Биология. колок 2.5.3. Модульная единица 5 Экология. Биосфера Теоретический опрос
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Модульная единица 2.5.3. Экология. Биосфера Теоретический опрос 1. Экология как наука. Задачи экологии. Методы экологии: полевой, экспериментальный, математические моделирование и другие. Экология — наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их средой Главный объект изучения в экологии - экосистемы, представляющие собой единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой их обитания. Предмет экологии – совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии – экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Задачи экологии как науки: 1) изучение взаимоотношений организмов и их популяций с окружающей средой; 2) исследование действия среды на строение, жизнедеятельность и поведение организмов; 3) установление зависимости между средой и численностью популяции; Методы экологии полевые наблюдения, позволяющие получить конкретные сведения о состоянии отдельных видов и популяций; их роли в существовании определенной экологической системы; зависимость от деятельности определенных групп организмов, антропогенного влияния; изменении численности популяций и т.д. эксперименты в природных условиях, позволяющие моделировать ту или иную ситуацию, последствия ее развития для конкретного сообщества организмов, биоценоза или биогеоценоза; математическое моделирование процессов и ситуаций, встречающихся в популяциях и биоценозах с помощью вычислительной техники позволяет произвести : количественную оценку изучаемых процессов и явлений; с большой долей достоверности, используя накопленные данные, прогнозировать возможное развитие тех или иных процессов и ситуаций в экологических системах. Математическое моделирование позволяет с большой долей достоверности, используя накопленные данные, прогнозировать возможное развитие тех или иных процессов и ситуаций в экологических системах. 2. Экологические факторы. Биологический оптимум. Закон Либиха. Антропогенные факторы. Экологические катастрофы XX – XXI веков Экологические факторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются. Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. По характеру воздействия Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ Косвенно действующие — влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.) По происхождению Абиотические — факторы неживой природы: климатические:годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы химический состав почвы орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения Биотические — связанные с деятельностью живых организмов: фитогенные — влияние растений микогенные — влияние грибов зоогенные — влияние животных микробиогенные — влияние микроорганизмов Антропогенные (антропические)- влияния, вызванные разумной и неразумной деятельностью человека: физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания с оциальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе По расходованию Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO2, O2, свет) Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы) По направленности Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года) Биологический оптимум - максимально благоприятная область действия экологического фактора, в которой вид имеет наибольшую жизненность. Наилучшее сочетание всех факторов, влияющих на организм Биологический оптимум, максимально благоприятная область действия экологического фактора, в которой вид имеет наибольшую жизненность; Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой), при анализе которой можно выделить некоторые точки и зоны: Кардинальные точки: Точки минимума и максимума — крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма Точка оптимума — наиболее благоприятное значение фактора Зоны: • Зона оптимума — ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора • Зоны пессимума (верхнего и нижнего) — диапазоны значений фактора, в которых организм испытывает сильное угнетение • Зона жизнедеятельности — диапазон значений фактора, в котором он активно проявляет свои жизненные функции • Зоны покоя (верхнего и нижнего) — крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя • Зона жизни — диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю.Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме. Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами. Экологические катастрофы XX – XXI веков. Основные черты экологических катастроф По оценкам специалистов в настоящее время при экологической катастрофе: • наблюдается постепенный процесс повышения температуры на планете и изменение климата; • миграция животных, связанная с необходимостью поиска других мест обитания; • загрязнение воздушной, земляной и водной среды; • разрушение биосферного экрана; • под влиянием антропогенного фактора нарушаются естественные природные связи. Современные экологические катастрофы характеризуются тем, что восстановить разрушения, которые они несут, невозможно. Ущерб, который они наносят, бывает различный по своим масштабам. Поэтому происходящие бедствия подразделяются на глобальные, региональные и местные или локальные. Утечка нефтепродуктов из танкера “Престиж” Ноябрь 2002 года. Вблизи Галисии под багамским флагом идет большой корабль. Это танкер «Престиж». Судно попало в мощный шторм. Волны швыряют гигантский корабль. Наступает момент, когда металл его корпуса не выдерживает, в нем образуется трещина. Из этого отверстия, имеющего 35-метровую длину, в океан выливается мазут. За сутки в воду попадает более тысячи тонн этого нефтепродукта. Португалия и Испания не разрешают кораблю заход в их порты. Семь суток танкер борется с океаном. Финал – судно затонуло на глубине более 3,5 тысячи метров. В океан вылилось 20 миллионов галлонов нефтепродуктов (75 708,222 метра кубических). На поверхности образовалось огромное маслянистое пятно. Погибло морская фауна и флора. Размер ущерба оценен в 4 миллиарда евро. Над ликвидацией последствий работали более 300 тысяч волонтеров. Чернобыльская катастрофа Апрель 1986 года. Чернобыльская АЭС. Из-за взрыва разрушается один из ядерных реакторов. В атмосферу попадает огромное количество радионуклидов. С территории радиусом 30 километров от станции эвакуированы 115 тысяч жителей. Ликвидацией последствий катастрофы занимаются более 600 тысяч человек. Более половины из них, получив большую дозу радиации, позже погибают. Хотя со времени катастрофы прошло 35 лет, вся местность, окружающая город Чернобыль, непригодна для жилья и ведения любых работ. До сих пор, находясь здесь без средств защиты, можно получить дозу радиацию, которая нанесет вред здоровью . Авария на АЭС “Фукусима-1” Март 2011 года. Вблизи Японии происходит мощное землетрясение, следствием которого становятся гигантские волны цунами. Тектонические толчки нарушают работу АЭС «Фукусима-1». Происходят нарушения в системе, охлаждающей реактор. Изза взрыва его оболочка разрушается. В атмосферу и морскую воду попадает радиоактивный цезий. Предельно-допустимые нормы радиоактивного заражения превышены более чем в 4 тысячи раз. Из-за радиоактивного загрязнения происходят физиологические и анатомические изменения у обитателей моря. Ликвидация этой катастрофы продолжается и сейчас. Бхопальская катастрофа Июль 1984 года. Индия. Город Бхопал. Руководство предприятия, выпускающего пестициды, для снижения затрат отказывается от импортного сырья. Новый технологический процесс слишком сложный. В результате, казалось бы, незначительной аварии происходит выброс вредных химических веществ. Число погибших превысило 18 тысяч человек. Прилегающей территории (площадь довольно большая) нанесен серьезный ущерб. Исчезновение Аральского моря Когда-то Аральское море занимало четвертое место среди самых больших озер планеты. Его постоянно подпитывали реки Амударья и Сырдарья. Их воду все в больших масштабах использовали для орошения сельскохозяйственных земель. Из-за ряда ошибок сток в озеро сократился до катастрофического минимума. Уровень воды начал быстро снижаться. Территории, ранее бывшие дном, обнажились. В атмосферу начала попадать соль и другие химические соединения. Сейчас площадь Аральского моря – это только 10% от прежней. Из-за исчезновения большей части водоема на прилегающей территории исчезли почти 150 видов животных. 3. Компоненты экологических систем: вещество, факторы, организмы. Регуляция численности популяций в экологических системах. Регуляция– это возврат популяции после отклонения к исходному состоянию, совершающийся под влиянием факторов, сила действия которых определяется плотностью популяции. Любой из факторов, воздействующих на численность популяции можно отнести к одной из двух групп: 1. факторы, не зависящие от плотности популяции, то есть их влияние не связано с плотностью, 2. факторы, зависящие от плотности популяции, то есть их воздействие является функцией плотности. Регулирующие факторы не просто изменяют численность популяции, а сглаживают ее колебания, приводя после очередного отклонения от оптимума к прежнему уровню. Это происходит потому, что эффект их воздействия тем сильнее, чем выше плотность популяции. В качестве регулирующих сил выступают межвидовые и внутривидовые отношения организмов. Наиболее эффективные из них – трофические отношения организмов: хищничество, паразитизм, собирательство, пастьба и другие, как прямые, так и косвенные. Прямые связи хищник – жертва наиболее изученные регуляторные механизмы в сообществах. Действие их, таким образом, двустороннее. При изучении численности популяции, существующей в благоприятных условиях среды, или популяции крупных организмов с продолжительным жизненным циклом обращают внимание на такие характеристики, как: значение зависящих от плотности факторов (прежде всего внутривидовой конкуренции), оказывающих лимитирующее влияние на популяцию; стабильность плотности; значение биологических механизмов регуляции. Фактор не зависит от плотности популяции, когда его влияние постоянно по величине. Например, если охотники отстреливают в соответствии с лицензией 10 кабанов в сезон и если это продолжается ежегодно, то, значит, из популяции будет изыматься определенное количество особей. 4. Учение о биосфере. Современные концепции биосферы. Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит известному отечественному естествоиспытателю, основоположнику геохимии, биогеохимии и учения о биосфере В.И. Вернадскому (1863-1945). В. И. Вернадский придал концепции биосферы биогеохимический смысл, понимая под биосферой не только живые организмы, но и среду Центральное звено в концепции В.И. Вернадского о биосфере - представление о живом веществе. С именем В.И. Вернадского связано также формирование социально-экономической концепции биосферы, суть которой - в превращении биосферы в ноосферу вследствие деятельности новой геологической силы. Он выделил в биосфере 7 разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ: 1) живое вещество (совокупность организмов); 2) биогенное вещество (результат деятельности живых организмов - горючие ископаемые, известняки и т.п.); 3) косное вещество (образуемое процессами, в которых живые организмы не участвуют, например, изверженные горные породы); 4) биокосное вещество (создаётся одновременно живыми организмами и абиогенными процессами неживой природы, например, почва); 5) радиоактивное вещество; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль). Исходя из того, что биосфера организована по системному принципу, а также того, что в основе её функционирования лежат круговороты веществ и энергии, сформулированы несколько современных концепций биосферы: биохимическая, биогеоценотическая, кибернетическая, термодинамическая. Биогеоценотическая концепция рассматривает биосферу как сложноорганизованную систему биогеоценозов (динамическую целостную систему организмов разных видов, тесно связанных со средой их обитания) Биохимическая концепция - как систему моделей геохимических циклов биогенных элементов. Кибернетическая концепция- Согласно этой концепции, биосфера рассматривается как кибернетическая система, в которой информационные сигналы управляют вещественно-энергетическими преобразованиями. Световые, температурные, химические и другие информационные сигналы обеспечивают согласованность обмена веществом и энергией живых организмов с окружающей средой в соответствии с суточными и многолетними циклами. Термодинамическая концепция- рассматривается как термодинамическая оболочка с температурой от +50° до -50° и давлением около одной атмосферы 5. Роль человека в круговороте веществ. Промышленное загрязнение окружающей среды. Привести примеры отрицательного влияния научнотехнического прогресса на биосферу (2-3 примера за последние 5 лет в России). Роль человека Человек является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы. В настоящее время человек извлекает из биосферы сырье в значительном и все возрастающем количестве, а современные промышленность и сельское хозяйство производят или применяют вещества, не только не используемые другими видами организмов, но нередко и ядовитые. В результате этого биотический круговорот становится незамкнутым. Промышленное загрязнение Загрязнение окружающей среды отходами промышленных предприятий — глобальная экологическая проблема. Виды промышленного загрязнения Химическое. Опасно для окружающей среды, жизни людей и животных. Загрязнителями выступают такие химические вещества и соединения, как формальдегиды и хлор, сернистый газ и фенолы, сероводород и угарный газ Загрязнение гидросферы и литосферы. Предприятия осуществляют слив стоков, происходят разливы нефти и мазуты, мусорные отходы, токсические и ядовитые жидкости Биологическое. В биосферу попадают вирусы и инфекции, которые распространяются в воздухе, воде, почве, вызывают заболевания у людей и других живых организмов. Наиболее опасными являются возбудители газовой гангрены, столбняка, дизентерии, холеры, грибковых заболеваний Шумовое. Шумы и вибрации приводят к заболеваниям органов слухового аппарата и нервной системы Тепловое. Теплые стоки вод меняют режим и температуру среды в акваториях, одни виды планктона отмирают, а их нишу занимают другие Радиационное. Особо опасное загрязнение, которое случается в результате аварий на атомных станциях, при выбросе радиоактивных отходов и во время производства ядерного оружия Электромагнитное загрязнение. Происходит по причине работы линий электропередач, радиолокаций, телестанций, и других объектов, образующих радиополя Влияние научно — технического прогресса на экологию началось из изучения взаимоотношения организмов с окружающей их средой. Экологические проблемы, связанные со стремительным развитием промышленности: изменение климата; увеличение количества отходов; деградация биосферы; разрушение озонового слоя; сокращение полезных ископаемых; загрязнение Мирового океана и почвы; увеличение объема газов в атмосфере; потеря флоры и фауны. Положительное влияние человека выражается в выведении новых пород домашних животных и сортов сельскохозяйственных растений, создании культурных биогеоценозов, а также в разработке новых штаммов полезных микроорганизмов как основы микробиологической промышленности, развитии прудового рыбного хозяйства, интродукции полезных видов в новых условиях обитания. |