Пирамиды энергии всегда правильные, суживаются кверху

Правило пирамид показывает, что только часть энергии, поступающей на определенный трофический уровень, передается организмам, находящимся на более высоких трофических уровнях.

Для трофических цепей известно правило десяти процентов: с одного трофического уровня экологической пирамиды энергий на другой в среднем переходит около 10 % энергии, поступающей на предыдущий уровень. Эта закономерность называется обычно "правилом десяти процентов» или принципом (законом) Линдемана. Конечно, данное правило является ориентировочным, но оно ярко иллюстрирует, насколько низок КПД всех биологических систем и велико значение процессов диссипации энергии в биосфере.

 

1. Биосфера как особенность планеты Земля. Распределение жизни в биосфере. Компоненты биосферы.

 

Биосфера (от греч. биос – жизнь, сфера – шар) – это наружная оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых.

Понятие биосферы как сферы обитания живых организмов или сферы, занятой жизнью, было предложено в 1875 г. австрийским ученым Э. Зюссом, а основателем учения о биосфере - определенного единства живой и косной материи – является русский геохимик Владимир Иванович Вернадский (1868–1945).

 

Биосфера включает в себя: живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов (растения, животные, микроорганизмы), биогенное вещество, то есть органо-минеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть), биокостное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (костной) природой (водой, атмосферой, горными породами) и почвенный покров.

Нижняя граница биосферы опускается на 2-3 км от поверхности суши и на 1-2 км ниже дна океана. Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой.

 

1. Назовите основные «сферы жизни», входящие в состав биосферы, и охарактеризуйте их.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу), террабиосферу – поверхность самой суши, и литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной оболочки.

Биогеосфера («пленка жизни») – это своеобразная оболочка земного шара, где сконцентрировано практически все живое вещество. Она располагается на границе поверхностного слоя земной коры с атмосферой и в верхней части водной оболочки Земли.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли. Она состоит из нескольких сфер – тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы и экзосферы. Химический состав воздуха до высоты 100 км остается практически постоянным (азот – 78.09%, кислород – 20.94%, аргон – 0.93%, диоксид углерода – 0.03%, остальные газы в микроколичествах).

Гидросфера – водная оболочка Земли, она включает в себя совокупность поверхностных вод, а также воду, находящуюся в пределах литосферы и атмосферы. Гидросфера представлена океанами, морями, озерами, реками и искусственными водоемами.

Вода в атмосфере – это водяной пар и его конденсат (капельки воды и ледяные кристаллы). Воды гидросферы по вертикали делятся на две зоны. Верхняя зона - эфотическая, определяется глубиной проникновения солнечного света(100 м). В этой зоне живут фотосинтезирующие организмы. В нижних слоях, куда не проникает солнечный свет, - афотической зоне – обитают живые организмы, использующие готовые органические вещества, синтезированные организмами эфотической зоны. Это хемосинтетики – сероводородные бактерии.

Литосфера – внешняя прочная оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии Земли. Поверхность Земли обладает неоднородностью по высоте: от 8848 м над уровнем моря (г. Джомолунгма) до 11034 м (Марианская впадина). Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры, в основном, в почве.

 

1. Дайте определение биогеохимического круговорота веществ в природе. Основные биогеохимические циклы (углерода, кислорода и др.).

 

Существование экосистем и в целом возможность жизни на Земле обусловлены круговоротом химических элементов, поэтому говорят, что жизнь есть движение, а круговорот веществ является одним из важнейших механизмов функционирования биосферы. Нарушение баланса в круговороте, обусловленное хозяйственной деятельностью человека, ведет к экологически кризисным ситуациям в экосистемах, регионах и в биосфере в целом.

Биогеохимический цикл – это круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы снова в неорганическую среду с использованием энергии Солнца и энергии химических реакций.

Сущность круговорота в следующем. Минеральные элементы проникают в ткани растений и животных в процессе их роста и там входят в состав органических веществ. После смерти организма эти вещества вновь попадают в окружающую среду. Здесь они претерпевают сложные превращения, и в итоге минерализуются, после чего попадают в новые организмы.

