БИОЭКОЛОГИЯ
Под окружающей средой в экологии принято понимать совокупность всех параметров живой и неживой природы воздействующих на организм, а также факторы вызванные деятельностью человека.
В экологии принято выделять экологические факторы, которые воздействуют на организм. В общем случае экологические факторы можно разделить на абиотические и биотические. Некоторые авторы выделяют антропогенные факторы, тем самым подчеркивая ключевую роль человека во взаимодействии с биосферой.
Абиотические факторы – факторы неживой природы. Среди абиотических факторов выделяют физические факторы, химические факторы и эдафические факторы.
Под физическими факторами понимают такие факторы как температура, влажность, световая периодичность, давление и т.д. Для данных факторов характерен периодизм, то есть цикличное изменение данного фактора.
Химические факторы – это факторы, характеризующиеся наличием определенных элементов в окружающей среде.
Эдафические факторы – это факторы, связанные с характеристикой почвы. Они также характеризуются физическими, химическими и физико-химическими свойствами.
Биотические факторы – факторы живой природы. Среди биотических факторов выделяют внутривидовые и межвидовые.
У внутривидовых биотических факторов наблюдается взаимодействие между особями с незначительными различиями, что обусловлено генетической, морфологической и другими сходностями организмов.
В межвидовом биотическом взаимодействии выделяют ряд взаимоотношений, которые ранжируются по отношению между видами. В общем случае данные взаимоотношения можно представить в виде матрицы. Взаимодействие между видами обозначается (изменяется) от -1 до 1.
| Взаимодействие | Вид 1 | Вид 2 |
| Хищничество | –1 | |
| Аменсализм | ||
| Нейтрализм |
Антропогенные факторы окружающей среды – факторы, связанные с жизнедеятельностью человека. В большинстве случаев данные факторы приводят к негативному воздействию на окружающую среду.
Любые факторы окружающей среды характеризуются некоторыми параметрами:
1. Цикличность факторов характерна в первую очередь для абиотических факторов, однако может проявляться и при рассмотрении биотических факторов.
Для каждого фактора характерно его изменение в объектах окружающей среды, к данным изменениям организмы имеют иммунитет (устойчивость). В экологии существует закон, который открыл и сформулировал Либих, этот закон гласит: любой фактор, воздействующий на организмы, приводит к негативному влиянию в случае его избытка, при этом другие факторы окружающей среды могут быть в оптимальном соотношении. Другими словами можно сказать, что развитие организма возможно лишь при нахождении факторов окружающей среды не превышающих пределы прочности данного вида.
| lim |
| * |
| c |
| a |
Природные ресурсы и природопользование. биосфера и техносфера
1. Основные компоненты окружающей среды.
2. Природопользование.
3. Биосфера. Круговорот веществ. Основные биогеохимические циклы.
Основные компоненты окружающей среды.
Выделяют следующие основные компоненты окружающей среды:
· Атмосфера
· Гидросфера
· Литосфера
Некоторые исследователи также выделяют почву (эдасфера), живой организм как сфера жизни других организмов.
В данном курсе мы рассмотрим четыре сферы окружающей среды.
АТМОСФЕРА
«Атмос» – воздух, «сфера» – оболочка (греч.).
Массу атмосферы определят как 5,3×1015 т. Плотность атмосферы, точнее ее распределение по высоте различны. Более 90% всей массы атмосферы приходится на высоту до 17 км.
Принят22о выделять в атмосфере следующие сферы:
· тропосфера;
· стратосфера;
· мезосфера;
· термосфера;
· экзосфера.
Все они соединены прослойками – паузами. Принято считать, что обитаемая часть атмосферы – это тропосфера и частично стратосфера до высоты 20 км. Более правильно, когда речь идет об обитаемых слоях атмосферы говорить до высоты озонового слоя.
Газовый состав атмосферы. Атмосфера состоит: азот – 78%, кислород – 21%, аргон – 0,93%, в микроколичествах содержаться диоксид углерода, неон, гелий, метан и т.д. причем диоксид углерода и метан относятся к парниковым газам. За последнее столетие наблюдается тенденция к росту количества диоксида углерода, что связывают с антропогенной деятельностью человека.
