Impactul uman asupra ecosistemelor

IMPACTUL UMAN ASUPRA ECOSISTEMELOR

1. Cresterea populatiilor

Rata (viteza) de crestere a populatiilor se poate evalua pe cale matematica, adica se poate modela, daca se fac unele presupuneri privind conditiile de dezvoltare ale acestora. Notand cu dP/dt rata de crestere a populatiei, unde P reprezinta numarul de indivizi ai populatiei la un moment dat, calculabila ca diferenta dintre rata nasterilor, nP (n = numarul mediu de urmasi produsi pe unitatea de timp de un individ) si rata deceselor, mP (m = numarul mediu de decese raportat tot la unitatea de timp si individ (numar absolut de decese pe an impartit cu numarul populatiei):

dP/dt = nP – mP (1)

Situatia ideala este atunci cand populatia are excedent de hrana si nu este primejduita de pradatori. In acest caz se poate presupune ca rata de crestere a populatiei este proportionala cu marimea populatiei, P:

dP/dt = rP (2)

r = n - m fiind un coeficient de proportionalitate. Separand variabilele si integrand intre P₀ si P, cand timpul creste de la 0 la t, rezulta:

dP/P = r dt ; ln(P/P_o) = rt si P = P₀e^rt . (3)

Populatia creste exponential cu timpul. Ca unitate de timp se poate alege durata de viata medie a unei generatii, atunci reprezentarea marimii populatiei, P, functie de numarul de generatii, va da curbe ca cele din figura 1, pentru r = 1 si r = 0,5 crestere indivizi pe individ si generatie (diferenta n – m).

Astfel de curbe nu se intalnesc in natura, decat in cazul regenerarii unei populatii dupa o catastrofa, pe portiunea initiala, cand conditiile presupuse sunt valabile.

Populatiile, in conditii obisnuite, cel mai adesea se niveleaza, ajungand la o marime relativ stationara a numarului indivizilor (marimea populatiei). Aceasta inseamna ca datorita disponibilitatii hranei si altor parametri necesari existentei, in fiecare biocenoza exista o limita maxima pana la care poate creste o populatie data, M, care este o constanta. Aceasta situatie este descrisa matematic de modelul asa zis “logi 515j95f stic”: (4)

Care nu este decat ecuatia (2) inmultita cu un factor (M – P)/M, care reprezinta fractiunea din numarul maxim al populatiei disonibila pentru inmultire, si limiteaza cresterea. Daca se integreaza aceasta ecuatie, se obtine:

P = M/(Me^-rt + 1) (5) Reprezentarea grafica a lui P functie de t da pentru r = 1, curba din figura 2.

De data aceasta se vede ca populatia nu mai creste exponential la infinit, ci se plafoneaza la valoarea aleasa pentru populatia cea mai numeroasa cu putinta, pe care o poate suporta habitatul respectiv, in cazul dat, P_max = 1500 indivizi. Experiente in laborator confirma aceasta alura, ca si unele observatii efectuate in cazuri singulare, in care un fenomen, natural sau provocat de om, a redus drastic exempla-rele dintr-o populatie pe un teritoriu limitat, cum ar fi o insula. Figura 3. exemplifica valabilitatea cresterii logistice a unor populatii de Paramecium (in laborator), de Daphnia (tot in laborator) si de foci Callorhinus ursinus pe insula St.Paul din Alaska, dupa ce s-a interzis vanatoarea lor in 1911, cand aproape disparusera.

Fig. 3. Curbele logistice in cateva cazuri particulare. a) Paramecium in spatiu limitat in laborator, b) Daphnia, tot in laborator, c) foci pe insula St. Paul (Alaska) dupa ce populatia aproape disparuse din cauza vanatului. In 1911 s-a interzis vanatul si populatia de foci a inceput sa creasca din nou pana la saturatia habitatului, o insula relativ izolata, dupa circa 40 de ani.

