И о земле и о воде: Ученые выяснили, когда на Земле впервые появилась вода

Космос: Наука и техника: Lenta.ru

Астрономы Шон Раймонд (Университет Бордо, Франция) и Андре Изидоро (Университет штата Сан-Паулу Жулиу ди Мескита Филью, Бразилия) описали возможный механизм того, как вода попала на Землю. Их исследование опубликовано в журнале Icarus, доступно на сайте arXiv.org, о нем в своем блоге рассказал первый автор.

Материалы по теме

00:05 — 28 ноября 2016

Отошли воды

В Земле на глубине 1000 километров обнаружен океан

Ученые полагают, что у воды на Земле и небесных телах из пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера общее происхождение, связанное, в первую очередь, с формированием газовых гигантов в Солнечной системе.

Океаны покрывают три четверти Земли, однако на воду, находящуюся на поверхности, приходится всего одна четырехтысячная общей массы планеты. Вода есть и в мантии (в виде гидратированных пород), и в ядре Земли. Сколько ее там — неизвестно, вероятно, раз в десять больше, чем на поверхности.

Материалы по теме

00:02 — 25 апреля 2016

В общем, воды на Земле мало, немного ее и на Луне, Меркурии, Венере и Марсе. Возможно, на Венере и Марсе раньше было больше воды. Основной резервуар воды в рамках орбиты Юпитера — пояс астероидов.

Во внутренней части главного пояса, в пределах 2-2,3 астрономической единицы от Солнца, преобладают астероиды класса S (каменистые), во внешней — класса C (углеродистые). Есть и другие астероиды, однако не столь массивные. В астероидах класса С воды больше, чем в классе S, — около десяти процентов (по массе).

Выяснить происхождение воды можно, проведя изотопный анализ водорода, содержащегося в воде различных небесных тел. Кроме протия, водорода с ядром из одного протона, в природе встречаются дейтерий (с протоном и нейтроном) и совсем редко — тритий (с протоном и двумя нейтронами).

Юпитер

Фото: World History Archive / Globallookpress.com

Изотопный анализ выявляет несколько особенностей. У Солнца и газовых гигантов соотношение содержания дейтерия и трития на один-два порядка меньше, чем у Земли. Зато у астероидов класса C этот показатель практически такой же, как у нашей планеты. Это указывает на общее происхождение воды.

У комет в облаке Оорта соотношение содержания дейтерия и протия примерно в два раза выше, чем у Земли. Есть три кометы в пределах орбиты Юпитера, у которых этот параметр близок к земному, однако там же имеется одна комета, где данный показатель в 3,5 раза больше. Все это может означать, что у воды на кометах разное происхождение и только часть ее образовалась так же, как на Земле.

Церера

Фото: Public Domain

Планеты формируются вокруг молодых звезд в гигантских газопылевых дисках. Ближе к светилу слишком жарко, поэтому там возникают планеты, богатые кремнием и железом. Дальше от звезды холоднее, там небесные тела могут формироваться и из водяного льда. Земля возникла в той части протопланетного диска, где рождались каменистые небесные тела, без воды. Значит, она попала на планету извне.

С другой стороны, астероиды классов S и C слишком отличаются, чтобы они могли образоваться рядом друг с другом. Кроме того, граница, за которой формировались ледяные небесные тела, в ходе эволюции Солнечной системы постоянно перемещалась, решающую роль в этом сыграл Юпитер.

Юпитер и Сатурн, как полагают ученые, сформировались в два этапа. Сначала они представляли собой твердые небесные тела, в несколько раз тяжелее современной Земли, а затем начали захватывать газ с протопланетного диска. На этом этапе масса и размеры планет резко увеличиваются, гиганты расчищают себе пространство в протопланетном диске.

Крупные Юпитер и Сатурн были окружены тогда небольшими планетезималями — предшественниками протопланет. Когда Юпитер и Сатурн росли, орбиты планетезималей вытягивались, пересекая внутреннюю часть Солнечной системы и удаляясь от светила. Но Юпитер и Сатурн все еще притягивали газ из протопланетного диска, в результате чего, как показало проведенное моделирование, орбиты планетезималей скорректировались Юпитером и переместились в область современного пояса астероидов.

Сатурн возник позже Юпитера, и его формирование привело к новой миграции планетезималей, хотя и не столь значительной. Главный вывод исследователей — астероиды класса C появились в поясе из пределов орбит газовых гигантов после того, как Юпитер и Сатурн завершили свое формирование (хотя некоторые планетезимали могли достичь орбиты Нептуна).

По мнению ученых, вода попала на нашу планету в период формирования пояса астероидов благодаря планетезималям определенного типа (а именно — астероидам класса C) с сильно эксцентричными (вытянутыми) и нестабильными орбитами, пересекающие траекторию Земли. Изотопный анализ водорода — главное тому подтверждение.

Доставка воды на Землю практически завершилась с формированием Юпитера и Сатурна и исчезновением протопланетного диска. Таким образом, популярная гипотеза, объясняющая небольшие размеры Марса миграцией Юпитера вглубь Солнечной системы, коррелирует с механизмом обогащения водой Земли. Появление во внутренней Солнечной системе (как на каменистых планетах, так и в поясе астероидов) воды, важнейшего источника жизни на Земле, — это, оказывается, просто побочный эффект роста Юпитера и Сатурна.

Как появилась вода на Земле?

Роман Барский

11 апреля 2020, 09:05

Вода, которой мы наслаждаемся и без которой невозможна жизнь на Земле, была там с момента ее образования, полагают команда ученых-исследователей под руководством Седрика Гиллмана из Брюсельского университета.

Хотя все согласны с тем, что наша голубая планета богата водой, но кто задумывался над тем , как она здесь появилась и  сохранилась в течение милллиардов лет  эволюции Земли?  И это действительно не согласуется, во-первых, с исследованием других скалистых планет, не имеющих поверхностных вод, а во-вторых, с идеей гигантского столкновения между протоЗемлей и планетарным телом размером с Марс, который создал Луну.

Столкновения протоЗемли и гиганского небесного тела

 Такое катастрофическое событие должно было бы испарить любую ранее существовавшую воду, оставив после себя сухую Землю. Таким образом, после катастрофы от гигантского столкновения у нас есть два возможных объяснения наличия воды на Земле: либо вода была привнесена позже, после катастрофы, в частности, ледяными или богатыми водой астероидами; либо гигантское столкновение не было достаточно сильным, чтобы испарить всю воду на Земле.

В связи с важностью воды для происхождения жизни, вопрос о ее возникновении на Земле является первостепенным. Одна из главных проблем при изучении этого вопроса заключается в том, что Земля утратила все следы своего формирования, поскольку она является активной планетой.

Чтобы исследовать происхождение земных вод команда ученых-геохимиков во главе с Седриком Гилманном (Cédric Gillmann) — Либерный университет Брюсселя, ULB, финансируемый проектом EoS ET-HoME — решила, используя методы численного моделирования, заглянуть далеко за пределы Земли — вплоть до Венеры

Голубая планета Земля Фото www.hq.nasa.gov.jpg

Хотя Землю и Венеру можно считать сестрами-близнецами, их соответствующие геологические и климатические эволюции в прошлом резко различались, что привело к тому, что в настоящее время 92-баровая атмосфера Венеры нагревается благодаря тепличному эффекту до неимоверных 470°C, в отличие от мягких температурных условий Земли с давлением в 1 бар на ее поверхности.

Однако по сравнению с Землей вулканическая активность и газовыделение Венеры уменьшились, так как она не имеет подвижных тектонических плит, а имеет застывшую поверхность. Более того, такой конвекционный режим подразумевает очень незначительную рециркуляцию летучих веществ из атмосферы в мантию и обратно.

Таким образом, несмотря на то, что атмосфера Венеры представляет собой сущий «ад», ее эволюцию гораздо легче понять и смоделировать в геологические времена. Кроме того, из-за близости своих орбит Земля и Венера должны были получать один и тот же вид вещества в течение своей истории. Все эти аспекты в совокупности делают Венеру идеальным примером для изучения примитивной эволюции планет земного типа.

Используя численное моделирование столкновений различных типов астероидов, содержащих различное количество воды, команда обнаружила, что богатые водой астероиды, сталкиваясь с Венерой и выделяя свою воду в виде пара, не позволяют объяснить состав атмосферы Венеры таким, каким мы его сегодня наблюдаем. Это означает, что астероидный материал, попавший на Венеру, а значит и на Землю, после гигантского соударения должен был быть сухим, а значит, препятствовать пополнению Земли водой.

Планета Венера

Поскольку вода сегодня присутствует на нашей планете, то это означает, что вода, которой мы наслаждаемся на Земле, была там с момента ее образования, вероятно, спрятана глубоко в Земле, чтобы она могла пережить гигантское столкновение.

Эта идея имеет очень глубокие последствия с точки зрения обитаемости древних Земли, Венеры и Марса, так как она предполагает, что планеты, вероятно, образовались с их почти полным запасом воды, и медленно теряли ее со временем.

Поверхность Марса

 Поскольку Марс за счет намного меньшего размера и массы обладает меньшей силой гравитации, он, вероятно, постепенно потерял всю свою воду, в то время, как жизнь на Земле только формировалась.

 Для Венеры эти результаты проливают дополнительный свет на недавние работы, в которых утверждается, что на поверхности планеты существовали водные океаны и также позволяют оценить  максимально возможное количество воды, которое можно ожидать на Венере.

 Эти исследования также помогут в подготовке будущих космических полетов на Венеру.

Источник

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Кто из греков дал и кто не дал персам землю и воду

Кто из греков дал и кто не дал персам землю и воду

«Землю и воду дали: фессалийцы, долопы, энианы, перребы, локры, магнеты, малийцы, фтиотийцы, фиванцы и другие беотийцы, за исключением феспийцев и платейцев», — перечисляет Геродот.

Это была вся северная и почти вся средняя Греция. Не дали землю и воду только спартанцы, афиняне и их ближайшие соседи.

В Афины и Спарту Ксеркс послов не посылал. Сюда их посылал еще Дарий, и отсюда они не вернулись. Афиняне бросили царских послов в пропасть, а спартанцы — в колодезь, сказав: «Здесь вы найдете вдоволь и земли и воды».

Послы считались лицами неприкосновенными: убийство их было грехом, который нужно искупать. Спартанские цари обратились к народу: не желает ли кто из граждан пожертвовать жизнью для Спарты? Вызвались двое. Их отослали в Персию — прямо на гибель. Но Ксеркс не стал их губить. «Зачем мне снимать со спартанцев их вину перед богами?» — сказал он. Оба спартанца с честью возвратились на родину.

Когда они были в Персии, их позвал в гости один из царских друзей, по имени Гидарн. «Вы — отважные люди, а царь умеет ценить отважных людей, — сказал Гидарн, — Разве не лучше вам служить царю, чем вашей нищей родине?» Спартанцы ответили: «Ты не можешь сравнивать, Гидарн: что значит быть царским рабом, ты знаешь, а что значит быть свободным человеком, ты не знаешь. Если бы ты только испробовал вкус свободы, ты сам бы стал драться за нее копьем и мечом».

Геродот продолжает свой рассказ. «Те эллины, которые дали персам землю и воду, — говорит он, — были спокойны в уверенности, что варвары не причинят им никакой беды; напротив, отказавшие в земле и воде пребывали в большом страхе, потому что кораблей для обороны в Элладе было мало, а народ по большей части не желал вести войну и сильно сочувствовал персам».

Вот этот большой страх — и перед персами, и перед собственным народом — и заставил афинских и спартанских правителей забыть распри и действовать заодно. Обойтись друг без друга они все равно не могли: у Спарты было сильное войско и слабый флот, у Афин сильный флот и слабое войско. А Ксеркс шел на Грецию и с войском, и с флотом.

Решено было так: все города, отказавшие персам в земле и воде, кончат междоусобные войны, дадут друг другу клятву в верности, в персидский стан пошлют лазутчиков, а в те города, где персидские гонцы еще не побывали, — послов с просьбой о помощи.

Персидский стан находился тогда еще в Сардах. Туда и явились греческие лазутчики: три человека. Их схватили и повели на казнь. Об этом узнал Ксеркс. Он приказал: казнь отменить, лазутчиков освободить, провести их по всему лагерю, показать им всю царскую пехоту и конницу, а потом отпустить на все четыре стороны. «Чем лучше будут греки знать мою силу, тем скорей отдадутся они мне во власть», — сказал Ксеркс. С тем лазутчики и воротились.

Городов и областей, куда были отправлены послы с просьбой о помощи, было четыре: Аргос, Керкира, Сиракузы и Крит. Всюду послы получили отказ.

Аргос ответил отказом, потому что от прихода персов он ждал не зла, а блага. Ксеркс прислал в Аргос глашатая с такою вестью: «Знайте, аргосцы: персидский народ происходит от героя Перса, а Перс — это сын Персея и Андромеды, а Персей — это сын Зевса и Данаи, царевны Аргоса. Вы наши предки, мы ваши потомки; ни вам не пристало идти на нас, ни нам на вас; оставайтесь же дома и ждите от царя Ксеркса почета и уважения». Вот почему аргосцы не выступили против персов.

Крит ответил отказом, потому что так посоветовал ему дельфийский оракул. Оракул сказал:

Вспомните, как помогали вы эллинам мстить за Елену, Вспомните, сколько вы бед понесли, и примите решенье.

Критяне вспомнили, как после троянской войны весь их остров обезлюдел от голода и мора, и почли за лучшее в новой войне помощи грекам не оказывать.

Керкира не ответила отказом: керкиряне снарядили шестьдесят кораблей и послали их в путь. Но корабельщикам был дан тайный приказ: на полпути остановиться, бросить якорь и ждать исхода войны. Если победит Ксеркс — явиться к нему и сказать: «У нас — сильнейший в Греции флот после афинян, но мы не пошли против тебя, как пошли афиняне: прими нас в подданство и оцени нашу покорность». Если победят греки — явиться к ним и сказать: «Мы шли к вам давно, но нас задерживали противные ветры; теперь мы рады встать и биться рядом с вами». Корабельщики так и поступили.

Сиракузы в Сицилии были сильнейшим государством Греции — не менее сильным, чем Афины и Спарта. Но у сицилийских греков был свой враг — Карфаген: ему уже принадлежала половина Сицилии, и он рвался захватить вторую ее половину. В Сиракузах правил тиран Гелон. Греческим послам он сказал: «Когда я просил у вас помощи против карфагенян, мне никто из вас не помог; теперь, когда вас самих стали теснить варвары, вы вдруг вспомнили о Гелоне! Я не таков, как вы: я готов послать вам двести триер, двадцать тысяч тяжеловооруженных воинов, две тысячи лучников, две тысячи пращников, две тысячи тяжелой и две тысячи легкой конницы. Но за это я требую, чтобы военачальником и главою эллинов был я», — «Нет, — ответил спартанский посол, — никогда не уступит Спарта Сиракузам главенства на суше», — «Нет, — ответил афинский посол, — никогда не уступят Афины Сиракузам главенство на море», — «Нет, — ответили они вдвоем, — нас послали к тебе просить не военачальника, а войска!» — «Ну, что же, — сказал тогда Гелон, — я вижу, что вы имеете начальников, но вряд ли будете иметь подначальных. Ступайте же назад и объявите Элладе, что нынешний год у нее будет без весны».

