close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лекция 3рус

код для вставкиСкачать
Лекция 3
Основные законы развития биосферы
1.
План.
Понятие “биосфера”, основные закономерности развития биосферы,
“Ноосфера” Вернадского.
2.
Кругооборот веществ и энергии в биосфере.
3.
Классификация экологических факторов, их влияние на биосферу.
Биосфера ( от гр. Ьіоз - жизнь и с/еге — шар) -область активной жизни
оболочки Земли, которая включает части атмосферы, гидросферы и литосферы,
заселенные живыми организмами.
Впервые термин«биосфера» употребил австрийский ученый Е. Зюсс в 1875
году, но распространился он после работ нашего отечественного ученого,
основателя и первого президента АН Украины, академика В.И. Вернадского (18641945). Основы его учения изложены в книге «Биосфера» (1926). Он довел, что
живые организмы играют очень важную роль в процессах, которые происходят во
всех сферах Земли. « Если бы на Земле отсутствовало отсутствующее, - писал
ученый, - лицо ее было бы таким же неизменным и химически инертным, как
недвижимое лицо Месяца, как инертные обломки небесных светил.» За
миллиарды лет существования Земли живые существа решительно изменили
состав ее атмосферы, гидросферы и литосферы, создавши, в сущности, совсем
новую среду жизни.
В.И. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с
температурами +50...-50°С и давлением приблизительно 10 000 Па, которое
отвечает границам жизни для большинства организмов.
По В.И. Вернадскому, верхняя граница биосферы находится на высоте 15-22
км, охватывая тропосферу и нижнюю часть стратосферы. Снизу биосфера
ограничена отложениями на дне океанов (до глубины 11 км) и глубиной
проникновения в недра Земли организмов и воды в жидком состоянии (2-3 км).
Нижняя граница биосферы в рамках литосферы обусловлена тепловым
барьером и, как правило, не опускается ниже 5 км. Общая протяжность
биосферы - 40 км. От всех геосфер она отличается энергичным ходом
химических преобразований.
В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, которая
включает рядом с организмами и среду их существования. Горизонты
биосферы, которые наиболее интенсивно заселены живыми организмами,
называются «пленкой жизни» или плетобиосферою.
Биосфера на нашей планете выполняет ряд важных функций, которые
обусловливают свойства и относительную стабильность природы Земли:
- упрочение подвижных элементов поверхности литосферы (песок, глина,
гравий, мелкая галька, лесс, грунты разных типов);
- регуляция кругооборота воды путем замедления поверхностного стока
и
переведение
его
в
подземный,
увлажнение
воздуха,
снижение
испаряемости из поверхности вследствие затемнения и уменьшения
скорости ветра;
- связывание углекислоты, которая выделяется животными и в ходе
химических преобразований в безжизненной природе;
- выделение кислорода в процессе фотосинтеза наземными и водными
растениями;
- переведение в простые химические вещества огромной массы
отмерших организмов и их выделений;
- участие в образовании и восстановлении грунтов, в очищении атмосферы
и воды от разных загрязнений, в образовании местного климата и погоды;
- перемещение по планете (суша, реки, моря и океаны) массы разных
химических элементов и веществ;
- участие в образовании многих горных пород, часть которых являются
полезными ископаемыми (каменный уголь, мел, известняки и др.);
- аккумуляция
и
трансформация
солнечной
энергии,
которая
в
трансформированном виде включается в кругооборот энергии Земли.
Основными понятиями биосферы В.И. Вернадский считает живое вещество
(организмы, биогенное вещество - созданные живыми организмами органоминеральные или органические продукты и каменный уголь, сапропель, торф,
лесную подстилку, гумус грунта и т.п.), биокос - вещество, созданное живыми
организмами при участии не живой природы (приземная атмосфера, осадку
породы, глинистые минералы, вода и прочее) и косное вещество — горные
породы магматического, неорганического происхождения, воду, а также
значительно переработанные и видоизмененные живыми организмами
вещества космического происхождения(космическая пыль, метеориты и т.п.).
Кроме того, в состав биосферы входят радиоактивные вещества, которые
возникают в результате распада радиоактивных элементов, и рассеянные
атомы, не связанные химическими реакциями.