In toate cele 3 cazuri se observa o plafonare, care probabil corespunde capacitatii habitatului de a suporta populatia respectiva, poate in privinta rezervelor de hrana sau de spatiu. In cazul b) si c) se observa un maxim inainte de atingerea plafonului, poate chiar un inceput de oscilatie amortizata. Acestea s-ar putea datora feed-back-ului care are o intarziere in ce priveste reactia sistemului. La inceput semnalele incurajeaza inmultirea, hrana fiind de exemplu excedentara. Noii indivizi cresc si la un moment dat fiind foarte multi in raport cu sursele de hrana, sistemul primeste semnale de reducere a inmultirii. Dar putin prea tarziu, asa ca se depaseste limita maxima de suportabilitate a mediului, ceea ce duce la decese timpurii, la nasteri mai putine, adica la o reducere a inmultirii. Apoi fie se atinge limita maxima a populatiei si cu mici oscilatii numarul de exemplare se mentine stabil, fie reducerea populatiei este supralicitata si porneste o noua alternanta, de amplitudine mai mica.

2. Populatia umana

Omenirea creste exponential, asa cum cere formula (4), dar in diferite tari se observa cresteri diferite. Structura de varsta a populatiei dintr-o tara este ilustrata de figura 4. in cazul a trei tari cu structuri de varsta diferite: Suedia, Mexic si S.U.A.

Fig. 4. Structura de varsta a populatiei din a) Suedia, b) Mexic si c) SUA. Forma acestor grafice permite si evaluarea separata dupa sex. Pe abscisa este trecut procentul din populatie, la stanga barbati, la dreapta femei, iar pe ordonata sunt trecute grupele de varsta pe intervale de cate 5 ani. Anul stabilirii graficului: 1990.

In cazul Suediei avem o ditributie dupa varste foarte echilibrata, aproape toate varstele fiind reprezentate prin acelasi numar de indivizi. In privinta sexului, populatia este de asemenea echilibrata in afara de varstele inaintate, unde predomina femeile, speranta de viata a femeilor fiind in general mai mare decat cea a barbatilor. In cazul Mexicului graficul se subtiaza foarte mult spre varste inaintate, sugerand in general o speranta de viata mica, atat la barbati cat si la femei. Se observa o pronuntata crestere a populatiei dupa cel de-al doilea razboi mondial, care a durat pana prin anii 75, dupa care se remarca o tendinta de echilibrare. Si SUA au o structura relativ e-chilibrata in afara de “baby boom”-ul de dupa razboi, care a durat vreo 20-25 de ani.

In ce priveste tara noastra, structura populatiei prezinta cateva particularitati, cum ar fi o scadere a grupelor de varsta nascute in timpul razboiului, o crestere dupa razboi, sau neregularitati datorate fie unor conjuncturi internationale, fie unor inter-ventii mai mult sau mai putin brutale ale statului totalitar, asa cu arata figura 5.

Se observa o scadere a populatiei care s-a nascut in timpul primului razboi mondial, pentru a se remarca o crestere a celor nascuti dupa razboi, cu un timp de injumatatire de aproximativ de 3 ani si un timp de relaxare de 4,7 ani. Acelasi fenomen se repeta in timpul si dupa cel de-al doilea razboi mondial, doar ca de aceasta data cresterea nu este atat de regulata. Liberalizarea avorturilor a dus la o scadere a natalitatii si deci a numarului celor nascuti, in intervalul 1956-1966. Legea de interzicere a avorturilor, a lui Ceausescu, din 1967, aplicata imediat, a surprins pe

multe femei insarcinate, de aceea avem un maxim de nasteri in 1967. Apoi are loc un fenomen de relaxare, tradus printr-o scadere exponentiala a numarului de nasteri, cu un timp de injumatatire de de 1,7 ani si un timp de relaxare de 2,1 ani. Dreapta de regresie ln(nr. de nasteri) functie de timp pentru cei 6 ani cu numar descrescator este redata In figura 5.a si are un coeficient de corelatie de –0,9994 (pentru o pro-babilitate de 95%). Descresterea numarului de nou nascuti se supune aceleiasi legi ca si dezintegrarea radioactiva. Aceasta descrestere regulata a durat pana in 1973, cand are loc o usoara crestere si o relativa stabilizare la un nivel ceva mai ridicat.

