- •Контрольная работа
- •По дисциплине
- •Экология
- •Вариант №2
- •Каковы особенности современных экологических проблем?
- •Круговорот углерода в биосфере
- •Выполнить практические работы №1 и №2. Работы представлены в виде отдельных файлов – «Практическая работа №1.Doc» и «Практическая работа №1.Doc».
- •Молекулярно-генетический уровень воздействия загрязнения биосферы
- •Пути решения глобального сырьевого кризиса
- •7. В чём состоит средообразующая функция животных.
- •Действие радионуклидов на живые организмы.
Министерство образования Российской Федерации
Томский Государственный Университет
Систем Управления и Радиоэлектроники (ТУСУР)
Контрольная работа
По дисциплине
Экология
Вариант №2
-
Каковы особенности современных экологических проблем?
Развитие человечества в XIX и особенно е XX веке характеризуется небывало интенсивным ростом производства, что связано с распространением капиталистических принципов построения экономики, ориентированной на прибыль. Это стимулировало рост производства и потребления, вело к развитию транспорта и коммуникаций, способствовало специализации хозяйства различных стран, все более вовлеченных в интегрированную мировую экономическую систему. Заметим сразу, что экономика «реального социализма», представляющего собой, по сути дела, государственный капитализм, ничуть не меньше собственно капиталистической экономики разрушала экосистемы страны. Способствуя повышению уровня благосостояния людей, хотя и усиливая имущественное расслоение общества, эти системы породили все усиливающееся противоречие между развитием цивилизации технического типа и природной средой, в которой она существует.
Повышение производства промышленных товаров и продовольствия создало условия для роста численности людей на Земле, что вело к росту потребностей, а это требовало нового увеличения объема производства — возникла мировая экономико-социальная система с положительной обратной связью, принципиально стремящаяся к неограниченному росту. Конечно, процесс не так прост, как он выглядит в абстрактной схеме. Политические конфликты и локальные войны, экономические преимущества и ограничения, устанавливаемые правительствами отдельных стран, изменяют конкретное развитие процессов, иногда несколько тормозят их, но не меняют общей тенденции. Результатом этого стала угроза нарушения равновесия во взаимодействии уже не отдельных этносов с вмещающими ландшафтами, а всего человечества с биосферой — живой оболочкой Земли, вне которой человек не может существовать.
Воздействие технической цивилизации на разные компоненты биосферы и системы связей между ними достигло уровня, сравнимого с собственными естественными колебаниями биосферных процессов и начало уже сейчас изменять их ход. Единая система мировой экономики, ориентированной на прибыль и рост потребления как средство ее увеличения, создала единые для всего человечества глобальные проблемы, решение которых — общечеловеческая задача.
Развитое академиком В. И. Вернадским учение о биосфере основано на представлении о планетарной роли живого вещества, активность которого коренным образом изменила весь облик нашей планеты. Живое вещество в колоссальных масштабах осуществляет биогеохимические процессы, вовлекая в них неживое, косное вещество, составляющее почти целиком атмосферу, гидросферу и литосферу. Наиболее легкие, химически активные элементы, называемые биогенными, вовлекаются в биогеохимические циклы, равновесие которых, в свою очередь, обеспечивает существование и саму возможность развития жизни на Земле.
Главные из этих элементов — водород, кислород, углерод, азот, фосфор. В масштабах геологического времени, в котором разворачиваются процессы, занимающие тысячи и миллионы лет, интенсивность биогеохимических циклов очень велика. Так, весь кислород атмосферы проходит через органическое вещество в течение 2500 лет, а углерод — всего за 8 лет (рис. 1). Циклы азота, фосфора, калия также вовлекают в оборот многие миллиарды тонн этих элементов.
К
Рис. 1
Вмешательство человеческой деятельности в обмен веществ и энергии, происходящий в конкретных экосистемах, в природные биогеохимические циклы, суммируясь, приводит к глобальным сдвигам. Их масштабы становятся угрожающими, и изучение путей развития нарушений биосферных процессов, прогноз их динамики, что впервые было сделано в моделях Римского клуба, разработка методов предотвращения нарушений составляют основное содержание глобальной экологии.
Большинство элементов, составляющих основные и осадочные породы земной коры, подвержены перемещениям в ходе геохимических циклов, характеризующихся временами порядка миллионов и десятков миллионов лет. Выветривание горных пород, растворение и осаждение в новых соединениях, перемещение вместе с породами, переосаждение и другие физико-химические процессы, возникающие вследствие тектонических процессов в земной коре, создают, в частности, месторождения различных рудных и нерудных ископаемых. Несравненно интенсивнее изменяются, перемещаются и накапливаются биогенные элементы, биогеохимические циклы которых осуществляются при участии живого вещества. Все разнообразие и суммарная интенсивность биохимических реакций прямо или опосредованно осуществляются за счет энергии солнечного света. Таким образом, биогеохимические циклы всех биогенных элементов энергетически связаны с циклом углерода, в котором возникает при фотосинтезе в растениях и в сложных трофических сетях экосистем распадается органическое вещество. Поэтому одна из наиболее важных характеристик экосистем — их продуктивность по так называемой первичной продукции углерода, связываемого растениями на площади, занимаемой экосистемой.