Живое вещество распределено в биосфере довольно неравномерно. Большая
ее часть находится в приповерхностных участках суши ! (особенно большой есть
биомасса тропических лесов) и гидросферы, где массово развиваются зеленые
растения и гетеротрофные животные и те, что питаются ими. Больше 90% всего
живого вещества, образованного, главным образом, углеродом, кислородом,
азотом и водородом, приходятся на наземную растительность (97-98%
биомассы суши).
Форма
деятельности
биосфере(новое
понятие,
живого,
его
введенное
биохимическая
В.И.
Вернадским),
работа
в
состоит
в
осуществлении необратимых и незапертых кругооборотов веществ и потоков
энергии между основными структурными компонентами биосферной
целостности: горными породами и естественными водами, горами и
грунтами,
растительностью,
животными
и
микроорганизмами.
Этот
беспрерывный процесс движения кругооборота составляет одно из спорных
вопросов и носит название биогеохимической цикличности.
Основной источник биогеохимической активности живых организмов солнечная
энергия,
которая используется в процессе фотосинтеза
зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания
органического вещества, которое обеспечивает пищей и энергией все
другие
организмы. Деятельность фотосинтезирующих организмов около 2
млрд. лет тому вызвала накопление в атмосфере свободного кислорода, и
потом образовался озоновый экран, который защищает живые организмы и от
жесткого космического излучения, фотосинтез и дыхание зеленых растений
поддерживают современный газовый состав атмосферы. Именно чрезвычайно
высокой активностью, в частности очень быстрым кругооборотом веществ,
живое вещество отличается от безжизненного.
Вся живая масса биосферы обновляется за 33 времени, а фитомасса ( то
есть масса растений) – каждый день.
Все живое вещество биосферы обновляется в среднем за восемь лет.
Жизнедеятельность животных, растений, микроорганизмов сопровождается
беспрерывным обменом веществ между организмами и средой, вследствие чего
все химические элементы земной коры, атмосферы и гидросферы многократно
входили в состав тех или других организмов.
Живые организмы играют огромную роль в аккумуляции солнечной энергии.
Например, залежи каменного угля — это не что другое, как солнечная энергия,
накопленная зелеными растениями прошлых геологических эпох. Так же можно
определить и природу многих минералов, в частности углекислого кальция, который
образовывает огромные массы известняков и почти на 100% имеет биогенное
происхождение. Важную роль живые организмы играют в накоплении многих
металлов, таких, как железо, медь, марганец. Большое значение для биосферы и
хозяйственной деятельности человека имеет кругооборот азота, серы, фосфора и других
элементов.
Живое вещество значительно ускорило и изменило кругообороты в биосфере
разных веществ — воды, кислорода, азота, углекислого газа и т.п.
КРУГООБОРОТ ВЕЩЕСТВ В БИОСФЕРЕ
Образование живого вещества и его распад — это две стороны единого
процесса, который называется биологическим кругооборотом химических
элементов. Жизнь — это кругооборот элементов между организмами и средой.
Причина кругооборота — ограниченность элементов, из которых строится тело
организмов. Биологический кругооборот — это многоразовое участие химических
элементов в процессах, которые протекают в биосфере. В связи с этим биосферу
определяют как область Земли, где протекают три основных процесса:
кругооборот углерода, азота, серы, в которых принимают участие пять элементов
(Н, 02, С, N. 5), что двигаются через атмосферу, гидросферу, литосферу. В природе
кругооборот осуществляют не вещества, а химические элементы. Эти 5
элементов двигаются и отдельно, и в таких соединениях как вода, нитраты,
двуокись углерода, двуокись серы.
Кругооборот углерода. В биосфере углерода свыше 12 000 млрд. тонн. Это
объясняется тем, что соединения углерода беспрерывно возникают, меняются и
раскладываются. Кругооборот углерода происходит фактически между живым
веществом и двуокисью углерода. В процессе фотосинтеза, осуществляемого
растениями, двуокисью углерода углекислый газ и вода с помощью энергии
солнечного света превращаются в разные органические соединения. Ежегодно
высшие растения и водоросли при фотосинтезе поглощают 200 млрд. тонн углерода.
Если бы углерод не возвращался в атмосферу, его запас в ней (700 млрд. тонн)
быстро
бы
исчерпался.
