1

kosmiczny złom 1

Nadszedł być może
już czas, kiedy pojęcie
środowiska życia
człowieka należy
rozszerzyć - jeśli nie
na wszechświat, to
przynajmniej na nasz
układ słoneczny.

Oczywiście przy
założeniu, że przez
środowisko rozumie
się tę część
przestrzeni, w
której obecność
człowieka ujawnia się
poprzez skutki
jego działań.

Zaśmieciliśmy nie
tylko Ziemię, ale i
przestrzeń
okołoziemską.

kosmiczna mapa śmieci

(obiekty o rozmiarach powyżej

10 cm – skala przerysowana)

Świat Nauki marzec 1996

2

kosmiczny złom 2

Źródła zanieczyszczenia przestrzeni

okołoziemskiej

nieczynne satelity (wyeksploatowane lub

nad którymi utracono kontrolę),

eksplozje rakiet nośnych,

odrzucone silniki napędowe i zbiorniki

paliwa,

fragmenty osłon pokrywających pojazdy

kosmiczne

narzędzia zgubione przez kosmonautów,

śruby, sprężyny, itp.

świadome działania (zniszczenie

amerykańskiego satelity w 1986 roku –

testowanie pocisków międzyorbitalnych)

Od 1957 roku (pierwszy satelita) na orbitę
okołoziemską wysłano 20 tys. ton różnego sprzętu
i materiałów.

Według różnych źródeł wokół Ziemi krąży

od 3 tys. ton (2003) do 4,5 tys. ton (2001).

Zaledwie 5 % z nich to nadal funkcjonujące

Satelity lub pojazdy kosmiczne.

na 1000 obiektów

wysyłanych

w kosmos

600

spala się w

atmosferze

400

staje się

kosmicznym

złomem

Satelity z niższych orbit po
zakończeniu misji są wprowadzane
w atmosferę ziemską, gdzie
szybko spadają torem spiralnym,
spalając się.

Satelity z orbity geostacjonarnej
(okres obiegu równy okresowi
obrotu Ziemi) – kierowane są na
wyższe orbity, aby zwolnić
miejsce na tej najdroższej orbicie.

3

kosmiczny złom 3

kontrola trajektorii ruchu kosmicznego
złomu– teleskopy i systemy radarowe
(około 50 systemów śledzących):

na niskich orbitach (do 2 000 km)

można wykrywać obiekty o

wielkości powyżej 10 cm,

na orbicie geostacjonarnej można

wykrywać obiekty o wielkości

powyżej 1 m

0

5000

10000

15000

1980

1985

1990

1995

2000

2005

ilo

ść

obiektów kontrolowanych przez

NORAD

85 % kosmicznych śmieci krąży na niskich orbitach. Na wysokości 600 km
mogą się utrzymywać przez blisko 30 lat, w ciągu których są powoli spychane z
orbity i wchodzą w atmosferę.

4

kosmiczny złom 4

baterie słoneczne stacji MIR
zniszczone podczas kolizji ze
statkiem zaopatrzeniowym Progress

Świat Nauki marzec 1996

okno promu Endeavour

uszkodzone przez kosmiczny śmieć

(podczas ponad 100 lotów wykonanych przez

wahadłowce uszkodzeniu uległo 70 okien

)

Wiedza i Zycie czerwiec 2003

5

kosmiczny złom 5

kosmiczny śmieć, który w

październiku 1999 roku spadł

na budynek mieszkalny w
Oberhausen w Niemczech

Wiedza i Zycie czerwiec 2003

fragment stacji kosmicznej MIR, który 23 marca 2001

spadł na pole kukurydzy w stanie Ohio w USA

Wiedza i Zycie czerwiec 2003

6

kosmiczny złom 6

skutki i zagrożenia

utrudnione prowadzenie obserwacji astronomicznych
(zakłócenia spowodowane impulsami pochodzącymi m.in. od satelitarnych systemów
telekomunikacyjnych – „kosmiczny elektroniczny smog”) - 1988 rok – Kongres
Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU) w Baltimore - postulat wprowadzenia
prawa ochrony kosmosu, czyli prawa ograniczającego zaśmiecanie przestworzy
i regulowanie ruchu obiektów latających

niszczenie warstwy ozonowej przez startujące rakiety wynoszące obiekty na orbitę

uszkodzenia mechaniczne satelitów i kadłubów promów kosmicznych

realne niebezpieczeństwo kolizji o charakterze reakcji łańcuchowym

prawdopodobieństwo uszkodzenia międzynarodowej stacji kosmicznej
szacowane (2001 rok) nawet na 10 % w ciągu najbliższych 10 lat

awarie statków i satelitów wyposażonych w atomowe systemy energetyczne
(obecnie krąży 50 amerykański i rosyjskich statków wyposażonych w napęd jądrowy)

