Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа 2006 icon

Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа 2006


1 чел. помогло.

Смотрите также:
Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа-2006...
Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа-2006...
Учебное пособие Часть 3 Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа-2006...
Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа-2006...
Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом угаэс уфа-2010...
Учебное пособие Рекомендовано учебно-методическим советом по анатомии и гистологии...
Учебное пособие Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром...
Учебное пособие для студентов специальности 5B050200 «Политология» Павлодар...
Учебное пособие Часть I рекомендовано научно-методическим советом университета белгород...
Учебное пособие Изд. 2-е, перераб и доп. Петрозаводск Издательство Петргу 2006...
Учебное пособие Изд. 2-е, перераб и доп. Петрозаводск Издательство Петргу 2006...
Учебное пособие Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области водного...



страницы: 1   2   3   4   5
вернуться в начало
скачать
^

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ



ВВЕДЕНИЕ


Решение глобальных задач по охране окружающей среды и рациональному использованию природопользованию возможно только на основе экологических знаний. В настоящее время экология стала интегральной наукой, связанной почти со всеми естественными и техническими дисциплинами. Разобраться в экологических проблемах, возможно, только при наличии глубоких знаний о законах природы, о понимании, что экологического благополучия только для населения одного государства быть не может. Поэтому экология как учебная дисциплина должна выходить на первый план.

Целью дисциплины является изучение ряда вопросов: свойств биосферы; зависимость человека от биосферы и наоборот, закономерности развития и эволюции экосистем; основные понятия об экологических факторах; антропогенные воздействия на биосферу и влияние загрязнения окружающей среды на здоровье населения; принцип рационального природопользования; правовые и экологические механизмы природопользования.

В результате изучения дисциплины «Экология» студенты должны владеть информацией и правильно ориентироваться в реальной экологической ситуации; уметь решать задачи сохранения и рационального использования окружающей среды; понимать характер экологии как науки и ее место в системе общегуманитарных знаний; уметь выразить и обосновать свою позицию по экологическим проблемам.

На практических занятиях предлагается анализировать конкретные экологические ситуации, составление экологических справок к конструирование моделей различных экологических явлений и явлений в стране.


^ ГЛАВА 1. БИОСФЕРА – КАК ЕДИНАЯ ЭКОСИСТЕМА ЗЕМЛИ


1.1. Предметы и задачи экологии


Экология – это наука об отношениях организмов или групп организмов к окружающей их среде или наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

Требования любого живого организма к качеству окружающей Среды консервативны. При изменении режимов факторов, отклонении тех или иных составляющих природной Среды от некоторой требуемой организму нормы возможны нарушения жизнедеятельности вплоть до несовместимости этих отклонений с жизнью.

Термин «экология» предложен в 1869 г. немецким ученым Эрнстем Геккелем и образован из двух греческих корней: ойкос – дом, жилище; логос - слово. Под экологией Геккель понимал сумму знаний, относящихся к экономии природы, изучение всей совокупности животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической. В его понимании экология касается в первую очередь царства животных.

Экология изучает организацию жизни на трех уровнях. Во-первых, взаимодействие отдельного организма со средой его обитания (образ жизни, взаимодействие с отдельными элементами окружающей среды, поведение и т.п.). Данный раздел называется аутоэкологией (аутос-сам). При аутоэкологических исследованиях используются лабораторные эксперименты, тесты, специальное оборудование. Аутоэкологические методы используются и при изучении воздействия на организм вредных веществ, содержащихся в промышленных выброса, а также вредных и опасных физических производственных факторов.

Однако в реальной жизни ни один организм не существует вне связи с другими – себе подобными, т.е. особями того же вида. Раздел экологии, изучающий взаимоотношения между организмом и средой на уровне группы особей одного вида, называют демэкологией (дем – групппа позвоночных). Демэкологию в ряде случаев называют как экологию популяций.

Понятие биосферы как cреды обитания живых организмов было предложено впервые в 1875 г. австрийским геологом Э.Зюссом. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Позднее Вернадский подошел к биосфере, как к планетной среде, в которой распространено живое вещество. Вернадский считал, что живое вещество не может быть оторвано от биосферы, функцией которой оно является. Кроме того, биосфера есть область превращения космической энергии, и по Вернадскому биосфера есть «планетное явление космического характера»


^ 1.2. Состав и структура геосфер Земли


Земля и окружающая ее среда сформировалась в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Как и другие планеты, Земля получает энергию от Солнца, достигающую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло – одно из главных слагаемых климата Земли, основа для развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток исходит из глубин Земли. По новейшим данным, масса Земли составляет 6–1021 т, объем – 1,083–1012 км3, площадь поверхности – 510,2 млн км2. Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

Планета Земля имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная обо­лочка Земли – биосфера.

Литосфера (греч. «литое» – камень) – каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы) (рис. 1.1). Земная кора сложена горными породами. Доля раз личных гор­ных пород в земной коре неодинакова – более 70 % приходится на базальты, граниты и другие магматические породы, около 17 % – на преобразованные давлением и высокой температурой породы и лишь чуть больше 12 % – на осадочные (табл. 1.1).

Земная кора – важнейший ресурс для человечества. Она содержит горючие полезные ископаемые – уголь, нефть, горючие сланцы, рудные – железо, алюминий, медь, олово и др., нерудные – фосфориты, апатиты и др., естественные строительные материалы – известняки, пески, гравий и др.


^ Таблица 1.1

Соотношение горных пород земной коры


Название горных пород

Процент от общего объема земной коры, %

Магматические и метаморфические породы

Граниты, диориты, эффузивы

20,86

Кристаллические сланцы, гнейсы

16,91

Базальты, габбро, амфиболы

50,34

Осадочные породы

Глины и глинистые сланцы

4,48

Пески и песчаники

3,56

Карбонатные породы

3,57

Прочие породы

0,28


Гидросфера (греч. «гидор» – вода) – водная оболочка Земли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную.


Поверхностная гидросфера – водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды постоянно или временно располагаются на земной поверхности и носят название поверхностных.

Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8 %.





Рис. 1.1. Схема строения литосферы


Подземная гидросфера – включает воды, находящиеся а верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.

По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0,13 %, Основную часть гидросферы (96,53 %) составляет Мировой океан (табл. 1.2). На долю подземных вод приходится 23,4 млн км2, или 1,69 % от общего объема гидросферы, остальное – воды рек, озер и ледников.


^ Таблица 1.2

Распределение вод на Земле


Части гидросферы

Площадь распространения, тыс. км2

Объем воды,

тыс. км3

Доля общих

мировых запасов воды, %

Мировой океан

361 300

1 138 500

96,53

Ледники и снега (полярные и горные области)

16227

24064

1,74

Подземные воды

134 800

23 400

1,69

Подземные льды в зоне вечной мерзлоты

21000

300

0,023

Озера

2058

176

0,014

^ Окончание таблицы 1.2


Почвенная влага

82 000

16,5

0,001

Пары атмосферы

510000

12,9

0,001

Болота

2682

11,4

0,0007

Речные воды

148 800

2,1

0,0002


Более 98 % всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на Земле равен 28,25 млн км3, или около 2 % общего объема гидросферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится 4,2 млн км3 воды, или всего лишь 0,3 % объема гидросферы.

Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет и на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой, и т. д.).

Атмосфера (греч. «атмос» – пар) – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли (табл. 6.3 по Н. Реймерсу, 1990). Общая масса атмосферы – 5,15–1015 т. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20–25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Атмосфера физически, химически и механически воздействует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Атмосфера поддерживает различные формы жизни на Земле. Атмосфера состоит из тропосферы, стратосферы, термосферы и мезосферы.


^ Таблица 1.3

Состав атмосферы


Элементы и газы

Содержание в нижних слоях атмосферы,

%

по объему

по массе

Азот

78,084

75,5

Кислород

20,964

23,14

Аргон

0,934

1,28

Неон

0,0018

0,0012

Гелий

0,000524

0,00007

Криптон

0,000114

0,0003

Водород

0,00005

0,000005

Углекислый газ

0,034

0,0466



^ Окончание таблицы 1.3


Водяной пар:







-в полярных широтах

0,2

-

-у экватора

2,6

-

Озон:







-в тропосфере

0,000001

-

-в стратосфере

0,001–0,0001

-

Метан

0,00016

0,00009

Окись азота

0,000001

0,0000003

Окись углерода

0,000003

0,0000078


В формировании природной среды Земли велика роль тропосферы (нижний слой атмосферы до высоты 8– -10 км в полярных, 10–12 км в умеренных и 1–618 км в тропических широтах) и в меньшей степени стратосферы, области холодного разреженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км. Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее выбрасывается вулканическая пыль, а в прошлом и продукты ядерных взрывов в атмосфере.

В тропосфере происходят глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс, во многом определяющие круговорот воды, теплообмен, трансграничный перенос пылевых частиц и загрязнений.

Атмосферные процессы тесно связаны с процессами, происходящими в литосфере и водной оболочке.

К атмосферным явлениям относят: осадки, облака, туман, грозу, гололед, пыльную (песчаную) бурю, шквал, метель, изморозь, росу, иней, обледенение, полярное сияние и др.

Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодействуют между собой. Практически все поверхностные экзогенные геологические процессы обусловлены этим взаимодействием и проходят, как правило, в биосфере.


^ 1.3. Биосфера – глобальная экосистема земли


Биосфера (греч. bios – жизнь, sphairа – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты; Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу) – океаны, моря, поверхностные воды суши, а также литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной оболочки. В пределах биосферы выделяют: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (эубиосфера), а также расположенное выше (парабиосфера) и ниже ее (метабиосфера). Общая протяженность эубиосферы по вертикали ~ 12–17 км.

Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является так называемым озоновым экраном (или слой).

Озоносфера – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22–26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7–8 км, у экватора 17–18 км, а максимальная высота присутствия озона 45–50 км. Выше озонового слоя существование жизни невозможно из-за из-за жесткого ультрафиолетового излучения.

Нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы (например, каменный уголь). Общая мощность биосферы 33–35 км.

Биотические компоненты биосферы включают растения (фитосфера), животных (зоосфера) и микроорганизмы (микробиосфера). К биосфере относится человеческое общество.

Более 99 % всего вещества в верхних слоях литосферы трансформировано живыми организмами, Ясно, что для осуществления такой работы организмы должны обладать огромной энергией и биомассой, суммарная величина которой оценивается примерно 4,4· 1012 т.

Взаимодействие абиотической части биосферы – воздуха, воды и горных пород и органического вещества – биоты обусловило формирование почв и осадочных пород. Последние, по В.И.Вернадскому, несут на себе следы деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые геологические эпохи.

Важнейшими особенностями биосферы является ее организованность и устойчивое динамическое равновесие. Например, можно говорить о термодинамическом уровне организованности биосферы, выражающегося в наличие двух взаимосвязанных “слоев”: верхнем освещенном (фотобиосфера), где существуют фотосинтезирующие организмы, и нижнем почвенном (автобиосфера), где расположена зона подземной жизни. Термодинамический уровень организованности биосферы проявляется в специфике градиентов температуры в гидросфере, атмосфере и литосфере. Выделяют также физический, или агрегатный уровень организованности, т.е. наличие разных фазовых состояний вещества (твердого, жидкого или газообразного).

На химическом уровне организованности гидросферы, атмосферы и литосферы рассматриваются как сложные химические тела.

Абиотическая часть биосферы представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой норового пространства; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов бла­годаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 1.2).




^ Рис. 1.2 Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы


В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

– стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

– обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются прежде всего в стремле­нии живых организмов «захватить» все мало-мальски приспо­собленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера. Один из вариантов границ биосферы приведен на рис. 1.3.

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В.И.Вернадский понимал все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы – он состоит из тех же элементов, что неживая природа, только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное.

Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли.

По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд. т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли — атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду — в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов

«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В. И. Вернадский считал, что этот захват продолжается.





Рис. 1.3. Распределение живых организмов в биосфере:

1 – озоновый слой; 2 – граница снегов; 3 – почва; 4 – животные обитающие в пещерах; 5 – бактерии в нефтяных водах (высота и глубина даны в метрах)


На рис. 1.3 наглядно показаны границы биосферы – от высот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает 12 тыс. атм. Это стало возможным потому, что пределы толерантности температур у различных организмов – от абсолютного нуля до 180 °С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов – от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможности к распространению.


^ 1.4. Происхождение и эволюция биосферы


Первым этапом эволюции биосферы было возникновение жизни из неживой материи. Этому предшествовало образование простых органических соединений метана, аммиака, водорода в условиях высоких температур, повышенной вулканической деятельности, солнечного излучения. I – этап – это химический этап эволюции. Первыми органическими соединениями были аминокислоты (HCN + альдегиды + аммиак). Одновременно происходило образование простых сахаров (рибозы, дизоксирибозы). В водной среде образовались основные компоненты нуклеиновых кислот (ДНК, РНК).





