2.2 Свойства и функции экосистемрегиона и биосферы в целом
Наиболее важные свойства экосистем, с одной стороны, определяются физико-химическими показателями окружающей среды, фундаментальными законами природы, а с другой - являются следствием иерархической организации уровней жизни на Земле. Свойства экосистем:
способность хлорофилла зеленых растений аккумулировать солнечную энергию в процессе образования органического вещества;
эмерджентность - приобретение качественно новых свойств, отсутствующих на предыдущем уровне жизни;
саморегуляция в развитии природных систем (на основе координированных внутренних связей между растениями и микроорганизмами, трофическими и энергетическими взаимоотношениями);
кибернетическая природа (управление) взаимосвязей между компонентами природных систем, физическими и химическими сигналами, которые связывают их части в единое целое (информационные сети с высокоэнергетическими сигналами - растительные сообщества, животные и с низкоэнергетическими сигналами - микробы, паразиты, насекомые). Управление основано на обратной связи, когда часть сигналов с выхода поступает на вход системы; в живых организмах осуществляется на принципе обратной связи (геомеостаза);
равновесие естественное - первичное экологическое равновесие - баланс средообразующих компонентов и природных процессов (характерное свойство живых систем) обеспечивается разнообразием организмов в природе, выполняющих одинаковые функции;
стабильность - означает свойство системы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия. Стабильность определяется устойчивостью экосистем к внешним воздействиям. Под устойчивостью понимают способность ЭС сопротивляться внешним воздействиям без изменения их структуры и функции.
Сущность обменных процессов можно понять, раскрывая основные (биогеохимические) функции живого вещества экосистеми биосферы:
энергетическая функция;
концентрационная функция;
деструктивная функция;
средообразующая функция;
биохимическая функция.
Круговорот биогенного и биотического вещества в биосфере
3.1 Энергетическое обеспечение биологического круговорота
Биогенными элементами называют химические вещества, которые входят в состав и участвуют в обменных процессах (биологических функциях) живого организма: кислород (70%), углерод (18%), водород (10%), азот, кальций, калий, натрий, хлор, фосфор, сера - О, С, Н, N, Са, К, Na, CI, Р, S. К биогенным химическим элементам относят также микроэлементы (Аl, Fe, Си,Mn,Zn, В, Mo, Со, I и др.), которые содержатся в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже), необходимые в их нормальной жизнедеятельности.
В данном курсовом проекте рассмотрим биотический круговорот водорода.
Как известно, водород самый распространенный во Вселенной химический элемент, составляющий в виде плазмы более половины массы Солнца и большинства звезд, основную часть газов межзвездной среды и газовых туманностей, встречающийся в атмосферах ряда планет и в кометах как самостоятельно, так и в виде соединений с рядом элементов: углеродом, азотом, кислородом, кремнием, фосфором и др. Водород участвует также в корпускулярном излучении Солнца и космических излучениях, в виде протонов образует внутренний радиационный пояс Земли. В земной коре этот элемент составляет 1 % по весу и 16 % по числу атомов. Круговорот водорода в природе образуется из «кругов» разных масштабов в пределах: 1) поверхности Земли и земной коры, 2) земного шара и всей Солнечной системы и 3) всей Вселенной. Круговорот водорода осуществляется посредством круговорота воды.
Круговорот воды в природе (гидрологический цикл)— процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков.
Моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, на суше— положение обратное. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным.
Три четверти поверхности земного шара покрыты водой. Водную оболочку Земли называют гидросферой. Большую ее часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньшую— пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар.
На земле вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование живых организмов. В любом организме вода является средой, в которой происходят химические реакции, без которых не могут жить живые организмы. Вода является самым ценным и самым необходимым веществом для жизнедеятельности живых организмов.
Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично— просачиваются в землю и образуют подземные воды.
Различают несколько видов круговоротов воды в природе:
Большой, или мировой, круговорот— водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная— очищается.
Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.
Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.
В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.
Таблица 2Скорость
-
Среда
Среднее время обновления
Океаны
3 200 лет
Ледники
от 20 до 100 лет
Сезонный снежный покров
от 2 до 6 месяцев
Почвенная корка
от 1 до 2 месяцев
Грунтовые воды: паводок
от 100 до 200 лет
Грунтовые воды: углубленные
10 000 лет
Озера
от 50 до 100 лет
Реки
от 2 до 6 месяцев
Атмосфера
9 дней
Скорость переноса различных видов воды изменяется в широких пределах, так и периоды расходов, и периоды обновления воды также разные. Они изменяются от нескольких часов до нескольких десятков тысячелетий. Запасы почвенной влаги имеют примерно летний период накопления и расходов. Атмосферная влага, которая образуется при испарении воды из океанов, морей и суши и существует в виде облаков, обновляется в среднем через восемь дней.
Воды, входящих в состав живых организмов, восстанавливаются в течение нескольких часов. Это наиболее активная форма водообмена. Период обновления запасов воды в горных ледниках составляет около 1 600 лет, в ледниках полярных стран значительно больше— около 9 700 лет.
Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно через 2 700 лет.
За 10 миллионов лет фотосинтез перерабатывает массу воды равную всей гидросфере.
Рис. 1 Круговорот воды в природе