznie rozrzedzone powietrze występuje jeszcze na wysokości 2000 km od powierzchni Ziemi. Nie stwierdzono interakcji między zewnętrzną warstwą atmosfery a środowiskiem przy powierzchni Ziemi. Istotny wpływ na stan środowiska kuli ziemskiej mają natomiast różne procesy fizyczne i chemiczne zachodzące w przypowierzchniowej warstwie atmosfery – troposferze. Warstwa ta otacza z zewnątrz Ziemię, a jej grubość jest zróżni­cowana w zależności od szerokości geograficznej i pory roku. Nad biegunami sięga do 7 km w zimie i do 9 km latem. W umiarkowanych szerokościach geograficznych miąższość troposfery waha się od 10 km w zimie do 13 km w lecie. Nad rów­nikiem jej zasięg waha się od 15 km do 18 km w ciągu roku. W przestrzeni tej zachodzą najważniejsze procesy kształtujące pogodę i klimat na Ziemi. Cyrkulacja powietrza w troposferze uwarunkowana stałym dopływem energii słonecznej ma zasadniczy wpływ na stan środowiska Ziemi. Warunki panujące w troposferze umożliwiają rozwój życia organicznego, które w wyższych warstwach atmosfery nie jest możliwe. Najczęściej przyjmuje się, że górna granica troposfery jest także granicą środowiska Ziemi. Część badaczy uważa, że górna granica środowiska Ziemi jest wyżej i obejmuje też fragment stratosfery sięgającej 55 km nad powierzchnię Ziemi. W warstwie tej występuje prawie cały ozon (O₃) atmosferyczny (ozonosfera), który chroni biosferę przed szkodliwym nadfioletowym promieniowaniem Słońca. Pionowy zasięg hydrosfery i biosfery jest mniejszy niż atmosfery i litosfery. Wody powierzchniowe na Ziemi sięgają do głębokości 11 034 m (Rów Mariański), natomiast wody podziemne znane są na głębokości około 2136 m (wody artezyjskie w Australii). Najwyższy zasięg hydrosfery na lądach wiąże się z występowaniem śniegu i lodu w Masywie Mount Everest (8848 m n.p.m.), nato­miast w atmosferze woda występuje do wysokości około 20,5 km od powierzchni Ziemi w postaci chmur z kryształkami lodu. Ogromne zasoby wody występują też w płaszczu Ziemi. Szacuje się, że jest tam około 13 mld km³ wody, ale występuje ona wyłącznie w postaci hydratów – połączeń chemicznych, które w stanie krystalicz­nym zawierają związaną wodę. Nie biorą one udziału w obiegu wody i nie zali­cza się ich do hydrosfery.

Biorąc pod uwagę znaczenie i rolę poszczególnych elementów środowiska, w zakresie szeroko pojętych interakcji wydziela się dwie grupy elementów (czynników): przewodnie (wiodące) i podporządkowane (wiedzione). Pierwsze to takie, które w istotny sposób wpływają na pozostałe, ale tylko w niewielkim stopniu ulegają ich oddziaływaniu. Innymi słowy, odgrywają one główną rolę w zróżnicowaniu innych elementów środowiska. Są to: budowa geologiczna i klimat, a według niektórych badaczy także rzeźba terenu. Elementy podporządkowane są w znacznym stopniu kształtowane przez czynniki wiodące. Najbardziej podatnymi na oddziaływanie czynników przewodnich są gleby oraz roślinność i zwierzęta. Elementy te są także czułymi wskaźnikami zmian w środowisku, bez względu na to, czy wpływają na nie czynniki naturalne, czy antropogeniczne. Właściwości oraz zróżnicowanie środowiska Ziemi lub jego części, a także elementów tego systemu, charakteryzuje się przy pomocy parametrów liczbowych i jakościowych. Mogą to być np. ogólne zasoby wód słodkich na Ziemi, czy zasoby gleb w środowisku suchym i półsuchym. Opis jakości środowiska często wiąże się z jego wartościowaniem według przyjętych kryteriów dla określonych potrzeb, np. dla rolnictwa, planowania przestrzennego, czy rozwoju turystyki.