Structura populatiei din tara noastra, redata de figura 5, reflecta o istorie recenta cu mult mai framantata, atat din cauze interne, cat si din cauze externe, decat cea a tarilor din figura 4, care au o structura mai putin accidentata, chiar daca se tine seama de actiunea nivelatoare a mediei pe 5 ani.

Lasand la o parte aceasta incursiune in structura populatiei umane si a factorilor care o influenteaza, sa vedem care este evolutia marimii populatiei umane, avand in vedere ca numarul crescut al populatiei are un impact tot mai mare asupra mediului biotic, cel asupra caruia ne concentram.

Cresterea populatiei umane este inca aproximativ exponentiala, asa cum arata figura 6.

Fig. 6. Cresterea populatiei umane in ultimele 11 milenii (2.p.1101).

Este usor de inteles ca aceasta tendinta nu poate persista la infinit. Daca in privinta spatiului s-ar parea ca in viitorul apropiat nu se ridica probleme - concentratii-le umane enorme din marile orase aratand ca oamenii se pot inghesui - hrana si apa sunt insa oricum limitate. Mai mult decat atat, mai ales in tarile cu tehnologie avansata carnea este o componenta importanta a alimentatiei, situandu-ne la nivele superioare ale piramidei trofice. Se stie ca pentru a produce 1kg de carne este nevoie de 3-12 kg de furaje. Deci consumul de carne inseamna o risipa de alimente de origine vegetala. Aceasta inseamna ca marimea populatiei umane (consumatoare de carne) suportata de planeta este mai limitata, decat daca hrana ar consta din vegetale. O cale de a hrani un numar mai mare de oameni este tocmai cresterea ponderii de hrana vegetala. Aceasta cale a si aplicat-o China, unde consumul mediu de carne este de numai 10kg/an, dar populatia reuseste sa se hraneasca sanatos, consumand mai multe cereale, in special orez, si asigurandu-si necesarul de proteine mai ales din soia. Aceasta este singura modalitate de a hrani 22% din populatia lumii de pe o suprafata cultivata de numai 8% din cea mondiala, fara a recurge la importuri de alimente (17.p.11). Este o alta problema impactul asupra mediului a unei astfel de alimentatii care face sa domine in agricultura culturile de cereale si de leguminoase (fixatoare de azot).

Oricum am rationaliza alimentatia, capacitatea terrei de a suporta populatia umana este limitata, “insula” pe care traim nu este infinit de mare.

Cresterea populatiei umane depinde de aceiasi parametri de care depinde cresterea oricarei populatii vegetale sau animale:

rata de crestere = rata nasterilor – rata deceselor

Rata deceselor depinde de mai multi factori, printre care alimentatia, despre care s-a vorbit, bolile, epidemiile (vezi figura 6. scaderea populatiei europene in sec.XIV din cauza epidemiei de ciuma bubonica), razboaiele. Interventia deliberata a societatii in rata mortalitatii nu este acceptata de nici o societate.

Rata nasterilor depinde iarasi de accesul la hrana (nu in mod necesar), dar poate fi influentata de societate, fie direct, asa cum a aratat efectul decretului de interzicere a avorturilor asupra structurii populatiei din Romania sau legile din China, care admit un copil de familie, pentru mai multi platindu-se impozite, fie indirect, de ex. in cazul razboaielor sau a epidemiilor, cand se observa o scadere a natalitatii.

Stilul de viata al societatii influenteaza de asemenea rata de crestere prin ambii factori. Trecerea de la societatea de vanatori la cea de agricultori, cu vre-o 10 mii de ani in urma, a avut ca efect cresterea ratei de nasteri si scaderea ratei de decese, adica o marire a ratei de crestere a populatiei. Cresterea exploziva a curbei populatiei dupa revolutia industriala s­a datorat mai ales scaderii puternice a ratei mortalitatii, in special a celei infantile, chiar si in cele mai putin dezvoltate tari. O alimentatie mai sanatoasa, o mai buna asistenta medicala, regulile de igiena au dus la cresterea procentului de nounascuti care ating varsa reproducerii.