Отмершие
растения
и
животные
организмы
раскладываются грибами и микроорганизмами на СО2, который тоже возвращается
в атмосферу. Полный цикл обмена атмосферного . углерода осуществляется за 300
лет. Но часть углерода изымается в виде торфа, нефти, угдя, известняка, мрамора,
ископаемых отложений и осадочных пород.
Кругооборот кислорода. Ежегодно лесные массивы вырабатывают 55 млрд. тонн
кислорода. Он используется живыми организмами для дыхания и принимает
участие в окислительных реакциях в атмосфере, литосфере и гидросфере.
Циркулируя через биосферу, кислород превращается то в органическое вещество, то в
воду, то в молекулярный кислород. Весь кислород атмосферы каждое 2 тысячи лет
проходит через живое вещество биосферы. За время своего существования
человечество бесповоротно потеряло около 273 млрд. тонн кислорода. В наше
время ежегодно на сжигание угля, нефтепродуктов и газа тратится огромное
количество кислорода. Интенсивность этого процесса увеличивается каждый год.
Кругооборот азота, фосфора, серы. Деятельность человека ускоряет
кругооборот этих элементов. Главная причина ускорения — использование фосфора
в удобрениях, который приводит к еутрификации — сверхудобрения. При
еутрификации происходит бурное размножение водорослей — "цветение" воды. Это
приводит к уменьшению количества раскрытого в воде кислорода. Продукты обмена
водорослей уничтожают рыбу и другие организмы. Сформированные экосистемы при
этом разрушаются. Индустрия и двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в
атмосферу ежегодно много нитратов и сульфатов. Попадая на землю вместе с дождями,
они усваиваются растениями.
Кругооборот воды. Вода покрывает 3/4 поверхности Земли. За одну минуту под
действием солнечного тепла из поверхности водоемов Земли испаряется 1 млрд.
тонн воды. После охлаждения пары образовывают тучи, выпадает дождь и снег.
Осадки частично внедряются в грунт. Грунтовые воды возвращаются на поверхность
земли через корни растений, источники, насосы и т.п. Скорость циркуляции воды очень
большая: вода океанов возобновляется за 2 млн. лет, грунтовая вода — за год, речная
— за 12 суток, пары в атмосфере — за 10 суток. Двигателем кругооборота является
энергия Солнца.
Ежегодно для создания первичной продукции биосферы используют при
фотосинтезе 1% воды, которая попадается в виде осадков. Человек только для
бытовых и промышленных нужд использует 20 мм осадков — 2,5% общего их
количества за год. Безвозвратный ежегодный водозабор теперь составляет 55 куб.
г. Ежегодно он увеличивается на 4-5%.
А с другой стороны, живые организмы приспосабливаются к разному химическому
составу среды, могут переносить большую концентрацию тех элементов, которые здесь
обычно есть в больших количествах. Элементы, которые редко встречаются в природе
и в малых, концентрациях, при накоплении становятся отравляющими для живых
существ.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ
НА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОРГАНИЗМОВ
Непрерывность жизни на Земле обеспечивается уникальной способностью
живых существ создавать и поддерживать внутреннюю среду, осуществлять
обмен веществ с окружающей средой и передавать эти свойства по наследству
своим потомкам.
Среда – одно из основных экологических понятий; под ним мы понимаем
комплекс естественных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых
или опосредствованных связях.
Гомеостаз
организма
–
это
состояние
внутреннего
динамического
равновесия, который обеспечивается взаимодействием сложных процессов
регуляции и координации биохимических реакций по принципу обратной связи.
Гомеостаз
может
осуществляться
только
при
определенных
условиях
окружающего среды; вне границ этих условий автономность организма
возбуждается и он гибнет, а его внутренняя среда отождествляется с внешней.
Силы, которые действуют со стороны окружающего среды, называют факторами.
Организм как элементарная частичка живого мира в среде своего существования
находится под одновременным влиянием климатических, биотических факторов,
которые вместе называются экологическими.
Экологический фактор — это любой элемент среды, который способен
оказывать прямое или опосредствованное влияние на живые организмы, хотя бы на
протяжении одной фазы их развития.
Факторы
окружающего
среды
обеспечивают
существование
в
пространстве и времени. Усвоение и использование факторов осуществляется
организмом через адаптации.