К главным циклам относятся круговороты элементов и веществ: С, Н₂О, N₂, P, S, O₂, требующихся всем организмам в наибольших количествах.

Углерод, кислород, азот, фосфор и сера являются компонентами для построения основных молекул живого вещества - углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Эти круговороты создаются живым веществом и одновременно поддерживают жизнедеятельность самих живых организмов.

Кроме указанных главных циклов, в круговороте в биосфере в меньших количествах участвуют Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Co, Cu, Zn, Cl. Некоторым организмам для специальных нужд требуются Аl, B, Br, I, Se, Cr, Mo, V, Si, Ba, Ni, у некоторых позвоночных организмов найден Сr, а Se у ряда растений, птиц и млекопитающих. Всего же в круговорот через живое вещество биосферы вовлекается около 60 элементов.

За время существования биосферы свободный кислород атмосферы обновлялся не менее миллиона раз, а воды Мирового океана прошли через биогенный цикл не менее 300 раз.

Круговорот углерода. Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность. Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород.Круговорот углерода, обусловленный живыми организмами, составляет только часть его общего круговорота, называемого быстрым круговоротом, и длительность его исчисляется временем жизни организма. На более длительное время исключается углерод из кругооборота – медленный круговорот- с горючими ископаемыми.

Круговорот кислорода. Кислород - наиболее активный газ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы кислород занимает второе место после азота. Господствующей формой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О₂. Круговорот кислорода в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального и органического миров.

Свободный кислород современной земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее количество отражает баланс между продуцированием кислорода и процессами окисления и гниения различных веществ. В истории биосферы Земли наступило такое время, когда количество свободного кислорода достигло определенного уровня и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода.

 

1. Глобальные экологические проблемы: потепление климата, разрушение озонового экрана, кислотные дожди.

 

Потепление климата. Под термином "парниковый эффект" понимается специфическое явление. Поглощенная энергия солнечной радиации преобразуется в теплоту и излучается в космос в диапазоне длин волн инфракрасного излучения.Чистая" атмосфера почти не прозрачна для ИК-излучения, а атмосфера, содержащая пары трехатомных (парниковых) газов (воды, углекислого газа, оксидов серы и др.), поглощает инфракрасные лучи, благодаря чему происходит разогрев воздуха. Поэтому парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках. Основным по значению "парниковым" газом являются водяные пары. За ним следуют СО₂, метан, фреоны, закись азота – N₂O. Из антропогенных источников поступления СО₂ в атмосферу наибольший вклад дают предприятия энергетики и металлургии, транспорт, использующий двигатели внутреннего сгорания.

Нарушение озонового экрана. Верхние слои атмосферы в значительной степени определяют условия жизни на Земле. Они выполняют роль защитного барьера на пути излучений и частиц высоких энергий из Космоса. Особую опасность для биосферы представляет жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Известно, что более 99 % ультрафиолетового излучения Солнца поглощается слоем озона (О₃). Естественные процессы круговорота озона в стратосфере нарушаются из-за его разрушения катализаторами, значительная доля которых техногенного происхождения. Среди таких катализаторов наиболее важная роль принадлежит оксидам азота и атомам хлора. Основными источниками NO антропогенного происхождения являются двигатели внутреннего сгорания, высокотемпературные энергетические установки, ракеты и сверхзвуковые самолеты. Атомарный хлор образуется в результате фотохимического разрушения фреонов (фторхлорметанов): CF₂C1₂ и CFC1₃. Эти вещества летучи, устойчивы в тропосфере. Их источником являются холодильные установки и аэрозольные баллоны. Озоновая "дыра" зафиксирована над Антарктидой в весенние месяцы года. И хотя феномен "озоновой дыры" пока непонятен по источнику ее образования (естественный или антропогенный), но установлено почти двух кратное превышение хлорсодержащих частиц в зоне антарктической "дыры" по сравнению со средним значением. Уменьшение озонового слоя, средняя толщина которого составляет 2,5-3,5 мм, может привести к изменениям облачного покрова Земли, нарушению теплового баланса атмосферы, нарушению иммунной и генной систем живых организмов росту онкологических заболеваний.

Кислотные осадки. Кислотными осадками называют дожди, туманы, снег, которые имеют рН < 7 из-за содержания в них соединений, образующих серную и азотную кислоты, что связано с выбросами в атмосферу диоксида серы и оксидов азота. Основными источниками таких выбросов являются продукты сгорания топлива в энергетических установках предприятий, наземного и воздушного транспорта, выбросы химических и металлургических предприятий. Благодаря своей активности SO₂ в атмосфере происходит окисление и образование H₂SO₄. При этом кислотные пары могут разноситься с облаками на сотни километров (до 1500 км) до мест выпадения их с осадками. Кислотные соединения азота (NO, NO₂)служат источниками образования атмосферной азотной кислоты. В отличие от серной азотная кислота может долгое время оставаться в атмосфере в газообразном состоянии, так как она плохо конденсируется. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов, особенно хвойных. Попадая на листья и хвою деревьев, кислоты разрушают защитный восковой покров, что делает растения более уязвимыми для патогенных организмов, снижает их сопротивляемость болезням, способствует большему испарению влаги. Под действием кислотных осадков существенно ускоряется коррозия металлов, нарушается целостность лакокрасочных покрытий, стекол, разрушаются здания и памятники архитектуры.

Вопросы к зачету по экологии

1. Что такое экология? Какой ученый предложил термин «экология» и когда? Нарисуйте структуру общей экологии.

2. Что такое прикладная экология? В чем состоит сходство и различие между инженерной и промышленной экологией?

3. Урбанизация. Урбаэкология. Общая характеристика городской экосистемы.

4. Что такое иерархия? Назовите основные иерархические уровни.

5. Четыре закона о природе. Кто автор этих законов?

6. Экологические факторы? Виды экологических факторов. Какое воздействие экологические факторы оказывают на живой организм?

7. Абиотические и биотические факторы. В чем состоит отличие влияния абиотических и биотических факторов на живые организмы?

8. Общие закономерности взаимодействия организмов и экологических факторов. Лимитирующий фактор. Фундаментальный закон «минимума». Для каких организмов справедлив этот закон?

9. Закон толерантности В. Шелфорда. «Зона оптимума», «зона пессимума», критические точки.

10. Что означает приставка «эври» и» стено» в названии вида? Приведите примеры эврибионтов и стенобионтов.

11. Экологическая ниша организма. Местообитание. Взаимное расположение экологических ниш.

12. Фундаментальный закон Гаузе. Экологические (или жизненные) формы обитателей водной среды.

13. Биоценоз, биогеоценоз, агроценоз. Структура биогеоценоза. Кто является основателем учения о биоценозе? Примеры биогеоценозов.

14. Понятие «экосистема». Три принципа функционирования экосистем.

15. Группы природных экосистем. Деление экосистем по размерам.

16. Водные экосистемы: лентические и лотические водоемы и их зоны.

17. Компоненты экосистемы. Продуценты, консументы, детритофаги, редуценты и их роль в экосистеме.

18. Понятие экосистемы и биогеоценоза, их сходство и различие.

19. Пищевые связи: пищевые цепи, трофические уровни. Типы пищевых цепей.

20. Связь между потоком элементов питания и потоком энергии в экосистеме.

21. Фотосинтез. Уравнение фотосинтеза. Основные пигменты и их роль в процессе фотосинтеза.

22. Естественная и антропогенная эвтрофикация. Олиготрофные и эвтрофные водоемы.

23. Экологическая пирамида. Пирамиды чисел, биомассы и энергии. Принцип Линдемана.

24. Биогеохимический круговорот веществ в природе. Основные биогеохимические циклы (углерода, кислорода, воды и др.).

Темы рефератов

по курсу «Экология»

 

1. Понятие об экологических факторах и их классификация.
2. Экологические законы.
3. Воздействие человека на растительный покров Земли.
4. Значение животных в биосфере и жизни человека.
5. Воздушная среда. Антропогенное влияние на атмосферу.
6. Почва – ценнейшее богатство человечества.
7. Изменение физических характеристик почв под влиянием антропогенного фактора.
8. Рекультивация земель.
9. Мировой океан и его значение для человечества.
10. Популяция, характеристики, причины колебания численности.
11. Фотосинтез и его значение на Земле.
12. Экосистема: структура, строение.
13. Круговорот веществ в природе.
14. Сукцессии и причины их возникновения.
15. Биосфера – самая крупная экосистема Земли.
16. Понятие биосферы. Начало и вечность жизни.
17. Жизнь и научное творчество В.И. Вернадского.
18. Экологические аспекты загрязнения окружающей среды.
19. Антропогенное воздействие на атмосферу – газообразную оболочку Земли.
20. Антропогенное воздействие на гидросферу – водную оболочку Земли.
21. Антропогенное воздействие на литосферу – внешнюю сферу «твердой части» Земли.
22. Понятие о ноосфере - науке «мыслящей оболочки».
23. Экологический мониторинг – система долгосрочных наблюдений, оценки, прогноза состояния и изменения объекта.
24. Биоиндикация – метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем на различных уровнях организации живого.
25. Катастрофы на Земле – природные аномалии или аварии технического устройства.
26. Кризисы и способы выхода их них.
27. Глобальные экологические проблемы: потепление климата, разрушение озонового экрана, кислотные дожди.
28. Экологические проблемы России.
29. Загрязняющие вещества и способы борьбы с ними.
30. Влияние тяжелых металлов на водные экосистемы.
31. Антропогенное загрязнение почвенного покрова.
32. Влияние промышленных выбросов на лесные экосистемы.
33. Браконьерство как антропогенный фактор.
34. Мелиорация земель и ее влияние на окружающую среду.
35. Углеродный цикл и изменение климата.
36. Экологические проблемы городов и сельскохозяйственных районов.
37. Газообразные промышленные выбросы.
38. Ядерный терроризм в современном мире.
39. Воздействие атомных станций на окружающую среду.
40. История людей и история природы.
41. Экологическая преступность. Виды экологических преступлений.
42. Ресурсы биосферы и современные демографические проблемы.
43. Понятие об экологическом кризисе.
44. Характеристика потока энергии в биосфере.
45. Границы жизни в биосфере.
46. Характеристика биомассы суши, почвы и Мирового океана.
47. Человечество как экологический фактор.
48. Изменение климата в результате деятельности человечества.
49. Смог и фотохимический туман.
50. Техногенная ситуация и взаимодействие с окружающей средой.
51. Мониторинг окружающей среды. Цели, задачи, объекты исследования.
52. Виды мониторинга окружающей среды.
53. Связь между экологической ситуацией и здоровьем населения. Причины патологий.
54. Вид и его экологическая характеристика.
55. Популяция, как форма существования вида.
56. Характер связей между организмами в экосистеме.
57. Регуляция численности популяций в биоценозах.
58. Возрастная структура популяций.
59. Динамика популяций.
60. Основные пути адаптации в экосистемах.
61. Пищевые сети и цепи.
62. Сравнение биоценоза и агроценоза.
63. Пути повышения продуктивности агроценоза.
64. Источники загрязнения воды.
65. Лес и деятельность человека.
66. Экологическое воспитание и просвещение.
67. Воздействие человека на животных, причины их вымирания.
68. Понятие о недрах. Классификация полезных ископаемых.
69. Влияние добычи использования полезных ископаемых на окружающую среду.
70. Влияние сельскохозяйственной деятельности на экологическое равновесие в природе.
71. Рост численности населения Земли и его последствия.
72. Лес и туризм.
73. Роль тропосферы в жизнедеятельности биосферы.
74. Опустынивание земель.
75. Экологические системы и экологические ниши.
76. Место человека в биосфере.
77. Свет и биологические ритмы.
78. Деятельность человека как фактор эволюции.
79. Влияние температуры на жизненные процессы.
80. Поддержание генетической структуры популяции.
81. Типы экологических взаимодействий.
82. Живые организмы и круговорот веществ в экосистеме.
83. Радиация в биосфере.
84. Погода и самочувствие человека.
85. Ландшафт как фактор здоровья.
86. Биологическое загрязнение и болезни человека.
87. Химическое загрязнение среды и здоровье человека.
88. Питание и здоровье человека.
89. Влияние звуков на человека.
90. Основы рационального управления природными ресурсами и их использование.
91. Свободна я тема по согласованию с преподавателем.