Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Современное естествознание. Основные представления. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1010

6. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК

6.1. Экосистемы (многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости живых систем)

Экологическая система – это взаимосвязанная единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания. Биогеоценоз – класс экосистем, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды – почву, подпочву, растительный покров, приземный слой атмосферы. Составными частями биогеоценоза являются биоценоз (совокупность живых организмов) и

экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Для поддержания

круговорота веществ в экосистеме необходимо наличие трех функционально различных экологических групп организмов – продуцентов, консументов, редуцентов, которые связаны в экосистему, как показано на рисунке.

Продуценты – это автотрофные организмы, способные синтезировать органические соединения и строить свои тела за счет них. К ним относятся зеленые водоросли, бактерии-хемосинтетики. Продуценты аккумулируют энергию Солнца и создают массу органического вещества, являются основой трофической структуры биоценозов. Консументы – это гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы. Роль консументов выполняют в основном животные являются также растения-паразиты. Редуценты – организмы, живущие за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Ими являются бактерии, грибы. Экологическая ниша – это совокупность необходимых условий для существования вида, которая отражает всю сумму связей организмов данного вида с абиотическими условиями и с другими видами, а также собственную

зеленые растения и автотрофные бактерии, например, сине-

. Ими

функциональную роль вида в составе биогеоценоза. Совокупность абиотических факторов, таких как свет, температура, влажность, кислотность, соленость, рельеф, ветер, воздух, давление, долгота дня, радиация и т. д., формирует биотоп (экотоп). Предел выносливости (толерантности) – это граница, за пределами которой существование организма невозможно, наступает гибель, или диапазон между минимальным и максимальным

значением конкретного средового фактора. Наиболее благоприятное значение фактора для жизнедеятельности организмов данного вида называется «оптимум».

Комплекс

зеленых растений

(продуценты)

свет

температура

Комплекс микроорганизмов

(редуценты)

БИОЦЕНОЗ

БИОГЕОЦЕНОЗ

экологическая система

ЭКОТРОП

абиотическая среда

вода почва

рельеф

Комплекс

животных

организмов

воздух

А Н Т Р О П О Г Е Н Н Ы Е

Ф А К Т О Р Ы

Разнообразные формы воздействия живых существ друг на друга относятся к биотическим факторам, примерами их являются конкуренция и распространение инфекций. Абиотическими являются факторы неживой природы, их примеры – состав атмосферы и влажность почвы. Факторы, связанные с деятельностью человека, относятся к антропогенным факторам среды, их примерами являются выпас копытных животных

и вселение рыбы в озеро.

Пищевая цепь – функциональная единица биогеоценоза, в которой осуществляется передача энергии солнца, заключенной в пищевом субстрате, между организмами от продуцентов до консументов высшего

порядка. Отношением «хищник – жертва» связаны лиса и полевка. Собака и блоха связаны отношением паразитизма. Олени и соболи, обитая в одной тайге, связаны отношением нейтрализма.

Зеленые растения

(первичные редуценты)

Растительноядные животные

(консументы первого порядка)

Хищники

гусеница

Консументы второго

порядка

лягушка (ест гусениц)

Консументы третьего

порядка

змея (ест лягушек)

Консументы четвёртого

порядка

сова (ест змей)

Число звеньев в трофической цепи не превышает четырех-шести, что связано с большими потерями при переходе энергии на каждый последующий трофический уровень. На каждом последующем уровне число особей, их биомасса прогрессивно уменьшаются, так как 85–95 % энергии пищи затрачивается на процессы жизнедеятельности организмов и на построение и обновление их структур. Кроме того

часть энергии в виде тепла рассеивается в пространстве. Таким образом, на следующий трофический уровень переходит не более 10–15 % энергии. Масса живого вещества остается постоянной на протяжении геологических периодов – это системное свойство биосферы, которое непосредственно не связано со свойствами трофических цепей.

Трофическая цепь – последовательность питающихся друг другом организмов.

Вид, популяция, особь испытывают одновременное воздействие многих факторов, отклонение за пределы выносливости всего лишь одного фактора приведет к гибели организмов. Такие факторы называются лимитирующими. Так, основными лимитирующими факторами, определяющими тип растительности, является количество осадков и среднегодовая температура среды.

Влияние живых организмов на экотоп многообразно, но в сбалансированной условия существования видов остаются стабильными.

Энергетические потребности экосистемы обеспечиваются энергией солнца, которая используется растениями (продуцентами) для образования первичного органического продукта. Растения, таким образом, являются первым звеном (уровнем) в пищевой цепи.

Все экосистемы на Земле являются компонентами одной, глобальной экосистемы – биосферы.

экосистеме существенных изменений оно не вызывает и

6.2. Биосфера

Биосфера – оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности. Косное вещество биосферы – это совокупность неживых тел, которые образуются в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов, например, вулканические газы и космическое вещество.

Биогенным называется вещество, образование которого связано с жизнедеятельностью живых организмов, – это горючие ископаемые, породы осадочного происхождения, например, торф и природный гипс. Биокосное вещество представляет собой результат совместной деятельности живых организмов, а также физико-химических и геологических процессов, протекающих в неживой природе. Кора выветривания и океаническая вода являются биокосным веществом. Кора выветривания – горные породы, возникающие в результате разложения

(выветривания) коренных пород. В процессе разложения коренных по-

род участвуют геологические факторы (вода с растворенными в ней веществами, температура, ветер и др.), а также живое вещество в виде растений, деревьев, микроорганизмов.

БИОСФЕРА

Косное вещество. Сформи-

ровалось без живых организмов: вода, гранит, базальт и т. п.

Живое вещество. Совокуп-

ность всех живых организмов на Земле

Биогенное вещество – созда-

но в процессе жизнедеятельности организмов: каменный уголь, известняк

Биокосное вещество – сов-

местный результат работы организмов и небиологических процессов:

Химический состав гидросферы Земли в значительной степени определяется деятельностью живых организмов. Различные организмы водных экосистем постоянно выводят в водную среду продукты метаболизма – ионы солей, органические кислоты, азотистые вещества, сероводород и др. Зеленые водоросли выделяют кислород, который частично растворяется в воде. Животные-фильтраторы непрерывно пропускают через свои организмы

огромные количества воды, изымая из нее взвешенные органические частицы и растворенные соли. Фильтрационная деятельность моллюсков морей регулирует состав прибрежных вод. Все эти примеры показывают, что природные воды являются биокосным веществом, представляющим собой результат совместной деятельности живых организмов, а также физико-химических и геологических процессов, протекающих в

неживой природе.

Биогеохимические круговороты являются основой самоподдержания жизни на Земле. Все доступные для живых организмов химические соединения в биосфере имеют предел. По выражению академика В.Р. Вильямса, «единственный способ придать конечному свойство бесконечного – это заставить вращаться его по замкнутой кривой». Все химические элементы, используемые в процессах жизнедеятельности организмов, совершают постоянные

перемещения, переходя из живых тел в соединения неживой природы и обратно. Возможность многократного использования одних и тех же элементов делает жизнь на Земле практически вечной при условии постоянного притока энергии

извне. Отличительная черта биологических круговоротов – их неполная замкнутость. Часть элементов и их соединений в естественных природных условиях постоянно выпадает из круговорота и скапливается вне организмов, создавая запасы биогенных веществ. Так были накоплены кислород и азот в атмосфере, горючие ископаемые и другие породы земной коры. Запасы биогенных веществ, малодоступные для живых организмов и медленно вовлекающиеся в биологический круговорот, составляют резервный фонд того или иного элемента в биосфере. С развитием человеческого общества в результате антропогенной деятельности стало извлекаться из круговорота еще большее количество химических элементов и их соединений. Все это приводит к тому, что для выполнения центральной функции

экосистем и биосферы в целом, которая заключается в поддержании биогенного круговорота, неизбежно должно было увеличиваться число видов, вовлекающих в круговорот из резервного фонда элементы, по мере того как они извлекаются из этого круговорота. Таким образом, в ходе геологического развития должно увеличиваться число видов, ускоряющих биогенную миграцию атомов.

Биогеохимический круговорот

CO2

соли

Автотрофные

растения

(фотосинтетики)

Гетеротрофные

растения и

животные

(паразиты)

Травоядные

животные

Гетеротрофные

растения

(сапрофиты)

Хищные

животные

Масса живого вещества остается постоянной на протяжении геологических периодов – это одно из системных свойств биосферы, поэтому утверждение об уменьшении массы живого вещества является неверным. Другим свойством биосферы является постоянство числа видов в ходе геологических периодов. Биогенная миграция атомов химических элементов стремится к максимальному проявлению – это биогеохимический принцип миграции атомов химических элементов, который не является системным свойством биосферы.

6.3. Человек в биосфере

Уже на стадии архантропов произошло возникновение примитивной речи и формирование языка, что стало результатом цепочки изменений: стали более совершенными орудия труда – проводилась коллективная облавная охота на крупную дичь с использованием огня. Коллективные действия привели к необходимости общения. Палеоантропы обладали достаточно развитым абстрактным мышлением, о чем судят по найденным следам захоронений умерших с погребальными обрядами. На стадии неоантропов возникает искусство: найдены пещерные рисунки, скульптурные изображения, первые музыкальные инструменты.

Согласно стадиальной концепции, предшественниками рода Человек являются протоантропы (ископаемые остатки – австралопитеки), которым, по мнению многих антропологов, соответствует вид Homo habilis (Человек умелый). Вместе со скелетами Человека умелого были найдены примитивные каменные орудия труда, сделанные из грубо обколотых галек кварца, кварцита, лавы (так называемая «олдовайская галечная культура»).

По положению в животном мире человек относится к классу млекопитающих, отряду приматов, роду Homo. Исторические виды рода – Homo habilis (Человек умелый), Homo erectus (Человек прямоходящий), Homo sapiens (Человек разумный).

Неолитическая революция соответствует периоду неолита (от греч. «нео» – новый, «лит» – камень,10–8 тыс. до н. э.), когда произошел переход от присваивающего хозяйства (собирательства и охоты) к производящему (земледелию и скотоводству). Результатами неолитической революции являются окультуривание растений, одомашнивание животных, которые привели к увеличению численности человечества. Экологические последствия неолитической революции – это

снижение биоразнообразия, выжигание лесов, обмеление рек, опустынивание, исчезновение крупных животных, появление синантропных животных (мышей, крыс) возле человеческих поселений, массовые эпидемии чумы.

В историческое время (4 тыс. лет до нашей эры по сей день) количество людей на Земле неуклонно растет. В таблице приведены данные по росту количества населения с конца неолита по наши дни. Согласно феноменологической теории роста населения Земли С.П. Капицы рост населения замедлится – стабилизируется на отметке примерно 13 млрд человек.

Год

8000 до н. э. 5000 1900 1 650 000 4000 до н. э. 7000 1950 2 518 629 1000 до н. э. 50 000 1970 3 692 492

500 до н. э. 100 000 1975 4 068 109

1 н. э. 300 000 1980 4 434 682

1000 400 000 2000 6 070 581 1750 791 000 1800 1 000 000

Количество

человек (тысячи)

Год

2013 7 162 119

2100 (прогноз) 11 213 317

Количество

человек (тысячи)

6.4. Глобальный экологический кризис (экологические функции литосферы,

экология и здоровье)

Неуклонный рост населения Земли заставляет задуматься над вопросом: хватит ли ресурсов у планеты? Международная организация питания считает, что сейчас на планете достаточно ресурсов, чтобы прокормить до 25 млрд человек. Поэтому для устойчивого развития человечества необходимо поддерживать экологический баланс в биосфере. Предотвратить загрязнение биосферы легче, чем ликвидировать его последствия. Для этого в промышленности применяются системы очистки сточных вод и газоулавливающие установки, на выхлопных трубах автомобилей устанавливаются специальные фильтры, отдается предпочтение более чистым источникам энергии, например, природному газу вместо каменного угля. Сохранению водных ресурсов способствует применение системы очистки промышленных и сельскохо-

зяйственных сточных вод. В результате будет ограничено поступление в воду токсичных для живых организмов веществ.

Необходимо знать современную трактовку понятия ноосферы как этапа развития биосферы при разумном регулировании отношений человека и природы. Ноосфера (сфера разума) – это гипотетическое состояние системы «природа – общество», когда любая преобразующая деятельность человека должна быть научно обоснована и должна органически согласовываться с общими законами развития природной среды.

Параметрическое загрязнение окружающей среды происходит в результате аварий на атомных электростанциях. Окружающая среда загрязняется ионизирующим излучением от радиоактивных изотопов, многие из которых являются долгоживущими. Последствия Чернобыльской аварии 1986 года остаются до сегодняшнего дня.

Ингредиентное загрязнение связано с таким воздействием человека на биосферу, в результате которого в среду вносятся вещества, нарушающие нормальный ход биологических, иногда химических и физических процессов. Ингредиентное загрязнение будет происходить в результате выделения выхлопных газов автотранспорта.

Воздействие человека на биосферу, которое вызывает структурные изменения в природных сообществах и тем самым нарушает круговорот веществ и потоки энергии в них, влияет на видовой состав и экологические связи в экосистемах, называется деструктивным загрязнением. Строительство плотин – это деструктивное загрязнение.

Кухней погоды называют нижний слой земной атмосферы (тропосферу), особенно ее области, расположенные над океанами – огромными тепловыми резервуарами, аккумулирующими и отдающими тепловую энергию солнечного света воздушным массам.

Борьбой за существование называется комплекс многообразных отношений организмов внутри вида, между видами, а также с неблаго приятными природно-климатическими факторами окружающей среды. Главной причиной борьбы за существование является несоответствие между возможностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов. Результатом борьбы за существование является естественный отбор.

Деструктивное загрязнение окружающей среды происходит в результате строительства водохранилищ. Деятельность человека изменяет структуру земной поверхности, занимаемую природными биогеоценозами, тура.

в результате исчезают биоценозы или нарушается их струк-

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гринберг Я.С., Кибис О.В., Ким В.Ф. и др. Концепции современного естествознания. Избранные темы: учеб. пособие для вузов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008.

2. Баранов А.В., Любимский В.М., Харьков А.А. Концепции современного естествознания (физические): метод. указания. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.

3. Гусейханов знания: учебник. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007.

4. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2003.

5. Лавриненко В.Н., Ратникова В.П. Концепции современного естествознания: учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006.

6. Найдыш М.: Альфа-М, 2004.

7. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания: концепции и принципы: учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2006.

8. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания: те- заурус. – Ростов н/Д: Феникс, 2006.

9. Сарычева Л.И. Введение http://nuclphys.sinp.msu.ru/astro/large.pdf

10. Капица С.П. Феноменологическая теория роста населения Земли //

Успехи физических наук. – Т. 166. – № 1. – 1996.

11. Ким В.Ф., Топовский А.В., Орлова Н.Б. Концепции современного есте-

ствознания (физические): метод. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015.

М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естество-

В.М. Концепции современного естествознания: учебник. –

в физику микромира – физика частиц и ядер

100

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 1010

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]