Задание 5.3

Какая (положительная или отрицательная) обратная связь наблюдается в системе:

 популяции грызунов   их пищевых ресурсов   смертности грызунов   популяции грызунов. Нарисуйте блок-схему.

Глава VI «Аквамир» – модель биосферы (тема 6)

6.1. Проект «аквамир» (конспект лекции - семинара)

Краткое описание

«Аквамир» – полностью герметичный миниатюрный аквариум. Внутри живут морские креветки, их не надо кормить, они живут сами. «Аквамир» разработан при участии NASA, его аналог летал в космос.

Вероятно, разработка «Аквамира» – это пока единственный успех на пути создания искусственных автономных систем, подобных природным (естественным) экосистемам.

В аквариуме живут ярко красные морские креветки. Они ходят по белому «океанскому» песку, морским раковинам и камушкам. Их не нужно ни кормить, ни менять им воду. Ни воздух, ни вода или пища не поступают внутрь аквариума и не выходят из него.

Под действием света микроводоросли (продуценты) производят пищу для креветок и бактерий и кислород в процессе фотосинтеза по схеме:

СО₂ + Н₂О ^hv→ (СН₂О) + О₂

Все живые организмы, населяющие «Аквамир», осуществляют процессы так называемого аэробного дыхания, которое по сути противоположно процессу фотосинтеза:

(СН₂О) + О₂ = СО₂ + Н₂О

Решающую роль в полном разложении органических веществ различного происхождения (остатков отмерших организмов, экскрементов креветок) играют донные бактерии-редуценты, которые замыкают круговорот вещества в герметичном миниаквариуме и «возвращают» элементы минирального питания продуцентам.

В некоторых миниаквариумах находятся также побеги достаточно крупных водорослей (макроводорослей, продуцентов). Креветка ест не сами макроводоросли, она скорее пощипывает их, поедая микроводоросли и бактерии, которые обитают на побегах. Таким образом креветки «ухаживают» за растениями, «подстригая» старые побеги и поддерживая их здоровыми.

В системе «Аквамир» вы можете наблюдать как креветки «пасутся», носят маленькие песчинки, «пощипывают» растения и друг друга. В аквариуме у креветок нет естественных врагов, и жизнь их может продолжаться до 10 – 12 лет! «Аквамир» слишком мал, чтобы поддерживать жизнь возрастающего числа креветок, поэтому в нём нет условий для их размножения.

Создание миниатюрных биосистем явилось результатом длительных и сложных научных экспериментов, проводившихся в России и США в рамках космических и экологических проектов на протяжении нескольких десятилетий.

Рассмотрим устройство «Аквамира» более детально.

«Аквамир» – это аналог водной экосистемы, причём морской, поэтому его главным абиотическим компонентом служит морская вода, средний химический состав которой представлен в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

Основные ионы морской воды

Анионы	Конц. г/кг	Катионы	Конц. г/кг
Cl - SO4 - - HCO3 - Br -	12,35 2,70 0,14 0,066	Na+ Mg++ Ca++ К+	10,76 1,30 0,41 0,39

В «Аквамире» представлен и второй важнейший компонент внутренней абиотической среды (экотопа, биотопа) – миниатюрная атмосфера. Её исходный состав аналогичен среднему составу атмосферного воздуха (табл. 6.2), однако, с течением времени он может значительно измениться.

Таблица 6.2. Средний состав атмосферного воздуха

Компонент	Объемные %	Весовые %	Компонент	Объемные %	Весовые %
N2 O2 Ar	78,08 20,95 0,93	75,51 23,15 1,28	CO2 Ne He	0,03 1,8 ∙ 10-3 5,2 ∙ 10-4	0,046 1,25 ∙ 10-3 0,72 ∙ 10-4

Твёрдая фаза вещества представлена в миниаквариуме морским песком (SiО₂) и известковыми раковинами (СаСО₃), а также «камушками» различного состава.

Теперь можно представить графическую модель «Аквамира» (рис 6.1).

Рис. 6.1. Схема экосистемы «Аквамира»

Обсуждение проблемы

1. Что означают «вход» и «выход» на схеме «Аквамира» (рис. 6.1)?

