Контрольная работа по "Экология"

Органические вещества, образованные в процессе фотосинтеза, служат источником энергии для самого растения или переходят в процессе поедания и последующего усвоения от одних организмов к другим: от растений к растительноядным животным, от них — к плотоядным и т.д. Высвобождение заключенной в органических соединениях энергии происходит также в процессе дыхания или брожения, разрушение использованных или отмерших остатков биомассы осуществляют разнообразные организмы, относящиеся к числу сапрофитов (гетеротрофные бактерии, грибы, некоторые животные и растения). Они разлагают остатки биомассы на неорганические составные части (минерализация), способствуя вовлечению в биологический круговорот соединений и химических элементов, что обеспечивает очередные циклы продуцирования органического вещества. Укажем, что содержащаяся в пище энергия не совершает круговорота, а постепенно превращается в тепловую энергию. В итоге поглощенная организмами в виде химических связей солнечная энергия снова возвращается в пространство в виде теплового излучения. Поэтому биосфере требуется постоянный приток энергии извне. Эту важнейшую функцию и выполняет Солнце, обеспечивающее в течение многих миллиардов лет постоянный поток энергии через биосферу. При этом к Земле приходит коротковолновое излучение (свет), а уходит от нее длинноволновое тепловое излучение. Существенно, что баланс этих энергий не соблюдается: планета излучает в Космос несколько меньше энергии, нежели получает от Солнца. Эту разность (доли процента) и усваивает биосфера, постепенно, но постоянно накапливая энергию. Ее оказалось достаточно для того, чтобы однажды на планете появилась жизнь, возникла биосфера, чтобы и ныне поддерживать все грандиозные процессы развития планеты.

Продуктивность биосферы. Современная биомасса Земли составляет примерно в 1,841•1012 т (в пересчете на сухое вещество). При этом на биомассу суши приходится около 1,837•1012 т, Мирового океана — 3,9•109 т. Это связано с меньшей эффективностью фотосинтеза, так как использование лучистой энергии Солнца на площади океана равно 0,04%, на суше — 0,1%. Зеленые растения в биомассе суши составляют 99%, животные и микроорганизмы — 1%. Биомасса на суше распределена неравномерно и возрастает от полюсов к экватору, так же возрастает видовое разнообразие.

Вклад разных континентов в обшую первичную продукцию суши примерно следующий (Н.М. Чернова и др., 1995 г.): Европа — 6, Азия — 28, Африка — 22, Северная Америка — 13, Южная Америка — 26, Австралия с островами Океании — 5%. Если же сравнить продуктивность растений в расчете на 1 га, то она составляет (в процентах от средней по всем континентам) в Европе — 89, в Азии — 103, в Африке — 108, в Северной Америке — 86, в Южной Америке — 220, в Австралии — 90. При этом продуктивность различных экологических систем различна, она зависит от ряда климатических факторов, в первую очередь, от обеспеченности теплом и влагой. Наиболее продуктивны экосистемы тропических лесов, затем следуют обрабатываемые земли, степи и луга, пустыни, полярные зоны.

Укажем, что биомасса Мирового океана почти в 1000 раз меньше, чем суши, хотя его поверхность занимает 72,2% всей поверхности Земли. Однако удельная продуктивность океанических биоценозов настолько высока, что ничтожная по сравнению с сушей фитомасса океанов создает ежегодно чистую продукцию, сопоставимую с чистой продукцией на суше. Так, в океанах ежегодно образуется 5,51•1010 т растительной массы, что составляет примерно третью часть обшей биомассы продукции планеты.

Рост и размножение организмов, происходящие в биосфере, обеспечивают биогенную миграцию атомов, которая обусловила в процессе эволюции создание современной природной системы. За сотни миллионов лет растения поглотили огромное количество диоксида углерода и одновременно обогатили атмосферу кислородом. Живые организмы глубоко воздействуют на природные свойства биосферы и всей планеты. Скелеты беспозвоночных образовали такие осадочные породы, как известняк и мел; каменный уголь и нефть образовались из растительных остатков. Биогенное происхождение имеет и почва, которая представляет собой продукт жизнедеятельности микроорганизмов, растений и животных в их взаимодействии с неорганическими компонентами природы. Важно подчеркнуть, что возникновение в процессе эволюции более сложно устроенных, но менее зависимых от изменений среды организмов, а также развитие относительно устойчивых экосистем привело к увеличению скорости движения энергии и веществ в сформировавшихся биогеоценозах.