Адаптации — это приспособления или средства, с помощью которых организм
осуществляет взаимодействие со средой для поддержания гомеостаза и
обеспечивает непрерывность существования во времени через потомство. В
зависимости от количества и силы действия один и тот самый фактор может иметь
противоположное значение для организма. Например, повышение, или снижение
температуры за границы приспособительной способности организма приводит к его
гибели. Адаптивные возможности разных организмов рассчитанны на разное
значение фактора. Так, большинство пресноводных рыб гибнет, попав в морскую
воду, а морские рыбы гибнут при снижении солености воды.
Наличие того или другого фактора может быть жизненно необходимым для одних
видов и не иметь никакого значения для других. Например, свет для зеленых растений
— это источник энергии, а для разных жителей грунта — лишний или и опасный
фактор. .
В зависимости от силы действия того или другого фактора условия существования
особей вида
могут быть оптимальными, неоптимальными или
отвечать
промежуточному уровню.
Способность организма выдерживать определенную амплитуду колебания
фактора называют экологической валентностью. Для жизни организмов
большое значение имеет не только абсолютная величина фактора, но и скорость
его изменения.
По экологической валентностью организмы делятся на эврибионтных с широкими
приспособительными возможностями (серая крыса, воробей, комнатная муха) и
стенобионтных, которые могут существовать лишь в относительно постоянных
условиях (байбак степной, журавль степной, утконос). Реакция организма и его
адаптивные возможности согласно показателям фактора зависят от объединения
действия разных факторов. Туман и ветер при плюсовой температуре, мороз при
ясной и тихой погоде воспринимаются по-разному. В Данном случае реакция
организма на температурный фактор зависит от сопроводительного действия
влажности и ветра, то есть от общего действия факторов
ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ЭКОЛОГИИ
Для нормального существования организма необходимый определенный набор
факторов. Если хоть один из жизненно необходимых факторов отсутствует или
действие его недостаточное, организм не может существовать, нормально
развиваться и давать потомство. Это явление называют законом минимума, или
законом Либиха, а фактор, действие которого недостаточно для нормальной жизни —
лимитирующим.
Организмы, как свидетельствуют многочисленные исследования, не являются
рабами физических условий среды. Они приспосабливаются сами и меняют условия
среды так, что могут ослабить лимитирующее влияние температуры, света, воды и
других факторов. Такое влияние организмов очень ощутимо и эффективно на уровне
группировки. Связь организма со средой имеет характер продолжительный и
неразрывный, и организм не может существовать вне среды. На Земле можно
различить четыре типа жизненной среды: водное, наземное (Воздушное), грунтовое
и тело другого организма.
КЛАСИФІКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Экологические факторы могут быть объединены по природе их происхождения или
в зависимости от их динамики и действия на организм. По характеру происхождения
различают:
— абиотические
факторы
предопределяются
действием
безжизненным, естественные делятся на климатические (температура, свет,
солнечная радиация, вода, ветер, кислотность, соленость, огонь, осадки и т.п.),
орографичные (рельеф, наклон склона, экспозиция) и геологические.
— биотические — действие одних организмов на другие, включая все
взаимоотношения между ними.
— антропогенные факторы —
жизнедеятельности человека.
влияние
на
живую
природу
В 1958 г. А. С. Мончадський предложил классификацию факторов по характеру
их действия.
Стабильные
факторы
—
те,
что
не
меняются
на
протяжении
продолжительного времени (земное тяготение, солнечная энергия, состав
атмосферы и прочие). Они предопределяют общие приспособительные свойства
организмов, определяют принадлежности их к жителям определенной среды
планеты Земля.
Сменные факторы, в свою очередь, делятся на закономерно сменные и
случайно сменные. К закономерно сменным принадлежит периодичность суточных и
сезонных изменений. Эти факторы предопределяют определенную цикличность в
жизни
организмов
(миграции,
спячку,
суточную
активность
и
другие
периодические явления и жизненные ритмы).
Случайно сменные факторы объединяют биотичные, абиотичные и
антропогенные факторы, действие которых повторяется без определенной
периодичности (колебание температуры, дождь, ветер, град, эпидемии, влияние
хищников и прочие).
Коротко
рассмотрим
группы
факторов,
объединенных
характером
происхождения.
Абиотичные. Среди них особенно выделяется группа климатических факторов.