Рис. 1.4. Основные компоненты первичной материи Земли


Рибоза и дизоксирибоза в сочетании с основаниями нуклеиновых кислот (аденин, гуанин, цитозин, тимин) образовывали нуклеозиды, а последнее в свою очередь в сочетании с фосфатами - нуклеотиды.

Следующий этап химической эволюции - полимеризация малых молекул в более крупные, т.е. образование белков. При отдельных молекулах аминокислот происходит выделение воды (дегидратация). Этот процесс осуществляется в условиях высыхающих лагун на морском иле под действием солнечных лучей.

Биологическая эволюция началась с образования клеток, а далее одноклеточных организмов.

Первые остатки жизни найдены в слоях литосферы, образовавшихся около 3 млрд. лет назад - на заре архейской эры. Дальнейшее усложнение жизни связано с многоклеточностью. Гипотеза ее происхождения – колониальная. Клетка делится на дочерние и т.д. Человеческое общество – один из последовательных этапов биогенеза, т.е. развития жизни на земле.

Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов. Исходя из этого закон незаменимости биосферы звучит так: биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества

Из этого закона следует, что конечная задача охраны окружающей природы – это сохранение биосферы как естественного и единственного места обитания человеческих обществ.

В отличие от биогенеза, данный этап эволюции биосферы рассматривают в качестве этапа разумного развития, т.е. коогенеза (коос-разум), а биосфера как ноосфера. (Понятие ноосфера введено в прошлом веке французским ученым Ле Руа, а далее Тейяр де Шардским). Под этим термином они понимают особую оболочку земли, включающую общество с индустрией, языком, хозяйственной деятельностью, религией и всеми иными атрибутами. ноосфера рассматривалась в качестве «некоего мыслящего пласта», развивающегося над биосферой, вне ее.

Закон ноосферы по Вернадскому имеет следующую форму: биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т.е. в сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы «человек – природа».


^ ГЛАВА 2 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ


Экологический фактор – это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями.

Окружающая среда характеризуется огромным разнообразием экологических факторов, в том числе пока не известных. Каждый животный организм в течение своей жизни находится под воздействием множества экологических факторов, различающихся происхождением, качеством, количеством, временем воздействия, режимом. Т.о. окружающая среда – это, фактически, набор воздействующих на организм экологических факторов.


^ 2.1. Классификация экологических факторов


Все экологические факторы, в общем случае, могут быть сгруппированы в две крупные категории: факторы неживой или костной природы – абиотические или абиогенные, и факторы живой природы – биотические или биогенные. Но по своему происхождению обе группы могут быть как природными, так и антропогенными.



Экологические

факторы







Косной природы

(абиотические

абиогенные)




Живой природы

(биотические

биогенные)




Природные




Антропогенные




Природные




Антропогенные







Физические (климатические, космические, почвенные, орфографические), (компоненты воды, воздуха, почвы, кислотность, примеси и др.




Зоогенные (воздействия животных)

Фитогенные (воздействия растений)

Микробиогенные (воздействия микробов)


По своему происхождению обе группы могут быть как природными, так и антропогенными, т.е. связанными с влиянием человека. Человек в своей деятельности не только меняет режимы природных экологических факторов, но и создает новые, например, синтезируя новые химические соединения – ядохимикаты, удобрения, лекарства, синтетические материалы и др. В числе факторов неживой природы присутствуют физические (космические, климатические, орографические, почвенные) и химические (компоненты воздуха, воды, почвы их кислотность и иные химические свойства, примеси промышленного происхождения). К биотическим факторам относятся зоогенные (влияние животных), фитогенные (влияние растений), микробиогенные (влияние микроорганизмов).


^ 2.1.1. Абиотические факторы.


1. Космические факторы

Биосфера, как Среда обитания живых организмов, не изолирована от сложных процессов, протекающих в космическом пространстве. На землю попадает космическая пыль, метеоритное вещество, земля периодически сталкивается с астероидами, сближается с кометами. Наша планета наиболее тесно связана с Солнцем – с солнечной активностью. Суть этого явления состоит в превращении энергии, накапливающейся в магнитных полях Солнца, в энергию движения газовых масс быстрых частиц, коротковолнового солнечного излучения. Солнечная активность влияет на ряд жизненных процессов на Земле: от возникновения эпидемий и всплесков в рождаемости до крупных климатических преобразований.

Под действием электромагнитного коротковолнового солнечного излучения происходит образование озонной оболочки – в частности озоносферы:

O2 + рV  O + O

O + O2  O3 + M

Из других космических факторов следует назвать корпускулярное излучение солнца. Солнечная корона, состоящая, в основном из ионизированных атомов водорода с примесью гелия, непрерывно расширяется. Покидая корону, этот поток водородной плазмы распространяется в радиальном направлении и достигает земли. Так называемый солнечный ветер обтекает землю и взаимодействует с электромагнитным полем земли (магнитные бури). В настоящее время накоплен большой опыт, иллюстрирующий влияние космических факторов на биосферные процессы. В частности, установлена корреляция вариаций солнечной активности с динамикой нервной и сердечно-сосудистой систем человека, а также наследственных, онкологических, инфекционных и др.

Абиотические факторы включают совокупность климатических и почвенно-грунтовых условий.

Лучистая энергия Солнца – в виде электромагнитных волн. Около 99 % ее составляют лучи с длиной волны 170–4000 нм., в том числе 48 % приходится на видимую часть спектра с длиной волны 400–760 нм, а 45 % на инфракрасную (750 нм10-3м) и 7% – на ультрафиолетовую (менее 400 нм). В процессах фотосинтеза наиболее важную роль играет фотосинтетически активная радиация (380–710нм).

Количество энергии солнечного излучения, поступающего к земле (к верхней границе атмосферы) практически постоянно и составляет 211018 Дж/мин.,

что соответствует 8,3 Дж/(см2 мин) – эта величина называется солнечной постоянной.

Проходя через атмосферу, солнечное излучение рассеивается на молекулы газов, на взвешенных примесях (твердых и жидких), поглощается водяными парами, озоном, диоксидом углерода, пылевидными частицами. Общий приход тепла к поверхности земли зависит от суммы прямого и рассеянного излучения, которая увеличивается от полюсов к экватору. В полюсах 46105 Дж/год, в тропическом широтах до 116–112105 Дж/год.

Энергия солнечного излучения не только поглощается, но и отражается в виде потока длинноволнового излучения. Снежная поверхность больше отражает, более темные хуже, чернозем – 5–14 %, светлый песок – 35–40, снег – 80–95 %. Отношение отражаемого поверхностью потока к поступившему называется альбедо.

