И. В. Касаткина Экология. Шпаргалка
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
Ж. Ламарк, А. Гумбольдт, В. В. Докучаев, К. А. Тимирязев, Н. И. Вавилов, В. Н. Сукачев, А. П. Виноградов и др. Термин «биосфера» для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью был впервые введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Основоположником современных представлений о биосфере является советский академик В. И. Вернадский (1863–1945). Биосфера – самая крупная (глобальная) экосистема Земли. Границы биосферы охватывают полностью гидросферу (водную оболочку Земли) до глубины 12 км и нижний слой атмосферы высотой до 15 км. Нижняя граница биосферы в литосфере проходит, как считают, на глубине до 5 км. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. По новейшим данным «поле существования жизни», ограничено в вертикальном пределе высотой около 6 км над уровнем моря, где сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить хлорофиллоносные растения-продуценты (6,2 км в Гималаях). Выше (в эоловой зоне), обитают лишь пауки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром. Выше эоловой зоны живые организмы могут попасть только случайно (микроорганизмы могут сохранять жизнь в виде спор). Нижний предел существования активной жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100 °C в литосфере, расположенными соответственно на отметках около 11 км и, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове – около 6 км (фактически жизнь распространена в литосфере до глубины 3–4 км). Максимальная толщина биосферы составляет 33–35 км, так как ее границы на материках не опускаются ниже 11 км и не поднимаются выше наибольших плотностей озонового экрана (22–24 км). Теоретически пределы биосферы намного шире и определяются критическими температурами, при которых вода переходит в пар (при любом давлении) и происходит денатурация белков, а при данных условиях жизнь невозможна. Для биосферы важно: 1) присутствие живого вещества; 2) наличие значительного количества жидкой воды; 3) восприятие мощного потока энергии солнечных лучей; 4) присутствие поверхностей раздела между веществами, находящимися в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной. 14. Роль В. И. Вернадского в формировании современного понятия о биосфере Современные представления о биосфере базируются на учении В. И. Вернадского (1863–1945). Однако его учение стало активно применяться только во второй половине прошлого века, так как именно в это время начала развиваться глобальная экология, в основе которой лежит понятие «биосфера». По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает следующие вещества: 1) живое (все живые организмы); 2) биогенное (нефть, известняки и др.); 3) косное (магматические горные породы); 4) биокосное (образованное живыми организмами); 5) радиоактивное; 6) космическое (метеориты и др.); 7) рассеянные атомы. Все перечисленные типы веществ, несмотря на различия в происхождении, геологически связаны друг с другом. Основные аспекты учения В. И. Вернадского: 1) «живое вещество» участвует в изменении облика планеты (так как именно живые организмы способны улавливать и преобразовывать солнечную энергию); 2) организованность биосферы проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды; 3) биосфера возникла и развивалась в результате длительной эволюции под действием биотических и абиотических факторов. Кратко идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы можно представить так: 1) первой сформировалась литосфера, а после появления жизни на суше образовалась биосфера; 2) на протяжении всей геологической истории Земли отсутствуют геологические эпохи, лишенные жизни. Поэтому современное живое вещество генетически связано с живым веществом предыдущих геологических эпох; 3) живые организмы осуществляют миграцию химических элементов из литосферы в гидросферу и почву, обмен элементами между гидросферой, почвой и атмосферой, между сушей и морем, круговорот воды, углерода и других веществ, входящих в состав живого вещества; 4) геологический эффект деятельности живых организмов обусловлен огромным их количеством и длительностью их действия; 5) основным фактором развития биосферы является биохимическая энергия живого вещества. В. И. Вернадский ввел представление о ноосфере (сфере разумной жизни) как о новой оболочке Земли, так как именно с появлением человека биосфера приобрела новое качество. Деятельность человека является мощным экологическим фактором. Распашка огромных территорий, вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, строительство водохранилищ и т. п. все это существенно сказывается на климате, рельефе местности, составе атмосферы и др. На учении о биосфере В. И. Вернадского основываются современные представления о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы, а также способы рационального природопользования и охраны окружающей среды. 15. Функциональная целостность биосферы Целостность любой сложной системы – общая характеристика данной системы или объекта. Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. Следовательно, целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями. Представление о целостности обусловлено глубиной предшествующих познаний об объекте. Так, с экологических позиций представления о целостности организма как индивидуума с большей полнотой можно говорить, рассматривая его на популяционном уровне, а наиболее целостные представления об экологических особенностях популяций можно выявить только на основе их взаимоотношений в биоценозе. Если рассматривать данную цепочку дальше, то окажется, что нельзя получить достаточно целостную картину взаимоотношений сообществ, если не изучать биоценоз в одной системе с биотопом, т. е. мы получим систему с еще большей экологической информацией – биогеоценозу. (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский , 2003 г.). Так как природные экологические системы и ландшафты в целом представляют собой единое энергетическое поле, то целостность биосферы является и целостностью ландшафтной оболочки Земли, и наоборот. Изменения в общей энергетике экосистемы или ландшафта приводят к сопряженным изменениям всех составляющих биосферы в виде цепной реакции (например, изменение температуры или количества осадков). В качестве примера действия закона целостности биосферы могут служить процессы экологических систем пустыни Атакама. Эта пустыня находится на западном побережье Южной Америки и ее пустынность вызвана холодным Перуанским течением. Известно, что холодные океанские воды богаты зоопланктоном, фитопланктоном и содержат огромное количество рыбы. Но когда от экватора начинает распространяться теплое течение, а это происходит каждые 8—12 лет, экосистема резко меняется: рыбы становится очень мало, что влечет массовую гибель морских видов птиц, питающихся рыбой, а также гибель морских животных (например, морских котиков). Период распространения теплого экваториального течения является еще и периодом тропических ливней, вызывающих наводнения и способствующих размножению и распространению эфемерных растений и многочисленных насекомых. Такое состояние экосистемы продолжается обычно 3–5 месяцев, затем теплое течение уходит к экватору и на его смену приходит холодное Перуанское течение, которое возвращает данную экологическую систему в исходное состояние. 16. Почва. Ее состав, свойства и факторы образования Одной из составляющих биосферы является литосфера, которая, в свою очередь, подразделяется на почву, горные породы, их массивы и недра. Почва представляет собой особое природное образование, которое обладает свойствами, присущими живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного изменения поверхностных слоев литосферы при совместном взаимодействии гидросферы, атмосферы и организмов. Представления о почве как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились только в конце XIX в. Основоположником современного научного почвоведения является В. В. Докучаев. Он разработал новые методы исследования и картографии почв, предложил первую научную генетическую классификацию почв. Выделяют следующие почвенные горизонты: 1) горизонтА– верхний (темный слой, содержит гумус); 2) горизонт А 2 – элювиальный (пепельный или светло-серый); 3) горизонт В – иллювиальный (бурый); 4) горизонт С – материнская порода, измененная процессами почвообразования; 5) горизонт Д – исходная порода. Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой (почвенный раствор) и газообразной (почвенный воздух) фаз. Основным свойством почвы является плодородие. Плодородие естественных почв определяется факторами почвообразования и оценивается продуктивностью растительности. Образование почв зависит от следующих факторов: 1) субстрата, или почвообразующих пород; от характеристики субстрата зависят физические свойства почвы (химический и минералогический состав, водный и тепловой режим, тип почвы и др.); 2) растений, основных производителей первичных органических веществ; поглощая углекислый газ из атмосферы, воду и минеральные вещества из почвы и используя световую энергию, они образуют органические соединения, доступные для питания животных; 3) животных организмов, преобразующих органические вещества в почву (например, земляные черви питаются мертвыми органическими веществами, оказывают влияние на состав и мощность гумуса, структуру почв); 4) микроорганизмов (бактерии и вирусы, одноклеточные водоросли и низшие грибы, которые способны разлагать сложные минеральные и органические вещества на простые и доступные для микроорганизмов и высших растений; почвенные микроорганизмы участвуют в разложении токсических продуктов обмена высших растений, животных и собственно микроорганизмов); 5) климата (влияет на водный и тепловой режим почв, а следовательно, и на биологические, физические и химические процессы почвы); 6) рельефа (участвует в процессах распределения тепла и воды на поверхности Земли). 17. Человек как биологический вид. Его экологическая ниша Человек – один из видов животного царства со сложной социальной организацией и трудовой деятельностью, в значительной мере «снимающими» (делающими малозаметными) биологические, в том числе этологические (первично поведенческие) свойства организма (Н. Ф. Реймерс, 1990 г.). Человек является составной частью живого и не может существовать в естественных условиях вне биосферы. В процессе эволюции на Земле существовали несколько видов гоминид, из которых сохранился только один вид – человек разумный (Homo sapiens). Отсюда можно сделать вывод, что человек, как и любой биологический вид, преходящ и не является конечным результатом эволюции. Как любой вид, человек зависит от окружающей среды и воздействует на нее. Однако в отличие от животных человек обладает интеллектом, который помог решить проблему нехватки пищевых ресурсов (один из основных лимитирующих факторов) путем развития сельского хозяйства (скотоводства и земледелия). Человек создал собственную экосистему – урбо-систему. Способность человека мыслить и создание им орудий труда позволили временно преодолеть действие абиотических и биотических факторов. Однако, несмотря на это, человек так и остается зависимым от климатических явлений, таких как холод, жара, дождь, засуха, землетрясения и многие другие. Генетическая программа, созданная в процессе становления вида человека, определяет его как биологический вид. На наследственность человека влияют такие же генетические процессы, как и на наследственность всех животных: мутации, миграция и дрейф генов, естественный отбор. Известно, что движущей силой эволюции является естественный отбор, влияние которого человеку удалось снизить благодаря созданию урбосистем, социальным преобразованиям и развитию медицины. Но человек даже в городской среде не изолирован от природы. Например, отмечено формирование зональных адаптационных типов человека: арктического, умеренного, континентального, высокогорного, пустынного, тропического. Таким образом, человек занял широчайшую экологическую нишу в отличие от животных. В городской среде к основным экологическим факторам добавляются десинхроноз, электромагнитные поля, транспортная усталость, симбиотическая бактериально-вирусная флора и др. Популяция человека обладает такими же свойствами, что и популяции животных, однако форма и характер их проявлений отличаются в результате действия искусственной среды, социально-экономических условий и прочего, т. е. социума. Рост популяции человека ограничен природными ресурсами, условиями жизни, социально-экономическими и генетическими процессами. 18. Антропогенное загрязнение атмосферы и его экологические последствия Можно выделить следующие основные источники загрязнения атмосферы человеком. 1. Тепловые и атомные электростанции. В результате сжигания жидкого и твердого топлива в атмосферу выделяется дым, в котором содержатся оксиды углерода, серы, азота и прочее (например, ТЭС мощностью 2,4 млн кВт расходует в сутки около 20 тыс. т угля и выбрасывает в атмосферу 680 т диоксида и триоксида серы, 140 т золы и пыли, 200 т оксидов азота. АЭС загрязняют воздух радиоактивным йодом, радиоактивными инертными газами и аэрозолями). 2. Черная и цветная металлургия. Например, при выплавке 1 т стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых веществ, 0,03 т оксидов серы и примерно 0,05 т оксида углерода, а также свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. 3. Химическое производство. Выбросы данной отрасли по объему не очень велики, однако вследствие высокой токсичности и концентрированности опасны для человека, животных и растительных организмов. Химические производства выделяют в атмосферу соединения фтора и хлора, оксиды серы, аммиак, нитрозные газы, сероводород и пр. 4. Выбросы автотранспорта. В настоящее время насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают большое количество нефтепродуктов и выделяют такие токсичные соединения как бензапирен, альдегиды, оксиды азота, углерода и свинца. Физиологическое воздействие на организм человека загрязнителей, или поллютантов, грозит серьезными последствиями (например, при соединении диоксида серы с водяными парами воздуха образуется серная кислота, разрушающая легочную ткань человека и животных). Содержащая диоксид кремния пыль вызывает тяжелое заболевание легких – силикоз, а оксиды азота, помимо разъедания слизистых оболочек глаз и легких, образуют ядовитые туманы. Оксид углерода, находящийся в атмосферном воздухе представляет опасность для людей, страдающих различными сердечно-сосудистыми заболеваниями. Антропогенные выбросы загрязняющих веществ наносят вред не только самому человеку, но и животным, растениям и экосистемам в целом. При выбросах токсичных веществ высокой концентрации наблюдались массовые отравления диких животных, птиц и насекомых. Поражение животных происходит через органы дыхания и при поедании растений, содержащих вредные соединения. В растительные организмы ядовитые вещества попадают через устьица в ткани или из почвы в корневую систему. Газообразные загрязняющие вещества могут по-разному влиять на растительность (например, окись углерода и этилен слабо повреждают листья и побеги, хлор, пары ртути, аммиак полностью уничтожают растения). Но особенно опасным для растений является диоксид серы, от которого погибают многие деревья. 19. Понятие «экосистема». Структура экосистемы «Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986 г.). В связи с тем что к экосистемам можно отнести биотические сообщества любого масштаба, выделяют: 1) микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева); 2) мезоэкосистемы (лес, озеро и др.); 3) макроэкосистемы (океан). Глобальной экологической системой является биосфера Земли. Общая структура экосистем. Экосистемы состоят из биотического (живого) и абиотического (неживого) факторов. Совокупность живых организмов биотического фактора называется сообществом. Исследование экологических систем включает изучение и описание взаимосвязей между сообществом и абиотическими факторами. Биотический фактор представлен автотрофами (самостоятельно синтезируют необходимые им органические вещества) и |