Cresterea exploziva a populatiei face sa creasca exploziv si impactul uman asupra mediului, mai ales asupra celui biotic. Dintre nenumaratele interventii ale omului asupra naturii, ne vom opri asupra unora mai importante.

3. Efectele agriculturii asupra reciclarii nutrientilor.

Cresterea populatiei umane cere si o crestere a resurselor de hrana, adica 1) o marire a suprafetelor cultivate si 2) o crestere a productivitatii agricole.

3.1 Marirea suprafetelor cultivate

Aceasta se realizeaza prin convertirea biomurilor naturale, cu o mare productivi-tate energetica si o mare biodiversitate, cum sunt padurile, pasunile, etc., in culturi de cereale, legume, leguminoase si altele, care intrerup reciclarea nutrientilor, mai ales N, P si K (azot, fosfor si potasiu), care dupa recoltare nu se mai intorc in sol. Rezultatul este saracirea solului in elementele nutritive necesare plantelor. De aceea mai de vreme sau mai tarziu, recoltele scad, pana cand agricultura devine nerentabila. Daca convertirea preriilor din America de Nord in terenuri agricole a asigurat o buna productivitate agricola timp de mai multi ani, datorita acumularilor mari de substante organice si minerale in sol de-a lungul mileniilor de dezvoltare normala, substante care au continuat sa se descompuna, in tropice, terenurile agricole care au inlocuit sisteme ecologice naturale – paduri sau savane – neavand rezerve mari de substante organice, nu dadeau productie agricola decat timp de 1-2 ani. De aici necesitatea de a utiliza ingrasaminte agricole, naturale (balegar) sau sintetice (obtinute prin reciclarea industriala a azotului, fosforului, potasiului,etc.) pentru a asigura nutrientii necesari productiei agricole. Aceeasi soarta au avut-o si terenurile defrisate in zgomotoasa campanie de cucerire a unor noi terenuri agricole in Siberia pe timpul lui Hrusciov.

Terenurile de pe care se indeparteaza nutrientii (prin nereciclarea celor din recolta) pierd N si P nu numai prin faptul indepartarii recoltei, dar si deoarece o mare parte a anului lipsesc plantele de pe terenurile agricole, terenul fiind golas, timp in care azotul si fosforul sunt spalati de ape si ajung in rauri si lacuri, amplificand dezechilibrele ecologice.

3.2. Cresterea productivitatii agricole.

Modalitati mai importante de crestere a productivitatii in agricultura sunt utilizarea ingrasamintelor naturale si sintetice, utilizarea insecticidelor si fungicidelor, ingineria genetica utilizata la obtinerea unor specii de plante agricole cu calitati anteproiectate.

Utilizarea ingrasamintelor naturale si sintetice. Este vorba de restabilirea reciclarii principalilor nutrienti pentru plante: N, P, K. Daca in cazul ingrasamintelor naturale, formate din deseuri organice, care intra in “moara” descompunatorilor, eliberand nutrientii mai incet, pe masura ce acestia isi desfasoara activitatea, in cazul ingrasamintelor sintetice este vorba de concentratii mari de nutrienti in stare direct asimilabila. Este vorba de forme solubile ale unor saruri continand elementele amintite (nitriti, nitrati, saruri de amoniu, fosfati). Rezultatul este ca intr-adevar se obtin recolte mai bogate, dar creste cantitatea spalata de ape, sau ajunsa in atmosfera sub forma de oxizi de azot (produsi de bacterii denitrifiante), in ambele cazuri cu efecte indezirabile. Cel mai periculos efect pe termen scurt este poluarea apei freatice si a surselor de apa pentru populatie cu nitrati si nitriti, care au actiune cancerigena si mutagena. Si in fantanile din unele regiuni din tara noastra au aparut nitrati si nitriti. Oxizii de azot din atmosfera contribuie la efectul de sera, dar si la subtierea stratului de ozon stratosferic, reactionand usor cu acesta (consumandu-l).