7

kosmiczny złom 7

przeciwdziałania

•

automatyczne sondy astronomiczne,

•

rezygnacja z najbardziej zatłoczonych orbit,

•

międzynarodowa koordynacja i współpraca (wysyłanie kilku obiektów
mających te same zadania do wykonania)

•

elementy mniejsze od 1 cm – pancerze chroniące przed skutkami zderzeń

•

elementy większe od 10 cm, których trajektorie ruchu są śledzone –
zmiana kursu obiektów kosmicznych ( w 1991 roku sytuacja taka miała
miejsce 2-krotnie w przypadku amerykańskich promów kosmicznych)

•

elementy o wielkości od 1 do 10 cm – „laserowa miotła” (projekt ORION -
dezintegracja laserem) – możliwość oczyszczenia przestrzeni w ciągu 2
lat, ale międzynarodowa umowa o zakazie używania broni laserowej w
przestrzeni kosmicznej

Zaśmiecenie kosmosu można porównać do zanieczyszczenia oceanów

– przez długi czas skutki są niedostrzegalne,

ale kiedy się ujawnią – bardzo trudno je usunąć.

8

okres ewolucji chemicznej Ziemi

rozwój organizmów z wyraźnie wyodrębnionym jądrem komórkowym

15 listopad

najstarsze skamieliny roślin wykorzystujących proces fotosyntezy

12 listopad

wynalezienie płci „ u mikroorganizmów

1 listopad

najstarsze skamieliny bakterii i sinic

9 październik

początki systemu słonecznego

9 wrzesień

formowanie się Ziemi

14 wrzesień

początki życia na Ziemi

25 wrzesień

powstanie najstarszych znanych na Ziemi skał

2 październik

powstanie Galaktyki (Drogi Mlecznej)

1 maj

prawybuch – big bang – około 15 mld lat temu

1 styczeń

wodór
metan

woda

amoniak

niestabilne proste
związki chemiczne

energia

Co spowodowało sprzężenie dwóch

samoodtwarzających się systemów, których
ewolucja rozpoczęła się prawdopodobnie
niezależnie: systemu białkowego i systemu
kwasów nukleinowych?

Jak powstał biopolimer czyli

kompleks kwasy nukleinowe- białka ?

Albo co spowodowało oddzielenie

się systemu biopolimerów od otoczenia
czyli w jaki sposób powstał prototyp błony
komórkowej umożliwiającej powstanie
pierwszej prakomórki ?

9

okres ewolucji biologicznej Ziemi 1

pierwsze naczelne

29 grudnia

pierwsze kwiaty, wyginięcie dinozaurów

28 grudnia

pierwsze ssaki

26 grudnia

dinozaury

24 grudnia

początki ewolucji płatów czołowych mózgu naczelnych

30 grudnia

pierwsze ptaki

27 grudnia

powstawanie tlenu w atmosferze ziemskiej

1 grudnia

pierwsze istoty człekokształtne

31 grudnia

pierwsze drzewa i gady

23 grudnia

pierwsze płazy i uskrzydlone owady

22 grudnia

pierwszy plankton w oceanach

18 grudnia

pierwsze ryby i kręgowce

19 grudnia

początek kolonizacji lądu przez rośliny

20 grudnia

pierwsze owady i zwierzęta lądowe

21 grudnia

rozkwit bezkręgowców

17 grudnia

10

okres ewolucji biologicznej Ziemi 2

wynalazek zera i liczb dziesiętnych w Indiach, upadek Rzymu

- 3 s

geometria Euklidesa, fizyka Archimedesa i astronomia Ptolemeusza

- 4 s

okres żelaza, założenie Kartaginy przez Fenicjan

- 6 s

okres brązu, wojny trojańskie, wynalezienie kompasu

- 7 s

uzyskanie przez ludzkość energii pozwalającej na samozagładę,

pierwsze podróże pozaziemskie

0 s

Renesans w Europie, początki metod doświadczalnych w nauce

- 1 s

wynalezienie alfabetu

- 9 s

panowanie pierwszych dynastii sumeryjskich i egipskich, początki
astronomii

- 10 s

kodeks Hammurabiego

- 8 s

pojawienie się prawdopodobnych przodków ludzi i małp

ok. 13

30

pierwsze miasta

- 25 s

wynalezienie rolnictwa

-40 s

rozpowszechnienie się narzędzi z kamienia

23

00

opanowanie ognia przez człowieka pekińskiego

23

46

kolonizacja Australii przez ludzi

23

58

malowidła jaskiniowe w Europie

23

59

pierwsi ludzie

ok. 22

30

11

ekosfera

Z biologicznego punktu widzenia, istoty ludzkie wchodzą w skład systemu
środowiskowego jako elementy tej całości. Jednak równocześnie, aby funkcjonować,
człowiek musi eksploatować środowisko.