Вот как случилось, что четыре сильнейших греческих государства отказали Афинам и Спарте в помощи против персов.

Кто вел себя хуже? «Не знаю, — говорит Геродот, — не к лицу людям судить о дурных делах других людей. Полагаю только, что если бы люди решили поменяться своими пороками и снесли их в одно место, то, посмотрев хорошенько на чужие пороки, каждый взял бы назад свои». Вот так и поведение аргосцев и всех остальных могло быть еще далеко не самым позорным.

Вода на Землю могла попасть в «разобранном виде» — Наука

ТАСС, 27 августа. Благодаря изучению нескольких редких метеоритов планетологи предположили, что большие запасы воды попали на Землю не сразу, вместе с кометами или астероидами, а «по частям». Впрочем, без астероидов не обошлось и тут. Результаты исследования опубликовал научный журнал Science.

«Изотопный состав Земли указывает на то, что она сформировалась из той же материи, что и метеориты-хондриты, в которых содержится большое количество минерала энстатита. Они сформировались в «сухой» внутренней части Солнечной системы и поэтому раньше считалось, что воды в них быть не должно. Мы показали, что они могли доставить на Землю как минимум в три раза больше водорода, чем есть в молекулах воды в океанах нашей планеты», – пишут исследователи.

Ученые считают, что на Земле в первые мгновения ее существования не было большого количества воды. Дело в том, что молекулы этого вещества в то время должно было разрушить ультрафиолетовое излучение юного Солнца или унести в открытый космос еще до того, как сформировался зародыш нашей планеты.

Современные запасы воды, а также органики, как предполагает большинство исследователей, попали на Землю уже после ее возникновения – благодаря длительной астероидной или кометной бомбардировке. Сейчас ученые больше склоняются в сторону последней теории, однако она пока не может объяснить, почему запасы воды на Земле в несколько раз меньше предсказанного.

В дополнение к этому изотопный состав объектов, которые предположительно доставили эту воду на Землю – комет и астероидов, которые относятся к типу углистых хондритов (или С-хондриты), не совпадает с составом пород и океанов нашей планеты. Дело в том, что эти кометы и астероиды формировались на далеких от нас окраинах Солнечной системы. Поэтому ученые придумывают очень сложные объяснения для того, как эти небесные тела могли попасть в окрестности Земли и как различия в их изотопном составе могли быть ликвидированы.

Французские и американские планетологи под руководством профессора Университета Лотарингии (Франция) Бернара Марти нашли более простое объяснение тому, как вода могла попасть на Землю. В ходе своего нового исследования они изучали химический и изотопный состав метеоритов из класса энстатитовых хондритов.

Загадка происхождения земной воды

Такие объекты падают на Землю относительно редко, однако при этом они больше всего похожи на нее по своему изотопному составу. Такое сходство, как сейчас считают планетологи, объясняется тем, что те сформировались в той же части Солнечной системы, что и наша планета.

Как правило, в веществе таких метеоритов нет следов воды, из-за чего ученые исключали их из числа кандидатов на роль источника влаги для Земли. Марти и его коллеги, напротив, предположили, что эти объекты принесли на Землю не саму воду, а ее компоненты – атомы водорода.

Руководствуясь этой идеей, планетологи размололи фрагменты 13 энстатитовых хондритов и измерили, сколько атомов водорода было в разных подтипах этих метеоритов. Оказалось, что водорода в них было достаточно много: в некоторых случаях его количество достигало 1% от массы хондрита.

Исследователи отмечают, что это примерно в десять раз меньше, чем доля воды в углистых хондритах. Однако при этом абсолютно во всех изученных образцах энстатитовых хондритов был водород, а по составу они были похожи на породы земной мантии. Руководствуясь этой идеей, ученые просчитали, как много водорода наша планета могла получить в первые эпохи своего существования, когда на ее поверхность упало множество подобных объектов.

Их расчеты показывают, что массы этого водорода хватило бы для того, чтобы сформировать как минимум в три раза больше воды, чем сейчас есть во всей земной гидросфере и литосфере. Все это, как считают Марти и его коллеги, говорит о том, что значительную часть воды, если не почти всю, наша планета получила практически сразу после формирования благодаря падению соседних астероидов и поглощения материи из той части протопланетного диска, где она сформировалась.

Подтвердить эту теорию, как надеются исследователи, можно будет после анализа образцов первичной материи Солнечной системы, которые вскоре должны доставить на Землю космические аппараты «Хаябуса-2» и OSIRIS-REx.

Ученые: вода может образовываться в мантии Земли из кварца и водорода

Вода могла быть не занесена на Землю из космоса, а образоваться в недрах самой планеты. Ученые считают, что такой процесс возможен в мантии, где присутствуют высокие температура и давление.

Благодаря воде наша планета из космоса выглядит голубой, вода — это то, на чем держится существование жизни на Земле, она покрывает 70% поверхности планеты. Однако, несмотря на распространенность молекул воды на Земле, ученые много десятилетий не могут прийти к консенсусу по поводу одного вопроса — откуда она взялась на Земле?

Существуют две главные гипотезы ее происхождения на планете. Первая, более популярная в наши дни, предполагает, что вода имеет внеземное происхождение и была занесена на планету миллиарды лет назад кометами или содержащими воду астероидами. Вторая гипотеза допускает возможность земного происхождения воды или ее изначального существования в составе протопланетного диска, из материала которого образовалась наша планета.

В работе ученых 2015 года были продемонстрированы убедительные доказательства того, что вода на Земле могла происходить из протосолнечной туманности. Новое исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, утверждает — вода могла образоваться на Земле за счет ее внутренних механизмов.

К такому выводу пришли ученые из Университета Саскачевана (Канада), использовав метод классической молекулярной динамики в компьютерных вычислениях.

Моделирование показало, что вода может образовываться в недрах Земли при определенных экстремальных условиях — высокой температуре и давлении, которые присутствуют в верхних слоях мантии.

«Это один из способов, которым вода может образовываться на Земле, — пояснил Джон Тсе, соавтор работы. — Мы показали, что образование воды возможно в естественных условиях Земли, а не за ее пределами». Сырьем для образования молекул воды в глубинах Земли может быть обыкновенный кварц, SiO2, один из наиболее распространенных минералов в земной коре и мантии. В обычных условиях кварц химически очень стабилен, однако в условиях верхней мантии, которая простирается от земной коры на глубину 410 км, он пребывает в разогретом состоянии, что позволяет ему вступать в химические реакции.

Расчеты показали, что при температуре 1400 градусов и давлении 20 тыс. атмосфер кварц способен вступать в реакции с водородом, в результате чего получаются гидриды кремния и жидкая вода.

«И пока продолжается поступление водорода, можно предположить, что вода, образующаяся в этом процессе, могла служить поставщиком исходной воды», — считает Тсе. В 2014 году о возможности такого процесса говорили японские ученые, получившие интересные экспериментальные результаты. Однако расчеты команды Тсе показали, что жидкая вода должна образовываться не на поверхности кристаллов кварца, как предполагалось ранее, а внутри.

«Мы провели очень точную компьютерную симуляцию в условиях, близких к японскому эксперименту, и рассчитали ход реакции, — пояснил Тсе. — Жидкий водород проникает сквозь слои кварца и образует воду не на поверхности, а в толще минерала».

Поскольку эта вода не может выйти за пределы кварца по мере образования, она может становиться триггером сейсмической активности, считают геофизики.

«Образование и высвобождение воды под сверхвысоким давлением может становиться важным триггером землетрясений глубоко в литосфере, иногда довольно глубже коры», — считает глава Британской геологической службы Джон Ладден, который не принимал участия в исследовании.

Если бы Земля была покрыта водой | Наука

Море всегда поражало воображение и притягивало взгляд. Серебристая гладь, а там, где она смыкается с небом, — сизая, почти призрачная полоска горизонта. А за горизонтом… Что за ним? Неведомые земли? Граница мира, с которой можно увидеть хобот одного из слонов и, быть может, краешек панциря космогонической черепахи? А что, если там нет ничего, только море, и море, и снова море — бесконечность чуждой человеку среды?

Насколько это реально?

Карта: как будет выглядеть Земля, если растают полярные льды. Прощайте, Петербург и Флорида, но до «Водного мира» всё равно далеко

Воды на Земле достаточно, чтобы покрыть всю поверхность планеты слоем толщиной 2,7 километра. Могло ли её быть вдесятеро больше или вдесятеро меньше? Судя по тому, что известно науке, простор для произвола здесь не так уж велик.

С одной стороны, основная масса воды (от 94 до 99 процентов по разным подсчётам) в связанном состоянии заключена в раскалённой мантии планеты. Оттуда она поступает на поверхность в виде пара при извержениях. Благодаря вулканам за 4 миллиарда лет её запасы в океанах возросли в 700 раз. И будут увеличиваться дальше, до тех пор, пока недра сохраняют активность. С другой стороны, слишком интенсивный вулканизм приведёт к тому, что планета перегреется и быстро растеряет воду.

«Водный мир» — пожалуй, самый известный фильм о… собственно, водном мире. Люди здесь обитают на плавучих конструкциях

Мир без суши. Царство волн, бег которых ничем не ограничен. Утонувшая земля. Разумеется, человек не может быть аборигеном такого мира. Забросить сюда его способна только магия, космический корабль или авторский произвол. Никогда не появятся здесь и дельфины. Но в остальном это вполне дружелюбный мир. Солнце светит, водоросли перерабатывают углекислый газ в кислород, рыбы осуществляют обратную трансформацию. Гармония и благодать.

Тем не менее, безбрежное море не будет точной копией земного. Ведь условия хоть и близки, но не идентичны. Различие заключается в том, что здесь нет береговой линии. Дна, в определённом смысле, тоже. Во всяком случае, оно недосягаемо для существ, обитающих у поверхности.

Флора и фауна моря делится на свободно дрейфующий в толще воды планктон, «самоходный» нектон, и стремящийся прикрепиться ко дну бентос. Куда реже упоминается плейстон — животные и растения, плавающие по поверхности воды. В нашем мире они относительно редки: ведь рано или поздно прибоем их выбрасывает на сушу. Поэтому водоросли обзаводятся воздушными полостями, чтобы поднять слоевище к солнцу, но при этом цепляются корнями за грунт.

Только в одном месте в изобилии встречаются плавучие водоросли — это названное в их честь Саргассово море. Его ещё именуют «морем без берегов». Лишь далеко в океане чувствуют себя в безопасности дрейфующие пузыри колоний сифонофор. Это могут быть как достигающие 50 метров в длину португальские кораблики, так и парусники Velella размером с монету.

Архипелаг атоллов Баа (фото: Frédéric Ducarme (CC BY-SA 4.0)

В водном мире не будет препятствий для развития плейстона. Выгода же такого образа жизни очевидна: растения максимально приближаются к Солнцу, а животным нет необходимости тратить силы, чтобы удержаться на нужной глубине. Поверхность моря покроют сплетения дрейфующих водорослей. Множество моллюсков и кишечнополостных вместо того, чтобы цепляться за камни, предпочтут обзавестись поплавками.

Крепясь друг к другу, панцири и полые скелеты образуют надёжные и непотопляемые коралловые острова — атоллы. Ведь каждый вид будет заинтересован в том, чтобы «наследие предков» послужило потомкам, а не утянуло на дно.

Плавучие атоллы, как и настоящие коралловые рифы, будут привлекать стаи рыб и создадут кое-какие условия для выхода жизни «на сушу». На их поверхности поселятся членистоногие, подобные пальмовому вору, а со временем, вероятно, вырастут и пальмы. Чтобы псевдокрабу было что воровать.

Образ жизни населения на плавучих атоллах окажется фактически земноводным. Плавать их жители будут не хуже и не реже, чем ходить

Плавучие атоллы могут быть довольно густо населены. Добравшись в XVII–XVIII веках до Полинезии, европейцы даже нашли условия коралловых островов идиллическими: именно так в их представлениях выглядел рай. Нет ядовитых змей, хищников, докучливых насекомых, зато есть солнце и пальмы. Куда ни глянь — море, куда ни плюнь — пляж да симпатичные туземки.

На самом деле не всё на атоллах столь радужно. Например, там трудно развивать технологии. Даже в каменном веке без камня как-то тоскливо, а его на коралловых островах нет в наличии. Как, между прочим, и глины, чтобы изготовить посуду. А уж металлов — и вовсе не сыскать. В качестве ёмкостей приходится использовать раковины и скорлупу орехов. Для изготовления режущего инструмента необходимы акульи зубы, правда, акулы отдают их очень неохотно.

Но куда хуже другое: в водном мире плохо с водой — вот такой каламбур. Её вроде бы вокруг полно, да вся солёная. Не только на плавучих, но и на обычных коралловых островах не бывает родников и не получится выкопать колодец. Лишь изредка здесь можно встретить озерцо с пресной водой, наполняемое дождями.

Филиппинский тримаран — парау (фото: Göran Höglund, CC BY-SA 2.0)

Другая опасность в том, что небольшие атоллы часто возвышаются над морем всего на метр или два. Во время урагана волны идут через остров накатом, снося хижины, а люди привязывают себя к пальмам, чтобы переждать буйство стихии. Плавучий атолл и вовсе может не выдержать шторма и развалиться на части. Также он может затонуть, если болезнь или размножившиеся хищники уничтожат полипов, или по воле ветров и течений сдрейфовать к полюсу.

Слагающие риф существа наверняка будут готовы к такому повороту событий. Даже если остров вмёрзнет в лёд, через несколько лет или веков льдина отколется, поплывёт на юг и растает. Нужно лишь впасть в анабиоз и подождать. Людям в этом случае придётся труднее: ведь на атолле почти нет топлива, да и одежду шить не из чего.

Жители мира островов могли бы стать искуснейшими мореходами. На первый взгляд, условия к этому располагают. Но на второй… куда им, собственно, плавать? Расположение атоллов непостоянно, как и направление движения каждого из них. Тут не только чужой остров трудно найти, но и родной легко потерять. Можно предположить, что с целью торговли или колонизации будут посещать только атоллы в радиусе прямой видимости.

Хоть и говорят, что дом моряку — море, человеку необходима твёрдая почва под ногами. Назвать своим домом океан, владеть им, как сушей, может лишь раса, предпочитающая плавать, а не ходить. Поэтому наша фантазия всегда населяла лазурные волны гибридными народами, сочетающими человеческие и рыбьи черты.

Русалочий хвост жителю вод пригодился бы — это точно. Впрочем, ласты также могли бы принести пользу. Обычно водных гуманоидов украшают ещё и жабрами, но это уже несколько странно: лёгкие эффективнее, потому даже рыбы иногда обзаводятся ими, а рептилии и млекопитающие, возвращаясь в море, и не думают от них отказываться.

