Головна

Вчення про БИОСФЕРЕ

  1.  I. Вивчення нового матеріалу.
  2.  III. Вивчення нового матеріалу
  3.  III. Вивчення нового матеріалу
  4.  III. Вивчення нового матеріалу
  5.  VI. отримання результатів
  6.  А) вивчення токсичних властивостей ОР і СДОР
  7.  Анабаптизм. Вчення Ульріха Цвінглі

Для того щоб мати можливість прогнозувати наслідки впливу господарської діяльності людства на природне середовище, слід знати характер взаємодії тваринного і рослинного світу з неживою природою і вивчити "досвід" природних спільнот, які протягом мільярдів років свого існування вміли позбавлятися від відходів життєдіяльності, не забруднюючи середовище проживання завдяки замкнутому кругообігу речовини.

1. Характеристика і склад біосфери

Екологія є наукою, що вивчає організацію та функціонування надорганізменних систем різних рівнів: популяцій, видів, біоценозів (спільнот), екосистем, біогеоценозів і біосфери. Часто екологію визначають і як науку, яка розглядає проблеми взаємини людини і біосфери. Іншими словами все, що нас оточує і піддається нашому впливу, має відношення до екологічної науки.

При всіх величезних розмірах земної кулі реальне життя існує тільки на його поверхні, в тій частині Землі, яку називають біосферою. У цьому тонкому шарі земної поверхні взаємодіють повітря, вода, земля, тваринний і рослинний світ. Все живе на Землі залежить від збереження цілісності біосфери. Що ж загрожує біосфері, чи можна захистити її від руйнувань? Щоб зрозуміти це, необхідно, перш за все, розглянути складові біосфери, її живі і неживі компоненти, їх складні взаємодії, які підтримують і врівноважують біосферу як єдине ціле.

Характер взаємодії живої і неживої природи почав всерйоз вивчатися в кінці ХІХ століття, коли австрійський геолог Е. Зюсс вперше ввів термін "біосфера", а російський природознавець В. і. Вернадський на початку нашого століття створив біогеохімію - науку, що вивчає роль живого речовини (біоти) в геологічних процесах планети. Сучасна наука розглядає біосферу як складну загальнопланетарну саморегулюючу систему живого речовини (біоти) і неживої матерії (екотопа), термодинамічно відкриту, що акумулює і перерозподіляються величезні ресурси енергії. Під біосферою мають на увазі літосферу (Шар земної кори глибиною до 3 кілометрів), гідросферу (Водне середовище, представлену, в основному, світовим океаном), атмосферу (Її нижній шар - тропосферу) і сукупність всіх живих організмів (біоту). Всі складові біосфери грають важливу роль в життєвих процесах на Землі, але головним компонентом біосфери все ж є жива речовина.

Складові біосфери знаходяться в постійній взаємодії і взаємопроникненні. Сутність взаємодії живих спільнот - обмін речовиною, при якому відходи одних популяцій використовуються в їжу іншими популяціями. Крім того, живі організми є відкритими системами, постійно обмінюються речовиною і енергією з навколишнім неживої середовищем. Сукупність взаємодіючих популяцій, що існують на обмеженій території, разом з використовуваним неживим речовиною утворює біогеоценоз (Рис.1). В основі біоценозу лежить обмін речовиною і енергією між популяціями (на рис.1 позначено стрілками). Біосфера дуже економно витрачає речовина і енергію. З утворюється в біогеоценозах речовини лише невелика частина (частки відсотка) щорічно виходять з кругообігу в мули і опади, потрапляючи в повільні геологічні цикли.

 
 

 атмосфера

       
 
   

 Гідросфера Грунт,

грунт

Екотоп

 
 

БІОГЕОЦЕНОЗ

 
 

 біоценозу

 рослинність Тварини

ність (фіто- (зооценоз)

ценоз)

 
 

Мікроор-

ганізми (мик-

робоценоз)

Рис.1. Основні складові біосфери

Земна кора - це перетворені в ході геологічного часу колишні біосфери. Цілий ряд мінералів земної кори (вапняки, крейда, фосфорити, нафту, вугілля та ін.) Виникли з тканин загиблих організмів. Парадоксальний факт, що порівняно невеликі живі організми змогли викликати явища геологічного масштабу, пояснюється їх найвищий здатністю до розмноження. Напр., Холерний вібріон при сприятливих умовах може створити масу речовини, що дорівнює масі земної кори всього за 1,75 доби! Можна припустити, що в біосфері колишніх епох колосальні маси живої речовини переміщалися по планеті, утворюючи в результаті загибелі запаси нафти, вугілля і т. П.