Действие многих абиотических факторов, включая рельеф, ветер, тип грунта и т.п.
проявляется опосредованно — через температуру и влажность. Вследствие этого
на небольшом участке земной поверхности климатические условия могут
существенно отличаться от средних для данного региона в целом. Температура и
количество осадков (дождя или снега) определяют размещение на земной
поверхности основных естественных зон. Разнообразие естественных комплексов
часто определяется особенностями почв, от которых зависит поступление влаги. Один
и тот же фактор по отношению к разным организмам может играть разную роль и
благодаря этому перемещать в классификации с одной группы в другую. Ярким
примером этого явления может быть свет. Для растений оно является источником
энергии при фотосинтезе, для многих наземных животных свет может быть
основным фактором. Для грунтовых организмов или жителей пещер, как и для
организмов, которые живут в глубинах морей, этот фактор не имеет значения,
поскольку на протяжении всей жизни эти организмы не встречаются с его действием.
Экологические факторы действуют на организм разными путями: В простейшем
случае имеет место прямое влияние. Так, солнечный лучи освещает ящерицу, которая
лежит неподвижно, и тело ее нагревается. С другой стороны, очень часто экологические
факторы влияют на организм опосредованно, через множество промежуточных
звеньев. Например, объединение высокой температуры воздуха с низкой влажностью
и отсутствием дождей приводит к засухе, иногда это приобретает катастрофический
характер (выгорает растительность, травоядные мигрируют или гибнут).
Биотические факторы. Они представляют собой формы влияния живых
организмов один на один. Основной формой такого влияния в большинстве случаев
есть пищевые связи, на базе которых формируются сложные цепи [ звена питания.
Кроме пищевых связей, в группировках растительных и животных организмов
возникают пространственные связи. Все это является основанием для формирования
биотических комплексов. Выделяют разные формы биотических отношений, которые
могут быть разнообразнейшими — от очень благоприятных к резко негативным.
Между представителями разных видов организмов, которые населяют экосистему,
кроме нейтральных, могут существовать такие виды связей:
Конкуренция — борьба между представителями разных видов за пищу, воздух,
воду, свет, жизненное пространство; борьба тем более жестока, чем более
родственные и близкие в требовании к условиям среды виды организмов, которые
конкурируют.
Мутуализм
—
представители
двух
видов
организмов
своей
жизнедеятельностью содействуют друг другу, например насекомого, собирая
нектар, опыляют цветы; мурашки, опекая тлей, питаются их сладкими выделениями.
Коменсализм — когда от сожительства представителей двух видов выигрывает
один вид, не нанося вреда другому, например, рыбка-прилипайка находит защиту и
питается возле акул (мутуализм и коменсализм называют еще симбиозом).
Паразитизм — одни существа питаются за счет потребления живой ткани хозяев,
например, клещи, блохи, вши, глисты, омела, некоторые грибы и т.п.
Хищничество — одни организмы убивают других и питаются ими.
Алелопатия — одни организмы выделяют вещества, вредные для других,
например, фитонциди, которые выделяются некоторыми высшими растениями,
подавляют жизнедеятельность микроорганизмов; токсины, которые выделяются
во время "цветения" воды в водохранилищах, отравляющие для рыбы и других
животных.
Антропогенные факторы обусловлены деятельностью человека, влияние ее на
природу может быть как сознательным, так и стихийным, случайным. Пользуясь
знанием законов развития природы, человек сознательно выводит новые
высокопроизводительные сорта растений, породы животных, отстраняет вредные
виды, создает новые естественные комплексы. Процесс взаимодействия человека с
природой начался с момента появления человека на Земле и все время возрастает.
К середины XX столетия человек, по определению В. И. Вернадского, стал
мощнейшей геологической силой на нашей планете. Резко возросло влияние
людской деятельности на окружающую среду, которая привела к нарушению
естественных связей. Так, вследствие вырубывания лесов, пустыни резко ускорили
свое наступление на зеленые зоны. Деятельность человека меняет условия
окружающей среды, а среда, в свою очередь влияет на жизнь, здоровье и
жизнедеятельность как отдельного человека, так и человеческой популяции
вообще.
Автор
ДонАгрА-З
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
34 Кб
Теги
лекция, 3рус
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа