8.Водні екосистеми

Водні екосистеми відрізняються від екосистем суші, насамперед, своїми фізичними та хімічними властивостями. При розгляді водних екосистем їх розділяють на прісноводні та екосистеми світового океану.

Прісноводні екосистеми. Прісноводні екосистеми широко представлені на всіх континентах. Ріки та озера Землі вміщують 116 куб. м води. Основна частина цієї води прісна, хоча деякі внутрішні водойми мають солону воду (це характерно для жаркого та сухого клімату).

У прісноводних озерах завжди виділяють три частини, які можна розглядати як окремі екосистеми:

прибережна частина — літораль;

глибоководна частина - профундаль;

основна товща води - пелагіаль.

Найбільш заселена живими організмами – літораль. Прибережні зони будь-яких водойм є їхніми головними трофічними областями. Окрім напівзанурених рослин, у водоймах живуть придонні організми, які складають бентос, та планктон, що плаває у товщі води. Продукція більшості водойм часто лімітується нестачею біогенних мінеральних речовин. Річ у тім, що життя зосереджене у верхніх шарах води, де є достатньо сонячного світла, а мінеральні речовини надходять з придонних шарів. Верхні та нижні прошарки води розділені між собою так званим термоклином, що особливо чітко проявляється у водоймах субтропічного та тропічного поясів. Термоклин перешкоджає вертикальному водообміну та призводить до дефіциту мінеральних речовин у поверхневих шарах води.

Літораль характеризується наявністю великої кількості прикріплених рослин - макофітів. Фауна представлена комахами та їх личинками. Багата і фауна хижаків. У прибережній частині озер звичайними є такі види риб як плітка, краснопірка, лин, дикий короп, колюшка. Хижі риби представлені щукою, окунем та судаком. Придонна частина озер майже не має рослин, вода мало рухома і зберігає протягом майже всього року температуру +4° С. Фауна таких місць збіднена. Вона представлена в основному личинками комарів-дзвонців та молюсками.

У пелагіалі рослини представлені плантктоном із синьо-зелених, діатомових та зелених водоростей, макрофітами, що плавають (елодея, рдести). Усі живі організми мають різноманітні пристосування, що допомагають їм утримуватися в товщі води. У рослин - це парашутоподібні вирости, крапельки жиру в тілі, тварини активно плавають. У пелагіалі водяться озерна форель, сигові риби. Тут багато хижих коловерток, веслоногих рачків та циклопів.

Рослинний та тваринний світ озер у багатьох випадках визначається наявністю у воді поживних речовин. За цією ознакою озера поділяються на евтрофні, що багаті на нітроген, фосфор, оліготрофні – бідні на нітроген і фосфор (нітратів менше 1 мг/л) та проміжні між ними озера - мезотрофні. Фауна риб суттєво відрізняється в цих трьох типах озер. Для оліготрофних озер характерні сиги, гольці, окуні, щука та плітка. В евтрофних озерах живуть види, які стійкі до частого тут дефіциту кисню - короп, лин, карась, плітка та лящ. У розвитку річкових екосистем основну роль відіграють характер дна та берегів, температура води та швидкість течії. У прибережній частині струмків та річок ростуть звичайні для цих місць очерети, комиші, лепешняки та стрілолист. У товщі води плавають елодея, латаття. При зростанні швидкості течії до 0,3-0,6 м/сек, та більше товща води вже не зростає. Для річок планктон не характерний, оскільки зноситься течією. Річкова ентомофауна досить різноманітна. Тут чимало водяних комах та їхніх личинок. Часто зустрічаються рачки-бокоплави. Вздовж течії рік спостерігається своя закономірність у розподілі іхтіофауни. У витоках чистих рік з прозорою водою живе форель. У середній течії основними видами є харіус та вусач, тут звичайні лини та головань. У нижній частині рік, де течія сповільнюється, до складу іхтіофауни входять лящ, короп, щука та верховодка.

Трофічні ланцюги прісноводних екосистем та особливо річок короткі через відсутність багатої кормової бази. Вони починаються з автотрофних рослин та закінчуються в пасовищних трофічних ланцюгах хижими рибами, а в детритних трофічних ланцюгах - мікроорганізмами.

На території України зареєстровано 71 тисяча річок, що мають загальну довжину 243 тис. км. Більшість рік належить до басейнів Чорного та Азовського морів. В Україні 3 тисячі озер із загальною площею водного дзеркала 2 тис. кв. км. Окрім цього, країна має 23 тис. ставків та водосховищ, особливо їх багато в районі середнього та нижнього Дніпра.