Współczesne środowisko ukształtowało się pod wpływem oddziaływania różnorodnych procesów wewnętrznych mających swe źródło w energii wnętrza Ziemi oraz procesów zewnętrznych, których głównym motorem jest docierająca do naszej planety energia słoneczna. Od kilkuset lat istotnym czynnikiem wpływającym na funkcjonowanie i stan środowiska Ziemi jest działalność człowieka. Jego rola polega na modyfikowaniu naturalnych procesów zachodzących w środowisku i ciągle się nasila. Obecnie negatywne skutki antropopresji obserwujemy, nie tylko w aspekcie lokalnym i regionalnym, ale także globalnym. Wszystkie elementy środowiska są ze sobą ściśle powiązane i zależą od siebie. Żaden z nich nie może istnieć samodzielnie. Znaczne przeobrażenie choćby jednego elementu przez człowieka, albo przez czynniki naturalne, powoduje zmiany w pozostałych składnikach, a konsekwencją tego jest często zaburzenie równowagi w całym systemie środowiska. Charakterystyczną cechą środowiska jest ciągły obieg energii i wymiana materii między jego elementami, co warunkuje istnienie życia organicznego na Ziemi. Środowisko jest strukturą dynamiczną, w której nieustannie zachodzą różne procesy i zjawiska. Elementy środowiska oddziałują na siebie i są wzajemnie zależne. Także sfery środowiska przenikają się oraz wpływają na siebie. Woda stanowiąca tworzywo hydrosfery krąży w środowisku, przechodząc do atmosfery, pedosfery i litosfery, a biosfera obejmuje część wszystkich wyżej wymienionych sfer. Drugą ważną cechą środowiska jest zdolność do samoregulacji, po ustaniu działania czynników, które spowodowały zaburzenia w naturalnym obiegu materii i przepływie energii. Jeśli w środowisku zaszły niewielkie zmiany zakłócające jego normalne funkcjonowanie, to najczęściej wraca ono, po pewnym czasie, do pierwotnego stanu. Jeśli natomiast zmiany przebiegają gwałtownie lub są długotrwałe i dotyczą dużego obszaru, np. wskutek kataklizmu lub długotrwałej i intensywnej antropopresji, to powrót do równowagi trwa bardzo długo, a nowe środowisko często różni się od pierwotnego. Zdolność środowiska do samoregulacji, po ustaniu bodźców, które zaburzyły w nim równowagę i powrót do nowego typu równowagi lub do stanu zbliżonego wyjściowemu, nazywamy relaksacją środowiska. Czas, w którym środowiska dochodzi do nowej równowagi, nazywamy okresem relaksacji. Naturalne mechanizmy odbudowy środowiska są często wspomagane działalnością człowieka. Charakterystyczną cechą środowiska Ziemi jest nie tylko obieg materii i przepływ energii wewnątrz tej przestrzeni, ale także wymiana materii i energii z otoczeniem zewnętrznym. Środowisko tworzy więc system otwarty. Dopływ energii i materii z zewnątrz oraz ich potencjał w środowisku zmierzają do osiągnięcia stanu równowagi, co warunkuje prawidłowe funkcjonowanie środowiska i życie na Ziemi (ryc. 3).

Ryc. 3. Krążenie materii i przepływ energii w środowisku przyrodniczym ZiemiZasoby środowiska przyrodniczego Ziemi. Podział i ogólna charakterystyka

Naturalnym środowiskiem życia człowieka są lądy. Zaspokojenie wszystkich życiowych potrzeb ludzi wiąże się z ich ingerencją także w środowiska, które nie są stałymi przestrzeniami bytowania człowieka. Ludzie czerpią różne substancje i ener­gie z hydrosfery, litosfery, atmosfery i biosfery. Ogólnie nazywamy je zasobami naturalnymi (środowiska, przyrody). Są to m.in. różne surowce mineralne, gleby, roślinność, świat zwierząt, a także krajobraz. Coraz częściej zalicza się tu także tzw. wolną przestrzeń, a więc tę część środowiska, która stanowi potencjalną przestrzeń do wykorzystania przez człowieka. Istnieje wiele klasyfikacji i podziałów zasobów naturalnych. Opierają się one o różne kryteria: wyczerpywalności surowców, rodzaju zasobów, sposobu użytkowania, możliwości ich zachowania i odnawia­nia i inne. Często mówimy o zasobach przyrody ożywionej i nieożywionej. Wśród ogółu zasobów naturalnych wydzielamy też powszechnie wykorzystywane zasoby mineralne. Biorąc pod uwagę czasowe możliwości wykorzystywania i odnawiania zasobów, dzieli się je na niewyczerpywalne i wyczerpywalne, a ostatnie z wymienio­nych na odnawialne i nieodnawialne (ryc. 4). Należy podkreślić, że Ziemia i otacza­jąca ją przestrzeń, którą wykorzystuje człowiek, jest ograniczona w swych rozmiarach fizycznych i w związku z tym występuje fizyczna ograniczoność jej zasobów.