Жабры дают возможность оставаться под водой постоянно, но так ли это важно русалкам, учитывая, что глубоко они не ныряют? В пучине моря темно, а им нужен свет. Во-первых, расы доброго мировоззрения вообще избегают мрака. А во-вторых, дельфиньим сонаром или огромными глазами кальмара растяпы-сказочники русалок снабдить не удосужились. Значит, что-то видеть под водой морской народ способен только днём и на небольшой глубине. Для процветания подводной цивилизации необходимо мелководье, чтоб и поверхность, и дно были «под рукой». Где мелко, много водорослей, красивых рыб, морских анемонов, каракатиц, губок, кораллов, жемчужниц, крабов. В глубинах же не найти ничего, кроме древних тайн, — а ими сыт не будешь.

Легка ли подводная жизнь? Добыча пищи, во всяком случае, не должна составить большой проблемы: прибрежные воды тёплых морей буквально кишат живностью. Другой вопрос, что есть пойманную рыбу придется сырой — огонь под водой не разведёшь. Но японцам, например, это даже нравится.

В «Аквамене» под водой поместилось аж несколько разумных цивилизаций

Опасности, разумеется, тоже будут. Животных, с которыми не стоит шутить, — масса. Шипы и яд в море в большом почёте. Но хищников, способных напасть на человека, не так уж много и встречаются они преимущественно в южных краях. Хотя даже там хороший пловец способен отбиться от акулы, если она не размером с лошадь: принцип «против лома нет приёма» в воде работает столь же безотказно, как и на суше.

Сложнее всего в море организовать производство: множество технологий здесь недоступно. Причём не только те, в которых используется огонь. Высокое сопротивление среды под водой делает, например, неэффективными резкие размашистые удары — камень придётся обрабатывать пилением, сверлением и шлифовкой.

Привычные материалы, даже обычное дерево, под водой не найти. Трудно будет и с костью, — рыбья годна только на то, чтобы ей подавиться. Придётся переходить на местное сырьё, часто весьма оригинальное. Так, двустворчатый моллюск пинна знаменит нитями биссуса — «ракушечным шёлком»; ещё в римское время изделия из него славились и ценились дороже золота.

Русалкам вроде бы полагается строить дворцы. Действительно, если они дышат лёгкими, то крыша над головой и герметичное пространство им не повредят. Хотя на самом дне непогоды и не случается, всплывать для вдоха в шторм — удовольствия мало. Поэтому подобные водолазному колоколу купола (инженерного или магического происхождения) окажутся очень кстати.

Колонизация

Планета Камино в «Звёздных войнах»

Колонизация водного мира технологически развитой цивилизацией едва ли целесообразна, но, конечно, возможна. Море даст пищу, а на дне найдётся много минеральных ресурсов. Правда, уголь там искать бессмысленно: его залежи образуются только на суше. Зато на нефть и газ это не распространяется.

Но добывать сырьё со дна немногим удобнее, чем «выцеживать» металлы прямо из морской воды. Только специализированные роботы и немногочисленные обитаемые станции смогут действовать на глубине в 10-12 километров. Заводы же и города расположатся на плавучих платформах, то включающих, то выключающих двигатели, но не затем, чтобы плыть в неведомую даль, а наоборот — чтоб оставаться на одном месте, компенсируя силы ветров и течений.

Сахваджины из «Забытых королевств»

В пучине вод, где в вечной тьме простёрлись скрытые от мира горные цепи и ущелья, где нет чередования дня и ночи, и лишь причудливые рыбы возжигают свои бледные огни, — обитают твари, которых никто не видел. И не должен видеть. Это Глубинные — народ амфибий из мифов Лавкрафта, — а также их многочисленные «потомки»: мурлоки, акварии, мерроу, куо-тоа, сахваджины, локаты, моркоты.

Если существо, подобно акуле, дышит жабрами, но лишено плавательного пузыря, то давление не будет иметь для него принципиального значения. Вотчиной рыболюдей сможет стать всё морское дно — колоссальная, хотя и пустынная страна. Здесь они построят свои города, украсив и осветив их клетками с фосфоресцирующими осьминогами. Поскольку, хоть глаза Глубинных и велики, как плошки, но и они бесполезны в полной темноте.

Как почему-то считается, представители этой расы обязательно будут строить козни против жителей поверхности. Причём просто так, не преследуя никакой выгоды. Ведь и сами Глубинные, поднявшись к Солнцу, наверняка погибнут от декомпрессии, и на их территорию не смогут претендовать ни русалки, ни тем более люди. Но, возможно, истинное зло и должно быть выше мелочной корысти.

Вероятно также, что сахваджины и им подобные научатся добывать пропитание не охотой (охотиться среди безжизненных придонных скал и дюн практически не на кого), а чем-то средним между животноводством и земледелием. Источник жизни на дне — детрит — тонкий слой органических остатков и перерабатывающих их бактерий. Сгребая его в грядки, «засеивая» их червями, пропалывая «сорную» живность и защищая посадки от хищников, можно собирать урожай.

Море белого сна

Фото: NASA

Лёд — одновременно и вода, и суша. Океан, скованный многокилометровым кристаллическим панцирем, как на спутниках планет-гигантов, малоинтересен. Ведь какие бы тайны ни скрывались в его глубинах, до них не добраться. Другое дело — мир плавучего льда, где пронизанные извилистыми пещерами айсберги соседствуют с промоинами и трещинами.

В воде будет кипеть жизнь, а значит, найдётся для неё место и на льдинах. Недаром берега Антарктиды так плотно «засижены» рыбоядными птицами и тюленями. Другой вопрос, что человеку тут придётся довольно туго: на льду нет ничего, кроме снега. Даже если строить жилища из китовых костей и шкур, а топить жиром, потребуется ещё придумать, где найти камень, чтобы высечь искру.

Самый очевидный вариант, при котором люди могут оказаться в водном мире, — это катастрофа. К примеру, наводнение планетарного масштаба. Но потоп, каким его представляли древние, невозможен: на него просто не хватит воды.

Даже тот Всемирный потоп, память о котором сохранилась в шумерской, а позже в библейской мифологии, 5700 лет назад накрыл волнами лишь несколько тысяч квадратных километров на юге Месопотамии. С точки зрения древних земледельцев, под водой действительно скрылся весь известный им мир, вполне вероятно, кто-то из них на самом деле с семьёй и скотом спасался на плоту. Но на современного человека, мыслящего широко и глобально, штормовой нагон высотой 8-10 метров большого впечатления не произведёт. Особенно если наблюдать за ним по телевизору.

Другое дело, если на волю вырвется безмерная мощь земных недр. Высота цунами при взрыве острова Санторин достигала по разным подсчётам от 30 до 100 метров. В 1958 году во время вызванного землетрясением оползня в заливе Литуя на Аляске вода ринулась на противоположный берег 600-метровой стеной. Это было зрелище, не предназначенное для глаз смертных! Собственно, никто из очевидцев и не выжил.

В фильме «2012» Роланд Эммерих использовал для затопления мира запасы h3O из земной коры

Но гигантское цунами — явление редкое. Можно сказать, «разовое». Чудовищная волна-убийца способна смести сухопутную цивилизацию, но при этом водный мир она не создаст. Для такого потребуется наводнение — если не постоянное, то регулярное. Как прилив.

У Земли есть довольно массивный спутник. Но если бы система Земля-Луна была подобна двойной карликовой планете Плутон-Харон, то ночное «светило» оказалось бы вдесятеро тяжелее и впятеро ближе. А это означает, что высота приливной волны составила бы добрую сотню метров. И если сейчас при отливе дно кое-где обнажается до горизонта, то тогда при «высокой воде» целые страны уходили бы на глубину, в царство тихого полумрака.

Это был бы экзотический мир. В нём неправдоподобно большая Луна, превращающая ясную ночь в подобие пасмурного дня, совершала бы оборот вокруг Земли не за 27 дней, а всего за 55 часов. Сколько бы при этом продолжались сутки — отдельный вопрос. Приливные силы разогревают недра и движут волны по океану, но энергию для этого они «вытягивают» из инерции вращения планеты. Суперлуна скоро «притормозила» бы Землю, так что вращение тел стало бы синхронным — спутник навсегда завис бы над одной точкой планеты. Соответственно, приливы прекратились бы вообще…

Планета бесконечных цунами в «Интерстелларе»: здесь приливы вызывает притяжение чёрной дыры

Но допустим, некие факторы воспрепятствовали суткам сравняться с месяцем. Что бы тогда ожидало мир? Конечно, остались бы суша и море, вполне традиционные, но разделённые простирающейся на десятки или сотни миль «нейтральной» полосой, по которой дважды в день прокатывается апокалипсическое цунами. Сотрясая землю, будут нестись ревущие потоки воды и бушевать водовороты в тысячи раз более мощные, чем затянувший «Наутилус» Мальстрём. Там не останется ничего, кроме вылизанных волнами базальтовых утёсов и постоянно меняющих форму песчаных дюн.

«Водным» мир высокой волны назвать, впрочем, можно лишь с большой натяжкой. В нём невозможна была бы даже обычная навигация, ведь дважды в день впадающая в море река то срывалась бы 100-метровым водопадом, то поворачивала бы вспять, наполняясь бурлящей морской водой. В приливной зоне постоянно буйствовали бы силы, не оставляющие шансов даже рыбам.

Зато какой фантастический вид открывался бы с прибрежных рифов… Придавленное тяжёлым серым небом неглубокое море, усеянное клыками чёрных скал, похожих на башни злых волшебников… и острыми башнями, похожими на скалы. Шпили, выступающие над серой гладью воды, поражают, давят. Ибо они инородны, враждебны своему окружению. Они пронзают море, и волны в ярости гложут их.

Мелкий океан по-своему интереснее, чем бездонный. Редкие скалы скрасят однообразие морского пейзажа. Каменные рифы, при высокой воде едва видимые с поверхности, но при отливах обнажающиеся, подобно всплывающим чудовищам, могут быть использованы как источник материалов для строительства.

Судд, одно из крупнейших в мире болот, Южный Судан. Даже тут люди как-то живут! (фото: Yann Arthus Bertrand, WikiCommons, CC BY-SA 4.0)

Когда и не вода, и не суша, а хуже, — это называется «болото». И если хозяйственная и эстетическая ценность трясины спорна, то её важность для приключений не вызывает сомнений. К примеру, во вселенной Planescape болотных миров столько же, сколько водных. Шесть: слой Минаврос на Бааторе, Шедаклах и Дурао в Бездне, Отрис на Карцери, туманный и опасный Белиерин на добром Элизиуме и ещё целый План Грязи сам по себе.

Конечно, мир, сплошь покрытый трясиной, — это перебор. Сколько-то вразумительного объяснения такие условия иметь не могут. Даже исполинское Васюганское болото, распростёршееся между Обью и Иртышом, имеет площадь всего 55 тысяч квадратных километров. В масштабе планеты — не так много.

Допустим, что при определённом стечении обстоятельств могла бы существовать топь в десять раз больше. Но и она была бы всего лишь размером с Францию — любителю фантастики этого, пожалуй, покажется мало.

А вот путешественнику — мало не покажется. Ведь по болоту нельзя ни идти, ни плыть. Вернее, передвигаться на лодках возможно лишь по извилистым протокам, а пешком только по островкам суши. Да и попробуй ещё найти дорогу через зыбкую и зловонную трясину, над которой парят призрачные огни и вьются тучи комаров, заглушающие своим писком урчание подкрадывающихся монстров.

Чудовища — необходимый элемент экологии болота. Они создают кормовую базу для комаров

И всё же мир болот «умеренно экстремален». Здесь сравнительно легко найти воду и пищу, на возвышенностях можно построить жильё. Даже железо в древности добывали именно из болотной грязи. Но если море соединяет берега и острова, то трясина их эффективно изолирует: каждый клочок сухой земли — одновременно и естественная крепость, и тюрьма для обитателей. Даже если цель видна, это не означает, что она доступна. Топь никогда не спит и не прощает ошибок, немедленно заглатывая всякого, кто сделает неверный шаг.

Словно в назидание неосторожным, болото тысячелетиями сохраняет свои «трофеи». Что может поднять некромант с обычного кладбища? Ветхие, рассыпающиеся костяшки. А из трясины, где нет кислорода и прекращается разложение, зомби попрут свежие и крепкие — загляденье.

* * *

Море всегда считалось воплощением хаоса. Оно ни секунды не остаётся в неподвижности, оно переменчиво: вода то сияет, как серебро, то черна, как сама ночь. Море порождает жизнь, оно же и убивает. И всегда скрывает тайны в своих глубинах. Но всё-таки океан не может быть чем-то целостным без берега на горизонте, ведь даже самый далёкий берег — это надежда.

На Земле впервые создана металлическая вода. Она оказалась золотой

Большинству людей, хоть что-то понимающих в физике и технике, может показаться удивительным, что вода, которая может ударить током, на самом деле является изолятором.

Все дело в примесях. Вода из-под крана проводит электрический ток благодаря содержащимся в ней солям. Дистиллированная же вода имеет свойства диэлектрика, потому что молекулы воды сами по себе электрически нейтральны.

Соответственно, чтобы сделать дистиллированную воду проводником, нужно изменить ее структуру таким образом, чтобы в ней появились свободные электроны.

Этого можно добиться, сжимая воду под давлением около 48 мегабар. По сути, таким образом можно «выдавить» электроны из молекул воды. Однако такое давление ни в лабораторных, ни в производственных условиях недостижимо. Оно, к сожалению, может существовать только в ядрах очень больших планет или звезд.

Другой способ наделить воду свободными электронами – отдать ей чужие. Этим и занялась команда исследователей, работающая на установке BESSY II в Берлине.

Установка для получения металлической воды.

Необычный эксперимент объединил 11 научных институтов разных стран мира. Ученые решили подарить воде электроны щелочных металлов, которые легко отдают их со внешних оболочек своих атомов.

Проблема состояла в том, как соединить воду со щелочным металлом, чтобы он поделился с ней своими электронами. Ведь в обычных условиях щелочные металлы, попадая в воду, шипят, воспламеняются и даже взрываются. Поэтому исследователи не стали погружать металл в воду, а нанесли тонкий слой воды на щелочной металл.

Внутри вакуумной камеры из сопла капал сплав натрия и калия. Поясним, что оба эти металла при комнатной температуре находятся в жидком состоянии. Затем в камеру по трубам подавался водяной пар. Он осаждался чрезвычайно тонким слоем на металлические капле.

Последовательность образования металлической воды на капле натрий-калиевого сплава. Она окрашивается в золотой цвет по мере того, как электроны и катионы металлов перемещаются в слой воды.

Электроны и катионы (атомы, лишенные электронов) металлов перетекали из капель в наружный слой воды. В итоге получалась проводящая электричество вода. То есть вода из диэлектрика (плохо проводящего ток) превратилась в металл.

«И вы можете увидеть фазовый переход воды в металл невооруженным глазом! – говорит Роберт Зайдель (Robert Seidel), автор исследования. – Серебристая натриево-калиевая капля становится отчетливо золотистой, что очень впечатляет».

Полученный образец короткоживущей металлической воды ученые изучили с помощью оптической и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Анализ подтвердил, что вода стала металлом.

