Основные законы экологии
Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором. В 1840 году немецкий химик Юстас Либих первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Данное явление названо законом минимума, а в честь автора его часто называют законом Либиха. Сформулированный им закон гласил: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени».
В современной формулировке закон минимума звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Спустя 70 лет после работ Ю.Либиха американский зоолог В.Шелфорд сформулировал закон толерантности. Согласно закону толерантности лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности).
Предел толерантности.
Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. Диапазон значений факторов между критическими точками называется экологической толерантностью или валентностью.
Однако, это правило имеет одно ограничение: в 1930 году Э. Рюбель сформулировал закон компенсации факторов, согласно которому отсутствие или недостаток некоторых факторов может быть компенсирован другим близким фактором. Например, некоторые моллюски при дефиците кальция могут строить свои раковины из стронция, или, например, недостаток света может быть частично компенсирован повышенным содержанием углекислого газа в воздухе.
Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Согласно закону оптимума любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.
Изучение закона толерантности позволило установить пределы существования для некоторых растений и животных и сформулировать ряд положений, дополняющих закон:
организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий — в отношении другого;
организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно являются наиболее распространенными;
если условия одного экологического фактора не оптимальны для вида, то может сузиться и диапазон толерантности к другим экологическим факторам;
пределы толерантности организма изменяются при переходе из одной стадии развития в другую: молодые организмы часто более уязвимы и более требовательны к условиям среды, чем взрослые особи;
в период размножения многие факторы становятся лимитирующими: экологическая валентность для размножающихся особей, семян, эмбрионов, личинок, яиц обычно уже, чем для взрослых, не размножающихся организмов.
Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а виды с широким диапазоном выносливости - эврибионтными. Если необходимо подчеркнуть отношение вида к определенному фактору среды, в экологии используют приставки стено-, что означает «узкий» и эври- — «широкий».
По отношению к влажности различают эвригигробионтные и стеногигробионтные организмы.
Отношение организмов к солености предопределяет деление на эвригалинные и стеногалинные организмы.
В зависимости от ширины интервала температур, в пределах которого организмы способны существовать, они делятся на эвритермные и стенотермные.
Экологические принципы функционирования экосистем
«все связано со всем»
«все должно куда-то деваться»
«природа знает лучше»
«ничто не дается даром»
«всему есть предел»
«вторгаясь в настоящее, предвидь будущее»
«отравленные реки впадают в море слёз»
Воздушные ресурсы биосферы и глобальные экологические проблемы
Химически активный кислород составляет в атмосфере 21%, а остальные проценты почти целиком принадлежат нейтральному азоту. Вместе двухатомные молекулы О2 и N2 составляют 99% сухого воздуха (табл. 8.1.). Сухой воздух - это воздух без водяного пара.
Наиболее распространенными компонентами газового загрязнения атмосферы являются оксид серы SO2 (сернистый газ), оксид углерода СО (угарный газ), диоксид углерода СО2 (углекислый газ), оксиды азота NOX, сероводород H2S, углеводороды выхлопных газов автомобилей, аммиак NH3, радиоактивные отходы атомных станций.
Парниковый эффект и глобальное потепление климата. Парниковый эффект, обусловленный разогреванием нижних слоев атмосферы у земной поверхности, был характерен для атмосферы с момента её появления. Главной причиной этого процесса является наличие в атмосфере водяного пара, углекислого газа и некоторых других газов, к которым, в первую очередь, относится диоксид азота и метана.
На сегодняшний день основным соглашением, противодействующим процессам глобального потепления, является Киотский договор, вступивший в силу в 2005 году. Согласно протоколу, тридцать восемь индустриально развитых стран, должны сократить выбросы СО2 в атмосферу на 5% до 2008-2012 года. Протокол предусматривает систему квот: каждая из стран, получивших квоту на выброс конкретного количества углекислого газа, в случае невыполнения условий протокола может купить себе право на дополнительные квоты у государств или компаний, выбросы которых составляют меньше выделенной квоты. Протокол был ратифицирован 181 страной мира (совокупно ответственными за 61% общемировых выбросов). Заметным исключением из этого списка являются Соединенные Штаты Америки.
Под кислотными осадками понимается процесс поступления на поверхность земли вместе с атмосферными осадками кислотообразующих веществ. Кислыми считаются осадки со значениями рН <
Таким образом, можно сформулировать следующие первоочередные меры по защите воздушных ресурсов биосферы:
сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу за счет внедрения эффективных установок для улавливания и обеззараживания вредных веществ
снижение выпуска озоноразрушающих веществ
перевод тепловых электростанций на бессернистое и малосернистое топливо
перевод автотранспорта на менее токсичное топливо
развитие сети станций наблюдения за уровнем загрязнения воздушного бассейна.