80

Раздел 3. Экологические основы безопасности в окружающей среде.

Тема 1. Учение о биосфере. Основные понятия экологии: среда обитания, экологические факторы и их классификация; понятие об ограничивающих факторах; экологическая валентность. Особенности человека, как биологического вида, имеющего всесветное распространение. Круговорот веществ в биосфере. Человек как звено в экологической цепи. Понятие об экологической пирамиде.

Человек является частью природной системы биосферы, с которой тесно связана его жизнедеятельность.

Биосфера — это часть оболочек земного шара, населенная живыми организмами. Представление о широком влиянии жизни на природные процессы было сформулировано В.В. Докучаевым, который показал зависимость процессов почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов. В.И. Вернадский разработал учение о биосфере, как о глобальной системе нашей планеты, в которой основной ход геохимических и энергетических процессов определяется живым веществом.

В.И. Вернадский определил биосферу, как тер­модинамическую оболочку с температурой от +50°С до — 50°С и давлением около 1 атм. Эти условия составляют границы жизни для большинства организмов, Все живые организмы образуют биомассу планеты и составляют около 0,01% массы земной коры, но, несмотря на незначительную общую биомассу живых организмов, их деятельностью обусловлен химический состав атмосферы, концентрация солей в гидросфере, формирование почвенного слоя и горных пород в литосфере.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов и осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Химические вещества циркулируют между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органические вещества, которые другими живыми существами (гетеротрофами и деструкторами) разрушаются с тем, чтобы продукты этого разрушения были использованы для новых органических синтезов.

Границы биосферы определяются областью распространения организмов в атмосфере, гидросфере, литосфере.

Литосфера — земная кора, внешняя твердая обо­лочка земного шара, образованная осадочными и базальтовыми породами. Основная масса организ­мов, обитающих в литосфере, сосредоточена в по­чвенном слое, глубина которого не превышает не­скольких метров.

Гидросфера — водная оболочка Земли, состав­ленная мировым океаном, который занимает при­мерно 70,8% поверхности земного шара. В гидро­сферу биосфера проникает практически на всю глу­бину мирового океана.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли, со­стоящая из смеси газов, в которой преобладают кислород и азот. В ат­мосфере различают: тропосферу — примыкающий к поверхности Земли нижний слой атмосферы вы­сотой около 15 км, в который входят взвешенные в воздухе водяные пары; стратосферу — слой над тропосферой, высотой около 100 км; в стратосфе­ре под действием жесткого УФ-излучения солнца из молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, который затем превращается в озон и образует озоновый слой, задерживающий косми­ческие и УФ-лучи, губительно действующие на живые организмы.

Основные понятия экологии: среда обитания, экологические факторы и их классификация; понятие об ограничивающих факторах; экологическая валентность.

Экология — это наука, изучающая закономер­ности взаимодействия организмов и среды их оби­тания, законы развития и существования биогеоценозов, как комплексов взаимодействующих живых и неживых компонентов в различных участках био­сферы.

Экологические закономерности проявляются на уровне особи, популяции особей, биоценоза, биогео­ценоза. Предметом экологии, таким образом, являются физиология и поведение отдельных организмов в естественных условиях обитания (аутоэкология), рождаемость, смертность, миграции, внутривидо­вые отношения, межвидовые отношения, потоки энергии и круговороты веществ (синэкология).

Одним из важнейших понятий экологии являет­ся среда обитания. Среда — это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Экологический фактор — это элемент среды, оказывающий прямое влияние на живой организм, хотя бы на одной из стадий индивидуального раз­вития. Все экологические факторы условно делят­ся на биотические, абиотические и антропогенные. Биотические факторы — это все возможные влия­ния, которые испытывает живой организм со сто­роны окружающих его живых существ. Абиоти­ческие — это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы и т. д.). Антропоген­ные — это факторы, связанные с воздействием че­ловека на природную среду.

Биогеоценоз — это исторически сложившееся динамическое, устойчивое сообщество растений, жи­вотных, микроорганизмов, находящееся в постоян­ном взаимодействии и непосредственном контакте с компонентами атмосферы, гидросферы и литос­феры. Биогеоценоз состоит из биотической (биоце­ноз) части и абиотической (экотоп), которые связа­ны непрерывным обменом веществ и представляют собой открытую систему.

Основной функцией биогеоценоза является обес­печение круговорота веществ и потоков энергии.

Биотическая часть биогеоценоза представлена биоценозом. Любой биоценоз представляет собой самоподдерживающуюся саморегулирующуюся со­вокупность живых организмов, состоящую из определенного комплекса видов, в которой осуществ­ляется круговорот веществ и энергии. Организмы в биоценозе образуют сообщества, которые отлича­ются тесной зависимостью друг от друга, чаще все­го на основе пищевых связей, как средства получе­ния энергии для жизни.

В основе пищевых (трофических) связей лежит наличие двух основных типов питания. Аутотрофы извлекают необходимые для жизни химичес­кие вещества из окружающей среды и при помощи солнечной энергии превращают их в органическое вещество. Гетеротрофы излагают органическое ве­щество до углекислого газа, воды, минеральных солей и возвращают их в окружающую среду. Этим обеспечивается круговорот веществ, который воз­ник в процессе эволюции как необходимое условие существования жизни. При этом световая энергия Солнца трансформируется в другие формы энергии — химическую, механическую, теп­ловую. Определенная часть энергии Солнца рассеи­вается в виде тепла. Деятельность и взаимоотноше­ния всех живых существ в природе основываются на односторонне направленном потоке энергии и круговороте веществ.

Сообщество живых существ (биоценоз) вместе с его физической средой обитания, состоящей из на­бора неорганических веществ (биотоп) составляют экосистему. Биогеоценоз является элементарной природной экосистемой. Совокупность всех экосис­тем Земли называется биосферой.

В структуре любого биогеоценоза различают сле­дующие обязательные компоненты: 1) абиотичес­кие вещества среды; 2) аутотрофные организмы — продуценты биотических органических веществ; 3) гетеротрофные организмы — консументы (по­требители) готовых органических веществ перво­го и следующих порядков (растительноядные и пло­тоядные животные); 4) детритоядные организмы — деструкторы, разрушающие органическое вещество до простых минеральных соединений (микроорганизмы).

Первичной ареной развития живого вещества на Земле была протобиосфера, охватывающая повер­хностные слои гидросферы, часть литосферы. В ходе эволюции поверхность Земли приобрела главные черты своего современного биогеохимическою об­лика, древняя протобиосфера постепенно сменилась современной биосферой.

Толерантность или экологическая валентность – это степень, в которой организмы способны переносить колебания факторов. Например, человек выдерживает колебания температуры от -70 до +60С. Это будет пределами его толерантности в отношении температуры.

Рис. 3.1 Зависимость действия экологического фактора

Виды с широкой экологические валентностью обозначаются приставкой «эври-»:

- эврибионты (имеют широкий спектр местообитаний), например, серая крыса;

- эврифаги (имеют широкий пищевой спектр), например, бурый медведь;

- эвритермные (устойчивы к изменению температуры), например, карась.

Виды с узкой экологической валентностью обозначаются приставкой «стено-»:

- стенобионты (имеют узкие пределы распространения), например, панда;

- стенофаги (питаются только определенной пищей), например, коала;

- стенотермные (выживают при определенной температуре), например, форель.

Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида. Распространение вида ограничивают лимитирующие факторы.