Біосфера існує, використовуючи багато разів одні й ті ж атоми. При цьому на частку 10 елементів, розташованих в першій половині періодичної системи (кисень-29,5%, натрій, магній-12,7%, алюміній, кремній-15,2%, сірка, калій, кальцій, залізо-34,6 %) припадає 99% всієї маси нашої планети (маса Землі - 5976 * 1021кг), а 1% на частку інших елементів. Однак значення цих елементів дуже велике - вони грають істотну роль в живу речовину.

В. і. Вернадський розділив всі елементи біосфери на 6 груп, кожна з яких виконує певні функції в житті біосфери. Перша група - інертні гази (Гелій, криптон, неон, аргон, ксенон). Друга група - благородні метали (Рутеній, паладій, платина, осмій, іридій, золото). У земній корі елементи цих груп хімічно малоактивні, їх маса незначна (4,4 * 10-4% Від маси земної кори), а участь в утворенні живої речовини слабо вивчено. Третя група - лантаноїди (14 хімічних елементів - металів) складають 0,02% від маси земної кори і їх роль в біосфері не вивчена. Четверта група - радіоактивні елементи є основним джерелом утворення внутрішнього тепла Землі і впливають на зростання живих організмів (0,0015% маси земної кори). деякі елементи п'ятої групи - розсіяні елементи (0,027% земної кори) - грають істотну роль в житті організмів (наприклад, йод і бром). найбільшу шосту групу складають циклічні елементи, Які, пройшовши ряд перетворень в геохімічних процесах, повертаються до вихідних хімічним станів. До цієї групи належать 13 легких елементів (водень, вуглець, азот, кисень, натрій, магній, алюміній, кремній, фосфор, сірка, хлор, калій, кальцій) і один важкий елемент (залізо).

Біота в основному складається з циклічних елементів. Особливо велика роль таких елементів, як вуглець, азот і водень, процентний вміст яких в біоті вище, ніж в земній корі (вуглецю в 60 разів, азоту і водню в 10 разів). На малюнку приведена схема замкнутого вуглецевого циклу. Тільки завдяки кругообігу основних елементів в таких циклах (перш за все вуглецю) можливе існування життя на Землі.

 
 

 атмосфера


Рис.2 Замкнуте вуглецевий цикл в біосфері

ГІДРОСФЕРА. Становить близько 4% маси земної кори і її середня потужність дорівнює 3,8 км. На масу океанічної води припадає 97% маси всієї гідросфери (2 * 1021кг). Роль океану в житті біосфери величезна: в ньому протікають основні хімічні реакції, які обумовлюють виробництво біомаси і хімічне очищення біосфери. Так, за 40 днів поверхневий пятісотметровий шар води в океані проходить через фільтраційний апарат планктону, отже (з урахуванням перемішування) протягом року вся океанічна вода океану піддається очищенню. Всі складові гідросфери (водяні пари атмосфери, води морів, річок, озер, льодовиків, боліт, підземні води) знаходяться в безперервному русі і оновлення.

Вода - основа біоти (жива речовина на 70% складається з води) і її значення в житті біосфери є визначальним. Можна назвати такі найважливіші функції води, як:

1. виробництво біомаси;

2. хімічне очищення біосфери;

3. забезпечення вуглецевого балансу;

4. стабілізація клімату (вода виконує роль буфера в теплових процесах на планеті).

Величезне значення світового океану полягає в тому, що він продукує своїм фітопланктоном майже половину всього кисню атмосфери, т. Е. Є свого роду "легкими" планети. При цьому рослини і мікроорганізми океану в процесі фотосинтезу засвоюють щорічно значно більшу частину вуглекислого газу, ніж поглинають рослини на суші.

Живі організми океану - гідробіонати- Підрозділяються на три основні екологічні групи: планктон, нектон і бентос. планктон - Сукупність пасивно плаваючих і переносяться морськими течіями рослин (фітопланктон), живих організмів (зоопланктон) і бактерій (бактеріопланктона). Нектон - Це група активно плаваючих живих організмів, які прямують на значні відстані (риби, китоподібні, тюлені, морські змії і черепахи, кальмари восьминоги і ін.). бентос - Це організми, що мешкають на морському дні: сидячі (корали, водорості, губки); риє (черви, молюски); плазують (ракоподібні, голкошкірі); вільно плаваючі у самого дна. Найбільш багаті бентосом прибережні райони океанів і морів.

Світовий океан - джерело величезних мінеральних ресурсів. Вже зараз з нього видобувається нафта, газ, 90% брому, 60% магнію, 30% кухонної солі і т. Д. В океані є величезні запаси золота, платини, фосфоритів, оксидів заліза і марганцю, інших мінералів. Рівень видобутку корисних копалин в океані постійно зростає.

АТМОСФЕРА-Повітряний средавокруг Землі, її маса близько 5,15 * 1018 кг. Газовий склад атмосфери наступний: азот (79,09%), кисень (20,95%), аргон (0,93%), вуглекислий газ (0,03%) і незначна кількість інертних газів (гелій, неон, криптон, ксенон), аміаку, метану, водню та ін. В нижніх шарах атмосфери (20 км) міститься водяна пара, кількість якого з висотою швидко убуває. Шар озону, що оберігає живі організми від шкідливого короткохвильового випромінювання, розташований на висоті 20-25 км. Вище 100 км зростає частка легких газів, і на дуже великих висотах переважають гелій і водень; частина молекул газів розпадаються на атоми і іони, утворюючи іоносферу. Тиск і щільність повітря з висотою убувають. Залежно від розподілу температури атмосферу поділяють на тропосферу(Від +40 до -50оЗ на висотах 10-15 км),стратосферу (Від -50 до 0оЗ на висотах близько 50 км), мезосферу (Від 0 до -90оЗ на висотах 50-55 км), термосферу (Від -90 до +1500оЗ на висотах 200-300 км) і екзосферу (Від декількох сотень км). Нерівномірність нагрівання сприяє загальній циркуляції атмосфери, яка впливає на погоду і клімат Землі.

Атмосфера має великий вплив на біологічні процеси на суші і в водоймах. Що міститься в ній кисень використовується в процесі дихання організмів і при мінералізації органічної речовини, вуглекислий газ витрачається під час фотосинтезу автотрофними рослинами, озон знижує шкідливий для організмів ультрафіолетове випромінювання Сонця. Крім того, атмосфера сприяє збереженню тепла Землі, регулює клімат, сприймає газоподібні продукти обміну речовин, переносить водяні пари по планеті і т. Д. Без атмосфери неможливе існування скільки-небудь складних організмів.

біоти - Це сукупність всіх видів рослин, тварин і мікроорганізмів. Біота є активною частиною біосфери, що визначає всі найважливіші хімічні реакції, в результаті яких створюються основні гази біосфери (кисень, азот, окис вуглецю, метан) і встановлюються між ними кількісні співвідношення. Біота безперервно утворює біогенні мінерали і підтримує постійний хімічний склад океанічних вод. Її маса становить не більше 0,01% від маси всієї біосфери і обмежується кількістю вуглецю в біосфері. Основну біомасу складають зелені рослини суші - близько 97%, а біомаса тварин і мікроорганізмів - 3%.

Об'єктом вивчення екології є взаємодія п'яти рівнів біоти: живих організмів, популяцій, співтовариств, екосистем і екосфери.

Живий організм - Це будь-яка форма життєдіяльності. Прийнято поділяти всі організми на три категорії: рослини, тварини і мікроорганізми.

популяція - Це група організмів одного виду, які проживають на певній території. Приклади популяцій: окуні в ставку, гриби білі в лісах, населення в окремій країні або населення Землі в цілому.

Спільнота(Біологічне співтовариство) - це кілька популяцій, що проживають в одному місці і взаємодіють один з одним. Прикладами є всі тварини, рослини і мікроорганізми, які проживають і які ростуть в лісі, ставку, пустелі або акваріумі.

