Учебное пособие для всех направлений подготовки очной и заочной формы
 Скачать 1.49 Mb.
|
|
Третий период: Появление эволюционной теории Дарвина-Уоллеса. Работа Ч.Дарвин (1859г.) – «Происхождение видов путем естественного отбора». Геккель Э. В 1866 г. определил новую область знаний и дал ей название – экология в трудах «Всеобщая морфология организмов». К.Мёбиус (1877) – немецкий гидробиолог, труд «Устрицы и устричное хозяйство» – вывод о существовании биоценозов (сообществ организмов). С.Форбс (США, 1887) впервые рассмотрел озеро как «микрокосм», т.е. целостную систему. В.А.Докучаев (Россия, 1883) – книга «Русский чернозем», учение о почве как продукте совокупного творчества живых организмов, горной породы и климата, определил пять факторов почвообразования. Четвертый период: появление в начале ХХ века системной концепции в экологии благодаря трудам В.И.Вернадского. В 1926 г. вышел его главный труд «Биосфера», в котором биосфера – живые организмы и окружающая их среда – предстает как единая глобальная система; биосфера функционирует благодаря взаимодействию живых, косных, биокосных компонентов. В 1935 г. английский ученый А.Тэнсли ввел понятие экологическая система, который включает живые организмы и физические условия местообитания и является единым целым, надорганизменным уровнем. В 1942 г. в работах В.Н.Сукачева появился термин биогеоценоз как синоним экосистемы. В 70-е годы благодаря развитию вычислительной техники и методов математического моделирования были разработаны методы системного анализа, которые стали широко использоваться и в экологии. Пятый период: вторая половина ХХ века - понимание мировым сообществом угрозы экологического кризиса, выявление глобальных экологических проблем. Превращение экологии в интегрированную науку, комплекс естественных, технических и общественных дисциплин. 1.3 Основные понятия экологии Популяция – все население какой-то территории (с греч. – народ). Это совокупность особей одного вида, которая занимает определенную часть пространства обособленно от других совокупностей того же вида. Основные характеристики популяции: плотность (число особей на единице площади или объема), численность, рождаемость, смертность, возраст, характер распределения в пределах территории и тип роста. Экосистема – совокупность взаимодействующих между собой живых и неживых компонентов в том или ином участке природной среды, связанных между собой обменом веществ и энергии. Она состоит из двух составляющих: органическая – населяющий экосистему биоценоз (ассоциация, сообщество) и неорганическая – биотоп. Биоценоз (сообщество) – (греч. – жизнь вместе) – это биологическая система, состоящая из популяций различных растений, животных и микроорганизмов, населяющих определенную территорию и находящихся в тесном единстве по поводу обмена веществом, энергией и информацией. Биотоп – часть территории с однотипными условиями среды, занимаемая биоценозом. Экологические факторы – любой элемент среды, оказывающий влияние на живой организм, а также на характер их отношений друг с другом. Различают биотические, абиотические и антропогенные факторы. Биотические – обусловлены совокупностью влияний, оказываемых на организм жизнедеятельностью других организмов. Их действие проявляется в форме взаимовлияния живых организмов разных видов друг на друга. Например: растения выделяют O2, который необходим живым организмам, а животные выделяют CO2, который необходим для фотосинтеза растениям. Абиотические – совокупность условий неорганической среды, влияющих на организм. Они делятся на химические (химический состав воды); физические или климатические (температура, влажность воздуха, атмосферное давление, ветер, энергия Солнца, уровень радиации и др.). В современных условиях действие факторов определяется не природной обстановкой, а изменениями в ней под влиянием деятельности человека – антропогенные факторы (с греч. антропос – человек, генес – происхождение). В настоящее время влияние человека на природу утратило локальный характер и имеет глобальное распространение. Антропогенное воздействие может быть прямым – истребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений, так и целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, распашка земель (освоение целинных земель) и т.д. Лимитирующим называется фактор, который ставит рамки для протекания какого-либо процесса или существования организма, вида, сообщества. Например, O 2 в воздухе. Адаптация – эволюционно возникший процесс приспособления строения и функций организма к изменяющимся условиям среды. Экологическая валентность – степень приспособляемости живого организма к изменениям условий среды, т.е. выносливость вида, которая зависит от стадии индивидуального развития. Контрольные вопросы 1. Что такое экология? 2. Перечислите этапы исторического развития экологии как науки. 3. В чем особенности современных представлений об экологии? 4. Чем отличается биоцентрическое и антропоцентрическое мировоззрения в экологии? 5. Каковы основные причины конфликта между обществом и природой в современных условиях? 2 Биосфера 2.1 Характеристика и состав биосферы В буквальном переводе термин «биосфера» обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности «пространство жизни», «картина природы», «живая оболочка Земли» и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями. Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина «биосфера» Э. Зюсс в своей книге «Лик Земли», опубликованной спустя почти 30 лет после введения термина (1909), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и обитающую на поверхности Земли». Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж. Б. Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов. Возраст Земли, определяемый методами изотопной геологии, составляет около 5 млрд. лет. Наиболее принятые показатели 4,6–4,7 млрд. лет. Приблизительно таков же возраст Солнца и других планет Солнечной системы. По современным представлениям, они образовались из вращающегося газопылевого космического облака. Под влиянием тепла, выделяющегося при гравитационном сжатии и радиоактивном распаде атомов, вещество Земли постепенно дифференцировалось на ядро, мантию и верхние слои – литосферу, атмосферу, гидросферу. На ранней Земле предполагают активный вулканизм. За счет лав, выплавляющихся из верхней мантии, постепенно сформировалась земная кора, а дегазация лав привела к возникновению первичной атмосферы и жидкой воды на поверхности плане- ты. В первый миллиард лет существования Земли океан был, по самым грубым оценкам, примерно в 5 раз меньше современного по глубине и объему. Он формировался за счет разрастания и слияния мелких озер на поверхности суши. Ландшафт, подобно современному лунному, представлял вулканические конусы на плоских пространствах. Состав древней атмосферы считают близким к составу газов, выделяющихся из современных вулканов. Они содержат водяной пар (до 70–80%), углекислый газ (6–19%), хлор (до 7%), метан, аммиак, соединения серы и многие другие компоненты. Химический анализ газовых пузырьков в древнейших породах Земли показал полное отсутствие в них свободного кислорода, около 60% СО 2 около 35% Н 2 S, SО 2 , NH 3 , НСl и НF, некоторое количество азота и инертных газов. В настоящее время имеется уже достаточно много неоспоримых доказательств того, что ранняя атмосфера Земли была бескислородной, аналогично другим планетам Солнечной системы. Ультрафиолетовое излучение Солнца свободно достигало поверхности воды и суши из-за отсутствия озонового экрана. Вулканические газы, растворяясь в воде, переходили в первичный океан, имевший в результате сильно кислую реакцию. Возникшая на Земле жизнь постепенно изменила эти условия и преобразовала химию верхних оболочек планеты. Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Рихардом Пфейфером (1845 –1920) трех способов питания живых организмов: - автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы; - гетеротрофное – построение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений; - миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно- гетеротрофный). Биосферу как место современного обитания организмов вместе с самими организмами можно разделить на три подсферы: геобиосфера – верхняя часть литосферы, населенная геобионтами; гидробиосфера – гидросфера без подземных вод, населенная гидробионтами; аэробиосфера – нижняя часть атмосферы, населенная аэробионтами. В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5–15 км уже превышает 100˚С. В нефтяных месторождениях на глубине 2–2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь распространена на всех глубинах и встречается на дне океанических впадин в 10–11 км и температурой около 0˚С. Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием ультрафиолетовой радиации. На высоте 25–27 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь озон. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Основная часть жизни в атмосфере сосредоточена в слое до 1–1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни около 6 км над уровнем моря. Атмосфера (греч. «атмос» – пар) – сплошная воздушная оболочка Земли. Атмосфера окружает Землю до высоты 3 тыс. км. Она состоит из смеси газов и пылевидных частиц. В сухом чистом воздухе в объемных процентах содержится 78% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, 0,03% углекислого газа и около 0,003% смесь неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, водорода, паров воды и озона. На долю водяного пара приходится до 3% объема атмосферы. Большая часть пыли в составе атмосферы поднята с поверхности Земли, но также присутствует космическая и бактериальная пыль. Нормальное давление атмосферы – 1 кПа (750,1 мм рт. ст.). Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, термо-и экзосферу. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу. Тропосфера (от 0 до 7 км у полюсов и до 18 км у экватора). В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы атмосферы. Здесь развиваются все погодные явления. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Температура тропосферы с высотой уменьшается и на высоте 10–12 км достигает -55° С. Стратосфера (до 40 км). Температура постепенно возрастает до 0° С. В верхних слоях - на высоте 22–24 км наблюдается максимальная концентрация озона (озоновый слой). Единица измерения озона – Добсон (1 DU = 0.01 мм; норма 340-360 DU) . Озон поглощает большую часть губительного для живых организмов жесткого излучения Солнца. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково. Его больше в высоких широтах, меньше в средних и низких; весной озона больше, чем осенью. Мезосфера (до 80 км). Температура падает до -60…-80° С. Наблюдается высокое содержание ионов газов, являющихся причиной возникновения полярных сияний. Термосфера (до 800 км). Характеризуется ростом температуры. Увеличивается содержание легких газов – водорода и гелия – и заряженных частиц. Экзосфера (до 1500–2000 (3000) км). Здесь происходит рассеивание (диссипация) атмосферных газов в космическое пространство. Гидросфера (греч. «гидро» – вода) – прерывистая водная оболочка Земли. Располагается между атмосферой и литосферой и включает в себя все океаны, моря, озера, реки, а также подземные воды, льды, снега полярных и высокогорных районов. Гидросферу делят на поверхностную и подземную. Поверхностная гидросфера – водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Поверхностная гидросфера покрывает земную поверхность на 70,8%. Подземная гидросфера – включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры. По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан. На долю подземных вод приходится 1,69% от общего объема гидросферы, остальное – воды рек, озер и ледников. Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др.; пресных вод – около 2%. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится всего лишь 0,3% объема гидросферы. Литосфера (греч. «литос» – камень) – твердая оболочка земного шара. Во внутреннем строении Земли выделяют три основных слоя: земную кору, мантию и ядро. Земная кора располагается в среднем до глубины 35 км (до 5–15 км под океанами и до 35–70 км под континентами). В состав земной коры входят все известные химические элементы. Преобладают кислород О (49,1%), кремний Si (26%), алюминий Al (7,4%), железо Fe (4,2%), кальций Ca (3,3%), натрий Na (2,4%), калий К (2,4%), магний Mg (2,4%). Мантия располагается между земной корой и ядром и распространяется до глубины 2900 км. Здесь преобладают О, Si, Fe, Mg, Ni. Внутри мантии с глубины 50–100 км под океанами и 100–250 км под континентами начинается слой вещества, по состоянию близкого к плавлению, так называемая астеносфера. Земная кора вместе с верхним твердым слоем мантии над астеносферой называется литосферой. Литосфера – внешняя твердая оболочка земного шара. Это относительно хрупкая оболочка. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки – литосферные плиты, которые медленно перемещаются по астеносфере в горизонтальном направлении. Ядро располагается ниже мантии на глубине от 2900 км до 6371 км; состоит из Fe и Ni. Земная кора сложена из горных пород, которые, в свою очередь, состоят из минералов.Минерал – природное тело однородного химического состава, обладающее во всей своей массе одинаковыми физическими свойствами. Горные породы – геологические образования, состоящие из минералов и обладающие относительно постоянными химическим составом и свойствами. По способу образования горные породы делят на магматические, метаморфические и осадочные. Магматические породы образуются из жидкого силикатного расплава магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от места ее остывания магматические породы разделяют на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). К магматическим породам относят гранит, базальт и т.д. Метаморфические породы образуются из магматических и осадочных пород под влиянием процессов метаморфизма – под действием высоких температур, давлений и активных флюидов (горячих газов и растворов) в средних слоях литосферы. К метаморфическим породам относят сланцы, гнейс, мрамор и т. д. Осадочные породы образуются в поверхностной части земной коры в результате разрушения, переотложения и преобразования на поверхности Земли и на дне водоемов ранее существовавших пород. Они делятся на механические (обломочные), химические (хемогенные) и органические (органогенные). Механические (обломочные) осадочные породы образуются в результате механического разрушения магматических и метаморфических пород. В зависимости от размера частиц, слагающих породу, выделяют грубообломочные, среднеобломочные (песчаные), пылеватые и глинистые породы. Химические осадочные породы образуются за счет выпадения осадка при перенасыщении растворов. К ним относятся известняк, доломит, каменная соль и т. д. Органические (биохимические) осадочные породы образуются в результате жизнедеятельности организмов. К ним относятся органогенные известняки, мел, торф, нефть, уголь и т. д. Доля различных горных пород в земной коре неодинакова. Более 70% приходится на магматические породы, около 17% – на метаморфические и лишь чуть больше 12% – на осадочные. Земная кора неодинакова по составу, строению и мощности. Различают континентальную, океаническую и промежуточную коры.Континентальная (материковая) кора покрывает третью часть земного шара, она присуща континентам, включая их подводные окраины, имеет толщину 35–70 км и состоит из 3 слоев: осадочного, гранитного и базальтового.Океаническая кора располагается под океанами, имеет толщину 5–15 км и состоит из 3 слоев: осадочного, базальтового и габбросерпентинитового. Промежуточная (переходная) кора имеет черты как континентальной, так и океанической коры. Самыми крупными структурными элементами земной коры являются материки, включая их подводные окраины, и |