- •Раздел 1. Тезисы установочных лекций…………………………………...4
- •Раздел 2. Конспект лекций по экологии
- •Тема 1. Основные понятия экологии………………………………………...24
- •Тема 2. Основы биогеохимии………………………………………………...41
- •Тема 3. Потоки энергии в биосфере…………………………………………53
- •Тема 4. Экологические факторы……………………………………………..63
- •Инструкция
- •Раздел 1. Тезисы установочных лекций
- •1 Лекция.
- •Б иология э кология
- •1 Зеленые растения 2
- •2 Лекция. Тема: Взаимодействие живых организмов со средой их обитания
- •16.Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия.
- •17. Гомеостаз и устойчивость экологических систем. Сукцессия.
- •Экологические факторы среды: абиотические и биотические.
- •20) Биотические факторы представляют собой совокупность влияния жизнедеятельности живых организмов на другие живые организмы и на окружающую среду.
- •Толерантность.
- •Адаптации. Жизненные формы.
- •Экологическая ниша организма.
- •3 Лекция.
- •26. Природные ресурсы и их классификация.
- •27. Принципы рационального природопользования. Безотходные технологии.
- •28. Загрязнение окружающей среды. Классификация загрязнений.
- •Экологический мониторинг.
- •31. Информационные методы управления окружающей средой.
- •Прогнозирование изменения состояния объекта.
- •6) На всех этапах: представление информации в удобной форме и доведение ее до потребителя.
- •Раздел 2. Материалы к выполнению контрольных работ и подготовке к зачету
- •1. Основные понятия экологии
- •1.1. Биосфера, ее структура
- •1.2. Эволюция биосферы. Живое, косное и биокосное вещество
- •1.3. Экосистема, ее структура. Биотическое сообщество и абиотическая среда
- •1.4. Уровни организации жизни на Земле
- •1.5. Организм и среда обитания
- •1.6. Систематика растений и животных
- •1.7. Биогеоценоз, его структура
- •2. Основы биогеохимии
- •2.1. Биогеохимические циклы веществ
- •2.2. Биогеохимические циклы биогенных элементов и воздействие на них человека
- •Биогеохимический цикл азота
- •Биогеохимический цикл кислорода
- •Биогеохимический цикл углерода
- •Биогеохимический цикл фосфора
- •Биогеохимический цикл серы
- •Потоки энергии в биосфере
- •3.1.Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия.
- •3.2. Понятие о качестве энергии
- •3.3. Процессы фотосинтеза и хемосинтеза
- •3.4. Процесс дыхания
- •3.5. Передача энергии по трофической цепи
- •3.6. Продуктивность экосистем
- •3.7. Энергетические типы экосистем
- •Экологические факторы
- •4.1. Классификация экологических факторов
- •4.1.1.Абиотические факторы
- •4.1.2. Биотические факторы
- •4.1.3. Лимитирующие факторы. Законы минимума и максимума
- •4.2. Закон толерантности
- •1,3 − Зоны угнетения (экологического пессимума); 2 − зона нормальной жизнедеятельности (экологического оптимума)
- •4.3. Адаптации. Жизненные формы
- •4.4. Экологическая валентность (пластичность)
- •4.5. Экологическая ниша
- •5. Устойчивость и развитие экосистем
- •5.1. Гомеостаз экосистем.
- •5.2. Экологическая сукцессия.
- •6. Загрязнение окружающей среды
- •6.1. Основные источники загрязнения
- •6.2. Последствия загрязнения окружающей среды
- •6.3. Разрушение природных экосистем
- •6.4. Демографические проблемы
- •6.5. Глобальные проблемы энергетики
- •7. Экологический мониторинг
- •Раздел 3. Практическая работа «Термино-понятийный аппарат»
- •Контрольные вопросы
- •Варианты кроссвордов для выполнения практической работы
Биогеохимический цикл серы
Сера входит в состав белков всех живых организмов. В отличии от фосфора, в атмосфере присутствует достаточное количество газообразных соединений серы: сероводород H2S, оксиды серы SO2 и SO3. Но основной резерв серы находится в литосфере в виде залежей сульфидных руд. Сера также входит в состав глубоководных отложений. Большой резерв в литосфере позволяет отнести биогеохимический круговорот серы (рис. )к осадочным циклам.