5. Биогеохимические циклы.

Биогеохимические циклы. Круговорот веществ – это обмен химическими элементами между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы. Осуществление круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии – важная функция трофических цепей в экосистеме. Если трофическую цепь дополнить редуцентами, превращающими органическое вещество в минеральные неорганические соединения, потребляемые продуцентами в процессе образования органического вещества, то получим замкнутую цепь, по которой происходит направленное циклическое движение химических веществ, т.е. круговорот веществ. Такие круговороты называются биогеохимическими круговоротами, или биогеохимическими циклами

Следовательно, биогеохимические циклы– круговороты питательных веществ, участниками которых являются как живые, так и неживые компоненты экосистемы. Термин биогеохимические циклы был предложен В.И. Вернадским для обозначения замкнутых (в большей или меньшей степени) путей циркулирования в биосфере химических веществ и элементов, которые сначала поглощаются живым веществом, заряжаясь биохимической энергией, и затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию, с многократным циклическим повторением этих процессов. Движение химических элементов по замкнутым циклам является результатом эколого-физиологической взаимосвязи автотрофов и гетеротрофов по цепям питания. Различные виды организмов непрерывно ищут и поглощают в виде пищи вещества, необходимые им для роста, поддержания жизни и воспроизводства вида.

Заметим, что несмотря на то, что из всех водных компонентов биосферы атмосферная влага содержит наименьшую массу воды (ее объем втрое меньше объема поверхностных вод суши и в 150 тысяч раз меньше объема Мирового океана), она имеет наибольшее значение для осуществления биогеохимических циклов, являясь источником осадков и вовлекая в круговорот химические вещества, в том числе и вредные для природных экосистем загрязнители.

6. Устойчивость биосферы

 

 Биосфера — сфера жизни на планете Земля, включает нижний слой атмосферы, верхний слой литосферы, гидросферу и совокупность обитающих здесь живых организмов (биоту).

Устойчивость биосферы, то есть ее способность возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий, очень велика. Биосфера существует уже около 3,8 миллиарда лет (Солнце и планеты — около 4,6 миллиарда), и за это время ее эволюция не прерывалась. Это следует из того, что все живые организмы, от вирусов до человека, имеют один и тот же генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20 аминокислот, одинаковых у всех организмов. И как бы ни были велики возмущающие воздействия, а некоторые из них можно отнести к разряду глобальных катастроф, приводивших к исчезновению многих видов, в биосфере всегда находились внутренние резервы для восстановления и дальнейшего развития.

Только за последние 570 миллионов лет отмечено шесть крупных катастроф.

В результате одной из них число семейств морских животных уменьшилось более чем на 40 процентов.

Крупнейшая катастрофа на границе пермского и триасового периодов (240 миллионов лет назад) привела к вымиранию около 70 процентов видов, а катастрофа на границе мелового и третичного периодов (67 миллионов лет назад) — к вымиранию почти половины видов (тогда-то и вымерли динозавры).

Причины таких катаклизмов могли быть различны: похолодание климата, большие вулканические извержения с обширными излияниями лавы, отступления океана, удары крупных метеоритов — биота все равно развивалась, приспосабливаясь к окружающей среде и одновременно оказывая на последнюю мощное преобразующее влияние.

Образование атмосферного кислорода и увеличение его концентрации, кстати, тоже оказалось катастрофичным для некоторых видов — они вымерли, в то же время развитие других видов ускорилось.

Биота прошла огромный путь эволюции от простейших организмов до животных и растений и достигла видового разнообразия, которое исследователи оценивают как 2-10 миллионов видов животных, растений и микроорганизмов, каждый из которых занял свою экологическую нишу.

Состояние биоты определяется в основном физико-химическими характеристиками окружающей среды.

Совокупность среднемноголетних характеристик атмосферы, гидросферы и суши мы называем климатом. Основная климатическая характеристика — температура у поверхности Земли — изменялась за время эволюции биоты относительно мало: при современном значении средней глобальной температуры 288 К (шкала Кельвина отсчитывает градусы от абсолютного нуля, таким образом, 288 К = 15о С) изменения, с учетом ледниковых периодов, не превышали 10-20о .

За 4 миллиарда лет концентрация СО2 в атмосфере уменьшилась в 100-1000 раз (из-за ослабления вулканизма, в результате расхода радиоактивных элементов в недрах Земли), что отрицательно повлияло на питание растений. В то же время накопление кислорода в атмосфере резко ускорило развитие биоты, но не было на пользу тем самым анаэробным (бескислородным) организмам, в результате жизнедеятельности которых появился кислород. Они были почти полностью вытеснены вновь возникшими аэробными организмами.

Есть предположение, что за время существования биосферы исчезло несколько миллиардов видов, тогда как сейчас существуют несколько миллионов.

Но зато организмы, которые сумели пережить изменение условий, давали начало новым видам. Именно приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды создало многочисленные и отлично приспособленные виды, то есть двигало эволюцию, как это впервые показал Дарвин.

Имеются данные о том, что становлению человека как вида способствовали тяжелые условия окружающей среды, в которых жили наши предки.

Когда он научился поддерживать благоприятные условия своего существования, его эволюция как биологического вида прекратилась, сменившись эволюцией общества.

Итак, в процессе эволюции биоты были периоды устойчивого развития и периоды катастроф. Рассмотрим, что происходит с биосферой в настоящее время.

 

 

 

 
 
 
 
7.Эволюция  биосферы свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу, её гомеостаз обеспечивает биологическим разнообразием. Поэтому биоразнообразие не только определило направления прикладных исследований, но и приобрело статус особой оценки экологических условий: хорошо, когда есть биоразнообразие, и плохо его отсутствие, поэтому необходимо всячески поддерживать и стремиться восстановить утерянное.

Жизнь на Земле существует около 4 млрд. лет, за этот период изменился диапазон условии, пригодных для жизни, от локальных до глобальных масштабов. Это значит, что жизнь все это время активно изменяла окружающую среду в благоприятном для себя направлении, т.е. биотическая регуляция среды имела место с самого момента возникновения жизни. Таким образом, жизнь, используя солнечную энергию, по мнению В.Г. Горшкова (1995), преобразует окружающую среду на основе динамических круговоротов веществ, потоки которых на много порядков превышают потоки разрушения окружающей среды.

Главной экологической задачей человечества должно считаться сохранение естественной биоты на Земле, которое должно сопровождаться полным прекращением дальнейшего освоения естественной биоты океана и ее восстановлением на значительной освоенной части суши. Человек, став мощным геологическим фактором, оказывает глобальное воздействие на биосферу. Биосфера, со своей стороны, диктует ему свои экологические законы, в том числе и закон о биотической регуляции окружающей среды, которые он вынужден соблюдать, чтобы выжить. Создаются условия, очень напоминающие сопряженную эволюцию или коэволюцию «человек — биосфера». Продуктом такой коэволюции может стать так называемая «ноосфера». Венцом творчества В. И. Вернадского и стало учение о ноосфере.

Ноосфера («мыслящая оболочка», сфера разума) — высшая стадия развития биосферы. Это сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития.

Понятие «ноосфера» появилось в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы. Непреходящая ценность учения В.И. Вернадского о ноосфере именно в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы и всего разнообразия живых существ. Среди этих существ он выделил человекакак мощную геологическую силу. Эта сила способна перестроить биосферу согласно своим представлениям и потребностям, изменить фактически ту биосферу, которая складывалась в течение всей геологической истории Земли.

В.И. Вернадский писал, что становление ноосферы «есть не случайное явление на нашей планете», а «природное явление». Ноосфера - окружающая человека среда, в которой природные процессы обмена веществ и энергии контролируется обществом. Воздействие человеческого общества на природу резко отличается от воздействий других форм живого вещества. Организмы влияют на историю тех атомов, которые нужны им для роста, размножения, питания, дыхания, а человек еще и на элементы, нужные для техники и создания цивилизованных форм жизни, что и изменило «вечный бег геохимических циклов». Эти гениальные мысли В.И. Вернадского позволили ряду ученых допустить в дальнейшем и такой ход событий в эволюции биосферы, как коэволюциюмежду человеческим обществом и природной средой, в результате чего и возникнет ноосфера благодаря новым формам действия живого вещества на биохимический круговорот, меняющая коренным образом облик и строение биосферы.