Ta paradoksalna rola, jaką odgrywamy wobec środowiska, będąc równocześnie jego
integralną częścią a zarazem eksploatatorem, zniekształca nasze pojęcie o nim.

Skoro jedyną szansą ludzkości jest przejście od cywilizacji naukowo-technicznej do
cywilizacji ekorozwoju, spróbujmy uzmysłowić sobie czym jest i jak funkcjonuje ekosfera

- biologiczna przestrzeń życiowa człowieka.

EKOSFERA

ANTROPOSFERA

CZŁOWIEK

12

biocykle

ATMOSFERA
POWIETRZE

HYDROSFERA

WODA

LITOSFERA

GLEBA

SYSTEMY EKOLOGICZNE

EKOSFERA

BIOLOGICZNA PRZESTRZEŃ śYCIOWA CZŁOWIEKA

WĘGIEL

WODÓR

PIERWIASTKI śYCIA

TLEN

AZOT

13

biocykle – obieg azotu w przyrodzie

Azot występuje

••••

w stanie wolnym w powietrzu

••••

w stanie związanym w związkach organicznych występujących w humusie czyli

organicznej części gleby,

••••

w związkach organicznych tworzących białko, kwasy nukleinowe, enzymy i witaminy

HUMUS

GLEBA

BAKTERIE

I GLONY

MIKRO-
ORGANIZMY

BAKTERIE

GNILNE

AZOT

AZOT

POWIETRZE

ROŚLINY

ZWIERZĘTA

BIAŁKO

ODPAD ORGANICZNY

A

Z

O

T

A

Z

O

T

A

N

Y

HUMUS

AZOTANY

WODNY ROZTWÓR AZOTANÓW

TLEN

SYSTEM KORZENIOWY ROŚLIN

BIOLOGICZNE

PROCESY UTLENIANIA

ENERGIA

WODA

14

biocykle – sieciowa budowa ekosystemu

POKARM

ROŚLINY

ZIELONE

ZWIERZĘTA

ROŚLINOśERNE

PROMIENIOWANIE SŁONIECZNE

HUMUS

ODPAD ORGANICZNY

O

2

CO

2

H

2

O

DODATNI EFEKT TERMICZNY

(CIEPŁO)

OZONOSFERA

ULTRAFIOLET

15

biocykle –ekosystem wodny

Tempo przemian metabolicznych

tempo w jakim organizm zużywa

pokarm, tlen czy produkuje odpady

jest odwrotnie proporcjonalne

do wielkości tego organizmu

Np.
jeśli dla ryb przyjmiemy jako równe 1,
to dla glonów wynosi ono 100,
a dla bakterii gnilnych jest 10 000

Podobnie porównać można

cykl reprodukcji:

dla ryb – kilka miesięcy
dla glonów- kilka dni
dla bakterii –kilka godzin

W ekosystemie jeśli nie Wszechświata, to Układu Słonecznego,

największe tempo przemiany metabolicznej i najkrótszy cykl reprodukcji

charakteryzuje gatunek ludzki

TLEN

GLONY

AZOTANY

BAKTERIE GNILNE

ODPADY ORGANICZNE

PLANKTON

RYBY

ŚWIATŁO

e
n
e

r

g

i

a

p
o
k
a

r

m

e
n
e

r

g

i

a

fotosynteza

ł a ń c u c h t r o f i c z n y

16

biocykle – sieciowa budowa ekosystemu

Ekosfera ma postać sieci ekologicznej, którą stanowią
skomplikowane, wzajemnie przenikające się ekosystemy (układy
ekologiczne).

Im większy stopień skomplikowania danego układu, tym większe i
bardziej długotrwałe napięcia jest on w stanie wytrzymać nie
ulegając zniszczeniu.

Charakterystyczną cechą ekosystemu jest cykliczność zachodzących
w nim przemian. Tempo przemian musi być wyznaczone przez
najpowolniejszy etap cyklu. Tylko wówczas działa bowiem
dynamiczna samokompensacja systemu i nie dochodzi do jego
zniszczenia.