Антропогенная деятельность существенно влияет на климатические факторы, изменяя их режим. Так массовые выбросы в атмосферу твердых и жидких частиц от промышленных предприятий могут резко изменить режим рассеивания солнечного излучения в атмосфере и уменьшить приход теплоты к поверхности Земли. Уничтожение лесов и иной растительности, создание крупных водохранилищ на территориях суши увеличивает отражение энергии, а загрязнение пылью, например, снега и льда – наоборот, увеличивает поглощение, что приводит к интенсивному таянию. Глобальные последствия антропогенной деятельности человека могут привести к двум гипотетическим явлениям: парниковому эффекту и ядерной зимы.

Суть парникового эффекта состоит в следующем: солнечные лучи проникают сквозь атмосферу к поверхности земли, однако накопление в атмосфере диоксида углерода, оксидов азота, фторхлоруглеводородов приводит к тому, что тепловое длинноволновое отражение земли поглощается атмосферой, что приводит к накоплению избыточной теплоты в приземном слое воздуха, т.е. нарушается тепловой баланс планеты. Прогнозируется, что если содержание СО2 возрастает даже на незначительное количество (от 0,034 до 0,045 %), то температура воздуха паднимется на 1,0–1,50С. В настоящее время ежегодное возрастание содержания СО2 составляет 1–2 части на миллион. Такая ситуация, как считают ученые, может привести уже в первой половине нашего века к катастрофическим изменениям климата, в частности к массовому таянию ледников и подъему уровня мирового океана.

^ Ядерная зима считается возможным следствием ядерных войн. В результате ядерных взрывов, и неизбежных после них пожаров тропосфера окажется насыщенной твердыми частицами пыли и пепла. Земля окажется закрытой (экранированной) от солнечных лучей в течение многих недель и месяцев, т.е. наступит так называемая «ядерная ночь». Одновременно в результате образования оксидов азота произойдет разрушение озонового слоя, сильное понижение температуры, массовая гибель всего живого от голода и холода. А те организмы, которые сумеют выжить до восстановления прозрачности атмосферы для проникновения солнечных лучей окажутся под воздействием жесткой ультрафиолетовой радиации. Например, в 1983 г. Произошло сильнейшее извержение вулкана Каратау. В атмосферу были выброшены многие миллионы тонн массы пепла, которые в течение нескольких лет оставались взвешенными в атмосфере, подвергались глобальному переносу с воздушными массами. В результате в течение трех лет после извержения наблюдалось некоторое похолодание глобального климата.

2. Осадки

Атмосферные осадки – это вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая на земную поверхность из облаков и осаждающая непосредственно из воздуха вследствие сгущения водяного пара. Из облаков могут выпадать дождь, снег, морось, ледяной дождь, снежные зерна, ледяная крупа град. Количество выпавших осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах.

Осадки тесно связаны с влажностью воздуха и представляют собой результат конденсации водяных паров.

Вследствие конденсации в приземном слое воздуха образуются росы, туманы, а при низких температурах наблюдается кристаллизация влаги. Конденсация и кристаллизация паров воды в более высоких слоях атмосферы образуют облака различной структуры и являются причиной атмосферных осадков. Осадки важнейшее звено в круговороте воды на Земле, причем в разных широтах количество резко колеблется. Выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) зоны земного шара. Максимальное количество осадков выпадает в зоне тропических лесов (до 2000 мм /год), в то время как в аридных зонах – 0,18 мм/год.

Атмосферные осадки – важнейший фактор, определяющий процессы загрязнения природной среды. Так, многие загрязняющие вещества, диоксид серы и окислы азота соприкасаясь с туманом или влагой воздуха приводят к образованию так называемых кислых дождей. Твердые примеси могут служить ядрами конденсации влаги.

^ 3. Движение воздушных масс (ветер)

Причиной образования ветровых потоков и перемещения воздушных масс неравномерный нагрев разных участков земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, но и вращение земли влияет на циркуляцию воздушных масс в глобальном масштабе. В приземном слое воздуха движение воздушных масс оказывает влияние на все метереологические факторы окружающей среды, т.е. на климат, включая режимы температуры, влажности, испарения с поверхности суши и моря, а также транспирацию растений.

Ветровые потоки – важнейший фактор переноса, рассеивания и выпадания загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий, теплоэнергии и транспорта.

^ 4. Давление атмосферы

Нормальным давлением принято считать 101,3 КПа (760 мм рт.ст.). Существуют постоянные области высокого и низкого давления. Наблюдаются сезонные и суточные минимумы и максимумы в одних и тех же точках. Различают морской и континентальный типы атмосферного давления. Периодически возникающие области низкого давления характеризуются мощными потоками воздуха, движущегося по спирали к центру, которые носят название циклонов. Циклоны связаны с неустойчивой погодой и большим количеством осадков. Антициклоны характеризуются устойчивой погодой, низкими скоростями ветра. При антициклонах могут возникать неблагоприятные, с точки зрения переноса и рассеивания примесей, метеорологические условия.


^ 2.1.2. Абиотические факторы почвенного покрова


Почва – продукт физического, химического и биологического преобразований горных пород, является трехфазовой средой, содержащей твердые, жидкие и газообразные компоненты.

Она формируется в результате сложных взаимодействий климата, растений, животных, микроорганизмов и рассматривается как биокосное тело, содержащее живые и неживые компоненты. Самый верхний горизонт, содержащий продукты перегнивания органики, является наиболее плодородным. Он называется гумусовым или перегнойным. В химический состав гумуса входят свободные ульминовые и гуминовые кислоты и их соли на основе кальция, железа и алюминия (гуматы, ульматы). Толщина гумуса 10–15 см.

Ниже гумусового слоя мало плодородный белесый слой толщиной 10–12 см. Питательные вещества вымыты из него водой или кислотами, и называют его – эллювиальным. Далее расположен горизонт вмывания или иллювиальный, где накапливаются вымытые из выше лежащих горизонтов минеральные и органические соединения. Он имеет плотную структуру, обычно темную окраску. Далее лежит материнская порода.

Свыше 50 % минерального состава почвы образовано кремнеземом (SI2O3), 1–25 % – глинозем (AL2O3), 1–10 % – на оксиды железа (Fе2O3), 0,1– 5,0 – оксиды магния, калия, фосфора, кальция. Органические вещества, поступающие в почву с мертвыми тканями организмов включают углеводы (лигнины, целлюлозу, гемицеллюлозу), белковые вещества (протеины), жиры (липиды), а также вещества в виде воска, смолы дубильные вещества. Органические остатки в почве минерализуются с образованием более простых (воды, СО2, аммиака и др.) или более сложных соединений, например, гумуса.