«Наше исследование не только показывает, что металлическая вода может быть получена на Земле, но и обладает спектроскопическими свойствами, связанными с ее прекрасным золотистым металлическим блеском», – говорит Зайдель.

Результаты любопытного исследования были опубликованы в журнале Nature.

Ранее мы писали о том, как физики согнули в дугу волокно изо льда, как ученые ННГУ создали девятислойный кремний, который в 100 раз лучше излучает свет. А еще мы рассказывали, как физики вырастили гибкие, как резина, алмазы. О, наука, спасибо тебе за всю эту «магию»!

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Земельный участок | Земля и вода | Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций | Земля и вода

Земля является основой для сельского хозяйства и других видов землепользования в сельской местности, включая почвы, климат, растительность, топографию и другие природные ресурсы. ООН определяет сушу как «очерчиваемую область земной поверхности, охватывающую все атрибуты биосферы непосредственно над или под этой поверхностью, включая приземный климат, почву и формы рельефа, поверхностную гидрологию (включая мелководные озера, реки, болота и болота), приповерхностные слои отложений и связанные с ними запасы подземных вод, популяции растений и животных, характер расселения людей и физические результаты прошлой и нынешней деятельности человека ».

Термин «земельные ресурсы» охватывает физические, биотические, экологические, инфраструктурные и социально-экономические компоненты естественной земельной единицы, включая поверхностные и приповерхностные ресурсы пресной воды, важные для управления. Взаимодействие между компонентами земельных ресурсов жизненно важно для определения продуктивности и устойчивости агроэкосистем. Устойчивость системы к естественным (например, изменению и изменчивости климата) и антропогенным воздействиям и адаптации к ним.грамм. землепользование и управление) изменения и колебания определяются статусом и сроком службы компонентов земельных ресурсов и их взаимодействием.

ФАО отвечает на необходимость увеличения производства продуктов питания из истощившихся природных ресурсов, поддерживая восстановление продуктивности земель и экосистемных услуг. Доступность своевременной информации о состоянии и тенденциях в области земельных ресурсов и взаимодействия человека и экосистемы имеет решающее значение для принятия решений фермерами, местными и провинциальными властями, а также национальными правительствами.

ФАО поддерживает страны в восстановлении продуктивности, борьбе с деградацией земель и поддержании экосистемных услуг за счет земельных ресурсов посредством (среди прочего):

• оценки состояния и тенденций в области земельных ресурсов;
• разработка инструментов планирования земельных ресурсов и систем управления и поддержки принятия решений;
• управление и внедрение устойчивого управления земельными ресурсами (УУЗР) на уровне фермы, ландшафта и страны;
• мониторинг и оценка воздействий; и
• управление знаниями для лучшего информирования лиц, принимающих решения, и заинтересованных сторон, а также для влияния на процессы разработки политики.

Различия между сушей и водой

Как изменения в землепользовании влияют на водные ресурсы?

Материал адаптирован из: Vandas, S.J., Winter, T.C.и Баттаглин В.А. 2002. Вода и окружающая среда, стр. 38-39. Опубликовано серией экологических исследований Американского института геонаук. Щелкните здесь, чтобы загрузить полное руководство.

Виды землепользования, влияющие на водные ресурсы, включают сельское хозяйство, лесное хозяйство, урбанизацию, отдых и индустриализацию. Сельское хозяйство, вырубка лесов и осушение водно-болотных угодий вызвали значительные изменения на поверхности Земли. Обработка земель и сплошные рубки леса изменяют характеристики инфильтрации и стока, что влияет на подпитку подземных вод, вынос наносов и воды, а также эвапотранспирацию.

Орошение земель изменяет использование и распределение воды. Удаление поверхностных и грунтовых вод для орошения изменяет естественное распределение воды и влияет на экосистемы, которые от него зависят. Спрос на воду для орошения сельскохозяйственных культур обычно возникает, когда в течение вегетационного периода выпадает недостаточное количество осадков, что может привести к снижению уровня ручьев и грунтовых вод. Кроме того, оросительные воды, возвращающиеся либо в грунтовые, либо в поверхностные воды, могут содержать соли, пестициды или повышенные уровни питательных веществ, таких как нитраты и фосфор.

Эти загрязнители, в свою очередь, могут причинить вред растениям и животным, зависящим от возвращаемой воды. Дренаж неглубоких подземных вод обычен в районах с высоким уровнем грунтовых вод и обширными заболоченными территориями. Осушение таких территорий необходимо для преобразования земель в сельское хозяйство или городское развитие, но это может привести к снижению подпитки грунтовых вод и увеличению наводнений в развитых районах. Осушение водно-болотных угодий может иметь значительные биологические последствия, поскольку водно-болотные угодья являются одними из наиболее биологически продуктивных экосистем на Земле.Между 1780 и 1980 годами было осушено около 60 миллионов акров водно-болотных угодий в бассейне реки Миссисипи.

Эверглейдс на юге Флориды — отличный пример того, как изменения в землепользовании, в частности, изменения в потоке воды, могут повлиять на водно-болотные угодья. В 1948 году Конгресс утвердил проект Центральной и Южной Флориды по борьбе с наводнениями и другим целям (проект C&SF). В соответствии с этим законом были построены дамбы для отвода поверхностных вод для борьбы с наводнениями, а дренажные канавы были вырыты для понижения уровня грунтовых вод, чтобы на болотах и ​​болотах можно было развивать сельское хозяйство и жилые районы.Усилия по борьбе с наводнениями были сосредоточены на направлении внутренних вод через каналы в прибрежные районы. Дренажные канавы быстро снизили уровень грунтовых вод. В течение нескольких десятилетий эти изменения в системах наводнения и дренажа вызвали:

человек.

• Ликвидация приблизительно 1 500 000 млн акров водно-болотных угодий,
• Уменьшение количества видов, обитающих в Эверглейдс; таких как Флоридская пантера, воздушный змей и американский крокодил,
• Истощение запасов воды, необходимой населению, а
• Повышенная вероятность лесных пожаров.

Рост городов и связанной с ними инфраструктуры сильно изменил историческое использование воды. Удаление воды из ручьев и систем грунтовых вод для снабжения городов и изменения в землепользовании, связанные с развитием города, имеют последствия для окружающей среды. Например, проникновение воды снижается в результате строительства автомагистралей, улиц, парковок и зданий. Уменьшение инфильтрации также может увеличить сток и вероятность наводнения.

Узнать больше

• Наша искусственная и природная среда: технический обзор взаимодействия между землепользованием, транспортом и качеством окружающей среды (2-е издание) (отчет), Агентство по охране окружающей среды
  В этом отчете 2013 года обсуждаются тенденции в землепользовании, развитии и транспортировке . Также обсуждается взаимосвязь между искусственной средой и качеством окружающей среды. Также представлены стратегии землепользования и транспорта для минимизации воздействия застройки на окружающую среду и здоровье человека.
• Влияние изменения климата и землепользования на водные ресурсы в бассейне реки Верхний Колорадо (информационный бюллетень), Геологическая служба США
  Информационный бюллетень 2011 г., содержащий региональный акцент на том, каким образом изменение климата и землепользования повлияет на бассейн реки Верхний Колорадо в будущем.
• Landsat и вода: тематические исследования использования и преимуществ изображений Landsat для водных ресурсов (отчет), Геологическая служба США
  2014 сообщает о способах использования программы Landsat для управления водными ресурсами.Поскольку программа Landsat эффективно предназначена для мониторинга изменений в земном покрове и землепользовании, этот отчет демонстрирует тесную взаимосвязь между землепользованием и водными ресурсами.
• Программа землепользования и водопользования (веб-сайт), Департамент водных ресурсов Калифорнии
  Информация о земле и водопользовании в Калифорнии с доступом к данным, включая данные о сельском хозяйстве / орошении и коммунальном водоснабжении

Земля, вода и животные на карте

1.Создайте предысторию земли и воды Земли.

Спроецируйте изображение земли и воды и объясните, что на Земле есть и земля, и вода. Предложите добровольцу указать на землю, а затем указать на воду на изображении. Спросите студентов, живут ли они на воде или на суше. Покажите изображение домов на суше и на воде. Спросите: Как вы думаете, больше людей живет на суше или на воде? (на суше) Как вы думаете, почему на суше живет больше людей, чем на воде? (Людям легче жить на суше.) Спросите студентов, какие виды воды они посещали. Покажите карту водных объектов с изображениями океана, озера, реки и залива. Спросите: Какие водоемы находятся недалеко от нашего города?

2. Показать карту Duck Lake.

Спроецируйте карту Утиного озера. Объясните: карта может отображать сушу и воду Земли. Укажите на ключ карты и спросите учащихся, что, по их мнению, означают зеленый и синий цвета. Попросите добровольца указать на землю, а затем указать на воду на карте.Укажите на Милл-роуд и спросите учащихся, что они думают об этом. Спросите: Какой цвет вы бы использовали, чтобы показать реку на карте? Океан? (синий)

3. Показать карту Утиного озера с животными.

Спроецируйте карту Утиного озера с животными и попросите учащихся назвать животных, которых они видят. Спросите: Как вы думаете, кто живет на суше? Как вы думаете, кто живет в воде? Укажите, что, хотя многие наземные животные могут плавать, их постоянный дом находится на суше.Задайте вопрос: Какое водное животное не может жить на суше? (рыба) Какое животное может перемещаться по суше, воде и воздуху? (утка)

4. Практикуйте язык местности.

Практикуйте позиционный язык, чтобы развить у учащихся пространственные навыки. Спросите: Какие животные водятся возле озера? (скунс, кролик, медведь) Какие животные находятся через дорогу? (олень, белка)

5. Создайте диаграмму с изображением наземных и водных животных.

Объясните студентам, что они создадут карту, показывающую животных на суше и в воде. Диаграмма — это еще один способ показать информацию. Раздайте каждому учащемуся по одному листу «Вырезки с животными» и «Сортировка животных». Попросите учащихся вырезать девять фигур животных. Держите карту Утиного озера на проекции, и попросите учащихся прочитать карту и приклеить каждое животное в столбец наземных или водных животных на двухколоночной диаграмме «Сортировка животных» в зависимости от того, где они находятся на карте.Составьте окончательную таблицу и попросите учащихся проверить свои ответы.

Неформальная оценка

Чтобы проверить и оценить способность учащихся различать землю и воду на карте и в качестве среды обитания для разных животных, попросите их заполнить рабочий лист «Животные на карте». Раздайте каждому ученику рабочий лист, мелки, ножницы и клей.

Устойчивое и адаптивное управление Ri

Содержание

1.«Мировой водный кризис»? Оценка его значимости на фоне истории управления водными ресурсами 1.1 Гидравлические культуры и религиозные кодексы: управление впереди науки 1.2 Техника и наука: подъем гидравлики и гидрологии 1.3 Монахи, мельницы и шахты: координация (но злоупотребление) реками в Англии 1.4 Урбанизация и индустриализация: резкое ухудшение 1.5 Окружающая среда, текущий «кризис» и проблемы устойчивого будущего 2. Экосистема речного бассейна: базовая биофизическая динамика, естественная и измененная 2.1 Водный поток и перенос наносов 2.1.1 Элементарный речной перенос наносов 2.1.2 Склоны, русло, зоны хранения 2.1.3 Временные рамки динамики речного бассейна и концепции «стабильности» 2.2 Морфология русла: указание процесса и состояния? 2.2.1 «Стабильные» / «нестабильные» русла и «естественное» изменение русла 2.2.2 Поток наносов в водосборном бассейне, изменение русла и воздействия на развитие наводнения, водоносные горизонты 2.3.2 Модификации поймы в антропоцене 2.4 «Доставка» наносов в масштабе бассейна: источники, пути и цели 2.4.1 Бюджеты наносов 2.4.2 Мировые поступления наносов 2.5 Включение системы наносов бассейна в управление экосистемой 2.5.1 Объединение воды, наносов и биота 3. Взаимодействие суши и воды: доказательная база для планирования и управления водосбором 3.1 Растительность, почвы и гидрология: взгляд на влажный климат 3.1.1 Гидрологический цикл в природе и роль растительности: «зеленая» и «голубая» вода 3 .1.2 Важные процессы растительного покрова 3.1.3 Модели гидрологических процессов почвы 3.2 Использование и охрана подземных вод 3.3 Изменение стока в бассейнах освоенных рек 3.3.1 Изменение объема стока 3.3.2 Изменение времени стока 3.3.3 Регулируемые реки, введение 3.4 Земля и водопользование / управление: влияние за пределами участка на качество воды и биоту 3.4.1 Землепользование и система мелких отложений 3.4.2 Процессы растворения и проблемы загрязнения в масштабе бассейна 3.5 Выводы: в сторону «нагрузки» на водные объекты 4.Управление земельными и водными ресурсами в развитом мире. Международное исследование 4.1 Развитие и речной бассейн 4.2 Управление речным бассейном в США 4.2.1 Разведка, эксплуатация 4.2.2 Бассейн Колорадо 4.2.3 Управление долины Теннесси (TVA) 4.2.4 Плотины и разработка в США: от решения к проблеме 4.2.5 Рост вопросов землепользования в управлении реками США 4.2.6 Меры по борьбе с наводнениями и засухой 4.2.7 Планирование землепользования в единицах речных бассейнов 4.2.8 Культурные, политические, правовые отношения 4.4.3.3 Управление речным бассейном в Канаде 4.3.1 Перекачивание воды: специализация Канады 4.3.2 Вопросы землепользования в развитии бассейна 4.3.3 Улучшение интеграции политики 4.4 Австралия: запоздалые уроки и наследие поселенцев 4.4.1 Рост планирования и использование экономики 4.4.2 Бассейн Мюррей-Дарлинг и управление им 4.5 Новая Зеландия: Управление ресурсами, обусловленное опасностями 4.5.1 Органы водосбора: первопроходец Новой Зеландии 4.6 Выводы: национальные приоритеты в развитом мире 5.Речные бассейны и развитие 5.1 Новое тысячелетие, новые противоречия: включение бедности и здоровья в повестку дня водоснабжения 5.1.1 Кризис водоснабжения и санитарии 5.1.2 «Решения» кризиса водоснабжения и санитарии? 5.2 Характеристики проектов развития водных ресурсов в 20 ^{-х годах} века: «гигантизм» 5.2.1 Вредное развитие: дилемма урбанизации 5.3 Направления развития: продукты питания, энергия и торговля в засушливых районах Зайандех Руд 5.5 Нил — окончательный пример гидрополитики 5.5.1 Египет: продукт реки 5.5.2 «Гидросуверенитет» — контроль над рекой 5.5.3 Асуан и озеро Насер: плюс и минус 5.5.4 Бассейновое планирование: обмен знаниями, но не вода 5.6 Органы управления по развитию речных бассейнов: опыт других регионов Африки к югу от Сахары 5.6.1 Управление долины Аваш, Эфиопия 5.6.2 Управление по развитию рек Тана и Ати, Кения 5.6.3 СРБР Нигерии 5.7 Южная Африка: уникальный эксперимент по управлению водными ресурсами 5 .7.1 Начиная с нуля: Закон о воде 1998 г. 5.7.2 Земля, вода и «Закон» 5.7.3 Воровство или совместное использование? Перед закрытием бассейна в Южной Африке 5.8 Землепользование в большом масштабе (или нет?): Верховья Гималаев и GBM 5.8.1 Непал: спешка с суждениями в рамках теории деградации Гималаев 5.8.2 GBM international: стресс от засухи в Индии, опасности наводнений в Бангладеш и развитие истоков 5.8.3 Развитие водосборов в Индии 5.9 Плотины и альтернативы 5.9.1 Аргументы против крупных плотин и связанных с ними разработок 5.9.2 Уважение к традициям: развитие засушливых земель «снизу вверх» 5.9.3 «Водные войны» и «гидросолидарность»: управление международными речными бассейнами 5.10 Развитие и реки: общие тенденции 6. Технические вопросы управления речными бассейнами 6.1 Эрозия почв 6.1.1 Физические процессы эрозии: определение средств контроля для защиты конструкции 6.1.2 Низкая сложность: реалистичная роль для исследований 6.1.3 Социальные науки и эрозия 6.1.4 Вырубка тропических лесов: особая проблема эрозии 6.2 Напряженное глобальное снабжение продовольствием — «Вода для еда, вода для жизни »6.2.1 Вода, которую мы едим 6.2.2 Орошение: земля, вода и люди 6.2.3 Социальные аспекты и альтернативы 6.2.4 Засуха 6.3 Плотины и развитие: отложения, экологические потоки, оценка воздействия 6.3.1 Плотины и водохранилища: вводная экологическая оценка 6.3 .2 Эрозия почвы и осаждение водохранилищ 6.3.3 Регулируемые реки ниже плотин 6.3.4 Повышение эффективности регулирования и высвобождение «экологических стоков» 6.3.5 Будущее крупных плотин: воздействие и инклюзивность 6.4 Сохранение и восстановление речных русел и водно-болотных угодий 6.4.1 Восстановление русла реки 6.4.2 За пределами канала: водно-болотные угодья, поймы, восстановление прибрежных вод 6.5 Изменение климата и управление речным бассейном 6.5.1 Можем ли мы верить данным и моделям? 6.5.2 Неопределенные ответы МГЭИК и других исследований 6.5.3 Воздействие на речной бассейн: реконструкция прошлых изменений и моделирование будущих сценариев 6.5.4 Изменения, управление и ресурсный стресс 6.5.5 Смягчение и адаптация: глобальные подходы 6.6 Выводы 7. Институциональные проблемы в реке бассейновое управление 7.1 Обеспечение ИУВР / КУРБ в контексте прав и управления 7.2 Могут ли бассейновые органы работать? От TVA к CMA и RBD 7.3 Практический пример: эволюция бассейновых институтов в Англии и Уэльсе 7.4 Единицы управления речными бассейнами в Англии и Уэльсе 7.5 Регулирование ресурсов и загрязнения в бассейновом масштабе 7.6 Частное или государственное: экономика и окружающая среда 7.7 ​​Управление спросом и эффективность использования воды 7.8 Интеграция с планами развития: наводнение снова приводит 7.9 В центре внимания устойчивого развития 7.10 Учреждения речных бассейнов и развивающиеся страны 7.11 Институты для управления международными речными бассейнами 7.12 Устойчивость и субсидиарность: чувствительные к масштабу институты, которые могут планировать развитие бассейна 8. Устойчивое управление речным бассейном с неопределенными знаниями 8.1 Наука в «новую экологическую эпоху» и «общество риска» 8.2 (неопределенность) науки об окружающей среде 8.3 «Наука говорит с властью» — неопределенная наука дает возможность? 8.4 Неуверенные научные данные и управление речным бассейном: как мы сюда попали? 8.5 Неуверенные научные данные и управление речными бассейнами: где сейчас? 8.6 Товарный запас гидролога-землепользователя: исследование водосборов 8.7 Наука и политика: управление землепользованием в речных бассейнах 8.8 Реализация: контроль землепользования в речных бассейнах 8.9 Расширение горизонтов: требуется больше знаний, доступ к большему количеству знаний: люди говорят в науку 9. Адаптивное управление земельными и водными ресурсами через участие и социальное обучение: гидрополитические решения 9.1 Контекст для будущего развития земельных и водных ресурсов, городские и сельские 9.2 Управление с учетом масштаба, информационные потоки и поддержка решений 9.3 Опыт участия общественности: заинтересованные стороны и «Джо» 9.4. Является ли социальное обучение улучшением «исследований»? 9.5 Котел гидрополитики 9.6 Формальности адаптивного управления 9.7 Нестандартный: глобализированная вода, гидроцентричность и гидросолидарность — эксклюзивные «решения»?