Различные экосистемы, в зависимости от комплекса климатических, геологических, геоморфологических и других условий, обладают различной продуктивностью. При этом отношение количества фиксированного в телах растений углерода к интенсивности его связывания может не соответствовать продуктивности. Так, значительная часть фотосинтетической активности в океанах приходится на долю микроскопических водорослей, преимущественно одноклеточных, составляющих фитопланктон, годовая первичная продукция которого в 25 раз превышает содержание углерода в этих организмах. Это означает, что 96% первичной продукции морского фитопланктона идет на обеспечение жизнедеятельности животных всех уровней трофической пирамиды в экосистемах океана. В наземных экосистемах основные фотосинтетики — многоклеточные растения, значительная часть их первичной продукции идет на построение собственных тел. В табл. 1.3 приведены данные о годовой первичной продукции, общей массе углерода и относительной продуктивности основных экосистем Земли.
Таблица 1.
Основные экосистемы Земли: площадь, годовая первичная продукция, общая масса углерода и относительная продуктивность (по Вудвеллу, 1978, из Смита, 1985, с дополнениями)
А |
Б |
В |
Г |
Д |
Растительное сообщество |
Площадь, млн. км2 |
Годовая первичная продукция углерода, млрд. тонн |
Общая масса углерода в растениях, млрд. тонн |
Относительная продуктивность в/б |
Тропический дождевой лес |
17,0 |
16,8 |
344,0 |
0,99 |
Тропический листопадный лес |
7,5 |
5,4 |
117,0 |
0,72 |
Вечнозелёный лес |
5,0 |
2,9 |
79,0 |
0,58 |
Лиственный лес умеренной зоны |
7,0 |
3,8 |
95,0 |
0,54 |
Бореальный лес (тайга) |
12,0 |
4,3 |
108,0 |
0,36 |
Мелколесье и кустарники |
8,5 |
2,7 |
22,0 |
0,32 |
Саванна |
15,0 |
6,1 |
27,0 |
0,41 |
Степи умеренной зоны |
9,0 |
2,4 |
6,3 |
0,27 |
Тундра и альпийские луга |
8,0 |
0,5 |
2,3 |
0,06 |
Растительность пустынь |
18,0 |
0,7 |
5,9 |
0,04 |
Скалы, льды, пески |
24,0 |
0,03 |
0,2 |
0,001 |
Сельскохозяйственные угодья |
14,0 |
4,1 |
6,3 |
0,29 |
Болота |
2,0 |
2,7 |
13,5 |
1,35 |
Озёра и реки |
2,0 |
0,4 |
0,02 |
0,2 |
Итого на суше |
149,0 |
52,8 |
827,0 |
0,35 |
Открытый океан |
332,0 |
18,7 |
0,45 |
0,06 |
Зоны апвелинга (подъём глубинных вод) |
0,4 |
0,1 |
0,004 |
0,25 |
Континентальный шельф |
26,6 |
4,3 |
0,12 |
0,16 |
Водоросли и рифы |
0,6 |
0,7 |
0,54 |
1,17 |
Эстуарии (места впадения рек) |
1,4 |
1,0 |
0,63 |
0,71 |
Итого в океане |
361,0 |
24,8 |
1,74 |
0,07 |
Всего |
510,0 |
77,6 |
828,74 |
0,15 |
Первичная продуктивность растительности (продуцентов) экосистемы определяет суммарную энергию биохимических процессов в экосистеме и, следовательно, интенсивность биогеохимических циклов как углерода, так и остальных биогенных элементов. Биогеохимический цикл углерода, определяющего элемента живых систем, изучен лучше, чем циклы других элементов, которые вовлечены в биогенный круговорот относительно небольшой частью своего присутствия в земной коре или атмосфере. Тем не менее биогеохимические циклы азота и кислорода изучены сравнительно полно, по крайней мере, в части, касающейся их обмена в экосистемах и атмосфере.
Из табл. 1 хорошо видно, что максимально продуктивны экосистемы, суши. Хотя площадь суши вдвое меньше, чем площадь, занимаемая океанами, ее экосистемы имеют годовую первичную продукцию углерода, более чем вдвое превышающую таковую Мирового Океана (52,8 млрд. тонн и 24,8 млрд. тонн соответственно) при относительной продуктивности наземных экосистем, в 7 раз превышающей продуктивность экосистем океана. Из этого, в частности, следует, что надежды на то, что полное освоение биологических ресурсов океана позволит человечеству решить продовольственную проблему, не очень обоснованны. По-видимому, возможности в этой области невелики — уже сейчас уровень эксплуатации многих популяций рыб, китообразных, ластоногих близок к критическому. Для многих промысловых беспозвоночных — моллюсков, ракообразных и других, в связи со значительным падением их численности в природных популяциях стало экономически выгодным разведение их на специализированных морских фермах, развитие марикультуры. Примерно таково же и положение со съедобными водорослями, такими как ламинария (морская капуста) и фукус, а также водорослями, используемыми в промышленности для получения агар-агара и многих других ценнейших веществ.