^ Орографические факторы (геоморфологические)

Геоморфология – наука о рельефе. Рельеф местности оказывает влияние на процессы почвообразования, причем почвы на склонах особенно ранимы и уничтожение растительности, усиленная пвстьба скота вызывают разрушение почв (эрозию).

Рельеф местности является одним из важнейших факторов от которых зависит перенос, рассеивание и накопление вредных примесей в атмосферном воздухе. Расположенные в низинах населенные пункты в зонах рассеивания промышленных выбросов подвергаются сильному застойному загрязнению, а растительность - угнетению, вплоть до гибели.

Различают самые крупные формы рельефа, связанные с процессами горообразования (макрорельеф); высотою 1–10 м – мезорельеф, и мелкие – микрорельеф. Вытянутые рельефы (ущелья и каньоны) образуют своего рода «трубы» через которые вредные примеси могут переносится на десятки километров.

Почвы – важнейший компонент биосферы, оказывающий наряду с Мировым океаном решающее влияние на всю глобальную экосистему в целом. Именно почвы обеспечивают питание биогенными веществами растения, которые кормят весь мир гетеротрофов. Почвы на Земле разнообразны и их плодородие тоже разное.

Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и рельефа местности. Наиболее богаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро, а минерализация медленно. Наименее богаты гумусом лесные почвы, где минерализация по скорости опережает гумификацию.

Выделяют по различным признакам множество типов почв. Под типом почв понимается большая группа почв, формирующихся в однородных условиях и характеризующаяся определенным почвенным профилем и направленностью почвообразования.

Поскольку важнейшим почвообразующим фактором является климат, то, в значительной мере, генетические типы почв совпадают с географической зональностью: арктические и тундровые почвы, под золистые почвы, черноземы, каштановые, серо-бурые почвы и сероземы, красноземы и желтоземы. Распространение основных типов почв на земном шаре показано на рис. 2.1.

Время формирования почв зависит от интенсивности гумификации. Скорость накопления гумуса в почвах можно определить в единицах, измеряющих мощность (толщину) гумусового слоя по отношению к времени их формирования, например, в мм/год. Такие цифры приводятся в табл. 2.1. ная скорость накопления гумуса и мощность гумусового горизонта, можно рассчитать возраст различных типов почв (Геннадиев, 1987). На Русской равнине черноземы образовались за 2500–3000 лет, серые и бурые лесные почвы — за 800–1000 лет, подзолистые – примерно за 1500 лет. Скорость образования почв зависит и от типа материнской породы – на гранитах во влажном тропическом климате для образования настоящей почвы надо 20 000 лет.





Рис 2.1. Схематическая карта зональных типов почв мира

1 – тундра; 2 – подзола; 3 – серо-бурые подзолистые почвы, бурые лесные почвы и т.д.; 4 – латеритные почвы; 5–почваы прерий и деградированные черноземы; 6 – черноземы; 7 – каштановые и бурые почвы; 8 – сероземы и пустынные почвы; 9 – почвы гор и горных долин; 10 – ледяной покров


Эти данные позволяют количественно оценивать допустимый смыв при интенсивном антропогенном воздействии. Одновременно они свидетельствуют, как легко можно разрушить эту тонкую «коричневую пленку», и сколько нужно времени, не считая затрат, чтобы восстановить утраченное.




^ Таблица 2.1


Скорость формирования гумусового горизонта почв Русской равнины


Группа почв

Скорость, мм / год

Горно-луговые, горные лесо-луговые

0,80–1,00

Торфяно-глеевые, болотно-подзолистые

0,50–0,80

Дерново-карбонатные, оподзоленные

0,45–0,50

Черноземы оподзоленные, типичные

0,40–0,45

Серые лесные, черноземы обыкновенные

0,35–0,40

Черноземы южные, темно-каштановые, дерново-подзолистые

0,20–0,30

Подзолы и типичные подзолистые

0,10–0,20

Солонцы, светло-каштановые

менее 0,10


Почва является граничным слоем между атмосферой и биосферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто смешение живого и неживого компонентов природы, но и их взаимодействие в рамках почвенной экосистемы. Главное назначение этой экосистемы – обеспечение круговорота веществ в биосфере.


^ 2.1.3. Абиотические факторы водной cреды


Водные объекты занимают преобладающую часть всей биосферы земли. Из общей площади ее поверхности, равной 510 млн км2, на долю мирового океана приходится 361 млн км2 (71 %).

Океан – главный акцептор и аккумулятор солнечной энергии, т.к. вода обладает высокой теплоемкостью.

К экологическим факторам водной cреды относятся:

1. Подвижность, т.е. постоянное перемещение и перемешивание водных масс в пространстве, способствует поддержанию относительной гомогенности их физических и химических характеристик.

2. Температурная стратификация – это изменение температуры воды по глубине водного объекта. В летний период поверхностные воды греются сильнее, чем глубинные. Между холодным теплым слоем образуется промежуточная зона с резким градиентом температуры, которую называют термоклиной. Температурная стратификация воды оказывает решающее влияние на размещение в воде живых организмов и на перенос и рассеивание примесей, поступающих от предприятий промышленности, сельского хозяйства и быта.

3. Прозрачность – определяет проникновение в ее толщу солнечного света и световой режим. От прозрачности зависит фотосинтез фитопланктона, высших водных растений и накопление биомассы, которое возможно лишь в пределах так называемой эвфотической (эв–пере, сверх; фотос – свет) зоны, т.е. в освещенной толще воды, где процессы фотосинтеза преобладают над процессами дыхания.


4. Мутность – связана с содержанием в воде взвешенных веществ, с природными и антропогенными источниками.

5. Соленость является важнейшим фактором для обитающих в воде организмов. Соленость связана с содержанием в воде растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их содержание невелико. Воды открытого моря содержат в среднем 35 г/л солей, Черного моря – 19, Каспийский – 13, Мертвого – 260 г/л с преобладанием хлоридов кальция, калия, натрия, магния.

6. Растворенные газы являются важной характеристикой воды. О2 и СО2 – от них зависит фотосинтез и дыхание водообитаемых организмов. Недостаток кислорода ведет к загневанию воды, избытку мертвой органики (или процесс эвтрофирования).

7. Кислотность

Распространение и жизнедеятельность организмов в воде зависит от кислотности среды. Каждый вид водного организма адаптирован к определенному значению РН: одни предпочитают кислую среду, другие – щелочную, третьи – нейтральную. Промышленность, сельское хозяйство и бытовые стоки могут существенно изменить РН среды, что приводит к гибели одних обитателей и перезаселение других, т.е. разрушается природный баланс.


^ 2.1.4. Биотические факторы

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Биотические факторы можно разделить на прямые и опосредственные. Прямые заключаются в непосредственных связях по линии трофики (питания): животные получают энергию для своей жизнедеятельности, поедая растения и других животных. В свою очередь, поедаемые животные (жертвы) служат источником энергии для хищников. Взаимодействия в системах жертва-хищник или хозяин-паразит в итоге обеспечивают естественный отбор и выживание наиболее приспособленных, определяют динамику численности популяций.

Опосредственные взаимодействия заключаются в том, что одни организмы являются средообразователями по отношению к другим, например растения – фотосинтетики (леса) обладают глобальной средообразующей функцией. В условиях лесной зоны создается своеобразный микроклимат, который зависит от морфологических особенностей деревьев и позволяет обитать именно здесь специфическим лесным животным, травянистым растениям, мхам и др.

В ковыльных степях другие условия жизни. Одновременно растения служат непосредственным местом обитания для других организмов. Например, в тканях дерева развиваются многие грибы, множество насекомых и др.

Взаимодействие между организмами классифицируют с точки зрения их взаимных реакций.

Различают гомотипические реакции – взаимодействие между особями и группами особей одного и того же вида, и гетеротипические – взаимодействия между представителями разных видов.

Среди животных существуют виды, способные питаться только одним видом пищи – монофаги, более широкий круг пищи – олигофаги, многие виды пищи: и растения, и животные – полифаги.

Наиболее распространенные типы гетеротипических взаимодействий междуживотными – хищничество, непосредственное преследование и поедание одних видов другими, например насекомых – птицами, травоядных копытных – плотоядными хищниками, мельких рыб – более крупными и т.д.

Другой тип – паразитизм. Организм паразит постоянно обитает на поверхности или внутри тела другого животного или растения (хозяина) и живет за счет его питательных веществ.

Все живые существа рано или поздно умирают. Мертвые останки животных и растений называют детритом. Детритом питаются, используя его как источник органического вещества и энергии, многочисленные живые существа (это и микроорганизмы, и различные насекомые и черви, и гиены, и орлы, и стервятники, и вороны и многие другие). Для них существует собирательное наименование – детритофаги.

Особую группу составляют редуценты. Это, по существу, особые формы детритофагов – микроорганизмы и грибы, разрушающие детрит, превращающие его в диоксид углерода и воду, завершающие

Из других форм взаимодействия: опыление растений животными, насекомыми, форезию – например, перенос семян птицами, комменсализм (сотрапезничество) – когда одни организмы питаются остатками пищи или выделениями других; синойкию (сожительство) – использование одними животными мест обитания (нор, гнезд) других животных; нейтрализм – взаимонезависимость разных видов, обитающих на общей территории.


^ 2.1.5. Общие закономерности взаимодействия организмов

и экологических факторов


Любой экологический фактор динамичен, изменчив во времени и пространстве.

Смена зимы и лета, температурные колебания в течение суток, освещенность, влажность, силы ветра и т.п., все это – природные колебания экологических факторов.

Каждому живому организму требуются строго определенные уровни, количества или дозы экологических факторов, а также определенные пределы их колебаний. Если режимы всех экологических факторов соответствуют наследственно закрепленным требованиям организма (т.е. его генотипу), то он способен выживать и давать жизнеспособное потомство. Тот или иной вид организма устойчив к экологическим факторам определенной географической зоны, в пределах которой он может обитать – эта зона называется ареалом.

Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических факторов – как биотических, так и абиотических, причем каждый фактор требуется организму в определенных количествах или дозах. Например, растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий) или в меньших количествах бора, молибдена. Но незначительный недостаток каждого элемента отрицательно сказывается на состоянии организма. Немецкий ученый Юстус Либих (1803–1873) сформулировал теорию минерального питания растений. Он установил, что развитие растений зависят не от тех химических элементов или факторов, которые присутствуют в почве в достаточных количествах, а от тех, которых не хватает. Например, достаточное для растения содержание азота или фосфора в почве не может компенсировать недостаток железа, бора или калия. Если любого (хотя бы одного из элементов) питания в почве меньше, чем требуется данному растению, то он будет развиваться ненормально, замедленно или иметь патологическое отклонение. Либих свои исследования сформулировал в виде закона минимума. Закон Либиха – одно из основополагающих законов экологии.

Вначале нашего века Шельфорд показал, что вещество, присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым уровнем, может привести к нежелательным последствиям для организма. Например, незначительный избыток ртути вызывает болезнь Минамата, избыток кадмия – разрушает кости. Дифицит влаги в почве делает бесполезными присутствующие в ней питательные вещества, а избыток влаги также ведет к аналогичным последствиям вследсвие «задыхания» корней, закисания почвы, возникновения анаэробных процессов





Рис.2.3. Определение толерантности растений


Если поместим какое-либо животное или растение в экспериментальную камеру и начнем изменять температуру в ту или другую сторону, то определим при каких положительных или отрицательных температурах организм перестает жить. При этом выявится некоторый наилучший (оптимальный) для организма уровень данного фактора (Топт), при котором его активность (А) будет максимальной (рис.). Но если режимы фактора будут отклоняться от оптимума в ту или иную (большую или меньшую сторону), то активность будет снижаться. При достижении некоторого максимального или минимального значения фактор станет несовместимым с жизненными процессами. В организме произойдут изменения, вызывающие его смерть. Эти уровни, таким образом окажутся смертельными или летальными (Тлет. и Т/ лет). Аналогичные результаты можно получить в экспериментахс изменением влажности, содержания различных солей в воде, кислотности, концентрации загрязняющих веществ и др. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которойорганизм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т.е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толеранция – терпение). Отсюда слово «толерантный» переводят как устойчивый, терпимый, а толерантность можно определить как способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений. Отсюда закон толерантности Шелфорда звучит так:

Любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.




Рис.2.2. Воздействие экологического фактора на организм


Загрязняющие вещества – обычные экологические факторы и их действие на организм человека подчиняется закону лимитирующего фактора (рис. 2.2) Величина фактора обозначается символов С (концентрация). При значительных Слет и С/лет – человек погибнет, но необратимые изменения происходят при гораздо меньших значениях: Слим и С/лим, и истинный диапазон толерантности определяется именно этими значениями, и фактическая концентрация Сфакт загрязняющего вещества не должно превышать Слим, т.е.