екосистема - Це сукупність різних видів рослин, тварин і мікроорганізмів, які взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем таким чином, що вся ця сукупність може зберігатися невизначено довгий час. Т. е. Екосистема являє собою функціональну єдність організмів і навколишнього середовища. Поняття екосистеми дуже широко. Виділяють мікроекосистеми (напр., Стовбур гниючого дерева), мезоекосістеми (ліс, річка, ставок), макроекосистеми (море, тундра, пустеля). Межі та обсяг екосистем - певна умовність, т. К. Між ними існує обмін речовиною і енергією.

Екосфера - Це сукупність всіх екосистем Землі.

2. Структура екосистем

Незважаючи на величезне різноманіття екосистем, з точки зору екології всім їм властива приблизно однакова біотична структура. Всі екосистеми включають одні і ті ж основні категорії організмів, що взаємодіють один з одним на стереотипний образ: продуценти і консументи.

продуценти, Або автотрофи (самопітающіеся), - це організми, що виробляють органічні сполуки, які вживали як джерело енергії і поживних речовин. Більшість продуцентів-зелені рослини, що створюють органічні речовини в процесі фотосинтезу. Рослини використовують сонячну енергію для отримання вуглеводів (глюкози, крохмалю, целюлози) з вуглекислого газу. Т. е. Перетворюють сонячну енергію в енергію хімічних зв'язків органічних речовин. При цьому виділяється кисень - побічний продукт фотосинтезу.

6СО2 + 6Н2О hv ® C6H12O6 + 6O2

хлорофіл

де h @ 6,626 * 10-34 дж * с - постійна Планка,

v - частота коливань, 1 / с.

Всі вуглеводи діляться на дві групи: прості вуглеводи (моносахариди, або монози) І складні вуглеводи (полісахариди, або поліози).

Загальна формула моносахаридів CnH2nOn. У природі частіше зустрічаються пентози C5H10O5 і гексози C6H12O6. Гексози: глюкоза, фруктоза, галактоза.

Загальна формула полісахаридів (C5H10O5)n. полісахариди: крохмаль і целюлоза (клітковина).

Загальна формула дисахаридов (біоза) C12H22O11. До них відносяться: сахароза (буряковий або тростинний цукор), лактоза (молочний цукор), мальтоза (солодовий цукор), целлобиоза і ін.

Накопичена хімічна енергія, створена в результаті фотосинтезу, є прямим або непрямим джерелом харчування для більшості організмів.

Деякі продуценти, в основному бактерії, здатні поглинати з навколишнього середовища неорганічні сполуки і перетворювати їх в органічні поживні речовини без сонячного світла. Цей процес наз. хемосинтезом.

Гетеротрофи, Або гетеротрофи (харчуються іншими) - організми, які отримують поживні речовини і необхідну енергію, харчуючись безпосередньо або побічно продуцентами.

Залежно від джерел живлення консументи, які харчуються живими організмами, підрозділяються на три класи:

- фітофаги (Рослиноїдні) - це консументи 1-го порядку, що харчуються виключно живими рослинами. Напр., Птиці, олені, зайці, комахи.

- хижаки (М'ясоїдні) - це консументи 2-го порядку, які харчуються виключно рослиноїдних тваринами (фитофагами), а також консументи 3-го порядку, харчуються тільки м'ясоїдними тваринами.

- евріфагі (Всеїдні) - можуть харчуватися як рослинною, так і тваринною їжею. Напр., Свині, пацюки, таргани, а також людина.

Гетеротрофи, що харчуються залишками мертвих рослин або тварин, називаються редуцентамі. Існують два основні класи редуцентов: детритофаги і деструктори.

детритофагихарчуються мертвими рослинними і тваринними залишками, т. е. детритом, напр., гриби, раки, грифи, мурахи, шакали, черв'яки.

Велика частина мертвої матерії в екосистемі, особливо дерева і листя, проходять стадії розкладання і гниття, в результаті складні органічні сполуки діляться на прості неорганічні. це здійснюється деструкторами(Гриби і мікроскопічні одноклітинні бактерії).