Озоновый слой располагается на границе от 15 до 50 км, причем его концентрация не равномерна, максимальное содержание озона приходится на высоту около 20 км. Высота около 20 км является высотой озонового слоя земли. Озоновый слой не пропускает УФ-излучение относящееся к длинам волн до 200 мкм, то есть по современной классификации УФ класса С. Нежесткий УФ три класса: А – полезный, С – вызывает раковые заболевания. Относительная интенсивность на высоте 100 км и на уровне земли снижается в 6500 раз, то есть озоновый слой защищает землю от повреждения в 6500 раз.
ГИДРОСФЕРА
Гидросфера – водная составляющая земли. «Гидро» – вода, «сфера» – шар (греч).
Более 3/4 поверхности земли занимает вода при этом основное количество сконцентрировано в воде морей и океанов. Отличительной особенностью вод морей является их соленость. Содержание соли составляет примерно 3%. Содержание соли в морской воде приводит к существенному изменению свойств морской воды, в частности к изменению ее плотностных свойств.
Подземные воды более 6%. Встречаются как пресные, так и соленые. К подземным водам принято относить воды глубиной залегания до 5 км. Хотя по некоторым данным подземные воды встречаются до 10 км.
Поверхностные воды. На их долю приходится порядка 0,07%. Они являются наиболее уязвимыми при хозяйственной деятельности человека.
ЛИТОСФЕРА
«Литос» – камень, «сфера» – оболочка (греч.).
Литосфера – твердая оболочка земли. Мощность литосферы составляет от 50 до 200 км.
В литосфере выделяют:
· осадочные породы;
· гранитный слой;
· базальтовый слой;
· верхняя мантия.
В основном литосфера состоит из кремния, кислорода и алюминия, на долю которых приходится около 70% от общего количества элементов в литосфере.
Содержание элементов в литосфере определяется их массовым количеством, отнесенным к единице массы или [КЛАРК].
Обитаемая часть литосферы распространяется на глубину до сотен метров, однако наиболее заселенной является верхняя часть литосферы, которая распространяется на глубину до нескольких метров.
Природопользование.
Часть ресурсов биосферы, которая на данном уровне развития производительных сил и изученности может использоваться для удовлетворения потребностей человеческого общества принято называть природными ресурсами (по определению А.А. Минца).
Классификация природных ресурсов:
1) В зависимости от технологического и технического развития общества:
· доступный природный ресурс – ресурс, который может быть добыт и переработан при данном уровне техники и науки;
· потенциальные ресурсы – ресурсы, которые могут быть добыты при определенном уровне развития производственных сил.
2) По компонентам окружающей среды:
· ресурсы атмосферы;
· гидросферы;
· литосферы;
· биологические;
· климатические.
В экологии наиболее распространена классификация природных ресурсов поОдум:
1) Неисчерпаемые ресурсы:
· космос,
· водные ресурсы,
· энергия Солнца, ветра, приливов и отливов,
· климатические ресурсы;
· гравитация.
2) Исчерпаемые ресурсы:
· возобновляемые (травы, животные, минеральные составляющие почвы);
· относительно возобновляемые (чистый воздух, водные ресурсы в регионе).
Любое природопользование может быть рациональным и нерациональным.
Рациональноеприродользование – такая хозяйственная деятельность человека, которая обеспечивает экономное использование природных ресурсов и условий, их охрану и воспроизводство с учетом не только настоящих, но и будущих интересов общества.
Любое природопользование включает три основные стадии:
1) извлечение и переработка природных ресурсов;
2) использование и охрана;
3) сохранение экологического баланса биосферы.
Любое природопользование включает в себя взаимодействие субъектов природопользования с объектом, которым выступает природный ресурс либо природные условия. Такое взаимодействие в настоящее время не возможно вне биосферы.
Биосфера. Круговорот веществ. Основные биогеохимические циклы.
Под биосферой принято понимать область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты.
Впервые термин введен Ламарком и распространялся лишь на взаимодействие живых организмов между собой. Непосредственно термин биосфера был введен Зюссом в 19 веке. Вернадский разработал концепцию биосферы в 20 веке.