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

2. «Аквамир» – это миниатюрная экосистема, которая существует по тем же законам, что и любая природная экосистема, включая биосферу Земли. Но есть и принципиальные отличия (по меньшей мере, два). В чём они заключаются?

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

3. Национальное аэрокосмическое агентство США (NASA) использует подобные модели для изучения возможности создания на пилотируемых космических станциях (и будущих внеземных поселениях) элементов замкнутого круговорота веществ, что позволит значительно снизить затраты на доставку расходуемых материалов с Земли (пищи, кислорода, воды и других). Как это можно осуществить?

Анализ проблемы методом коллективного «интеллектуального штурма» (рис. 6.2).

Ключевые слова: 1) замкнутый круговорот вещества; 2) ...............................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

4. Экосистему какого типа Вы бы предложили выбрать для подобного эксперимента? Болото? Лишайник? Коралл? Или другую? Обоснуйте ответ.

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

Это творческое самостоятельное задание повышенной сложности. Для реального простейшего эксперимента можно взять накипные или листоватые лишайники и поместить их в стеклянную колбу с герметически закрывающейся пробкой. Лишайник – природная симбиотическая система, содержащая автотрофный (водоросль) и гетеротрофный (гриб) компоненты. Что ещё нужно добавить в эту колбу?

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

Рис. 6.2. Схема «интеллектуального штурма» проекта «Экономия средств на доставке расходуемых грузов и утилизации отходов на МКС»

Основной вывод:

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

Подготовка к контрольной работе

Пример 1. Рассчитайте среднюю плотность снега (_сн., в кг/м³) на ровном поле, если средняя мощность снега (h_сн.) равна 40,0 см, а средние запасы воды в снеге на этом поле составляют 100 мм. Приведите подробные расчеты.

Р ешение. Зная массу определённого объёма снега мы сможем рассчитать его плотность по формуле: _сн. = m_сн./V_сн.

Все расчеты будем проводить для монолита снега правильной формы с площадью основания S_ос. = 1 м². Тогда объём монолита снега V_сн. = S_ос. х h_сн. = 1,0 м² ∙ 0,4 м = 0,4 м³. Рассчитаем массу снега (m_сн) объёмом 0,4 м³.

Если растопить этот монолит снега, то высота слоя воды (h_воды) на площади S_ос. составит 100 мм = 0,1 м. Объём этой воды V_воды = S_ос. х h_воды = 1,0 м² ∙ 0,1 м = 0,1 м³. Очевидно, что масса талой воды (m_воды), полученной из этого монолита снега, равна массе снега (m_сн) и равна m_воды = _воды х V_воды = 1000 кг/м³ ∙ 0,1 м³ = 100 кг. Плотность снега составит _сн = m_сн./V_сн = 100 кг/0,4 м³ = 250 кг/м³.

Задачу можно решить и в общем виде для любой площади основания (S_ос.).

Пример 2. Рассчитайте сколько тонн в 10,0 Гг (гигаграммах).

10,0 Гг = 10 ∙ 10⁹ г = 10¹⁰ г = 10⁷ кг = 10⁴ т.

Пример 3. Какая (положительная или отрицательная) «обратная связь» наблюдается в системе авторегуляции уровня воды в чашеобразных водоёмах:  уровня воды   площади водной поверхности   испарения   уровня воды. Нарисуйте блок – схему.

В этой системе наблюдается отрицательная обратная связь.

Пример 4. Переведите в другие единицы измерения:

50 мг/л = Х г/дм³; 50 мг/л = 50 ∙ 10^-3 г/дм³ = 0,05 г/дм³.

5 кг/м³ = Х г/л; 5 кг/м³ = 5 ∙ 10^-3 г/10^-3 л = 5,0 г/л

11 г/л = Х мг/см³; 11 г/л = 11 ∙ 10³ мг/10³ см³ = 11 мг/см³

0,3 кг/м² = Х ц/га; 0,3 кг/м² = 0,3 ∙ 10^-2 ц/10^-4 га = 30 ц/га.