Up_Ekologia

Состав приземного слоя атмосферы приведен в таблице 4.1: Таблица 4.1

Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SО2, СН4, NН3, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Нg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах.

Рисунок 4.8 Изменение давления и температуры слоя атмосферы до высоты 35 км

Первичная атмосфера Земли была схожа с атмосферой других планет. Так, 89% атмосферы Юпитера приходится на водород. Еще примерно 10% на гелий, оставшиеся доли процента занимает метан, аммиак и этан. Есть и «снег» — как из водяного, так и из аммиачного льда.

Атмосфера Сатурна также состоит в основном из гелия, водорода (Рисунок 4.9)

41

Рисунок 4.9 - Атмосфера Сатурна

История образования атмосферы Земли

1.Первоначально она состояла из лѐгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера.

2.Активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углеводородами, аммиаком, водяным паром). Так образова-

лась вторичная атмосфера.

3.Постоянная утечка водорода в межпланетное пространство, химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов привели к образованию третичной атмосферы.

4.С появлением на Земле живых организмов в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа, состав атмосферы начал меняться и постепенно образовал современную четвертичную атмосферу (Рисунок 4.10).Существуют, однако, данные (анализ изотопного состава кислорода атмосферы и выделяющегося при фотосинтезе), свидетельствующие в пользу геологического происхождения атмосферного кислорода. Образованию кислорода из воды способствуют радиационные и фотохимические реакции. Однако их вклад незначителен. В течение различных эр состав атмосферы и содержание кислорода претерпевало весьма значительные изменения. Оно коррелировано с глобальными вымираниями, оледенениями, и другими глобальными процессами. Установление его равновесия стало, видимо, результатом появления гетеротрофных организмов на земле и в океане и вулканической деятельности.

Рисунок 4.10 - Атмосфера Земли в разные периоды

42

Вопреки широко распространѐнному заблуждению, содержание в атмосфере кислорода и азота практически не зависит от лесов. Принципиально лес не может существенно повлиять на содержание СО2 в атмосфере потому, что он не накапливает углерод. Подавляющая часть углерода возвращается в атмосферу в результате окисления павших листьев и деревьев. Здоровый лес находится в равновесии с атмосферой и отдаѐт ровно столько же сколько и берет на процесс «дыхания». Причем тропические леса чаще поглощают, а тайга «слегка» выделяет кислород. В 1990-x годах были проведены эксперименты по созданию замкнутой экологической системы («Биосфера 2»), в ходе которых не удалось создать стабильную систему, обладающую единым составом воздуха. Влияние микроорганизмов привело к снижению уровня кислорода до 15% и увеличению количества углекислого газа.

За последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере возросло на 10%, причём основная часть (360 млрд. т) поступила в результате сжигания топлива (Рисунок 4.11). Если темпы роста сжи-

гания топлива сохранятся то в ближайшие 50—60 лет, то количество СО2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.

Рисунок 4.11 - Ход повышения концентрации углекислого газа и средней температуры в последние годы

Принцип возникновения парникового эффекта поясняется рисунком 4.12.

Рисунок 4.12 - Принципы возникновения парникового эффекта

43

Льды и снега по количеству являются одной из самых важных составляющих гидросферы. Масса воды в ледниках составляет 2,6х107 млрд тонн.

Почвенные воды играют огромную роль в биосфере, т.к. именно из-за воды в почве протекают биохимические процессы, обеспечивающие плодородность почвы. Масса почвенных вод оценивается 8х103 млрд тонн.

Реки имеют наименьшее количество воды в биосфере. Запасы воды в реках оцениваются в 1-2х103 млрд тонн. Речные воды обычно пресные, их минерализация неустойчива и меняется от времени года. Реки текут по тектонически-образованным понижениям рельефа.

Атмосферная вода объединяет гидросферу и атмосферу. Атмосферная влага всегда пресная. Масса атмосферной воды 14х103 млрд тонн. Ее значение для биосферы очень велико. Среднее время оборота воды между гидросферой и атмосферой составляет 9-10 суток.

Значительная часть воды находится в биосфере в связанном состоянии в живых организмах – 1,1х103 млрд тонн. В водной среде растения непрерывно фильтруют воду через свою поверхность. На суше растения извлекают воду корнями из почвы и транспирируют ее своей наземной частью. Для синтеза 1 грамма биомассы растения должны испарять около 100 грамм воды (Планктон профильтровывает через себя всю воду океанов за время около 1 года).

Соотношение соленой и пресной воды в гидросфере приведено на Рисунок 4.15

Рисунок 4.15 Соотношение соленой и пресной воды в гидросфере

Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96% объема гидросферы составляют моря и океаны, около 2% — подземные воды, около 2% — льды и снега, около 0,02% — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твѐрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу. Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу.