In mod paradoxal, uneori oxizii de azot (NO_x) pot avea efecte favorabile la nivel troposferic, consumand ozonul din straturile de aer apropiate de pamant. Ozonul este toxic atat pentru animale (si pentru om), cat si pentru plante. Astfel s-a constatat ca productia de masa verde (pe m² intr-un interval de timp dat) este mai mare in centrul New York-ului, decat in jurul orasului, datorita faptului ca orasul produce prin arderi mai mult NO_x, decat regiunea rurala din jur, reducand astfel nivelul ozonului daunator vegetatiei, in interiorul orasului, in contrast cu zona rurala unde nivelul ozonului ramane ridicat.

Utilizarea insecticidelor si fungicidelor. In lupta contra daunatorilor se utilizeaza numeroase substante toxice, care deseori pot avea actiune si asupra organismului uman. Efectul nociv se amplifica daca nu se respecta riguros instructiu-nile de utilizare (mai ales momentul utilizarii, care se alege astfel ca pana la recoltare substantele nocive sa fie transformate de plantele insasi sau de catre descompu-natorii din sol). Unele dintre acestea, cum este DDT si dioxina, rezista foarte mult timp in sol si pot fi concentrate in lantul trofic.

Interventii genetice. Prin inginerie genetica se pot produce modificari in plante, astfel incat sa aiba proprietatile dorite de om. Cea mai blanda dintre acestea este tehnica obtinerii unui numar practic nelimitat de urmasi dintr-o planta care are calitatile dorite, obligand oricare din celulele ei sa se dezvolte pana la planta adulta. Se sare astfel peste multi ani ceruti de selectia clasica pentru imbunatatirea speciei. Dar s-a realizat si introducerea unor gene din plante sau animale de alte specii, in celulele reproductive, imprimand anumite proprietati urmasilor, cum ar fi proprietati fungicide sau ierbicide, calitatea de a rezista la frig sau seceta, rezistenta la anumite boli sau daunatori, etc. Astfel s-au obtinut tomate rezistente la frig introducand in genomul acestora gene luate de la pesti care traiesc in apele polare; tomate rezistente la atacul insectelor printr-o gena transplantata de la scorpion. O gena umana ajuta cartofii sa se dezvolte in soluri cu substante toxice (Pb, Hg). Plante de cultura modificate genetic pot rezista asaltului ierburilor, producand ele insele substante pesticide sau ierbicide.

Problema care se pune este insa: ce urmeaza ? Care sunt efecte pe termen lung ? Cum se vor adapta daunatorii la noile conditii (si sigur vor gasi cai de adaptare!). Nu deschidem oare o cutie a Pandorei cu aceste cercetari, riscand sa le scapam de sub control. Ce se va intampla, daca aceste calitati dorite se transfera unor plante nedorite, care vor putea lua locul culturilor, fiind si ele rezistente la frig, la sceta, la daunatori, dar avand un potential de reproducere mai mare decat plantele noastre de cultura ? Asa se explica retinerea in aprobarea utilizarii pe scara larga a acestor tehnici. In S.U.A. se discuta aprobarea comercializarii unei ierbi obtinuta prin manipulare genetica (de Monsanto si Scotts sub numele de “Roundup Ready”), iarba deosebit de avantajoasa pentru terenurile de golf, fiind rezistenta la ierbicidul “Roundup” folosit pe scara larga in America. Iarba transgenica propusa pentru comercializare este o specie din genul Agrostis de graminacee, o planta perena tatratoare, care poate fi tunsa foarte scurt si este recomandata pentru alei din parcuri si terenuri de golf. Fiind rezistenta la Roundup, acesta poate fi folosit impotriva altor ierburi, care ar putea invada terenurile, fara a o afecta. Cererea de aprobare se bazeaza pe ideea ca fiind tunsa des nu poate niciodata sa ajunga la maturitate reproductiva, adica sa produca polen sau chiar seminte. In felul acesta s-ar evita raspandirea ei necontrolata si eventuala inlocuire a altor specii in zone in care acest lucru nu este de dorit. Dar studii efectuate pentru a verifica daca intr-adevar nu se raspandeste necontrolat, au aratat ca s­-a gasit gena anti-Roundup la peste 20 de km de terenul de golf, in ierburi salbatice polenizate de plante transgenice ajunse la maturitate, fie in zone limitrofe terenului (padure), fie in santuri, unde tunderea ierbii nu s-a putut face eficient.

Se cunosc efectele ecologice dezastruoase ale introducerii unor specii din alte zone in care acestea nu existau, cum ar fi pe unele insule sau in Australia, si fata de care populatiile autohtone nu si-au dezvoltat mijloace de aparare, caci nu era necesar, dusmanii lipsind. Adaptarea la unele conditii noi cere timp. Daca trecerea este rapida, populatiile atacate nu se pot apara si sunt sortite disparitiei.

4. Deseurile industriale, agricole si menajere.

4.1. Eutrofizarea lacurilor si a apelor curgatoare lente

Eutrofizarea este o urmare a utilizarii exagerate a ingrasamintelor, fie ele artificiale sau naturale, dar si a altor deseuri. Limitarea masei de alge in ape, mai ales in cele statatoare se datoreaza concentratiei insuficiente a unui nutrient anorganic, uneori azotul dar mai ales fosforul. Stim ca acesti nutrienti pot proveni si din agricultura, dar ei apar si din reziduuri industriale sau in cazul P, din gospodarii. Introducerea fosfatului de sodiu in detergentii utilizati la masinile de spalat, a dus la deversarea integrala a acestuia in apele reziduale, si de acolo in ultima instanta in rauri sau lacuri. In multe tari este interzisa folosirea fosfatilor in detergentii comerciali.

In aceste medii de cele mai multe ori nutrientul limitant este fosforul, astfel ca deversarile de ape uzate cu continut de fosfati in rauri si lacuri au ca rezultat inmultirea peste masura a algelor, care in timpul noptii sunt consumatoare de oxigen impiedicand dezvoltarea animalelor din nivelele trofice superioare. Tot la reducerea oxigenului dizolvat contribuie si detritivorii (descompunatorii) care pentru activitatea lor mai intensa (din cauza unui volum mai mare de alge moarte) consuma de asemenea oxigen mai mult. Astfel Lacul Erie (Marile lacuri din America de Nord) a fost poluat cu fosfati si eutrofizat, avand ca urmare disparitia onor specii de pesti, cum ar fi pastravii, stiuca albastra, prin anii 1960. Reglementarea severa a deversarilor in lacuri a avut ca urmare refacerea populatiilor acestor specii.

4.2. Efectul de sera

Deoarece aceasta problema a fost abordata in anii de studii anteriori, aici ne vom rezuma la cateva remarci, care tin de rapoartele din noiembrie 2005 ale Agentiei Europene pentru Mediu (Europen Enviromental Agency = EEA) care vorbeste de o posibila incalzire medie a Europei de 6,3°C in urmatoarea suta de ani, in timp ce temperatura globala va creste in acelasi interval doar cu 1,4-5,8°C. In ritmul actual de crestere a temperturii, prin 2080 verile multor zone din europa vor fi mai calde decat verile cele mai caniculare din trecut. Efectele pot fi dezastruoase asupra unor habitaturi. Astfel o crestere a temperaturii medii cu 5°C in Alpi poate provoca pierderea florei perene in proportie de 97%! La ritmul actual de crestere a temperaturii 75% din ghetarii alpini s-ar topii inainte de 2025. In plus, s-ar putea bloca curentii atlantici (Golf Steam-ul), care regleaza temperatura tarilor nordice. De mentionat ca s-a constatat ca in ultimii 50 de ani Golf Stream-ul si-a scazut volumul cu 30%, ceea ce este ingrijorator.