- •Федеральное агенство по образованию
- •1. Организм и среда 6
- •1. Организм и среда
- •1.1. Строение и история земли
- •1.2. Возникновение жизни на земле
- •1.3. Фундаментальные свойства живых систем
- •1.4. Уровни организации живой материи
- •1.5. Условия и ресурсы среды
- •1.6. Популяции и сообщества
- •2. Экологические системы, пищевые цепи и энергия в экосистемах
- •2.1. Экологические системы
- •2.1.1. Понятие экологической системы
- •2.1.2.Живое, косное и биокосное вещество (по в.И.Вернадскому)
- •2.1.3. Законы в.И.Вернадского
- •2.2. Пищевые цепи
- •2.2.1. Понятие простых и сложных пищевых цепей
- •2.2.2. Экологические пирамиды
- •2.3. Циркуляция веществ
- •2.4. Энергетические ресурсы и энергия в экосистемах
- •2.4.1. Понятие энергетических ресурсов
- •2.4.2. Энергия в экологических системах
- •3. Экология человека
- •3.1. Основные понятия
- •3.2. Энергия и вещества
- •3.2.1. Энергия
- •3.2.2. Пищевые вещества
- •3.2.3. Минеральные соли и вода
- •3.3. Климатическая адаптация
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Температурная среда
- •3.3.2. Реакция организма на перегрев
- •3.3.4. Реакция организма на охлаждение
- •3.3.5. Границы зоны комфорта
- •3.4. Болезни
- •4. Глобальные проблемы окружающей среды
- •4.1. Основные сведения
- •4.2. Окружающая среда и стабильность популяций
- •4.2.1. Общие сведения
- •4.2.2. Процессы, регулирующие численность популяций
- •4.2.3. Экологические показатели
- •4.3. Глобальные изменения климата
- •4.3.1. Основные сведения
- •4.3.2. Природные экосистемы суши
- •4.3.3. Лесное и сельское хозяйство
- •4.3.4. Гидрология и водные ресурсы
- •4.3.5. Мировой океан и прибрежные зоны
- •4.3.6. Сезонный снежный покров, лед, вечная мерзлота
- •4.3.7. Энергетика, транспорт и промышленность
- •4.4. Проблемы мегаполисов
- •4.4.1. Общие сведения
- •4.4.2. Классификация городов по численности населения
- •4.4.3. Зонирование территории
- •4.4.4. Влияние крупных городов на климат
- •4.4.5. Радиационная экология
- •4.5. Разрушение озонового слоя
- •4.6. Снижение видового разнообразия
- •5. Экологический мониторинг
- •6. Основы охраны биосферы
- •6.1. Развитие биосферы
- •6.2. Биогеохимические циклы
- •6.2.1. Кругооборот воды
- •6.2.2. Кругооборот углерода
- •6.2.3. Кругооборот азота
- •6.2.4. Кругооборот серы
- •6.2.5. Кругооборот фосфора
- •6.2.6. Ландшафтный и экосистемный подход к изучению изменений биосферы
- •6.3. Основные положения необходимости устойчивого развития
- •6.4. Особенности эволюции биосферы в условиях антропогенного развития
- •6.5. Пути обеспечения экологической безопасности в биосфере
- •7. Основы экологического права
- •7.1. Правовое регулирование
- •7.2. Международные организации в области экологии
- •7.3. Экологический паспорт промышленного предприятия
- •Литература
- •Контрольные вопросы
- •Проверочные тесты
3.2. Энергия и вещества
3.2.1. Энергия
Рассмотрим анализ жизнедеятельности человека как биосистемы, в которой происходит обмен веществами и энергией.
Поддержание общего баланса энергии у взрослого индивидуума, исключающее резкие колебания веса тела, связано с регуляцией, осуществляемой нервной системой. Энергия, получаемая из пищи необходима для поддержания обмена веществ в состоянии покоя (ОСНОВНОЙ ОБМЕН), для мышечной деятельности, роста и размножения.
К ОСНОВНОМУ ОБМЕНУ относят энергию, расходуемую организмом во время сна, в покое или сидячем положении, во время беременности и лактации, а также в процессе роста. В среднем в состоянии “покоя” расходуется около 300 кДж/час. Расход энергии при беременности и кормлении грудью составляет около 400 кДж/час. Расход энергии ребенком составляет 150 - 250 кДж/час.
При МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ расход энергии составляет:
пешая прогулка - около 450 кДж/час;
тяжелая работа - 1600 - 2000 кДж/час.
Работа, сопровождаемая такими энергозатратами может выполняться в течение нескольких часов в день.
Наиболее тяжелая физическая работа в промышленности требует затрат около 10000 кДж для мужчин (1250 кДж/час) и 6700 кДж для женщин (838 кДж/час) за 8-ми часовой рабочий день.
Оценка иных видов деятельности с энергетической стороны весьма затруднительна. В различных видах деятельности человек затрачивает в полтора раза больше энергии, чем необходимо для поддержания обмена в состоянии покоя, то есть 460 - 500 кДж/ч Многие виды развлечений (танцы и др.) требуют не меньшей затраты, чем иной вид трудоемкой работы.
На холоде тратится избыточная энергия на 30% больше обычной.
Фактор размера также влияет на энергетическую стоимость работы, выраженную в кДж.
Например, пешая прогулка со скоростью 3 км/час требует независимо от пола и возраста затраты:
Q = 0,127W + 4,284 кДж/мин. ,
где W - вес тела в кг.
В среднем можно считать, что в любом обществе на каждого человека необходимо от 8500 до 12750 кДж в день. Здесь учитываются следующие факторы:
1. размер тела;
2. климат;
3. трудность работы.
Между экосистемами существуют различия в доле энергии, затрачиваемой на производство продуктов питания, что характеризуется БАЛАНСОМ ЭНЕРГИИ (рис.3.1).
Рисунок 3.1. - Баланс энергии
Для примитивных обществ, занятых в основном добыванием средств существования, из каждых 40 кДж, расходуемой семьей для всех нужд, 10 - 15 кДж затрачивается на деятельность, связанную с добыванием пищи, что составляет 30 - 40 %. Для первобытных людей эта величина составляла около 70 %; в эффективном сельском хозяйстве доля энергии, затрачиваемая для добывания пищи для человека составляет примерно 5 %, то есть один работающий может прокормить примерно 20 человек.
Энергетический состав основных компонентов продуктов питания для человека составляет:
ЖИРЫ ............................ 38 кДж/г;
УГЛЕВОДЫ .................. 17 кДж/г;
БЕЛКИ ........................... 17 кДж/г.
Среднее суточное потребление на душу населения жиров, белков и углеводов различно в зависимости от типа экономики данной страны. Ассортимент продуктов зависит от окружающей среды и способа добывания пищи.
Источниками необходимых компонентов являются:
ЖИРЫ - растительные и животные жиры и масла;
УГЛЕВОДЫ - злаки, корнеплоды, плоды и сахар;
БЕЛКИ - животная пища (в том числе рыба и молоко), орехи и бобовые растения.
Доля энергии, поступающей в организм в виде жиров в европейских странах колеблется от 21 % в странах Средиземноморья до 31 % в странах Западной Европы и США (у эскимосов - 47 %).
Доля белков в рационе различных сообществ примерно постоянна и составляет по относительному белковому эквиваленту энергии 9 - 12 %.
Предположение о том, что специфика питания у разных человеческих популяций так или иначе связана с генетическими особенностями этих групп, подтверждается лишь некоторыми данными.
Люди могут относительно легко физиологически переносить существенные изменения в составе своего рациона.
Группа, численность которой на данной территории остается постоянной в течение длительного времени (в течение жизни нескольких поколений), очевидно способна сохранять баланс расходуемой и потребляемой энергии.
Эффективность использования источников энергии и способность популяции сохранять энергетический баланс в системе определяется такими величинами, как:
1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНАЯ ДОЛЯ РАСХОДУЕМОЙ ЭНЕРГИИ;
2. ПОТОК ЭНЕРГИИ В СООБЩЕСТВЕ.