Сфакт  Слим , или Слим ПДК

Таким образом, Слим одновременно является пороговой концентрацией Спор. И максимально допустимой Смакс.для организма человека. В охране окружающей среде Слим имеет смысл предельно допустимой концентрации ПДК. Из сказанного вытекает первое правило охраны окружающей среды:

Охранять окружающую среду означает обеспечивать состав и режимы экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого (в первую очередь – человеческого) организма, т.е управлять ею так, чтобы ни один фактор не оказывался лимитирующим по отношению к организму.


^ 2.2. Экологическая ниша организма


Любой вид адаптирован к строго определенным условиям (факторам) окружающей среды. Выход режима хотя бы одного из множества факторов за пределы толерантности организма вызывает его пессимальное состояние. Унаследованные от предков генетические требования организма к составу и режимам экологических факторов определяют границы распространения этого вида, к которому этот организм принадлежит, т.е. ареалу, а в пределах ареала – конкретные места обитания. Так клюква растет в болотах, а брусника и черника на более сухих местах; рыба в воде, жираф в жарких пустынях, белый медведь в полярных льдах.

Иначе говоря, любой вид животного, растения, микроба способен нормально обитать, питаться, размножаться только в том месте, где его прописала эволюция за многие тысячелетия, или, другими словами, каждый вид живого организма занимает в природе свою, только ему присущую экологическую нишу.

Экологическая ниша организма – это совокупность всех его требований к условиям среды (составу и режимам экологических факторов) и место, где эти требования удовлетворяются, или вся совокупность множества биологических характеристик и физических параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе подобными.

Каждый вид имеет свою, только ему присущую экологическую нишу, т.е. сколько на Земле видов живых организмов, столько и экологических ниш. Два разных вида, даже очень близких, не могут занимать одну экологическую нишу в пространстве.

^ Экологическая ниша человека

Человек – один из представителей царства животных, биологический вид класса млекопитающих. Несмотря на то, что ему присущи многие специфические свойства (разум, членораздельная речь, трудовая деятельность, биосоциальность и др.) он не утратил своей биологической сущности и все законы биологии справедливы для него в той же мере, в какой и для других живых организмов. Человек имеет свою, только ему присущую экологическую нишу.

Как биологический вид, человек может обитать только в пределах суши экваториального пояса (тропики, субтропики), где возникло семейство гоминид. По вертикали ниша простирается примерно на 3,0–3,5 км над уровнем моря.

Человек разумный расширил границы своего начального ареала, расселился в высоких, средних и низких широтах, освоил глубины океана и космическое пространство. Однако он расширил свою нишу не путем адаптации, а путем применения специальных приспособлений (отапливаемое жилище, теплая одежда, кислородные приборы и т.д.)

В условиях промышленных предприятий многие факторы (шум, вибрация, температура, электромагнитные поля, примеси ряда веществ в воздухе) находятся очень часто за пределами толерантности человеческого организма. Это отрицательно сказывается на его здоровье и способствует возникновению различных заболеваний. Производственно хозяйственная деятельность человека, использование и переработка природных ресурсов неизбежно приводят к образованию побочных продуктов, рассеиваемых в окружающей среде.

Попадающие в воду, почву, атмосферу и пищу химические соединения являются экологическими факторами, а следовательно, элементами экологической ниши. По отношению к ним устойчивость человеческого организма мала, и такие вещества оказываются лимитирующими факторами, разрушающими нишу. Из сказанного вытекает второе основное правило охраны окружающей cреды с экологической позиции.

Охрана здоровья и окружающей cреды состоит в системе мероприятий по сохранению экологических ниш живых организмов, включая человека.

Таким образом, либо ниша человека будет сохранена для настоящего и будущих поколений, либо человек, как биологический вид, обречен на исчезновение.


^ 2.3. Экологическая или жизненная форма



Окружающая среда формирует морфологические, физиологические, поведенческие признаки организмов (фенотип). Поэтому, виды, обитающие в сходных условиях среды, обладают сходной приспособленностью к этим условиям, даже если они относятся к разным категориям в классификации животного и растительного мира. В экологии существует классификация именно с этой точки зрения, и экологическая ниша отражает понятие как бы жизненной формы.

Под жизненной формой вида – понимают исторически сложившийся комплекс его биологических, физиологических и морфологических свойств, обуславливающих определенную реакцию на воздействие окружающей cреды.

Классификация организмов с точки зрения их жизненных форм существует множество. Например, всех беспозвоночных (насекомых, паукообразных) можно разделить на открыто-живущих (экзобионты) и скрытно-живущих (эндобионты). Среди них можно выделить геобионты (почва), герпетобионтов (на поверхности почвы), хортобионтов (травяной покров), тамнобионтов (в кустарника), дендробионтов (древесные растения), гидробионты (водная cреда).

Гидробионты классифицируются следующим образом:

- Бентос (глубина) – данные организмы, обитающие в толще данного осадка.

- Перифитон (пери-вокруг, фитон-растения) – животные и растения, прикрепленные к стеблям высших растений и поднимающиеся над дном (моллюски, коловратки, гидры и др.).

- Планктон (планктос-парящий) – плавающие организмы, способные совершать вертикальные и горизонтальные перемещения преимущественно в соответствии с движением водных масс.

- Нектон (плавающий) – самостоятельно плавающие организмы способные к самостоятельному вертикальному и горизонтальному перемещению (рыбы, амфибии, крупные водные насекомые, ракообразные).

Нейстон (способный плавать) – совокупность морских и пресноводных организмов, котрые обитают у поверхности воды (личинки, комары, клопы, водомерки и некоторые растения (например, ряска)).

Экологическая форма – это отражение приспособленности самых различных в систематическом отношении организмов к отдельным экологическим факторам, выступающим в процессе эволюции в качестве лимитирующих. Например, деление растений на гидрофиты (влаголюбивые) и мезофиты (средние требования к влаге) и ксерофиты (сухолюбивые) отражает отношение к конкретному экологическому фактору – влаге.

В природных условиях экологические факторы изменяются во времени и пространстве, и в ряде случаев их уровни могут выходить за пределы нормы. При этом определенный фактор может оказаться летальной для наименее устойчивой части организмов из данной группы. Поэтому все живые организмы, для того чтобы выжить, дать потомство должны существовать в виде группировок, которые называются популяциями.

Географическая популяция – эта группа особей одного вида, населяющая территорию с однородными условиями существования.

Экологическая популяция – группа разнополых, половозрелых и равноценных в отношении полового отбора особей, находящихся в таких условиях, где любые две особи могут с равной вероятностью скреститься друг с другом.