Одной из самых главных функций гидросферы является запасание тепла, приводящее к глобальному круговороту воды в биосфере. Нагрев поверхностных вод Солнцем (Рисунок 4.16) приводит к перераспределению тепла по всей планете.

45

Рисунок 4.16 -Температура поверхностных океанических вод

Жизнь в гидросфере распределена крайне неравномерно. Значительная часть гидросферы имеет слабую заселенность организмами. Особенно это касается океанических глубин, где мало света и сравнительно низкие температуры.

Основные поверхностные течения:

В северной части Тихого океана: тѐплые - Куросио, Северо-Тихоокеанское и Аляскинское; холодные - Калифорнийское и Курильское. В южной части: тѐплые - ЮжноПассатное и Восточно-Австралийское; холодные - Западных Ветров и Перуанское (Рисунок 4.17). Течения северной части Атлантического океана тесно согласованы с течениями Северного Ледовитого океана. В центральной Атлантике вода нагревается и перемещается течением Гольфстрим к северу, где вода остывает и погружается в глубину Северного Ледовитого океана.

Биогеохимические функции живого вещества в биосфере.

В.И. Вернадский выделил пять биогеохимических функций живого вещества в биосфере.

Первая функция - газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы - продукты разложения органических веществ растительного происхождения, ранее захороненных в осадочных толщах. Наиболее распространенным является болотный газ (метан). Основные газы атмосферы Земли - азот и кислород имеют биогенное происхождение.

Рисунок 4.17 - Основные течения мирового океана

46

Вторая функция - концентрационная . Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. На первом месте, естественно, стоит углерод. В углях содержание углерода по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефти - концентраторы углерода и водорода, поскольку сами имеют биогенное происхождение. В отношении концентрации металлов первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния выступают диатомовые водоросли, радиолярии, некоторые губки, йода - водоросли ламинарии, железа марганца - особые бактерии. Фосфор накапливается позвоночными животными, сосредотачиваясь в их костях.

Третья функция - окислительно-восстановительная. Она играет важную роль в истории многих химических элементов с переменной валентностью. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (V, Mn, Fе).

Четвертая функция - биохимическая. Эта функция связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области.

Пятая функция - биогеохимическая деятельность человека. Она охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека. Эта функция занимает особое место и заслуживает особо тщательного изучения.

Рисунок 4.18 - Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк

Дата рождения: 1 августа 1744 Место рождения: Базантен Дата смерти: 18 декабря 1829 (85 лет) Место смерти: Париж

Ламарк работал в Королевском ботаническом саду, где он стал профессором по кафедре зоологии насекомых, червей и микроскопических животных. Ламарк руководил этой кафедрой в течение 24 лет. С 1815 по 1822 год выходил в свет капитальный семитомный труд Ламарка «Естественная история беспозвоночных». В нѐм он описал все известные в то время роды и виды беспозвоночных. Линней разделил их только на два класса (червей и насекомых), Ламарк же выделил среди них 10 классов. Ламарк ввѐл в обращение и ещѐ один термин, ставший общепринятым — «биология» (в 1802 году). Он сделал это одновременно с немецким учѐным Г. Р. Тревиранусом и независимо от него. К 1820 Ламарк полностью ослеп, свои труды диктовал дочерям. Самым важным трудом Ла-

47

марка стала книга «Философия зоологии», вышедшая в 1809 году. В ней он изложил свою теорию эволюции живого мира. Скончался Ламарк в бедности и безвестности, дожив до 85 лет, 18 декабря 1829 года. До последнего его часа с ним оставалась его дочь Корнелия, которая писала под диктовку ослепшего отца. В 1909 году, в столетнюю годовщину выхода в свет «Философии зоологии», в Париже был торжественно открыт памятник Ламарку. На одном из барельефов памятника изображѐн Ламарк в старости, потерявший зрение. Он сидит в кресле, а его дочь, стоя рядом, говорит ему: «Потомство будет восхищаться Вами, отец, оно отомстит за Вас».

Рисунок 4.19 - Эдуард Зюсс

( родился 20 августа 1831, Лондон — умер 26 апреля 1914, Вена)

Австрийский геолог и общественный деятель. Учился в Праге и Вене, где в 1857 получил кафедру геологии. Был членом общинного совета и референтом комиссии по снабжению города водой и урегулированию Дуная, а также членом нижнеавстрийского сейма (ландтага); в 1870-1874 деятельно занимался проведением нового школьного законодательства в Нижней Австрии, в 1873 был избран в рейхсрат, где многократно показывал себя блестящим оратором, особенно в борьбе с ультрамонтанами. Из научных трудов Зюсса, главным образом относящихся к стратиграфии Альп, к геологии Италии. Но главный, классический труд Зюсса «Лик Земли» (1883-1888), в котором он, один из самых выдающихся современных геологов, привѐл в стройную систему важнейшие формы земной поверхности и установил законную связь современного распределения морей, океанов, материков и горных цепей с геологической историей земли.

Рисунок 4.20 - Владимир Иванович Вернадский

48

Дата рождения: 28 февраля 1863 Место рождения: Санкт-Петербург, Российская империя Дата смерти: 6 января 1945

Деятельность Вернадского оказала огромное влияние на развитие наук о Земле, на становление и рост АН СССР, на мировоззрение многих людей. Член Государственного совета (1906, 1907—1911, 1915—1917). В 1915—1930 годах председатель Комиссии по изучению естественных производственных сил России, был одним из создателей плана ГОЭЛРО. Комиссия внесла огромный вклад в геологическое изучение Советского Союза

исоздание его независимой минерально-сырьевой базы.

С1912 года академик Российской академии наук (позже Академия наук СССР). Один из основателей и первый президент (27 октября 1918) Украинской академии наук. С 1920 по 1921 год ректор Таврического университета в Симферополе. С 1922 по 1939 год директор организованного им Радиевого института. В период с 1922 по 1926 год работал за границей в Праге и Париже. Одной из основных причин работы во Франции было исследование в лабораториях Кюри паризия — вещества, ошибочно принятого за новый радиоактивный элемент. В 1927 году организовал в Академии наук СССР Отдел живого вещества. Вернадским опубликовано более 700 научных трудов.

Основал новую науку — биогеохимию и сделал огромный вклад в геохимию. С 1927 года до самой смерти занимал должность директора Биогеохимической лаборатории при Академии наук СССР. Был учителем целой плеяды советских геохимиков. Из философского наследия Вернадского наибольшую известность получило учение о ноосфере; он считается одним из основных мыслителей направления, известного как русский космизм. В 1943 году «за многолетние выдающиеся работы в области науки и техники» к 80-летию Вернадский был удостоен Сталинской премии I степени.

49

5 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.

Принято выделять биотические, абиотические и антропогенные экологические факторы.

Биотические факторы — всѐ множество факторов среды, связанных с деятельностью живых организмов. К ним относятся фитогенные (растения), зоогенные (животные), микробиогенные (микроорганизмы) факторы.

Абиотические факторы — всѐ множество факторов, связанных с процессами в неживой природе. К ним относятся климатические (температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность), физические (шум, магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность, космическое излучение)

Антропогенные факторы — всѐ множество факторов, связанных с деятельностью человека. К ним относятся физические (использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолѐтах, влияние шума и вибрации и др.), химические (использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; курение, употребление алкоголя и наркотиков, чрезмерное использование лекарственных средств ), биологические (продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания), социальные (связанные с отношениями людей и жизнью в обществе) факторы.

Часто встречающаяся классификация экологических факторов (факторов среды) ПО ВРЕМЕНИ: эволюционный, исторический, действующий; ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ: периодический, непериодический;

ПО ОЧЕРЕДНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: первичный, вторичный; ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ: космический, абиотический (он же абиогенный), био-

генный, биологический, биотический, природно-антропогенный, антропогенный (в т.ч. техногенный, загрязнения среды), антропический (в т.ч. беспокойства);

ПО СРЕДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ: атмосферный, водный (он же влажности), геоморфологический, эдафический, физиологический, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный

ПО ХАРАКТЕРУ: вещественно-энергетический, физический (геофизический, термический), биогенный (он же биотический), информационный, химический (солености, кислотности), комплексный (экологический, эволюции, системообразующий, географический, климатический);

ПО ОБЪЕКТУ: индивидуальный, групповой (социальный, этологический, соци- ально-экономический, социально-психологический, видовой ( в т.ч. человеческий, жизни общества);

ПО УСЛОВИЯМ СРЕДЫ: зависящий от плотности, не зависящий от плотности; ПО СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ: летальный, экстремальный, лимитирующий, бес-

покоящий, мутагенный, тератогенный (уродующий); канцерогенный; ПО СПЕКТРУ ВОЗДЕЙСТВИЯ: избирательный, общего действия;

Биотические факторы

Теоретически взаимодействие популяций двух видов можно выразить в виде следующих комбинаций символов: 00, --, ++, +0, -0 , +-. Примечание: (0) - существенное взаимодействие между популяциями отсутствует; (+) - благоприятное действие на рост,

50