Ріки та озера України вміщують у собі 195 видів водяних макрофітів, а також багато тисяч видів водоростей. В Україні є 57 водних рослинних формацій. Водні екосистеми є важливим національним багатством. Це і сховища прісної води, і джерела різноманітної продукції, і місця відпочинку населення.

Екосистеми світового океану.

Характерною особливістю океанічних екосистем є:

глобальність розмірів і величезні глибини, заповнені життям;

безперервність (усі океани пов 'язані один з одним);

постійна циркуляція (наявність сильних вітрів, які дмуть протягом року в одному і тому ж напрямку, наявність глибинних течій) ;

панування різних хвиль і приливів, що зумовлює помітну періодичність життя угруповань, особливо в прибережних зонах;

солоність і сильна буферність;

наявність розчинених біогенних елементів, які є лімітуючими факторами, що визначають розміри популяції.

Умови життя в океанічній воді більш рівні, ніж на суші. Рослинність бідніша - в основному це водорості. Тваринний світ багатий. Він представлений такими групами:

Бентос - природні організми (водорості, губки, моховатки, асцидії), повзаючі (голкошкірі, ракоподібні), риби, молюски.

Планктон - завислі у воді діатомові та інші водорості.

Тимчасові компоненти — личинки черв'яків, молюсків, ракоподібних, голкошкірих, мальки риб. З постійного компонента - найпростіші, черевоногі молюски, веслоногі рачки. Вони є поживою для морських птахів.

Нектон - група активних організмів товщі. Риби, головоногі молюски, китоподібні, ластоногі.

Основні екологічні частини океану:

1.літораль або шельф (до 200 м) займає 7-8%, живе тут до 80% всіх морських організмів;

2.материковий схил (200-2000 м) займає 8,1%;

3. абесаль - 82,2%;

4. глибоководні жолоби - 2,1%.

Все населення водних екосистем (близько 200 тис. видів), як і у наземних, розподіляють на продуцентів, консументів і редуцентів.

Екосистеми океанів відзначаються своєю великою продуктивністю, відіграють важливу роль гігантських регуляторів клімату Землі

Література /1.2, 2.1, 2.5/

Питання для самоконтролю

1. Класифікуйте екосистеми в залежності від об’єму створюваної продукції.

2. Дайте характеристику тундри.

3. Дайте характеристику вічнозелених тропічних дощових лісів.

4. Охарактеризуйте лісові екосистеми помірного поясу. Дайте характеристику степів.

5. Охарактеризуйте болота.

6. Охарактеризуйте пустелі.

7. Дайте характеристику водних екосистем

РОЗДІЛ 7. БІОСФЕРА

ПОНЯТТЯ ПРО БІОСФЕРУ. СТРУКТУРА ТА ДИНАМІКА БІОСФЕРИ. ГЕОХІМІЧНА РОБОТА ЖИВОЇ РЕЧОВИНИ

План

1. Поняття про біосферу.

2. Роль В.І.Вернадського у вивченні біосфери та ноосфери.

3. Структура біосфери. Жива речовина. Розподіл життя у біосфері.

4. Геохімічна робота живої речовини.

5. Енергетичний баланс біосфери. Зміни енергетичного балансу, пов’язані з діяльністю людини

1. Поняття про біосферу

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд, років і відбувалася під впливом алогенних (зовнішніх) сил, таких як геологічні і кліматичні зміни й автогенних (внутрішніх) процесів, зумовлених активністю живих компонентів екосистеми.

Перші екосистеми, які існували на початкових етапах розвитку біосфери, були населені надзвичайно дрібними анаеробними гетеротрофами, які живилися органічною речовиною, синтезованою в ході абіотичних процесів. Потім відбувався, за образним висловом Ю. Одума, "популяційний вибух" автотрофних водоростей, який перетворив атмосферу із відновлюваної в кисневу.

Вперше термін "біосфера" - "сфера життя" - був використаний австрійським вченим Едуардом Зюссом ще в XIX столітті (1875). Однак, він не дав визначення цього поняття. Сучасне його тлумачення, яке прийняте у всьому світі, належить українському вченому В.І.Вернадському - першому Президенту Української Академії наук. Наукові уявлення про біосферу як "живу оболонку" Землі вчений виклав у своїх лекціях, прочитаних у Карловому університеті в Празі та Сорбоні в Парижі протягом 1923-1924 pp. Згодом ці положення були узагальнені та зведені в книзі "Біосфера" (1926).