Do zasobów niewyczerpywalnych zaliczamy te, które bez względu na intensywność wykorzystywania nie są zagrożone wyczerpaniem (energia prądów morskich, wiatrów, światła słonecznego i wód geotermalnych). Przede wszystkim są to źródła tzw. czystej energii (energia słoneczna, wiatrowa, wodna i geotermiczna). Założenie niewyczerpywalności tych zasobów powinno skłonić człowieka do opracowywania i stosowania racjonalnych i najbardziej efektywnych sposobów i technik ich wykorzystywania uwzględniających także aspekt ochrony środowiska.

Specyficznym zasobem niewyczerpywalnym, jednak ograniczonym w swych rozmiarach fizycznych jest wolna przestrzeń. O zasób ten konkurują przemysł, rolnictwo i budownictwo, a w ostatnich kilkudziesięciu latach także turystyka.

Większość zasobów naturalnych na Ziemi to zasoby wyczerpywalne. Wynika to z faktu, iż procesy, które przyczyniły się do ich powstania, już się zakończyły, a teraz postępuje ich ilościowe zubożenie. Eksploatowanie tych bogactw, ze względu na to, że ilość ich jest fizycznie ograniczona, prowadzi nieuchronnie do ich wyczerpania lub zniszczenia i jest uwarunkowane intensywnością pozyskiwania tych dóbr przez człowieka. Są to głównie surowce i substancje mineralne związane z litosferą. Ostatnio coraz częściej zwraca się uwagę na gospodarowanie takimi zasobami środowiska jak woda i powietrze. Rosnący deficyt wody o odpowiedniej jakości w wielu obszarach świata sprawia, że staje się ona bardzo cennym surowcem naturalnym. Dotyczy to też powietrza, którego jakość znacznie obniżyła się, zwłaszcza w obszarach silnie zurbanizowanych i uprzemysłowionych. Wykorzystywanie zasobów nieodnawialnych można wydłużyć w czasie, korzystając z nich w racjonalny sposób oraz stosując ich substytuty. Także postęp techniczny i związane z tym unowocześnienie technologii wykorzystywania zasobów może przyczynić się do zmniejszenia jednostkowego zużycia surowców i bardziej racjonalnego gospodarowania nimi.

Ryc. 4. Zasoby środowiska przyrodniczego Ziemi

Wśród ogółu zasobów wyczerpywalnych wydziela się zasoby odnawialne i nieodnawialne (nieodtwarzalne). Do pierwszej grupy zasobów należą rośliny, zwierzęta, woda, gleby i powietrze, a także niektóre złoża surowców mineralnych, np. piasków i żwirów pochodzenia fluwialnego. Rzeki stałe akumulują transportowany materiał skalny, ciągle odnawiając złoża piasków i żwirów. Specyficznymi zasobami odnawialnymi są rośliny i zwierzęta. Dzięki zdolności rozmnażania się organizmy te mogą trwać bardzo długo jako zasób naturalny odnawialny. Większość roślin w czasie cyklu wegetacyjnego staje się pełnowartościowym surowcem. Znacznie dłużej, bo około 80−100 lat, trwa odnawianie masy drzewnej stanowiącej materiał produkcyjny. Dostępność zasobów odnawialnych jest uwarunkowana racjonalnym korzystaniem przez człowieka oraz ciągłym monitorowaniem ich zasobów, w związku z zagrożeniem wyczerpaniem. Znaczne zróżnicowanie zasobów odnawialnych sprawia, że jedne z nich muszą być pozyskiwane wolniej, inne bardziej intensywnie, jeszcze inne powinny być objęte czasowymi lub stałymi działaniami ochronnymi. Zbyt szybkie lub rabunkowe korzystanie z tych zasobów może spowodować, że wystąpi nieodwracalne ich zubożenie i staną się one nieodnawialne lub nieużyteczne. Przykładami mogą być: wyginięcie jakiegoś gatunku zwierząt, przyczynienie się do nadmiernej erozji gleby lub zajęcie pokrywy glebowej przez składowiska odpadów powodujące wyłączenie jej z produkcji rolnej. Na skutek rabunkowej gospodarki leśnej, a także masowego wylesiania, głównie na potrzeby rolnictwa, w wielu krajach świata, zwłaszcza w Afryce i w Azji, już od dawna występuje deficyt, a nawet brak drewna.

Nieodnawialnymi zasobami środowiska jest większość surowców i substancji mineralnych, a także niektóre biocenozy. Należy podkreślić, że nieodnawialność surowców jest określeniem względnym, odnoszącym się do średniej długości życia ludzkiego. Oznacza to, że regeneracja lub powstanie takich surowców nie są możliwe w czasie pokolenia ludzkiego. Wśród surowców nieodnawialnych wydziela się dwie grupy: możliwe do odzyskania na drodze recyrkulacji i niemożliwe do odzyskania, czyli zanikające. Ostatnia z wymienionych grup to głównie surowce energetyczne. Służą one do wytwarzania energii, są spalane i dematerializują się w procesie produkcji. Mogą być więc zużyte tylko raz. Inne surowce nieodnawialne, np. otrzymywane z rud metale są możliwe do odzysku ze złomu lub z narzędzi, urządzeń i specyficznych budynków i budowli. Mogą one być użyte ponownie po przetworzeniu. Ograniczone możliwości odzysku metali sprawiają, że odsuwamy w czasie moment wyczerpania się pierwotnych zasobów tych surowców. Uogólniając, recykling metali prowadzi pośrednio do ograniczania pozyskiwania złóż surowców metalicznych, a więc surowców nieodnawialnych i wyczerpywalnych.

Mówiąc o zasobach naturalnych, mamy na myśli pewne bogactwo, zapas czegoś. Nasuwa się więc pytanie: jak można zmierzyć te zasoby i określić ich wielkość? Niektóre zasoby środowiska można zmierzyć w jednostkach fizycznych i określić w ten sposób ich zasobność. Są to m.in. zasoby bogactw mineralnych, substancji zwierzęcych i roślinnych, wód i gleb. Zasobami naturalnymi są także energie, np. energia rzek, wiatru, cieplna Słońca, czy wulkaniczna. Te także można zmierzyć w jednostkach fizycznych energii. Specyficznymi zasobami środowiska są też wolna przestrzeń i piękno krajobrazu. Wymiary tych zasobów jako całości są trudne do określenia i najczęściej opisuje się je subiektywnie, wskazując na elementy składowe tej przestrzeni stanowiące np. o pięknie krajobrazu. Mówimy więc o wielkości (rozmiarach) pewnych substancji i energii zawartych w przestrzeni, a nie o rozmiarach zasobu jako całości.Przypisy

W dalszej części książki termin środowisko jest tożsamy ze środowiskiem przyrodniczym, w innym przypadku będzie stosowana pełna nazwa, np. środowisko geograficzne. W naukach geograficznych stosuje się różne pojęcia o znaczeniu mniej lub bardziej zbliżonym do środowiska przyrodniczego, często będące też synonimami tego terminu. Opisując przestrzeń przy powierzchni Ziemi, używa się określeń: powłoka krajobrazowa (Kaleśnik), geosfera (Armand), epigeosfera (Kondracki, Richling), powłoka ziemska (Flis) oraz geosystem (Richling, Solon). Klasycy geografii opisując środowisko, posługiwali się prostymi pojęciami: Ziemia (Ritter), przyroda ziemska (Humboldt) oraz powierzchnia ziemska (Richthofen).