Структурно биосфера включает в себя:
– Аэробиосферу – нижнюю часть атмосферы;
– Гидробиосфера – всю гидросферу;
– Литобиосфера – верхние горизонты литосферы.
Условно можно считать границейаэробиосферы высоту 20 км, то есть нижнюю границу озонового слоя. В настоящее время считается, что гидробиосфера полностью заселена и распространяется на глубину до 11 022 м. По некоторым данным жизнь в литобиосфере может существовать до 3-4 км, но наиболее заселена верхняя часть.
В настоящее время выделяют необиосферу, в которой происходит взаимодействие живых и неживых объектов в настоящее время.
Палеосфера – часть биосферы, жизнь на которой происходила ранее.
Каустобиолиты – полезные ископаемые, возникновение которых обусловлено жизнедеятельностью организмов.
При рассмотрении функции биосферы следует отметить, что любая из систем не может существовать без подхода и превращения энергии. В любой экосистеме существует поток энергии и круговорот веществ.
Солнечная энергия является энергетическим источником для всех живых организмов на планете Земля за небольшим исключением. На поверхность Земли ежеминутно поступает 1,35 кВт/м2∙мин при этом треть энергии рассеивается от атмосферы, а две третьих поступают на поверхность океана.
Альбедо – отражающая способность Земли. Каждый материал имеет свою отражающую способность.
Поступая на поверхность Земли часть энергии Солнца отражается, вторая составляющая превращается в инфракрасное излучение путем переотражения. Лишь небольшая часть энергии (40%) используется, при этом коэффициент полезного действия при фотосинтезе 1-3%, в редких случаях он достигает 15%.
Процесс превращения солнечной энергии в энергию химических связей называется фотосинтез. Но в экосистемах и биосфере выделяют следующие группыорганизмов по цепи питания:
– Продуценты – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних источников энергии.
˗ автортрофные (хемотрофы и фототрофы 97-99%);
˗ гетеротрофные.
– Консументы – организмы, не способные строить свои организмы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище.
– Редуценты – организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвергающие его минерализации.
Трофический уровень – это совокупность организмов со сходным типом питания.
Основные биохимические циклы. Планета Земля является конечным физическим телом с определённым набором химических элементов. Если бы в природе отсутствовал круговорот веществ, то все элементы, находящиеся на Земле, были бы использованы за несколько тысячелетий. Это не происходит благодаря круговороту веществ.
Выделяют два типа круговорота:
1) Геологический круговорот – это такое цикличное движение элементов, действующими силами в котором являются геологические процессы эндогенного и экзогенного происхождения. Геологический круговорот включает в себя:
· образование осадочных пород;
· трансформация под действием гравитационных сил;
· подъем поверхности за счет эндогенных процессов в земле;
· разрушение горных пород
Геологический круговорот не включает в себя деятельность живых организмов
2) Биогеохимический круговорот – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В биогеохимическом круговороте веществ выделяют две части:
· резервный фонд – часть веществ, которая не связана с живыми организмами;
· обменный фонд – часть веществ, которая непосредственно участвует в круговороте и представлена в виде органических соединений.
Выделяют два типа биогеохимических круговоротов:
· круговорот газового типа – это такой вид круговорота, резервный фонд которого находится в газовом либо жидком агрегатном состоянии;
· круговорот осадочного типа – это такой вид круговорота, при котором резервный фонд находится в виде донных отложений.
Практически для всех элементов присутствующих в биосфере существует биогеохимический круговорот веществ:
1) Круговорот воды. Депонирующая среда – мировой океан. Из животных в круговороте участвует около 500 тысяч кубических километров воды.
2) Круговорот углерода. Депонирующая среда – атмосфера. Время круговорота ориентировочно составляет 300 лет.
3) Круговорот азота. Депонирующая среда – атмосфера. Круговорот составляет порядка 2-3 млн. лет.
4) Круговорот фосфора. Отличительной особенностью является то, что этот круговорот отнесен к круговороту осадочного типа. Время круговорота установить сложно, так как круговорот фосфора по длительности сопоставим с геологическим круговоротом.