Світло сонця

 СО2 О2

       
   
 
 

неорганічне

 речовина Продуценти

       
 
   
 

Мінералізатори- Живе

 деструктори ганическое

 речовина

       
   
 
 


Мертве

 органічне

 речовина

       
   
 


поховане Гетеротрофи

органічне рослиноїдні

речовина і м'ясоїдні

Рис.3 Функціональна структура екосистеми і

потоки речовини в ній

3. Харчові ланцюги

В біологічній структурі екосистем до числа найважливіших взаємовідносин між організмами відносяться харчові. Можна простежити незліченні шляху речовини в екосистемі, при яких один організм поїдається іншим, той - третім і т. Д. Ряд таких ланок називається харчової ланцюгом. Але в екологічній системі практично всі харчові ланцюги з'єднані між собою і утворюють складний ланцюг харчових взаємин. Продуценти, консументи і редуценти - різні рівні цієї загальної ланцюга. Ці рівні називаються трофічними, що означає харчові.

Харчові ланцюги - це шлях односпрямованого потоку високоефективної сонячної енергії, поглиненої в процесі фотосинтезу, через живі організми екосистеми в навколишнє середовище у вигляді низькоефективної теплової енергії. Харчові ланцюги - це також рух поживних речовин від продуцентів до консументів і, далі, до редуцентам і назад до продуцентів.

Рух енергії в екосистемах здійснюється двома типами харчових мереж - пасовиську і детритной. У першій беруть участь продуценти і консументи, в другій - редуценти.

Всі організми, які користуються одним видом їжі, належать до одного трофічного рівня. Продуценти - до першого рівня, первинні консументи, що харчуються продуцентами, - до другого трофічного рівня, хижаки - до третього і т. Д.

Сонячна енергія в міру проходження по ланцюгах харчування відповідно до другого закону термодинаміки втрачає свою якість, поступово перетворюючись в низькоефективну теплову енергію. Енергія, отримана живими організмами, використовується на кожному трофічному рівні для будівництва власної біомаси і на клітинне дихання, в результаті якого органічні сполуки розкладаються на вуглекислий газ і воду:

C6H12O6 + 6O2 = 6СО2 + 6Н2Про + Q

Цим рівнянням і рівнянням фотосинтезу характеризується "мале коло" вуглецевого циклу, який є складовою частиною кругообігу елементів в біосфері.

У міру руху енергії по харчовому ланцюгу кількість високоякісної енергії знижується. В середньому близько 1% енергії високої якості витрачається на побудову власної біомаси на кожному трофічному рівні і близько 10% передається на наступний трофічної рівень.

Зазначені співвідношення відомі в екології, як "правило одного відсотка"І"правило десяти відсотків", А схема руху енергії по трофічних рівнів отримала назву екологічної піраміди енергетичних потоків. Кожен трофічний рівень в ній зображується прямокутником, у якого довжина більшої сторони пропорційна кількості енергії, накопиченої на цьому рівні одиницею обсягу в одиницю часу. Оскільки кількість енергії у міру руху по харчовому ланцюгу убуває, екологічна піраміда має вигляд трикутника з вершиною, зверненої вниз.

В екології відомі ще два види пірамід - піраміди численностей і біомас. Піраміди біомас характеризують зміст сухих органічних речовин на кожному трофічному рівні. Розмір кожного шару в піраміді пропорційний сухій масі всіх організмів, що мешкають на одиниці площі (обсягу) кожного рівня певної екосистеми. Для більшості наземних екосистем сумарна біомаса знижується в міру зростання трофічних рівнів, у водних екосистемах біомаса фітопланктону (продуцент) може бути менше біомаси зоопланктону.

Накопичення рослинами хімічної енергії можна вважати корисною роботою. Швидкість, з якою накопичується хімічна енергія в біомасі, називається чистої первинної продуктивністю. Вона визначається, як різниця між швидкістю накопичення енергії і швидкістю використання частини цієї енергії в процесі клітинного дихання.




 Л Е К Ц І Я 1. |  При кожному об'єднанні підмножин в нове безліч виникає, принаймні, одне нова якість або властивість. |  З А Д А Ч І. |  Системний аналіз - це напрям наукового пізнання і соціальної практики, в основі якого лежить дослідження об'єкта як системи. |  С Т Р У К Т У Р А Ї Про Т Р А С Л І Ї К О Л О Г І Ї |  До Про Н Ц Е П Ц І І І П І Д Х О Д И. |  ОСНОВНІ ПРОБЛЕМИ. |  Л Е К Ц І Я 2. |  З НАДР ЗЕМЛІ. |  А. абіотичні фактори відповідно до структури біотопу поділяються на кліматичні, географічні, едафіческіе і гідрологічні. |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати