экология_все конспекты

и проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Речь идет о рассеянии различных веществ в окружающей среде.

Перечисленные специфические свойства и глобальные функции живого вещества биосферы дают нам понимание того, что жизнь на Земле связана с концентрацией солнечной энергии, живое вещество (в форме зеленого растительного покрова) накапливает эту энергию, которая может храниться миллионы лет в виде разнообразных топливно-сырьевых ресурсов - газа, нефти, торфа, угля и т.д. Одновременно с процессом концентрации (т.е. накоплении) энергии, Земля как открытая система обменивается энергией с Космосом. Именно благодаря этим процессам происходит непрерывное изменение биосферы, то есть эволюция в сторону увеличения так называемой "свободной энергии" биосферы. Этой "свободной энергией" В.И. Вернадский называл всю деятельность, которую осуществляет живое вещество биосферы.

Итак, несмотря на то, что живое вещество планеты составляет примерно лишь одну миллионную долю от массы земной коры, по своему активному воздействию на окружающую среду она играет важнейшую роль, так биосфера качественно отличается от всех других оболочек нашей планеты.

1.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда: Учебник для студентов вузов / 2-е изд., перераб. и дополн. –

М.: ЮНИТИ. – 2009. – 556 с

2.Олейник Я. Б. Основы экологии: учебник / Я. Б. Олейник, П. Г. Шищенко, А. П. Гавриленко. -М .: Знание, 2012. -558 с.

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В БИОСФЕРЕ

Биосфера Земли характеризуется определенным образом сложившимися круговоротом веществ и потоком энергии. Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном поступлении (или как можно еще сказать -потоке) внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли.

В зависимости от движущей силы с определенной долей условности, внутри круговорота веществ, можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты. До возникновения человека на Земле осуществлялись только первые два.

Геологический круговорот (т.е. большой круговорот веществ в природе) — круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы.

Эндогенные процессы (т.е. процессы внутренней динамики) происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Это энергия, которая выделяется в результате радиоактивного распада, химических реакций образования минералов, кристаллизации горных пород и т.д. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм и другие. Экзогенные процессы (т.е. процессы внешней динамики) протекают под влиянием внешней энергии Солнца. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. К экзогенным процессам относятся геологическая деятельность атмосферы, гидросферы (т.е. рек, временных водотоков, подземных вод, морей и океанов, озер и болот, льда), а также живых организмов и человека.

Крупнейшие формы рельефа (такие как материки и океанические впадины) и крупные формы (например, горы и равнины) образовались за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие формы рельефа (например, речные долины, холмы, овраги, барханы и др.), наложенные на более крупные формы, — за счет экзогенных процессов. Таким образом, эндогенные и экзогенные процессы противоположны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые — к их сглаживанию.

Таким образом геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли.

Биогеохимический (или биологический) круговорот (т.е. малый круговорот веществ в биосфере) — этот круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности организмов или после их гибели органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неорганические вещества, которые могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ.

Вбиогеохимических круговоротах следует различать две части: резервный фонд — это часть вещества, не связанная с живыми организмами; и обменный фонд — значительно меньшая часть вещества, которая связана прямым обменом между организмами и их непосредственным окружением.

Взависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты можно разделить на два типа: круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (к ним относятся круговороты углерода, кислорода, азота) и круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).

Круговороты газового типа более совершенны, так как обладают большим обменным фондом, а значит, способны к быстрой саморегуляции.

Круговороты осадочного типа менее совершенны, они более инертны, так как основная масса вещества содержится в резервном фонде земной коры в «недоступном» живым организмам виде. Такие круговороты легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом. Однако извлечь нужные живым организмам вещества из земной коры гораздо сложнее, чем из атмосферы.

Интенсивность биологического круговорота в первую очередь определяется температурой окружающей среды и количеством воды. Так, например, биологический круговорот интенсивнее протекает во влажных тропических лесах,

чем в тундре. Кроме того, в тундре биологические процессы протекают только в теплое время года.

С появлением человека возник антропогенный круговорот, или обмен, веществ. Антропогенный круговорот — это обмен веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (т.е. техногенный круговорот).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте.

Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды — основным причинам всех экологических проблем человечества.

Процессы, протекающие в экосистеме (число живых организмов, скорость их развития и т.п.), зависят от количества энергии, поступающей в экосистему, и от циркуляции веществ в экосистеме. Биосфера является энергетически незамкнутой системой, в которой идет поглощение энергии из внешней среды.

Непрерывный поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. Создаваемые таким образом (например, при фотосинтезе) химические вещества последовательно переходят от одних организмов к другим: от растений к растительноядным животным, от них - к плотоядным животным первого порядка, затем второго и т.д. Этот переход рассматривается как последовательный упорядоченный поток вещества и энергии. Часть потенциальной химической энергии пищи, высвобождаясь, позволяет организму осуществлять свои жизненные функции, и параллельно теряется в виде тепла.

Биогенный круговорот происходит на уровне экосистемы и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы как их самих, так и организмов-консументов. Редуценты разлагают органические вещества до минеральных компонентов, опять-таки доступных растениям и вновь вовлекаемых ими в поток вещества.

Важный принцип функционирования экосистем - получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.

Основные элементы: углерод, водород, кислород, азот – необходимы организмам в больших количествах; их называют макроэлементами. Другие используются в относительно незначительных количествах – микроэлементы. Тем не менее все химические элементы циркулируют в биосфере по определенным путям: из внешней среды в организмы и из них опять во внешнюю среду. Эти пути, в большей или меньшей степени замкнутые, называются биогеохимическими циклами.

Рассмотрим круговороты наиболее значимых для живых организмов веществ и элементов.

Круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Он относится к большому геологическому круговороту. Вода испаряется с поверхности Мирового океана и либо переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, либо выпадает в виде осадков на поверхность океана. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет.

Круговорот углерода. Углерод, содержащийся в виде CO2 в атмосфере служит "сырьем" для фотосинтеза растений. Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа. Большая часть углерода, вовлеченного в круговорот, содержится в океанах. В Мировом океане круговорот углерода усложнен тем, что часть углерода, содержащегося в мертвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода выключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ. Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода (например, сжигание угля, нефти, газа) приводит к возрастанию содержания С02 в атмосфере и развитию парникового эффекта.

Круговорот кислорода. Главным образом круговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами. В основном свободный кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза зеленых растений, а потребляется в процессе дыхания животными, растениями и микроорганизмами и при ми-

нерализации органических остатков. Незначительное количество кислорода образуется из воды и озона под воздействием ультрафиолетовой радиации. Большое количество кислорода расходуется на окислительные процессы в земной коре, при извержении вулканов и т.д. Основная доля кислорода продуцируется растениями суши, остальная часть — фотосинтезирующими организмами Мирового океана.

Круговорот азота. Организмы нуждаются в различных химических формах азота для образования белков и генетически важных нуклеиновых кислот типа ДНК. Большинству зеленых растений требуется азот в форме нитрат-ионов и ионов аммония. Газообразный азот, который составляет 78 % объема земной атмосферы, ни растениями, ни людьми, ни большинством других организмов не может быть использован непосредственно. Газообразный азот может преобразовываться в растворимые в воде соединения, содержащие нитрат-ионы и ионы аммония, усваиваемые корнями растений в процессе круговорота азота.

Преобразование атмосферного газообразного азота в усваиваемые растениями химические формы называется фиксацией азота. Осуществляется она, в основном, либо сине-зелеными водорослями и определенными видами бактерий в почве и воде, либо бактериями, обитающими в небольших клубеньках на корнях люцерны, клевера, гороха, фасоли и других бобовых растений.

Особые бактерии-редуценты превращают азотсодержащие органические соединения биологических отходов в неорганические вещества. Другие специальные группы бактерий затем преобразуют эти неорганические формы азота в нит- рат-ионы в почве и в газообразный азот, который, попадая в атмосферу, замыкает цикл.

Круговорот фосфора Основная масса фосфора содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот фосфор включается в результате процессов выветривания горных пород, растворяется почвенной влагой и поглощается корнями растений. В наземных экосистемах растения извлекают фосфор из почвы и включают его в состав органических соединений или оставляют в неорганической форме. Далее фосфор передается по цепям питания. После отмирания живых организмов и с их выделениями фосфор возвращается в почву. Тем не менее, в большинстве почв содержатся очень незначительные количества фосфора, так как фосфатные соединения очень плохо растворяются в воде и встречаются лишь в определенных типах горных пород. Таким образом, во многих почвах и водных экосистемах содержание фосфора является лимитирующим фактором роста растений.

При неправильном применении фосфорных удобрений, водной и ветровой эрозии почв большие количества фосфора удаляются из почвы. С одной стороны, это приводит к перерасходу фосфорных удобрений и истощению запасов фосфорсодержащих руд (таких как фосфоритов, апатитов и др.). С другой стороны, поступление из почвы в водоемы больших количеств таких биогенных элементов, как фосфор, азот, сера и др., вызывает бурное развитие сине-зеленых водорослей

идругих водных растений, что способствует эвтрофикации водоемов. Но большая часть фосфора уносится в море.

Вводных экосистемах фосфор усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до морских птиц. Их экскременты либо сразу попадают назад в море, либо сначала накапливаются на берегу, а затем все равно смываются в море. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в водную среду и, соответственно в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших глубин, и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы, то есть выключается из биогеохимического круговорота.

Круговорот серы. Основной резервный фонд серы находится в отложениях

ипочве, но в отличие от фосфора имеется резервный фонд и в атмосфере. Главная роль в вовлечении серы в биогеохимический круговорот принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие — окислители. В горных породах сера встречается в виде сульфидов, в растворах — в форме иона, в газообразной фазе в виде сероводорода или сернистого газа. В некоторых организмах сера накапливается в чистом виде (S), и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы. В наземных экосистемах сера поступает в растения из почвы в основном в виде сульфатов. После гибели живых организмов часть серы восстанавливается в почве микроорганизмами. Образовавшийся сероводород улетучивается в атмосферу, там окисляется и возвращается в почву с осадками.

Сжигание человеком ископаемого топлива (особенно угля), а также выбросы химической промышленности приводят к накоплению в атмосфере сернистого газа (S02), который, реагируя с парами воды, выпадает на землю в виде кислотных дождей.

1.Николайкин, Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с.

2.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда: Учебник для студентов вузов / 2-е изд., перераб. и дополн. –

М.: ЮНИТИ. – 2009. – 556 с

3.Стадницкий Г.В. Экология: Учебник для вузов, 9-е изд.,перераб.

идоп. – СПб: Химиздат, 2007

ЭКОЛОГИЯ ВАЖНЕЙШИХ ФАКТОРОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Каждый отдельный организм, являясь самостоятельной биологической системой, постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды, влияющими на состояние и свойства организма.

Среда обитания - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное воздействие. При этом организмы, приспособившись к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия.

В земных условиях выделяются четыре основных типа среды обитания: это водная, наземно-воздушная, почвенная, а также тело другого организма, используемое паразитами.

Водная среда характеризуется рядом специфических свойств: высокая теплоемкость, подвижность, прозрачность. На характер распределения водных организмов оказывают влияние плотность, соленость, световой режим и пр. Важным фактором является соленость: пресноводные формы не могут жить в морях, а типично морские – не переносят опреснения. Однако, есть организмы, такие как сельдь и лосось, которые живут в океане, а на нерест заходят в реки. Температура в морских глубинах отличается постоянством (от 3 до 40 градусов Цельсия). Однако на поверхности амплитуды достигают 15 ºС.

С глубиной меняется и освещенность. Водоросли в океане могут обитать на глубинах не более 20-40 м, но если прозрачность воды выше, то глубина произрастания бурых и красных водорослей может увеличиваться до 270 м.

Всех обитателей водной среды называют гидробионтами. У них имеется целый ряд специфических адаптаций, позволяющих выживать в гидросфере. Это: обтекаемая форма тела; плавучесть; развитые слизистые покровы; наличие воздухоносных полостей.

Наземно-воздушная среда характеризуется обилием света и кислорода. На поверхности суши выделяют климатические и высотные пояса, природные зоны. В наземно-воздушной среде возможные резкие перепады температуры, в зависимости от сезона, времени суток и географического положения. Влажность зависит от климатического пояса, степени удаленности от океана, ветра. Для всех обитателей наземно-воздушной среды характерны следующие адаптации: наличие опорного скелета и механизмов регуляции гидротермического режима; защитные механизмы от дефицита тепла и влаги. В данной среде наблюдается самый высокий уровень биоразнообразия.

Почва – это поверхностный слой земной коры, который образуется в результате взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельным природным образованием. Важнейшим свойством почв является их плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Среда характеризуется отсутствием света; высокой плотностью и гетерогенностью в пространстве. Почва – это гигантская экосистема, участвующая в глобальном круговороте веществ. У организмов, живущих в почвенной среде сложились следующие адаптации: гладкая поверхность тела; хорошо развитая мускулатура и копательный аппарат. Для многих почвенных жителей характерны микроскопические размеры и редукция зрения.

Организменная среда характеризуется наибольшим постоянством в пространстве и времени; постоянством температурного и солевого режимов; отсутствием угрозы высыхания и защищенностью от врагов. Наряду с этим для среды характерно отсутствие света, нехватка кислорода и жизненного пространства. Может быть как жидкой (например: кровь, лимфа), так и твердой (кости и мышцы). Для обитателей этой среды характерны следующие адаптации: выработка защиты от переваривания хозяином; синхронизация биоритмов; редукция зрения и пищеварительной системы; усиление размножения и системы укрепления в организме хозяина. Организменная среда заселяется паразитами и симбионтами, которые могут быть как внешними, так и внутренними.

Все элементы среды по отношению к организму неравнозначны: одни из них влияют на его жизнедеятельность, а другие для него безразличны. В связи с этим все элементы среды можно сгруппировать следующим образом.

1. Нейтральные факторы - это те элементы среды, которые не влияют на организм и не вызывают у него никакой реакции.

2.Экологические факторы — любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития и вызывать у него специфическую приспособительную реакцию.

Экологические факторы среды многообразны, они имеют разную природу и специфику действия. Анализ огромного разнообразия экологических факторов по природе их происхождения позволяет разделить их на три большие группы

Абиотические факторы - это факторы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм.

Биотические факторы - это факторы живой природы, которые отражают влияние живых организмов друг на друга.