Життя - вища форма розвитку матерії на Землі. Живі організми перетворюють космічну сонячну енергію у земну, хімічну і створюють нескінченну різноманітність нашого світу. Ці живі організми своїм диханням, своїм живленням, своїм метаболізмом, своєю смертю і своїм розмноженням, постійним використанням своєї речовини, а головне - триваючою сотні мільйонів років безперервною зміною поколінь, своїм народженням і розмноженням продовжують одне з найграндіозніших планетарних явищ, що не існує ніде, крім біосфери.

В.І.Вернадський

Отже, біосфера - це оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери, заселені живими організмами B.I. Вернадський підкреслював відмінні особливості біосфери, зокрема:

біосфера являє собою оболонку життя — ділянку існування живої речовини;

біосферу можна розглядати як ділянку Земної кори, зайнятої трансформаторами, які переводять космічні випромінювання в діяльну земну енергію - електричну, хімічну, механічну, теплову і т.д.

Біосфера в сучасному розумінні - це глобальна відкрита система зі своїм "входом" (потік сонячної енергії, який надходить з космосу) і "виходом" (утворені в процесі життєдіяльності організмів речовини, які з різних причин "випали" із біологічного колообігу, так званий вихід "в геологію" - кам'яне вугілля, нафта, осадові породи тощо). З позицій кібернетики ця велетенська система, котра, як і її складові - біогеоценози, описується як "чорний ящик". Процеси, що відбуваються всередині нього, закодовані природою. Можна із впевненістю сказати, що система в її основних рисах є саморегульованою, самоорганізованою. Екологи пояснюють самоорганізацію системи інформацією, яка пронизує екосистему. Вона міститься в живих організмах, в їх генетичному коді і здатності адаптуватися до змін умов середовища.

Отже, саморегулювання екосистеми забезпечується живими організмами.

Такий підхід дає підстави вважати біосферу централізованою кібернетичною системою, оскільки в ній один елемент (підсистема) - живі організми - відіграє домінуючу, центральну роль у функціонуванні системи в цілому.

Згідно із законом необхідної різноманітності Віннера - Шеннона -Ешбі, який вважають основним кібернетичним законом, кібернетична система лише тоді володіє стійкістю для блокування зовнішніх і внутрішніх збурень, коли вона має достатнє внутрішнє різноманіття. Це різноманіття, в основному і створюється живими організмами. Досить сказати, що сьогодні на Землі існує близько 2 млн. видів організмів, з них частка рослин становить 500 тис. видів, а тварин - 1,5 млн. видів.

Виходячи із екосистемних уявлень, видове різноманіття - це не просто якась арифметична величина, нижче якої не мав би опускатися живий світ, а реальна потреба буквально кожного сущого на планеті виду в трофічних ланках біогеоценозів і біосфери в цілому. Ці види необхідно зберегти заради нормального функціонування сучасної біосфери, яка й сьогодні еволюціонує, збагачуючи видове різноманіття.

За даними українського палеоботаніка О. П. Фесуненка, кількість родів вищих рослин становила: в силурі (близько 400 млн. років тому) - 1 рід, в девоні (350 млн.) - 36, в інтервалі від карбону до тріасу (200 млн.) - 150-200, від юри до неогену (150 млн. до нинішніх днів) - 250-330. Отже, збагачення видового різноманіття, що добре ілюструють наведені факти, - це загальна тенденція сучасного розвитку біосфери, яка сприяє усуненню зовнішніх і внутрішніх перешкод і підтримці системи в стані гомеостазу.

Ю.Одум (1986) наводить витяг із однієї з американських програм (програма збереження генетичних ресурсів, керівник Девід Кофтон, Каліфорнія), в якій викладена точка зору вчених з приводу глобальної загрози втрати видового різноманіття: "Біологічне різноманіття тварин, рослин і мікроорганізмів являє собою фактор фундаментальної важливості для виживання людства".

Термін "генетичні ресурси" можна визначити як генетичне різноманіття, яке відіграє вирішальну роль у задоволенні всіх потреб суспільства.

Характерна особливість біосфери як "плівки життя" - це її гетерогенність, мозаїчність, причому, кожна окрема однорідна ділянка ("біогеоценоз", "екосистема") здатна до саморегуляції і повного самовідновлення біоти. Екосистеми перебувають у постійній взаємодії одна з одною, створюючи разом гігантський колообіг речовин в межах біосфери.