Основная часть круговорота реализуется в пределах лито- и гидросферы. Огромное значение в этом процессе играют микроорганизмы, осуществляющие обмен серы между растворимыми сульфатами, доступными большинству живых организмов, и сульфидными отложениями в земной коре.
Под действием микроорганизмов в биосфере постоянно идут процессы извлечения серы из глубинных отложений. Часть этой серы окисляется серобактериями до растворимых сульфатов, поступающих к продуцентам. Другая часть превращается бактериями в сероводород и другие газообразные соединения.
Деятельность человека в настоящий момент направлена на извлечение серы из глубинных месторождений и увеличение газообразных соединений серы в атмосфере. Это ведет к существенному уменьшению резерва серы в литосфере и нарушению цикличности круговорота. Выброс в атмосферу огромных количеств оксидов серы обуславливает повсеместное выпадение кислых осадков.
Рис. 7. Биогеохимический цикл серы
Потоки энергии в биосфере
3.1.Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия.
Одним из основных свойств материи является энергия − способность производить работу. Существование живых организмов невозможно без хорошо организованных энергетических потоков между ними и окружающей средой. При изучении различных экосистем очень важен энергетический подход. Состояние любой природной и общественной системы, в конечном счете, определяется соотношением энергии, используемой на этой территории и поступающей извне. Устойчивая система формируется только в том случае, если темпы расхода не превышают возможностей среды.
Все природные системы должны подчиняться двум законам термодинамики − науки о превращениях энергии. Первый закон термодинамики является следствием закона сохранения энергии: энергия не создается и не исчезает, она лишь переходит из одной формы в другую. Основным источником энергии для биосферы является Солнце. Экология изучает превращение солнечной энергии в экосистемах.
В соответствии с первым законом термодинамики, энергия, поступившая в экосистему (Q), разделяется на два потока:
1. используемую часть − энергию, перешедшую в энергию органического вещества живых организмов (qиспольз.) ;
2. рассеянную энергию (qрассеянн.), в основном в виде тепла.
Q = qиспольз. + qрассеянн.
Превращение Солнечной энергии в биосфере показано на рис.8.
Рис.8. Распределение солнечной энергии в биосфере
Согласно второму закону термодинамики, любой вид энергии в конечном счете превращается в тепло − форму энергии, наименее пригодную для использования и наиболее легко рассеиваемую. Тепловая энергия равномерно распределяется по всему пространству, что ведет к состоянию устойчивого равновесия.
Из второго закона термодинамики следует, что самопроизвольно протекают процессы, сопровождающиеся рассеянием энергии и увеличением беспорядка в системе. Увеличение беспорядка представляет собой деградацию энергии − переход к более низкому уровню организации. Мерой беспорядка служит энтропия (S) − мера количества энергии, недоступной для использования.
Важнейшей особенностью живых организмов является способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. состояние с низкой энтропией. Отличие живых систем от неживой природы состоит в том, что они способны самостоятельно восстанавливать свою структуру и увеличивать упорядоченность внутри себя, синтезируя сложные органические вещества из простых. Здесь нет противоречия законам термодинамики, так как все процессы в живой природе происходят не самопроизвольно, а лишь при условии постоянного подвода энергии. Сама возможность существования жизни обусловлена их способностью накапливать энергию путем преобразования полученной энергии Солнца в энергию химических связей.
Природные экосистемы представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся энергией и веществом с окружающей средой, уменьшая при этом энтропию внутри себя, но увеличивая ее в окружающей среде. Упорядоченность экосистем поддерживается за счет откачивания из нее неупорядоченности в процессе дыхания. Такие системы, находящиеся в состоянии устойчивого неравновесия с окружающей средой, называются диссипативными структурами.
Живые организмы способны извлекать из окружающей среды отрицательную энтропию − негэнтропию. Растения получают ее при потреблении солнечной энергии, животные − из пищи. При прекращении потока энергии (например, после гибели организма), происходит разрушение сложных органических соединений, энергия химических связей переходит в тепловую форму и рассеивается.