Sieć ekologiczna ma cechy wzmacniacza. Małe zewnętrzne zakłócenia
w jednym punkcie mogą spowodować odległe w czasie i przestrzeni
znaczące dla systemu zmiany

17

biocykle – program BIOSFERA II 1

Edward Bass – 100 mln $ - 1988 - południowa Arizona – 12 000 m2 – miniatura
planety Ziemia – realizacja programu badawczego

stacje międzyplanetarne

lato 1991 – 8 biosferyków– absolutna izolacja od świata zewnętrznego przez 24
miesiące

8 biomów
biom – mieszkalny : 8 mieszkań, biblioteka, laboratoria, studio odnowy
biologicznej, wieża widokowa
biom – rolniczy (2 000 m2): warzywa, owoce, ryż, kury, kozy, świnie, kaczki,
ryby
pozostałe 5 biomów pod szklaną kopułą o wysokości 26 m, 3800 gat. roślin i
zwierząt

••••

tropikalny las (ponad 300 gat. roślin , strumyk)

••••

sawanna ( roślinność ze stepów Afryki, Ameryki Płd., Australii)

••••

krajobraz bagienny,

••••

mini-ocean ( rafa koralowa z Karaibów),

••••

pustynia

„technosfera” : 27 urządzeń klimatycznych, 5000 czujników, sterowanie
komputerowe, elektrownia o mocy 3,7 MW ( rurociąg gazowy to rodzaj
pępowiny łączącej Biosferę II ze światem zewnętrznym)

18

biocykle – program BIOSFERA II 2

19

biocykle – program BIOSFERA II 3

1994 – załamanie projektu

10 % nieszczelność gazowa - dostarczano tlen i inne zapasy,
usuwano nadmiar CO

2

nie występująca w naturze duża zmienność zawartości CO

2

,

nadmierne stężenie podtlenku azotu,
kwaśne deszcze,
nadmierny rozwój karaluchów i mrówek, kosztem innych gat.

Pomimo najnowocześniejszej techniki – niemożność przeprowadzania
jednoczesnych eksperymentów kontrolnych

Wymieniono powietrze, tak by doprowadzić zawartość CO

2

do stanu

występującego w atmosferze ziemskiej,

Wymieniono ok. 750 tys. l wody i 12 t gleby

Podejmowane są próby badania zmian atmosfery w czasie, ale trudności bo
niektóre gazy pochłania betonowa konstrukcja

20

prawa ekologiczne 1

Niepowodzenie programu badawczego „BIOSFRA II” stanowi dowód na to, jak
trudno jest zamodelować procesy zachodzące w sieciach ekosystemu.

Istnieje oczywiście szereg cząstkowych modeli matematycznych
opracowywanych dla realizacji określonych celów przez biologów, meteorologów,
chemików, lekarzy, inżynierów. Nie dysponujemy jednak niestety modelem
ekologicznym naszego świata, aczkolwiek nie ustajemy w poszerzaniu naszej
wiedzy o prawach rządzących środowiskiem naszego życia.

Próbę sformułowania ogólnych praw ekologii podjął 50 lat temu temu Barry
Commoner w swej książce Zamykający się krąg: przyroda – człowiek - technika

„ Jeśli mamy przetrwać, musimy zrozumieć dlaczego dalszy
niekontrolowany rozwój cywilizacji naukowo-technicznej, któremu
towarzyszy pogwałcenie podstawowych praw ekologii stanowi
zagrożenie bytu człowieka”.

21

prawa ekologiczne 2

PODSTAWOWE PRAWA EKOLOGII

1.

Każda rzecz jest powiązana z wszystkimi innymi rzeczami - sieciowa struktura

ekosystemu.

2. Każda rzecz musi się gdzieś podziać
W przyrodzie nie istnieje coś takiego jak odpad. Dla każdej substancji organicznej istnieje
w przyrodzie enzym, który może ją rozłożyć. Nie może więc powstać żadna materia, jeśli
brak jest możliwości jej rozkładu.

3. Przyroda wie najlepiej.
Oznacza to, że każda poważniejsza zmiana sztucznie dokonana przez człowieka w systemie
naturalnym jest wg wszelkiego prawdopodobieństwa szkodliwa dla tego systemu.

4. Nie istnieje coś takiego jak obiad za darmo.
Każdy zysk osiągany jest jakimś kosztem. Zapłaty za eksploatację środowiska nie można
uniknąć. Można ją tylko odsunąć w czasie.
...

5. Wszystkie cztery prawa ekologii obowiązujące w ekosystemie Ziemi są
prawdziwe również w ekosystemie jeśli nie Wszechświata, to przynajmniej
naszego układu słonecznego.

W układzie człowiek-wszechświat to właśnie człowieka charakteryzuje
największe tempo przemian metabolicznych i w rozumieniu praw ekologii to
właśnie człowiek stanowi największe zagrożenie stabilności tego układu.