CKSci Раздел 3: Исследование земли и воды

Focus : В этом разделе учащиеся исследуют явления различных форм рельефа, чтобы собрать свидетельства того, как земные события меняют поверхность Земли.Этот модуль основан на понимании учащимися меняющихся условий окружающей среды и погодных условий, взятых из документа K-ESS2-2 , в котором учащиеся исследуют, как растения и животные изменяют окружающую среду. Группа также развивает новое понимание Performance Expectation K-PS3-1 , в котором они узнают о погодных условиях и влиянии ветра и воды на сушу.

Студенты изучают концепции, которые включают следующее:

• Холмы, горы, долины, скальные арки, равнины, гейзеры, вулканы, песчаные дюны и пляжи — это типы рельефа.
• Формы рельефа можно создавать быстро или медленно.
• Быстрые изменения форм рельефа включают оползни, оползни, сели, наводнения, землетрясения и извержения вулканов.
• Ветер и вода могут разрушать скалы, песчаные дюны и пляжи.
• Существуют различные решения для предотвращения изменения формы породы водой и предотвращения эрозии песка.
• Ледники — это замерзшие формы воды.
• Текущая вода перемещает земные материалы.
• Карты используются для поиска объектов на природе.
• Наземные и водные объекты области могут быть смоделированы.
• Вода проникает в землю.
• Гейзеры и вулканы переносят подземные материалы на поверхность Земли.
• Песчаные формы рельефа включают дюны и пляжи.
• Песчаные дюны и пляжи образованы по-разному.

Ученые, включая геологов и географов, наблюдают, анализируют и изучают земные процессы и изменение рельефа, чтобы описать закономерности в мире природы, чтобы ответить на научные вопросы.Эта серия уроков включает цели обучения, которые поддерживают научные принципы и практики, такие как анализ и интерпретация. На этом уроке делается упор на инженерные практики, а студенты рассматривают способы сохранения скальных образований, защиты пляжей и предотвращения оползней.

Количество уроков: 6

Время обучения: Каждый урок разделен на 2-6 сегментов. Мы рекомендуем запланировать около 30-45 минут на каждый сегмент урока.Мы также рекомендуем вам потратить минимум двадцать семь дней и максимум сорок один день на обучение модулю «Изучение земли и воды» , чтобы у вас было время обучать другим модулям серии CKSci для 2-го уровня.

Обратите внимание, что в Руководстве для учителя имеется шаблон руководства по скорости, поэтому учителя могут составлять индивидуальные учебные дни для этого модуля.

Дополнительные поисковые запросы:

форма рельефа • национальный памятник • холм • гора • заповедник • ледник • карта • долина • масштаб • извержение • гейзер • вулкан • подземные воды • лава • землетрясение • оползень • водопад • арка • дюна • гора.Рашмор • Арки • Йеллоустон • Йосемити • Кейп-Код • документальная литература • информационный текст

Уровни успеваемости CKSci: Единицы CKSci соотносятся с темами на уровне классов, указанном в K – 5 Core Knowledge Science Sequence .

Использование земли и воды в системах производства говядины

Животные (Базель). 2019 июн; 9 (6): 286.

Колледж Святой Катарины и факультет ветеринарной медицины, Кембриджский университет, Мэдингли-роуд, Кембридж CB3 0ES, Великобритания; ку.ca.mac@61bmd

Поступило 17.04.2019; Принято 23 мая 2019 г.

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья — статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Эта статья цитировалась другими статьями в PMC. .

Abstract

Simple Summary

Потребители все чаще требуют устойчивого производства продуктов питания, включая эффективное использование мировых ресурсов, предотвращение ущерба окружающей среде и обеспечение хорошего благополучия животных.В отчетах говорится, что производство говядины обходится дорого по сравнению с потреблением мировых ресурсов и производством парниковых газов, поэтому некоторые потребители избегают говядины. Однако многие отчеты относятся в основном к системам откормочных площадок. Жвачные животные могут есть листья, которые люди не могут есть, поэтому, если их не кормить зерном, системы могут быть устойчивыми и ценными. В этой статье представлен анализ производства говядины, сравнивающий все аспекты использования земли и экономии воды для четырех производственных систем. Предполагается, что экономное водопользование является полезной мерой.Использование земли было самым высоким в обширных немодифицированных пастбищных системах, особенно если земля деградировала. Меньше земли использовалось как в откормочных площадках, так и в системах удобренных пастбищ, и гораздо меньше — в полуинтенсивных лесопастбищных системах. Использование экономии воды было самым высоким в системах откормочных площадок, отчасти из-за зерна, скармливаемого скоту, ниже в пастбищных системах и самым низким в полуинтенсивных лесопастбищных системах. Это исследование показывает, что, когда выбираются системы производства говядины или потребители решают, какую говядину покупать, следует избегать экстенсивных систем, ухудшающих почву, и следует отдавать предпочтение хорошо управляемым экстенсивным системам, особенно полуинтенсивным лесопастбищным системам, а не откормочным площадкам. системы.

Abstract

В этом анализе с использованием опубликованных данных сравнивалось использование всех земель и сохраненных водных ресурсов в четырех системах производства говядины. В широко распространенной системе откормочных площадок и в системах орошаемых удобрений пастбища использовались аналогичные площади земли. Однако обширные немодифицированные пастбищные системы использовали в три раза больше земли, а полуинтенсивные лесопастбищные системы использовали в четыре раза меньше земли, поэтому максимальное использование было в 13 раз самым низким. Количество использованной консервированной воды было на 64% выше на откормочных площадках с относительно интенсивными системами выращивания, чем на удобренных орошаемых пастбищах; в обширных немодифицированных пастбищных системах он составлял 38%, а в полуинтенсивных лесопастбищных системах он составлял 21% от стоимости удобренных орошаемых пастбищ, поэтому максимальное использование было в восемь раз самым низким.Если не было орошения пастбищ или растений, используемых для корма крупного рогатого скота, использование воды откормочной площадки было на 12% выше, чем использование удобренных пастбищ, и на 57% выше, чем в полуинтенсивных лесопастбищных системах. Такое большое влияние систем на использование ресурсов указывает на необходимость учитывать все системы, когда речь идет о влиянии говядины или других продуктов на глобальную окружающую среду. Хотя использование животных в качестве пищи для человека должно быть сокращено, травоядные животные, которые потребляют пищу, которую люди не могут есть, и содержатся в устойчивых системах, важны для будущего использования мировых ресурсов.

Ключевые слова: устойчивость, использование земельных ресурсов, водопользование, производство говядины, лесопастбищное

1. Введение

Потребители все чаще требуют, чтобы производство продуктов питания и других продуктов было устойчивым, и они учитывают этику производства методы оценки качества продукции [1]. Система или процедура являются устойчивыми, если они приемлемы сейчас и если их ожидаемые будущие эффекты приемлемы, в частности, в отношении доступности ресурсов, последствий функционирования и нравственности действий [2].Эффективное использование мировых ресурсов становится ключевым вопросом при оценке устойчивости. Что касается производства говядины, то в этом документе рассматриваются общий объем используемых земель и водный след [3,4], но предполагается, что общий объем используемой сохраненной воды является полезным показателем. Проверенная гипотеза заключается в том, что системы производства говядины различаются по площади земли и водосбережению, которые необходимо использовать для их функционирования. Рассчитанная здесь степень вариации показывает неадекватность однозначных представлений о влиянии производства говядины в мире.Статистические данные, относящиеся только к системам откорма, недействительны для наиболее устойчивых систем производства говядины. Чтобы система производства продуктов питания была устойчивой, важно учитывать ключевые ресурсы, такие как земля и вода, а также другие компоненты устойчивости, такие как благополучие используемых животных, благополучие людей и воздействия на окружающую среду, в том числе по биоразнообразию, загрязнению и мировому климату [5,6,7]. При оценке устойчивости следует учитывать все аспекты [8], и любой аспект может сделать систему неустойчивой.

2. Материалы и методы

В этом исследовании использование земли и сбереженных вод (определение дано ниже) оценивалось по всем аспектам четырех методов производства говядины. Сюда входило выращивание растений, которые животные употребляли в пищу напрямую, и импортных кормов, в основном зерна. Эти методы производства были выбраны из-за их важности сейчас, их ожидаемой важности в будущем и доступности данных. Большинство использованных данных поступило из Южной Америки и Северной Америки, но некоторые были получены из Австралии, ФАО или других мировых источников, и они были выбраны потому, что они типичны для мирового производства.Помимо мировых данных, в каждом из наборов данных для используемых здесь систем произведенная говядина составляет значительную часть национального производства, а некоторая часть экспортируется в различные части мира. Это исследование предоставляет потребителям и другим лицам, когда они решают, какую говядину покупать, данные об относительном воздействии на использование земли и воды в четырех производственных системах. Это не попытка сопоставить системы в одной области. Виды выращиваемых растений варьировались от района к району, но четыре системы производства говядины могли использовать разные виды растений в разных регионах мира.Между породами животных наблюдались различия, но породы для производства говядины были теми, которые являются нормальными для системы в местности, из которой были взяты данные. Для расчетов использовались породы говядины Bos taurus , зебу ( Bos indicus ) или зебу-кросс. Нет данных по животным, сопоставимым по породе, где каждая из четырех систем работала в одном месте. Действительно, эти данные не будут иметь смысла, поскольку порода не будет адаптирована к каждому из условий.Хотя некоторые из использованных данных предназначались для сравнений в пределах географической области, не было областей, где все четыре системы были бы коммерчески пригодны, поэтому сравнения внутри области не были бы действительными.

С точки зрения использования мировых водных ресурсов, крупный рогатый скот зебу важен, потому что они потребляют примерно 71% воды, потребляемой голов крупного рогатого скота B. taurus на единицу потребления пищи, поскольку они лучше приспособлены к более высоким температурам [9] . Использование воды редко регистрируется (см. Ниже), поэтому количество доступных данных невелико.Как следствие, для компонентов производства говядины пришлось использовать данные из многих различных источников. Данные относились к животным от рождения до убоя, поэтому учитывались различия между системами в типичной продолжительности фаз производства. Информация об использовании земли и воды была получена для последовательности периодов, начиная с рождения, как объяснено для каждой из четырех систем, а затем выражена в виде общей продолжительности жизни. Разведение мясного скота не было отдельными популяциями от производственных животных.Они играли одинаковую роль в каждой рассматриваемой системе, а сами племенные животные использовались для производства говядины. В расчеты были включены все родительские животные, используемые в производстве мясного скота. Большинство данных было получено из условий, которые являются субтропическими или, по крайней мере, жаркими летом, но температура влияет на переменные, поэтому там, где это произошло, производственные показатели были скорректированы до 27 ° C. Вес горячего туши использовался в качестве показателя продуктивности крупного рогатого скота на протяжении всей статьи.

Первым шагом в подходе и общей модели для анализа, использованных в этом исследовании, было получение репрезентативного показателя производства говядины в каждой системе в районе, где существуют данные о земле и водопользовании.Вторым шагом было определение плотности животных на каждом этапе от рождения до убоя, а также использование земли и прямое использование воды при производстве животных, переведенных на стандартную температуру. Третий шаг заключался в расчете использования земли и воды для производства продуктов питания и других ресурсов для животноводства в каждой из четырех систем. Затем для каждого компонента процесса производства говядины рассчитывалась площадь земли и количество консервированной воды на единицу продукции мяса. Подробная информация о компонентах расчетной модели объясняется далее в разделах ниже.Все использованные данные либо цитируются здесь, либо находятся в цитируемых источниках. Используемые данные получены из мировых расчетов ФАО, сравнительных исследований систем, где они существуют и являются действительными, отдельных исследований систем и исследований, относящихся к отрасли в целом, например, использования земли и воды на предприятии по переработке говядины. По некоторым аспектам анализа данных было мало, но все использованные данные были оценены как репрезентативные. Хотя статистические методы использовались для получения большинства используемых точек данных, невозможно было создать общую статистическую модель для простых вычислений.Для сбора тщательно определенных количественных данных по каждому из множества компонентов и анализов, описанных ниже, потребуется много лет. Однако представленные результаты имеют непосредственное значение для сравнения систем и важны для принятия решений о том, какие системы являются устойчивыми и должны использоваться в будущем.

2.1. Системы

2.1.1. Обширное немодифицированное пастбище

Широко распространенный традиционный метод производства говядины заключается в выращивании скота на пастбище на протяжении всей его жизни, сначала с матерями, а затем в возрастных группах.Рассматриваемая здесь широко используемая система заключается в том, чтобы оставлять навоз от животных на земле, которая не обрабатывается искусственными удобрениями и не орошается. Типичный живой вес при забое зебу или зебу-кросса в возрасте 30 месяцев составляет 468 кг, что становится 255 кг веса горячей туши [10].

2.1.2. Откормочные площадки

Вторая система, используемая во многих странах, включает зебу или особей B. taurus , в зависимости от температуры и уязвимости перед клещевыми заболеваниями, которые содержатся на откормочных площадках.В молодом возрасте крупный рогатый скот часто содержится на удобренных, орошаемых пастбищах, а затем на откормочных площадках с высокой плотностью кормления и высоким уровнем концентрированного кормления в течение последних нескольких месяцев жизни. Некоторых животных до начала откормочной площадки содержат в больших количествах, поэтому эта ситуация также учитывается в таблице результатов. Типичная продолжительность выращивания на удобренном пастбище составляет 16 месяцев, поэтому эта продолжительность использовалась для этих животных, но для достижения такого же веса может потребоваться 20 месяцев, если животные находятся на экстенсивных системах, поэтому в этих расчетах было использовано 20 месяцев.Место откормочных площадок обычно отличается от площадок для более раннего выращивания, и животных можно перевозить на большие расстояния к площадкам откормочных площадок. В Мексике откормочные площадки часто находятся на расстоянии более 1000 км от зон выращивания, а кормовые концентраты часто импортируются из Соединенных Штатов. Данные для откормочных площадок соответствуют следующему графику: месяцы 0–9 в стаде молокососов с матерями, 9–16 месяцев без матерей в загоне и 16–20 месяцы на откормочной площадке. Некоторые животные на откормочной площадке выращиваются в более ограниченных условиях, а некоторые остаются на откормочной площадке дольше или короче; Рассмотренная здесь система часто используется в Северной и Южной Америке.

Если животные находятся на откормочной площадке в течение последних 4 месяцев, их конечный вес будет выше, чем если бы они все время находились на удобренном пастбище. Следовательно, эта цифра основана на обычной ситуации, когда до убоя остается 20 месяцев, а не 30 месяцев на пастбище. Конечный вес, использованный в расчетах, составлял 491 кг живого веса, что равнялось 268 кг веса горячего туши для животных с откормочной площадки.

2.1.3. Удобренные, орошаемые пастбища

Эта система используется во многих странах, но большая часть используемых здесь данных была получена из Колумбии на высотах, обеспечивающих субтропический или теплый умеренный климат [11,12].Для данных, использованных в этом исследовании, крупный рогатый скот был породы B. taurus , но зебу и зебу-кросс также использовались на более низких высотах. Орошение проводилось по мере необходимости в течение каждого года, и внесение удобрений было типичным для пастбищ, управляемых фермерами, которые могли позволить себе удобрения. Дополнительного концентрированного питания не было. Животные достигли веса 468 кг в 30-месячном возрасте, как и животные на обширных неизмененных пастбищах, но плотность животных была выше, так как доступность корма была выше.

2.1.4. Полуинтенсивные системы Silvopastoral

Системы Silvopastoral с кустарниками и деревьями в дополнение к пастбищным растениям используются для производства говядины в Колумбии, Бразилии, Австралии и других странах. В полуинтенсивных системах используются кусты со съедобными листьями, например, бобовые с высоким содержанием белка Leucaena leucocephala, вместе с деревьями, некоторые из которых также имеют съедобные листья. Такие деревья особенно ценны во время маловодья [7,11,12,13].Очень вкусные, высокопротеиновые кусты и листья деревьев требуют использования ротационного управления, когда скот перемещают из загона в загон до того, как они повредят растения, и это позволяет более высокой плотности посадки достичь той же скорости роста, что и на пастбище. только системы. Конечный вес животных в возрасте 30 месяцев снова составил 468 кг, поэтому это значение использовалось в расчетах. Вес был аналогичен весу животных на обширных и удобренных пастбищах, но плотность животных была выше, так как доступность и качество пищи были выше.Высокое содержание протеина и высокая доступность кормов устраняют необходимость в искусственных удобрениях или дополнительных кормах. Из-за лучшей структуры почвы, более высокой водоудерживающей способности и количества присутствующего травяного покрова нет необходимости в орошении, за исключением чрезвычайно засушливых условий. Если не указано иное, данные по полуинтенсивным лесопастбищным системам и удобренным орошаемым пастбищам были получены в результате сопоставленных исследований с использованием тех же пород на одних и тех же колумбийских фермах.

За исключением откормочных площадок, анализируемые здесь системы также использовались для производства молока с использованием молочных или смешанных животных, но здесь показаны только данные по мясному скоту.

2.2. Методы оценки землепользования

В этом сравнении была рассчитана вся земля, используемая для содержания и кормления животных. Площадь земель, используемых для переработки мяса, была включена, но была очень маленькой [14]. Земли, используемые для производства удобрений, производства сельскохозяйственного оборудования, перевозки животных, перевозки кормов, а также земли, используемые персоналом, работающим на фермах, также считались относительно небольшими и не включались.

2.2.1. Обширное немодифицированное пастбище

Площадь, необходимая для содержания мясного скота на обширном немодифицированном пастбище при температуре 27 ° C, будет варьироваться в зависимости от наличия воды и типа почвы.Используемые здесь цифры взяты из ФАО [15] и из исследования [16] в Колумбии, в котором было проведено прямое сравнение этой системы с удобренными орошаемыми пастбищами и полуинтенсивными лесопастбищными системами (см. Также [7]). Данные получены не из засушливых условий или деградированных пастбищ, где площадь земли, используемой на единицу производства говядины, часто была бы намного выше. Общая плотность посадки составила 0,5 голов на гектар. Для всех четырех систем расчет плотности посадки включал родительских животных.

2.2.2. Системы откормочных площадок

Плотность мясного скота на откормочных площадках варьируется, но здесь использовалась типичная цифра 140 голов на гектар в течение последних четырех месяцев перед убоем. Эти цифры, а также данные о площади, необходимой для выращивания с матерями, и периода выпаса перед транспортировкой на откормочную площадку были взяты из [17,18] и [19]. Каждая откормочная площадка обычно используется для содержания двух групп животных в год. Большая часть места, необходимого для содержания животных системы откормочных площадок, приходится на время выращивания перед входом в загон.Общая плотность посадки составила 1,5 голов на гектар, включая родительских животных.

Мясной скот, производство которого завершается на откормочных площадках, на откормочной площадке получает рацион, почти полностью состоящий из зерна, и получает дополнительные корма во время более раннего выращивания. Большую часть этого корма составляет кукуруза, но также используются соя и другие пищевые продукты. Небольшие количества концентрированного корма, скармливаемого мясному скоту, являются побочными продуктами питания человека, но это невозможно было учесть.При расчете площади земли, необходимой для производства кормов, использовалось зерно кукурузы, так как это основной компонент кормов. Остальные корма, выращенные на возделываемых полях, скармливаются мясному скоту; Производство «зеленой кукурузы» было больше килограммов с гектара, чем зерна кукурузы, в то время как сои, пшеницы и ячменя было меньше. Данные по зерну кукурузы были признаны наиболее репрезентативными. Число земель, необходимых для производства кукурузы, было рассчитано на основе среднего мирового производства кукурузы в 5755 кг / га ⁻¹ [20].Хотя этот показатель составляет лишь половину от показателя, полученного в США, он выше, чем указанный FAOstat для большинства стран Южной и Центральной Америки, например, для Мексики он составляет 3789 кг га ⁻¹ . Таким образом, при среднемировом мировом уровне площадь земли, используемой для производства 1 кг кукурузы, составляет 0,000174 га. Количество концентрата, скармливаемого отдельному животному во время раннего выращивания и на откорме, было рассчитано по данным [19] и составило 19,3 кг на кг горячей туши. Следовательно, можно рассчитать площадь суши на тонну или кг мяса.

2.2.3. Удобренные орошаемые пастбища

Удобренные пастбища, часто называемые улучшенными пастбищами, используются во многих частях мира для производства говядины. В более жаркие периоды, такие как рассматриваемое здесь состояние 27 ° C, его часто орошают. Здесь указывается пространство, использованное в сравнительных исследованиях [7,16]. Пастбище представляло собой монокультуру травы, которая широко использовалась для производства говядины, без дополнительных кормов для крупного рогатого скота и общей плотностью поголовья 1.0 животных на гектар.

2.2.4. Полуинтенсивная система Silvopastoral

Полуинтенсивная система Silvopastoral обеспечивает скот больше питательных веществ, особенно больше белка, чем монокультурное пастбище, поэтому животные могут иметь более высокую плотность, чтобы достичь того же веса в возрасте 30 месяцев. В исследованиях, использованных в этом анализе [7,16], общая плотность посадки составляла 3,0 животных на гектар. Дополнительного питания не требуется.

2.3. Методы оценки водопользования

Использование воды, рассчитанное здесь, было полностью консервированной водой.Дождь, выпавший на пастбищах или на полях для выращивания сельскохозяйственных культур, не учитывался в этих расчетах, если только они не сохранялись в системах хранения воды, контролируемых человеком. Сюда входила вода, собранная из общественных и сельскохозяйственных водоемов, человеческих построек, ручьев, озер, колодцев и водоносных горизонтов. Предполагается, что цифры по экономному использованию воды более актуальны для выращивания говядины и его воздействия, чем цифры общего количества осадков. Количество используемой консервированной воды может до некоторой степени контролироваться фермерами, компаниями и правительствами, поэтому важно знать разные объемы, используемые в разных системах.Во многих странах большая часть дождя проходит быстро, поэтому скот никогда не использует его для питья или для производства корма. Повлияет ли количество осадков на данные о сохраненных водных ресурсах? Дождь, падающий в поилках, вряд ли повлияет на питье животными на откормочных площадках. Количество воды в системах хранения явно зависит от дождя, поэтому все представленные данные относятся к продолжительности жизни животного и, следовательно, группируют периоды большего и меньшего количества осадков. Количество, используемое для орошения пастбищ, будет зависеть от количества дождя, выпадающего на землю, поэтому использовался средний показатель за несколько лет.Часть воды, используемой в производстве говядины, очищается для потребления человеком, и это было отмечено, если в представленных данных представлена ​​очищенная вода.

Наличие относительно дешевой воды во многих странах, где проводятся подробные исследования систем животноводства, привело к тому, что водопользование мало беспокоило, за исключением относительно небольших денежных затрат. Однако большая часть производства говядины осуществляется в странах, где нехватка воды становится все более распространенным явлением, водоносные горизонты сокращаются в размерах, а большинство производителей все больше осознают стоимость воды.В некоторых странах, однако, реальная стоимость не взимается с фермеров, поэтому некоторые правительства субсидируют производство говядины [21].

Поскольку на потребление воды скотом существенно влияет температура окружающей среды [22], цифры для каждой системы были скорректированы до 27 ° C. Широко распространенная [22,23,24] поправка на 0,81 литра выпитого в день на каждый градус повышения температуры описана в [23]. Включена экономная вода, используемая для орошения пастбищ или при производстве кормов для крупного рогатого скота, а также вода, используемая для обработки горячих туш, а также для очистки и удаления навоза.Вода в водотоки после удаления сточных вод не учитывалась.

2.3.1. Обширное немодифицированное пастбище

Данные о среднем количестве воды, выпитой мясным скотом от рождения до убоя на обширном немодифицированном пастбище, относятся к зебу в Бразилии при температуре 27 ° C [24]. Расчет на килограмм веса горячей туши был таким, как описано выше. В регионах, где выпадает больше осадков, количество выпитого при такой температуре будет меньше. Испарение из желобов при 27 ° C составляло аналогичную долю от общего количества воды, предусмотренной для четырех различных систем.Использованы измерения из [25] и [26]. При промывке желобов используется очень небольшое количество воды в системах, где вода подается на поля, и очень мало воды становится загрязненной, и ее необходимо удалять из желобов в этих системах. Вода обычно не вводится в туши крупного рогатого скота для охлаждения в экстенсивных системах, но неизвестное количество воды в полевых резервуарах может быть использовано для охлаждения самими животными. Использование воды при переработке мяса [18] включено в Таблицу 2, но предполагается, что оно одинаково для всех систем производства говядины.

2.3.2. Системы откормочных площадок

Данные о количестве воды, выпитой скотом от рождения до убоя и до откорма на откормочных площадках, были получены из Небраски [27]. Для животных, содержащихся в большом количестве, а затем переведенных на откормочную площадку, использовались данные о потреблении воды из экстенсивных систем с поправкой на 20 месяцев и окончательный вес туши. Вода используется для мытья кормушек, так как высокая плотность животных на откормочных площадках приводит к частому загрязнению кормушек. При 27 ° C скот на откормочных площадках иногда охлаждается водой.Данные в таблице 2 для промывки и охлаждения взяты из исследования откормочной площадки Квинсленда [28], как и потеря загрязненной воды, удаляемой из желобов.

Мясной скот на откормочных площадках получает гораздо больше концентрированных кормов, чем скот в других системах, не только на откормочных площадках, но и во время более раннего выращивания. Данные по орошению кукурузы в качестве корма были получены от ФАО [15] для США и дали цифру 21,5 литра воды на кг произведенной кукурузы и общее потребление концентрированного корма животным на откормочной площадке за 19 лет.3 кг кукурузы на кг горячей тушки. Поскольку существуют системы, в которых производство концентрированных кормов для мясного скота не связано с орошением, данные по этим системам также были включены.

Орошение пастбищ в течение 16 месяцев до откормочного производства мясного скота может быть нулевым, но обычно будет соответствовать норме удобрений пастбищ. В расчетах использовались данные за 16 месяцев вместо данных за 30 месяцев производства в этой системе. Типичное количество, вносимое при 27 ° C, показано в Таблице 2 [29] вместе с цифрами, относящимися к пастбищам, которые не орошались во время развития.

Вода используется для производства удобрений, а обычным удобрением, используемым для кукурузы и пастбищ, является мочевина [30]. Среднее производство кукурузы в 2006–2016 годах в Бразилии составляло 40 тонн с гектара, а количество удобрений для его производства составляло 100 кг азота с га в год, что соответствует 214 кг мочевины. На каждую тонну мочевины необходимо 1,54 тонны воды [31]. Следовательно, 330 л воды требовалось для производства 40 тонн кукурузы и 0,008 литра на 1 кг кукурузы. Так как на 1 кг горячей туши приходится 19,3 кг кукурузы, 19.На 1 кг горячей тушки необходимо 3 × 0,008 = 0,2 литра воды.

Типичное внесение удобрений на пастбище составляет 200 кг азота на га в год, что эквивалентно 428 кг мочевины × 1,54 = 659 кг воды на га в год. Для системы откормочных площадок с 20-месячным ростом 16 месяцев были на удобренных пастбищах, поэтому площадь земли на кг мяса составляла 0,0052 га, с 659 кг воды × 0,0052 × 17/12 = 4,6 л воды на кг горячей туши.

2.3.3. Удобренные орошаемые пастбища

Объем воды, выпитой мясным скотом на удобренных орошаемых пастбищах, был измерен в Колумбии на 25% больше, чем в лесопастбищных системах [32].Орошение пастбищ использовалось в колумбийском исследовании удобрений пастбищ, данные по производству мяса которого описаны выше [7,16,33]. Количество поливов меняется из года в год. Продолжительность пастбищного периода составляла 30 месяцев, а количество, использованное для орошения при 27 ° C, было основано на данных из [29].

Внесение удобрений на пастбище было рассчитано, как и для животных откормочной площадки во время выращивания на удобренном пастбище, но масса земли на кг горячей туши составляла 0,01 га, а рост составлял 30 месяцев, поэтому 659 кг воды × 0.01 × 30/12 = 16,5 л воды на кг веса горячей тушки.

2.3.4. Полуинтенсивные лесопастбищные системы

Количество воды, выпитой мясным скотом на полуинтенсивной лесопастбищной системе, было измерено в Аргентине [34]. Отношение этого показателя к значению для обширных пастбищ хорошего качества было аналогичным по сравнению с Колумбией. Овцы на лесных пастбищах получали 19% воды за счет питья, а остальную часть — из своего рациона, тогда как овцы на удобренных пастбищах получали 50% воды из питья ([35] и личное сообщение Маурисио).Данные по производству мяса описаны выше [7,16,33]. Представленные здесь данные относятся к типичной ситуации в горных районах Колумбии, где животные не нуждались в орошении пастбищ. При сравнении систем, если бы в лесопастбищной системе требовалось орошение, количество воды, используемой для орошения, увеличилось бы примерно на такое же количество в системе орошаемых пастбищ.

2.3.5. Публикация Этическое заявление

Для представленного анализа не требовалось этической оценки.

3. Результаты

Данные по землепользованию в четырех системах производства говядины представлены в. Для и подробности, включая конечный вес животных, продолжительность периодов роста и общую плотность посадки в системе производства, объясняются в разделе «Материалы и методы». Эти цифры включают всех животных, забитых для производства говядины, включая животных-родителей. Некоторые животные выращивались до наступления этого периода на откормочных площадках, в то время как другие выращивались на удобренных орошаемых пастбищах, поэтому оба показаны на.

Таблица 1

Использование земель в четырех системах производства говядины.

Таблица 2

Использование воды в четырех системах производства говядины.

Данные по водопользованию в четырех системах производства говядины представлены в. Как и в случае, системы откормочных площадок с экстенсивным выращиванием и выращивание удобренных, орошаемых пастбищ показаны отдельно. Отдельные итоги использования воды показаны для систем с: (i) орошением культур, используемых для концентрированного корма, и орошением пастбищ, (ii) без орошения сельскохозяйственных культур, используемых для концентрированного корма, и (iii) без орошения культур, используемых для концентрированного корма. или пастбище.Цифры даны на тонну мяса, а цифры — на кг.

4. Обсуждение

Растущий спрос на землю, как для сельского хозяйства, так и для жилья и торговли, привел к нехватке земли для этих целей и к значительному сокращению земель, доступных для выращивания диких животных и растений [36,37, 38,39]. Несмотря на то, что земля может иметь высокую денежную стоимость, большая часть землепользования не очень эффективна, например, когда она используется для производства продуктов питания, а деградация земель все еще увеличивается в результате некоторых действий человека.Полезно подсчитать, сколько земли используется для существующих систем производства продуктов питания, чтобы спланировать, как использовать землю более эффективно. Проведенные здесь расчеты землепользования для производства говядины включали всю землю, то есть не только землю, где содержались животные, но и землю для производства корма для животных.

В соответствии с [40], основным результатом этих расчетов землепользования на килограмм произведенного мяса является то, что обширные системы с неизмененными пастбищами используют большую часть земель, что соответствует 2.В 7–12,3 раза больше землепользования по сравнению с другими рассматриваемыми здесь системами. Если условия на обширных неизмененных пастбищах очень засушливые или земля деградировала, требуется еще больше земли для производства килограмма говядины. Второй результат заключается в том, что земля, необходимая для системы откормочных площадок, когда животные выращиваются на удобренных орошаемых пастбищах, аналогична той, которая необходима, когда вся продукция производится с удобренных пастбищ. Если животных перед отправкой на откормочную площадку интенсивно выращивают, землепользование в два раза больше, чем для мясного скота, содержащегося исключительно на удобренных пастбищах.Третий результат заключается в том, что полуинтенсивной лесопастбищной системе требуется 25–32% земли, необходимой для системы откормочных площадок, 22% этой площади для удобренных пастбищ и 8% площади, необходимой для экстенсивного пастбищного производства. Количество земли, необходимое для полуинтенсивной лесопастбищной системы, меньше, потому что комбинация пастбищных растений и азотфиксирующих кустарников и деревьев обеспечивает весь белок и другие питательные вещества, необходимые животным. Тщательное обращение с животными в этой системе, перемещение животных до того, как они повредят растения, необходимо для более эффективного использования земли.

Существенные различия между экстенсивными системами землепользования на единицу производства говядины важны при интерпретации результатов, подобных результатам [41], поскольку ясно, что некоторые экстенсивные системы могут использовать меньше земли, чем некоторые системы кормления зерном. Кроме того, «разные животноводческие системы предоставляют разные функции разным человеческим системам и требуют разных стратегий, поэтому их нельзя легко объединить» [42]. Эти результаты указывают на необходимость учитывать все системы при оценке воздействия говядины или других продуктов.

Качество земли для сельскохозяйственного производства может быть неодинаковым в четырех системах, и это повлияет на использование земли и воды. Обширно выпасные пастбища могли иметь более низкое качество для роста растений до какого-либо воздействия на поголовье, откормочные площадки могут располагаться на высококачественных или низкокачественных землях, а лесопастбищные системы могут быть созданы на высококачественных землях или использоваться в качестве меры для помощи животноводству. восстановление деградированных земель. Качество земли после производства говядины имеет особое значение для устойчивости системы, а качество почвы в большей степени улучшается за счет лесопастбищных систем [43].Исходное состояние земли влияет на стоимость эксплуатации каждой системы, и системы различаются по затратам на рабочую силу. При рассмотрении того, как лучше использовать землю, важным фактором является то, что большая часть земель в мире подходит для выращивания травоядных животных, но не подходит для выращивания сельскохозяйственных культур. Следовательно, с точки зрения производства продуктов питания для человека наилучшим использованием является использование оптимальных систем для выращивания жвачных млекопитающих и других травоядных животных.

Если количество земли, необходимой для производства говядины, уменьшится, можно сэкономить больше земли для других целей, таких как сохранение естественной среды обитания, снижение скорости исчезновения живых организмов и увеличение биоразнообразия [37,44].Если система производства говядины связана с более высоким биоразнообразием и другими аспектами устойчивости, как это происходит в лесопастбищных системах, существует также совместное использование земель с дикой природой, чего все чаще требует общественность.

Постоянная, регулярная или периодическая нехватка воды во многих частях мира приводит к усилиям по более эффективному использованию воды [45,46]. В расчетах в этом исследовании потребления воды на килограмм произведенной говядины были предприняты попытки включить все аспекты. Следовательно, консервированная вода, используемая для производства любых продуктов питания, поставляемых животным, и для производства удобрений и других ресурсов, а также воды, потребляемой животными, была включена.В некоторых районах с умеренным климатом большую часть времени доступно много воды, но во многих районах, где содержатся мясные животные и выращивается их корм, воды не хватает, по крайней мере, часть каждого года. Следовательно, вода является ресурсом, ограничивающим производство растений и животных, используемых в пищу человеку. Используя сделанные здесь расчеты, можно сделать оценки для других подобных систем. Например, если в системе не используются искусственные удобрения, для расчета расхода воды вычтите приведенную здесь цифру для производства удобрений.

Проведенные другими авторами сравнения выпаса скота и интенсивного производства говядины [47] дали аналогичные результаты для компонентов, которые приблизительно приравниваются к используемому здесь расчету консервированной воды, но в общем результате [48] и других исследований преобладали гораздо более высокие результаты. измеренное количество воды, которое было дождем, падающим на землю. Однако часть этого дождя никогда не могла быть использована для сельского хозяйства или каких-либо других человеческих целей. На этот расчет в значительной степени влияет площадь земли, используемая в общем производстве.В расчетах в этой статье учитывалась только экономная вода, а результаты по площади суши были представлены отдельно. Дождь, падающий на землю, не учитывался, если он не был уловлен в водохранилище или другой водосберегающей системе, такой как водоносные горизонты, из которых откачивается вода. Вода, взятая из ручьев, рек и озер и сохраненная для использования людьми, может ограничивать или не ограничивать доступность воды в других местах. Вода, которая никогда не сберегается и стекает по рекам в море, представляет меньший интерес с точки зрения человеческой деятельности, если только она не загрязнена.Действительно, когда идут очень сильные дожди, особенно когда они проходят на ограниченных территориях, дождь может иметь небольшое влияние на уже существующую засушливую ситуацию и может вызвать значительную потерю почвы и, следовательно, большую потерю воды в будущем. Меры количества дождя, выпадающего на участок земли, иногда бывают тесно связаны с количеством воды, которое можно сохранить и использовать в растениеводстве и животноводстве. Однако в другое время количество выпавших дождей оказало бы гораздо меньшее влияние на производство говядины.Количество используемой консервированной воды всегда будет полезной информацией и будет иметь особую ценность в исследованиях, сравнивающих производственные системы. Следовательно, эти данные являются новыми и предоставляют информацию, отличную от той, которая представлена ​​в большинстве ранее опубликованных результатов.

Некоторое количество консервированной воды хранится, а затем используется для орошения засаженных растений или обеспечения водой для питья или другого использования в животноводстве. Другая консервированная вода очищается, чтобы люди могли ее безопасно пить. Эта очистка имеет денежные и углеродные затраты, поэтому она упоминается в результатах.В системе производства говядины на откормочных площадках обычно используется больше очищенной воды, чем в трех других, более обширных системах. Сравнительная информация о деградационном использовании воды [49] недоступна для четырех систем. Однако ожидается, что он будет низким, за исключением животных, содержащихся в высокой плотности, например, на откормочных площадках, и при использовании некоторых искусственных удобрений.

На обширных неизмененных пастбищах и полуинтенсивных лесопастбищных системах 89% и 84% воды, используемой при производстве говядины, потреблялись животными.Однако в системах откормочных площадок, где животные выращивались на орошаемых пастбищах и скармливались концентратами, орошаемыми во время производства, 12% общей используемой воды приходилось на выпитую скотом, в то время как при повсеместном использовании удобренных оросительных систем пастбища этот процент составлял 21. %. В целом, широко используемая система откормочных площадок требует наибольшего расхода воды; Потребление воды на удобренных пастбищах также велико, тогда как на обширных немодифицированных пастбищах оно значительно ниже, а в полуинтенсивной лесопастбищной системе является самым низким.Из этого ясно, что орошение сельскохозяйственных культур во время производства концентрата и во время кормления на пастбищах является самым большим фактором, влияющим на общее водопользование. Использование воды в системах откормочных площадок без орошения было всего на 19% выше, чем в полуинтенсивных лесопастбищных системах. Оценки [8,40] использования воды для зернового откорма крупного рогатого скота были ниже, чем рассчитанные в этом исследовании, но, как упоминалось выше, методы измерения воды были несколько иными. При рассмотрении данных о потребляемой воде применительно к производству других видов говядины важно, что вода, выпитая скотом зебу, была меньше при 27 ° C, чем вода, выпитая B.taurus крупного рогатого скота, поэтому цифры, представленные в, будут выше, возможно, на 40% больше, в странах, где используются породы B. taurus при этой температуре.

Когда были рассмотрены другие факторы устойчивости, четыре системы различались по некоторым важным аспектам. Благосостояние крупного рогатого скота может быть хуже, потому что быстрый рост приводит к большему количеству заболеваний суставов ног [49], и это в основном проблема для животных на откормочных площадках. Условия откормочной площадки с высокой плотностью посадки связаны с самым низким уровнем благополучия, тогда как животные в полуинтенсивных лесопастбищных системах имеют наилучшее благополучие [50].Откормочные площадки также могут вызвать проблемы местного загрязнения. Существуют воздействия систем на производство парниковых газов и некоторые другие внешние эффекты [51]. Если скот кормить пищей, которую могли бы есть люди, например кукурузой или соей, ресурсы тратятся впустую. Будущее требует частичного сокращения потребления животных в пищу, но также и использования животных, которых кормят смесью растений, несъедобных для человека, включая некоторые азотфиксирующие растения с высоким содержанием белка, так что добавки и искусственные удобрения не нужны. и требуется меньше земли и воды.

5. Выводы

Эффективность использования земли и воды для производства продуктов питания для людей, таких как говядина, подвергается сомнению. Цифры, касающиеся внешних эффектов производства говядины, таких как землепользование и водопользование, обычно не являются репрезентативными для всех систем производства говядины и могут относиться только к системам откормочных площадок. Некоторые люди считают, что производство говядины и других видов мяса жвачных животных должно быть прекращено. Однако, когда жвачные животные используют пищу, которую люди не могут есть, такую ​​как листья трав, кустарники и деревья, производственная система может быть устойчивой и иметь большую ценность в мире.Когда использование земель для всех аспектов производства говядины, включая все источники пищи и другие используемые материалы, было рассчитано для четырех производственных систем, оно было самым высоким на обширных немодифицированных пастбищах, особенно если земля деградировала, была на 63–67% ниже. как в откормочных площадках, так и в системах орошаемых удобрений, и на 92% ниже в полуинтенсивных лесопастбищных системах. Что касается водопользования, предполагается, что полезно оценить количество использованной консервированной воды вместо или в дополнение к общему количеству воды.Использование экономии воды было самым высоким в двух широко используемых системах откормочных площадок, на 26–39% ниже в системах удобренных орошаемых пастбищ, на 72–77% ниже в экстенсивных немодифицированных пастбищных системах и на 84–87% ниже в полуинтенсивных лесопастбищных системах. Хотя не все системы можно использовать повсюду и есть другие компоненты устойчивости, в частности, благополучие животных и производство парниковых газов, информацию о таком использовании ресурсов можно с пользой рассмотреть.

Результаты этого исследования заключаются в том, что, когда правительства, компании, занимающиеся розничной торговлей продуктами питания, или отдельные фермеры решают, какие системы производства говядины использовать или потребители решают, какую говядину покупать, следует избегать обширных систем, ухудшающих состояние земель, и хорошо -управляемые экстенсивные системы, особенно полуинтенсивные лесопастбищные системы, должны быть предпочтительнее систем откормочных площадок.Нехватка воды делает такой выбор более важным.

Благодарности

Я особенно благодарен Пабло Пери и Рожерио Мартинс Маурисио за недавно полученные данные о питьевой воде крупного рогатого скота и овец. Я также очень благодарен Роуэну Эйснеру, Харриет Бартлетт и Питу Смиту за комментарии к рукописи и следующим за полезные обсуждения: Эндрю Балмфорду, Энрике Мургейтио, Хулиану Чара, Франсиско Галиндо, Хуану Хеберту, Хуану Ку Вера, Матеушу Параньюсу да Коста , Науэль Пачас, Адриан Коллинз, Агнешка Латавик, Альфред Гейторн-Харди, Энди Уитмор, Бенно Симмонс, Бен Фалан, Бернардо Страсбург, Дэвид Эдвардс, Эмма Гарнетт, Эразмус цу Эрмгассен, Клэр Фенюк, Роболин Филд, Джеймс Фаузе, Марио Херроуз, Марио Лейзер, Фил Гарнсуорси, Рис Грин, Таро Такахаши, Дэйв Чедвик, Фангьюан Хуа, Хелен Уотерс, Эллен Фонте, Дэвид Уильямс, Тацуа Амано, Джонатан Сторки.Исследование было инициировано, и дискуссии по поводу исследования были поддержаны грантом, предоставленным Эндрю Балмфорду из Кембриджского совместного фонда инициативы по охране природы.

Финансирование

Это исследование не получало внешнего финансирования.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Беннетт Р.М., Андерсон Дж., Блейни Р.Дж.П. Моральная напряженность и готовность платить в отношении вопросов благополучия сельскохозяйственных животных и последствий для сельскохозяйственной политики.J. Agric. Environ. Этика. 2002; 15: 187–202. DOI: 10,1023 / А: 1015036617385. [CrossRef] [Google Scholar] 2. Веник Д. Чувствительность и благополучие животных. CABI; Уоллингфорд, Великобритания: 2014. 200 стр. [Google Scholar] 3. Хоэкстра А.Ю., Чапагайн А.К., Алдая М.М., Меконнен М.М. Руководство по оценке водного следа: установление глобального стандарта. Earthscan; Лондон, Великобритания: 2011. 203p [Google Scholar] 4. Palhares J.C.P., Macedo J.R.Учет водного следа и индикаторы дефицита традиционных и органических систем молочного производства.J. Clean. Prod. 2015; 93: 299–307. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2015.01.035. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Оки Т., Канаэ С. Глобальные гидрологические циклы и мировые водные ресурсы. Наука. 2006; 313: 1068–1072. DOI: 10.1126 / science.1128845. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 6. Хиральдо К., Эскобар Ф., Чара Дж. А., Калле З. Внедрение лесопастбищных систем способствует восстановлению экологических процессов, регулируемых навозными жуками в Андах Колумбии. Консерв от насекомых. Дайверы. 2011; 4: 115–122. DOI: 10.1111 / j.1752-4598.2010.00112.x. [CrossRef] [Google Scholar] 7. Брум Д.М., Галиндо Ф.А., Мургейтио Э. Устойчивое, эффективное животноводство с высоким биоразнообразием и хорошим благополучием животных. Proc. R. Soc. Б. 2013; 280: 20132025. DOI: 10.1098 / rspb.2013.2025. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Ридутт Б.Г., Пейдж Г., Опи К., Хуанг Дж., Беллотти В. Углерод, водные и земельные следы систем производства мясного скота в южной Австралии. J. Clean. Prod. 2014; 73: 24–30. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2013.08.012. [CrossRef] [Google Scholar] 9. Веник Д. Биология поведения. Издательство Кембриджского университета; Кембридж, Великобритания: 1981. [Google Scholar] 10. Roça R.O. Tecnologia da Carne e Produtos Derivados. Faculdade de Ciências Agronômicas, UNESP; Ботукату, Бразилия: 2000. [Google Scholar] 11. Мургейтио Э., Ибрагим М. Ganadería y medio ambiente en América Latina. В: Murgueitio E., Cuartas C.A., Naranjo J.F., редакторы. Ganadería del Futuro. Fundación CIPAV; Кали / Валле-дель-Каука, Колумбия: 2008 г.С. 19–39. [Google Scholar] 12. Murgueitio E., Флорес M.X., Calle Z., Chará J.D., Barahona R., Molina C.H., Uribe F. Productividad en sistemas silvopastorilestensivos en América Latina. В: Монтаньини Ф., Сомарриба Э., Мургейтио Э., Фассола Х., Эйбл Б., редакторы. Sistemas Agroforestales. Funciones Productivas, Socioeconómicas y Ambientales. Серия Técnica Informe Técnico. CATIA; Турриальба, Коста-Рика: 2015. С. 59–101. [Google Scholar] 13. Ку Вера J.C., Руис Г.А., Альборес М.С., Брисеньо П.Е., Эспиноза Х.К., Руис Р.Н., Контрерас Л.М., Аяла А.Дж., Рамирес Л. Мемориас, 3 ° Congreso sobre Sistemas Silvopastoriles Intensivos para la Ganadería Sostenible del Siglo XXI. Fundación Produce, Автономный университет Юкатана; Мерида, Мексика: 2011. Алиментасьон де румиантес в Системах Сильвопасторилес Интенсив: Авансы базового исследования; С. 8–16. [Google Scholar] 14. Мясо и животноводство Австралия. [(доступ 3 сентября 2017 г.)]; Доступно в Интернете: www.target100.com.au.15. Садрас В.О., Грассини П., Стедуто П. Состояние эффективности водопользования основных сельскохозяйственных культур. ФАО; Рим, Италия: 2006. [Google Scholar] 16. Calle Z., Murgueitio E., Chará J. Интеграция лесного хозяйства, устойчивого животноводства и восстановления ландшафта. Унасыльва. 2012; 63: 31–40. [Google Scholar] 17. Гоган Дж. Б., Боннер С., Локстон И., Мадер Т. Л., Лайл А., Лоуренс Р. Влияние тени на температуру тела и продуктивность бычков откормочной площадки. J. Anim. Sci. 2010; 88: 4056–4067. DOI: 10.2527 / jas.2010-2987. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18.Министерство сельского хозяйства и рыболовства Квинсленда. [(доступ 3 сентября 2017 г.)]; Доступно в Интернете: www.daf.qld.gov.au.19. Сельдь А.Д. Системы производства мясного скота. CABI; Уоллингфорд, Великобритания: 2014. [Google Scholar] 21. Уильямс Дж., Графтон Р.К. Отсутствуют в действии: возможные последствия восстановления воды на ручьях и речных стоках в бассейне Мюррей – Дарлинг, Австралия. Австралас. J. Water Resour. DOI 2019: 10.1080 / 13241583.2019.1579965. (в печати) [CrossRef] [Google Scholar] 22. Секссон Дж., Вагнер Дж.Дж., Энгл Т.Э., Айкхофф Дж. Прогнозирование потребления воды годовалыми бычками откормочной площадки. J. Anim. Sci. 2012; 90: 1920–1928. DOI: 10.2527 / jas.2011-4307. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 23. Али С., Гуневарден Л.А., Басараб Дж. А. Оценка потребления воды и факторов, влияющих на потребление пастбищного скота. Жестяная банка. J. Anim. Sci. 1994; 74: 551–554. DOI: 10.4141 / cjas94-077. [CrossRef] [Google Scholar] 24. Palhares J.C.P. Communicado Técnico. EMBRAPA; Сан-Карлос, Бразилия: 2014. Qualidade da água na produção animal. [Google Scholar] 25.Бенедетти Э. Ингестао и Гасто де Агуа но Манежо де Ребанью Лейтейро. Тезе де Местрадо; Escola de Veterinária, UFMG; Белу-Оризонти, Бразилия: 1986. [Google Scholar] 26. Таварес Дж. Э., Бенедетти Э. Агуа: Uso de bebedouros e sua Influência na produção de bovinos em pasto. FAZU em Revista Uberaba. 2011. 8: 152–157. [Google Scholar] 27. Ариас Р.А., Мадер Т.Л. Факторы окружающей среды, влияющие на суточное потребление воды КРС на откормочных площадках. J. Anim. Sci. 2011; 89: 245–251. DOI: 10.2527 / jas.2010-3014. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 29.Пачас А.Н.А. Кандидат наук. Тезис. Университет Квинсленда; Брисбен, Австралия: 2017. Исследование водопользования в системах Leucaena-Grass. [CrossRef] [Google Scholar] 30. Глиберт П.М., Харрисон Дж., Хейл К., Зейтцингер С. Рост потребления мочевины во всем мире — глобальное изменение, способствующее эвтрофикации прибрежных районов. Биогеохимия. 2006. 77: 441–463. DOI: 10.1007 / s10533-005-3070-5. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Murgueitio E., Cuartas C.A., Naranjo J.F. Ganadería del Futuro. Fundación CIPAV; Кали, Колумбия: 2008 г.[Google Scholar] 33. Куартас С.А., Наранхо Дж. Ф., Тарасона А., Бараона Р. Использование энергии в животном и животном. CES Med. Вет. Zootec. 2013; 8: 70–81. [Google Scholar] 34. Пери П.Л. Uso de agua en sistemas de producción de carne en sistemas silvopastoriles; Труды IV Конгресса националь де систем Сильвопасторилес; Барилоче, Аргентина. 31 октября — 2 ноября 2018 г. [Google Scholar] 35.Соуза Л.Ф., Маурисио Р.М., Пачулло Д.С.С., Сильвейра С.Р., Рибейро Р.С., Кальсавара Л.Х., Морейра Г.Р. Потребление кормов, пищевое поведение и биоклиматологические показатели пастбищных трав под влиянием деревьев в лесопастбищной системе. Троп. Grassl. 2015; 3: 129–141. DOI: 10.17138 / TGFT (3) 129-141. [CrossRef] [Google Scholar] 36. Тилман Д., Фарджионе Дж., Вольф Б., Д’Антонио К., Добсон А., Ховарт Р., Шиндлер Д., Шлезингер В.Х., Симберлофф Д., Свакхэмер Д. Прогнозирование глобальных изменений окружающей среды, обусловленных сельским хозяйством.Наука. 2001. 292: 281–284. DOI: 10.1126 / science.1057544. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Грин Р.Э., Корнелл С.Дж., Шарлеманн Дж.П.У., Балмфорд А. Сельское хозяйство и судьба дикой природы. Наука. 2005. 307: 550–555. DOI: 10.1126 / science.1106049. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 38. Годфрей Х.С.Дж., Беддингтон Дж. Р., Крут И. Р., Хаддад Л., Лоуренс Д., Мьюир Дж. Ф., Претти Дж., Робинсон С., Томас С. М., Тулмин С. Продовольственная безопасность: проблема накормить 9 миллиардов человек. Наука. 2010; 327: 812–818.DOI: 10.1126 / science.1185383. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 39. Phalan B., Balmford A., Green R.E., Scharlemann J.P.W. Сведение к минимуму вреда для биоразнообразия за счет производства большего количества продуктов питания во всем мире. Продовольственная политика. 2011; 26: 562–571. DOI: 10.1016 / j.foodpol.2010.11.008. [CrossRef] [Google Scholar] 40. Ридутт Б.Г., Сангуансри П., Фрир М., Харпер Г.С. Водный след домашнего скота: сравнение шести географически определенных систем производства говядины. Int. J. Оценка жизненного цикла. 2012; 17: 165–175. DOI: 10.1007 / s11367-011-0346-у.[CrossRef] [Google Scholar] 41. Кларк М., Тилман Д. Сравнительный анализ воздействия систем сельскохозяйственного производства на окружающую среду, эффективности сельскохозяйственных ресурсов и выбора продуктов питания. Environ. Res. Lett. 2017; 12: 064016. DOI: 10.1088 / 1748-9326 / aa6cd5. [CrossRef] [Google Scholar] 42. Ривера-Ферре М.Г., Лопес-и-Галац Ф., Хауден М., Смит П., Мортон Дж.Ф., Эрреро М. Переосмысление дискуссии об изменении климата в животноводческом секторе: варианты смягчения и адаптации. ПРОВОДА Clim. Чанг. 2016; 7: 869–892. DOI: 10.1002 / wcc.421. [CrossRef] [Google Scholar] 43. Молина С.С.Х., Молина Д.С.Х., Молина Е.Дж., Молина Дж. П. Карне, leche y medio ambiente en el sistema silvopastoril интенсивно с Leucaena leucocephala (Lam.) De Wit Mimosaceae. В: Murgueitio E., Cuartas C.A., Naranjo J.F., редакторы. Ganadería del Futuro. Fundación CIPAV; Кали, Колумбия: 2008. С. 41–65. [Google Scholar] 45. Вёрёсмарти К.Дж., Грин П.Дж., Солсбери Дж., Ламмерс Р.Б. Глобальные водные ресурсы: уязвимость от изменения климата и роста населения.Наука. 2000. 289: 284–288. DOI: 10.1126 / science.289.5477.284. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 46. Доро М., Корсон М.С., Видеманн С.Г. Использование воды животноводством: глобальная перспектива для региональной проблемы? Anim. Передний. 2012; 2: 9–16. DOI: 10.2527 / af.2012-0036. [CrossRef] [Google Scholar] 47. Мекконен М.М., Хоэкстра А.Ю. Глобальная оценка воздействия продуктов животноводства на воду. Экосистемы. 2012; 15: 401–415. DOI: 10.1007 / s10021-011-9517-8. [CrossRef] [Google Scholar] 48. Ридаутт Б.Г., Пфистер С.Новый метод расчета водного следа, объединяющий безвозвратное и деградационное использование воды в единый автономный взвешенный показатель.