Популяция – это исторически сложившаяся естественная совокупность особей данного вида, связанная определенными взаимоотношениями и приспособлением к жизни в условиях определенного района или иного местообитания. Каждый вид состоит из одной или нескольких популяций.

Третье правило охраны природы с экологической позиции.

Охрана живой природы состоит в сохранении популяций живыз организмов и мест их обитания, в обеспечении состава и структуры популяций, соответствующих конкретным условиям местообитания.

Каждый вид живых организмов имеет только ему присущее место обитания, где локализована его экологическая ниша. Такие места обитания называют стациями.

Стация обитания – участок территории, занятый популяцией вида и характеризующийся определенными экологическими условиями, отвечающими экологической нише данного вида.


^ ГЛАВА 3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ЭНЕРГЕТИКА


3.1. Экологическая система - биогеоценоз


Совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой, называют экологической системой или экосистемой (луг, лес, озеро).

Академиком Сукачевым для обозначения подобных сообществ предложен термин биогеоценоз (биос – жизнь, гео – земля, ценоз – сообщество), составной частью которого является совокупность живых компонентов или биоценоз. Биогеоценоз включает два компонента: биотический – сообщество живых растительных и животных организмов (биоценоз) и абиотический – совокупность неживых факторов cреды (экотоп).

Биогеоценоз – это совокупность на известном земном протяжении однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы, представляющая собой внутренно противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении и развитии.

Биоценоз – это совокупность представителей растительного (фитоценоз), животного (зооценоз) и мира микробов (микробоценоз). Экотоп включает две главные составляющие: климатоп и эдафотоп (эдафос-почва).

Экологические системы, как наземные, так и водные не являются совершенно однородными структурами, как в пространстве, так и во времени. Наземные экосистемы являются многоярусными, т.е. для них характерно вертикальное расслоение на разновысокие структурные части например, в лесу свойственно размещению корней, стволов, крон деревьев можно выделить ряд ярусов: деревья первой величины, второй величины, подрост (молодняк), подлесок из кустарников, живой напочвенный покров (травянистые растения, кустарники мхи).

В пределах каждого яруса выделяются более или менее обособленные группировки растений разных видов и связанных с ними животных. Такие группы называют биогеоценотическими синузиями (синузия – совместное пребывание).

Синузия биогеоценотическая – это структурная часть биогеоценоза, которая характеризуется специфическим составом и свойствами составляющих ее компонентов, тесными внутренними взаимовлияниями, общностью взаимодействия и обмена веществ и энергией при сохранении целостности биогеоценоза в целом.

Примеры: группировки растений травянистого яруса, кустарников, а в водной среде – синузия планктона или придонных обитателей.

Водные экосистемы делятся на две большие группы: непроточные водоемы или лентическая (линтус-спокойный) cреда (озера, пруды, болота) и проточные водоемы или лотическая (лотус-омывающий) cреда (реки, ручьи).


^ 3.2. Энергетика и продукция экосистемы


Первичная продукция на Земле создается в клетках зеленых растений под воздействием солнечной энергии (фотосинтез), а также некоторыми другими организмами (хемосинтез). Процесс фотосинтеза состоит в том, что в результате сложных химических реакций, такие вещества, как вода и диоксид углерода соединяются в молекулы сахаров с выделением свободного кислорода. Согласно второму началу термодинамики, любые виды энергии, в конечном счете, переходят в тепловую форму и рассеиваются. Суть фотосинтеза состоит в том, что происходит увеличение свободной энергии в органическом веществе за счет преобразования энергии фотона солнечного света (hγ) в энергию химических связей органического вещества (Q):



Особенностью специфических органических соединений клетки является то, что усваиваемая ими энергия фотонов не деградирует в тепловую, не рассеивается в пространстве, а наоборот, в последовательной цепи химических реакций преобразуется в энергию связей химических веществ, синтезируемых при этих процессах.




Рис. 2.2. Схема процессов фотосинтеза


Таким образом растения непрерывно усваивают из атмосферного воздуха огромное количество диоксида углерода (около 200 млрд т/год) и выделяют 145 млрд т/год свободного кислорода, образуя более 100 млрд т органического вещества. Именно процессам фотосинтеза мы обязаны стабильностью газового состава атмосферы: зеленый лист (состоит из миллионов клеток)  в клетках содержатся хлоропласты  в хлоропластах заключены молекулы хлорофилла  фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, в результате чего высвобождается электрон одного из ее атомов  е- + АДФ = АТФ (адинозиндифосфат–адинозинтрифосфат – являются энергоносителем).

АТФ + Н2О + СО2  С6Н2О6 __ АДФ

Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и диоксид углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода.


^ 3.3. Трофические цепи и трофические уровни


Живые организмы, входящие в состав биогеоценоза, неодинаковые с точки зрения ассимиляции ими вещества и энергии. Животные не участвуют в фотосинтезе, а используют солнечную энергию опосредственно через органическое вещество. Таким образом, в биогеоценозе образуется цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим, или так называемая трофическая цепь




Рис.3.1. Простая пищевая цепь в экосистеме


Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют самопитающимися или автотрофами, т.к. они создают первичное органическое вещество из неорганического – их называют продуцентами.




^ Рис 3.2. Трофические цепи питания


Организмы, которые питаются тем, что создано афтотрофами-продуцентами (т.к. не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов) называются гетеротрофными (питаемый другими) или консументами (консумо-потреблять). Многим видам эволюция предопределила необходимость использования животных белков. Это – плотоядные животные, которые являются вторичными консументами. В экологической системе прослеживается четкая последовательность в развитии одних организмов за счет других, своего рода цепь состоящая из различных звеньев. Например, “осина-заяц-лиса” или “трава-насекомые-лягушки-змеи-хищные птицы”. Разные трофические цепи связаны между собой общими звеньями в очень сложную систему, которая носит название трофической сети.

В экологии принято говорить об трофических уровнях, на первом уровне, находятся продуценты, на следующем уровне-травоядные организмы, затем плодоядные организмы плотоядные 2 порядка.

Отмершие растения и животные в природе необходимо снова минерализовать. Это происходит благодаря наличию особых трофических цепей – деструктуров, разрушителей(бактерии, грибы, мелкие беспозвоночные).

Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно цепь энергетическая, т.е. последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов ко всем остальным звеньям.

В процессе жизнедеятельности сообщества создается и расходуется органическое вещество. Каждая экосистема обладает определенной продуктивностью. Существует общая и текущая продуктивности (лес: общая – 200 м3 древесной массы, годовой прирост всего 1,7 – 2,5 м3).





оставить комментарий
страница2/5
Дата07.12.2011
Размер1,74 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх