- 44.72 Кб

6.Учение Вернадского о биосфере.

Существуют два основных определения понятия «биосферы», одно из которых как совокупности всех живых организмов на Земле известно со времени появления в науке данного термина. В. И. Вернадский (1863-1945 гг., сов. ученый, основатель геохимии, биогеохимии, радиогеологии), изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул новый принцип – принцип неразрывной связи живого и неживого, понимая биосферу как «сферу единства живого и неживого». Он придерживался точки зрения, что жизнь зародилась вместе с формированием Земли и считал, что нет убедительных научных данных, свидетельствующих о том, что живое когда-либо не существовало на нашей планете.

Под биосферой В.И. Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы в диапазоне от 10 км в глубь Земли до 33 км над Землей. Занимаясь им же созданной биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, он пришел к выводу что нет практически ни одного элемента таблицы Менделеева (Д.И. Менделеев, 1834-1907 гг., российскийученый, химик), который не включался бы в живое вещество. Он также подчеркивал важное значение энергиии и называл живые организмы механизмами превращения энергии. 6

7.Биосфера – глобальная экосистема.

Экосистемой является система взаимодействия живых организмов и среды их обитания. Экосистемы бывают различных уровней сложности и размеров. Меньшие экосистемы входят в состав более крупных, те – в свою очередь в еще более крупные. Макроэкосистемы (материки, океаны и т.д.) формируют глобальную экосистему – Биосферу.

Для биосферы характерен круговорот энергии, обусловленный разными трофическими ролями продуцентов, консументов и редуцентов. Это один из ключевых признаков экосистемы, который обеспечивает стабильность экосистемы.

Для биосферы характерны все свойства экосистем:

Биосфера включает в себя живые организмы, населяющие Землю, а также среду их обитания: океаны, сушу, атмосферу.
В биосфере существуют круговороты вещества: большой (океан-суша) и малый (живое – косное вещество).
В биосфере присутствуют все три участника трофической цепи: продуценты, представленные автотрофами; консументы (гетеротрофные организмы), и редуценты (гетеротрофные организмы, разлагающие органическое вещество)
Биосфера, как экосистема, обладает стабильностью, и потенциально бессмертна, пока существуют продуценты. Среди всех экосистем биосфера, как самая крупная, обладает наибольшей стабильностью.

Исходя из этого биосфере является экосистемой. Так как биосфера объединяет в себе все экосистемы на планете, то ее называют «Глобальной» экосистемой. 7

8.Круговорот вещества в биосфере.

Земля отличается от других планет тем, что её биосфера содержит вещество, чувствительное к потоку солнечного излучения – хлорофилл. Именно хлорофилл обеспечивает преобразование электромагнитной энергии солнечного излучения в химическую энергию, с помощью которой идет процесс восстановления окислов углерода и азота в реакциях биосинтеза.

В зеленом растении происходит фотосинтез – процесс образования углеводов из воды и двуокиси кислорода (которая находится в воздухе или воде). При этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Зеленые растения относят к автотрофам – организмам, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма.

Гетеротрофы – это организмы, которые нуждаются для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы постепенно преобразуют органическое вещество, образованное автотрофами, доводя его до первоначального – минерального – состояния.

Деструктивная (разрушающая) функция совершается представителями каждого из царств живого вещества. Распад, разложение – неотъемлемое свойство обмена веществ каждого живого организма. Растения образуют органические вещества и являются крупнейшими производителями углеводов на Земле, но они же выделяют и необходимый для жизни кислород как побочный продукт фотосинтеза.

В процессе дыхания в телах всех видов живого образуется углекислый газ, который растения вновь используют для фотосинтеза. Существуют и такие виды живого, для которых разрушение отмершего органического вещества являются способом питания. Существуют организмы со смешанным типом питания, их называют миксотрофами.

В биосфере происходят процессы преобразования неорганического, костного вещества в органическое и обратной перестройки органических веществ в минеральные. Движение и преобразование веществ в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества, все виды которого специализировались на различных способах питания.

Конечное количество вещества, которое есть в биосфере, приобрело свойство бесконечности через круговорот веществ. Все компоненты биосферы взаимодействуют друг с другом, обеспечивая устойчивость системы. 8

9.Пределы устойчивости биосферы.

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласовывании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.

Однако стабильность атмосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.

Комплексное воздействие человечества на биосферу увеличивается значительно интенсивнее прироста самого человечества. Поэтому при последующем удвоении народонаселения мира нагрузка на биосферу возрастет многократно.

Человечество никогда ранее не задумывалось о судьбе отходов жизнедеятельности, а потому и не планировало замкнутых циклов производства. Природа сама утилизировала солому, дерево, трупы животных, а то, что не подвергалось химическим превращениям, просто захоранивалось под слоем земли или ила. По сравнению с круговоротом веществ в биосфере человеческие отходы долгое время оставались незначительными. Однако многократное увеличение в течение XX века промышленного и сельского производства привело к столь же масштабному загрязнению воды, воздуха, почвы. При ограниченных размерах почти полностью заселенной планеты люди должны теперь сами обеспечивать переработку своих отходов так, чтобы не навредить биосфере. 9

С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с деятельностью человечества.

Некоторые философы, например, Дэвид Пирс выступают за модификацию биосферы с целью избавления от страданий всех живых существ и создание в буквальном смысле рая на земле. 10

Заключение.

Биосфера – важнейшая система, значимость которой невозможно переоценить, т.к. именно биосфера является той средой, в которой человечество может существовать.

Биосфера охватывает иные, более значительные масштабы пространства и времени. В этих масштабах наиболее существенно проявляются геологические закономерности, связывающие воедино деятельность живого вещества, организацию биосферы и динамику геосфер, среди которых земной коре принадлежит особая и очень важная роль аккумулятора и трансформатора солнечной и биохимической энергии.

Современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденный ущерб окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитию самого человечества. Эти изменения на данном этапе еще не являются непоправимыми. Поэтому одна из задач современной экологии - это изучение регуляторных процессов в биосфере, создание научного фундамента ее рационального использования. Основные законы функционирования биосферы уже вырисовываются, но предстоит еще многое сделать объединенными усилиями экологов всех стран мира.

Связывая учение о биосфере с деятельностью человека не только геологической, но и вообще с многообразными проявлениями бытия личности и жизни человеческого общества, можно сделать вывод, что все мы, люди – это неразрывная часть живого вещества, приобщенная к его бессмертию, необходимая часть планеты и космоса, продолжатели деятельности жизни, дети Солнца.

Список литературы.

Алексеенко В.А. Жизнедеятельность и биосфера / В.А. Алексеенко.- М.: Логос, 2005.- 231с.
Бочкарёв А. И.Концепции современного естествознания : учеб. для студентов вузов / А. И. Бочкарёв, Т. С. Бочкарёва, С. В. Саксонов; под ред. проф. А. И. Бочкарёва. – Тольятти: ТГУС, 2008. – 386 с.
Гофман В.Р. Концепции современного естествознания: учеб. пособие / В.Р. Гофман.- Челябинск: изд-во ЮУрГУ, 2001. – 79 с.
Ивлев А.М. Науки оЗемле: уч. пособие / А.М. Ивлев, А.М. Дербенцева, В.Т.Старожилов.- Владивосток: изд-во Дальневост. ун-та, 2006.- 107 с.
Концепции современного естествознания: 100 экзаменационных вопросов: экспресс справочник для студентов вузов; под общ. ред. С.И.Самыгина. – М.: МарТ, 2003.- 132 с.
Коробкин В.И. Экология: учебник для вузов / В.И.Коробкин, Л.В.Передельский.- Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. – 602 с.
Кунафин М. С. Концепции современного естествознания: учеб. Пособие / М.С.Кунафин.- 3-е изд. – Уфа: ISBN, 2003. – 253 с.
Полищук Ю.М. Общая экология: учеб. пособие / Ю.М.Полищук. – Ханты-Мансийск: РИЦ ЮГУ, 2004. – 206 с.
Хорошавина С.Г.Концепции современного естествознания.Курс лекций: учебник / С.Г.Хорошавина.- 4-е изд.-Ростов-на-дону. Феникс, 2005.- 647 с.
Биосфера [Электронный ресурс] / свободная энциклопедия.- Режим доступа: http://ru.wikipedia (дата обращения: 10.09.2011).

Описание работы

Планета Земля существует уже очень много лет. За этот огромный интервал времени на ее поверхности постоянно протекали сложные физико-химические процессы, возникла жизнь, сформировалась кислородосодержащая атмосфера, развились высокоорганизованные животные и растения.

Экология (от греч. Οικος - дом, жилище, хозяйство, обиталище, местообитание, родина и λόγος - понятие, учение, наука) - наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы. Термин впервые предложил в книге «Общая морфология организмов» в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель. Подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология - это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Более общее определение дал американский эколог Одум: «экология - это междисциплинарная область знаний, наука об устройстве многоуровневых систем в природе, обществе и их взаимосвязи».

Экология как наука решает следующие задачи:

· изучает законы и закономерности взаимодействия организмов со средой обитания;

· изучает формирование, структуру и функционирование надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз, биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера);

· изучает законы и закономерности взаимодействия надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз, биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой;

Решение задач, стоящих перед экологией, позволит достичь поставленных перед ней целей:

· разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с учетом законов существования природы;

· прогнозирование последствий воздействия общества на природу с целью предотвращения негативных результатов.

Для решения задач она использует как собственные методы, так и методы других наук. Собственные методы экологии можно разделить на три группы: полевые, лабораторные и экспериментальные.

Экология тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, эпидемиология. В последнее время активно о себе заявляют междисциплинарные комплексные области исследования.

По размерам объектов изучения экология подразделяется на следующие дисциплины: аутоэкология, популяционная экология, синэкология, ландшафтная экология, глобальная экология (мегаэкология, учение о биосфере Земли)

По отношению к предметам изучения она подразделяется на экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных и человека; а также сельскохозяйственную, промышленную (инженерную) и общую (как теоретически обобщающую дисциплину).

С учетом среды и компонентов различают экологию суши, пресных водоемов, морей, Крайнего Севера, высокогорий, химическую (геохимическую, биохимическую).

По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологию.

С точки зрения фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологию (в том числе археоэкологию).

В экологии человека выделяют социальную экологию. Центральная проблема современной экологии – это поиск оптимального взаимодействия в системе «человек –окружающая среда». Экология приобретает черты очень актуального мировоззрения, превращается в учение о выборе путей выживания человеческой популяции.

Современная экология в своей структуре имеет следующие разделы: общая экология, геоэкология, биоэкология, экология человека, социальная экология, прикладная экология.

Каждый раздел имеет свои подразделения и связи с другими частями экологии и смежными науками. Экология и охрана природы тесно связаны между собой, но если экология - это фундаментальная наука, то охрана природы относится непосредственно к практике.

Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

Для естественной экосистемы характерны три признака:

· экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;

· в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

· экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Главные экосистемы суши, называются наземными экосистемами, или биомами. Экосистемы гидросферы называются водными экосистемами. Экосистема состоит из различных абиотических и биотических компонентов.

Абиотические, компоненты экосистемы включают различные физические (солнечный свет, тень, испарение, ветер, температура, водные течения.) и химические факторы (макроэлементы -С, О, Н, N, P, S, Ca, Mg, K, Na, и микроэлементы - Fe ,Cu, Zn, Cl).

Биотические компоненты экосистемы подразделяются по способу питания на продуцентов (организмы, производящие органические соединения из неорганических) , консументов (организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь живыми организмами - продуцентами или другими консументам) и редуцентов (организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию питаясь останками мертвых организмов).

Продуценты (зеленые растения) создают органические вещества в процессе фотосинтеза (химического процесса, возникающего в зеленых растениях, водорослях и многих бактериях, при котором вода и углекислый газ превращаются в кислород и продукты питания при помощи энергии солнечного света) или хемосинтеза (процесс преобразования неорганических соединений в питательные органические вещества за счет энергии химических реакций). Эти органические вещества используются продуцентами как источник энергии и как строительный материал для клеток и тканей организма.

Консументы подразделяются на: фитофаги – 1-го порядка, питающиеся исключительно живыми растениями; хищники (плотоядные) –2-го порядка, которые питаются исключительно фитофагами, 3-го порядка, питающиеся только плотоядными животными; эврифаги, которые могут поедать как растительную, так и животную пищу.

Редуценты подразделяются на: детритофаги – напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. и деструкторы – разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения (процесс гниения и разложения).

Понятие биосферы возникло более ста лет назад. Австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин. В 1926 году были опубликованы лекции В.И. Вернадского, который определял термином те слои земной коры, которые подвергались в течение всей геологической истории влиянию живых организмов, и впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии.

Нижний предел жизни на Земле (3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится ниже, защищено озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти только микроорганизмы, наибольшая концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают способностью к размножению и распространению по планете.

Совокупная биомасса Земли составляет около 0,01% массы всей биосферы. 97 % из этого количества занимают растения, 3% – животные. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

Выделяют несколько уровней организации живой материи:

· Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.

· Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.

· Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.

· Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.

· Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

· Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической частей.

Абиотическая часть представлена:

1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства;

2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни;

3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов . Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы

В основе биогенной миграции в биосфере лежат два биохимических принципа :

¨ стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

¨ обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера. Один из вариантов границ биосферы приведен на рис. 6.5.

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе, как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В. И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы ¾ он состоит из тех же элементов, что и неживая природа (рис. 6.3), только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное (рис. 6.4).

Рис. 6.3. Участие различных химических элементов атмосферы, гидросферы и литосферы
в построении живого вещества (относительные числа атомов) (по В. Лархеру, 1978).
Выделены самые распространенные элементы

Рис. 6.4. Структурные формулы некоторых органических соединений
живой клетки

Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли.

По подсчетам ученых его масса составляет 2420 млрд т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли ¾ атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду ¾ в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.

«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспособляемости организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В. И. Вернадский считает, что этот захват продолжается.

На рис. 6.5 наглядно показаны границы биосферы ¾ от высот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает до 12 тыс. атм. Это стало возможным потому, что пределы толерантности температур у различных организмов практически от абсолютного нуля до плюс 180 °С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов ¾ от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможности к распространению.

Рис. 6.5. Распределение живых организмов в биосфере:

1 ¾ озоновый слой; 2 ¾ граница снегов; 3 ¾ почва; 4 ¾ животные, обитающие в пещерах;
5 ¾ бактерии в нефтяных водах (высота и глубина даны в метрах)

Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их местообитание, существует биогенный ток атомов. Этот ток не смог бы иметь место, во всяком случае в наземных условиях, если бы не было почв.

Почвы ¾ важнейший компонент биосферы, оказывающий, наряду с Мировым океаном, решающее влияние на всю глобальную экосистему в целом. Именно почвы обеспечивают питание биогенными веществами растения, которые кормят весь мир гетеротрофов. Почвы на Земле разнообразные и их плодородие тоже разное.

Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и рельефа местности. Наиболее богаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро, а минерализация идет медленно. Наименее богаты гумусом лесные почвы, где минерализация по скорости опережает гумификацию.

Выделяют по различным признакам множество типов почв. Под типом почв понимается большая группа почв, формирующаяся и в однородных условиях, характеризующаяся определенным почвенным профилем и направленностью почвообразования.

Поскольку важнейшим почвообразующим фактором является климат, то, в значительной мере, генетические типы почв совпадают с географической зональностью: арктические и тундровые почвы, подзолистые почвы, черноземы, каштановые , серо-бурые почвы и сероземы, красноземы и желтоземы . Распространение основных типов почв на земном шаре показано на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Схематическая карта зональных типов почв мира:

1 ¾ тундра; 2 ¾ подзолы; 3 ¾ серо-бурые подзолистые почвы, бурые лесные почвы и т. д.;
4 ¾ латеритные почвы; 5 ¾ почвы прерий и деградированные черноземы; 6 ¾ черноземы;
7 ¾ каштановые и бурые почвы; 8 ¾ сероземы и пустынные почвы;
9 ¾ почвы гор и горных долин (комплекс); 10 ¾ ледяной покров

Время формирования почв зависит от интенсивности гумификации. Скорость накопления гумуса в почвах можно определить в единицах, измеряющих мощность (толщину) гумусового слоя по отношению к времени их формирования, например, в мм/год. Такие цифры приводятся в табл. 6.4.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Экология: электронный учебник. Учебник для ВУЗов

На сайте сайт читайте: "экология: электронный учебник. учебник для вузов"

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Предмет и задачи экологии
Наиболее распространенным определением экологии как научной дисциплины является следующее:экология ¾ наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимоотношени

Краткий обзор истории развития экологии
В истории развития экологии можно выделить три основных этапа. Первый этап ¾ зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. ХIХ в.). На этом этапе накапливались дан

Значение экологического образования
Экологическое образование не только дает научные знания из области экологии, но и является важным звеном экологического воспитания будущих специалистов. Это предполагает привитие им высокой экологи

Главные уровни организации жизни и экология
Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (биоценоз) ¾ главные уровни организации жизни. Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем. В ее основе, к

Организм как живая целостная система
Организм ¾ любое живое существо. Он отличается от неживой природы определенной совокупностью свойств, присущих только живой материи: клеточная организация; обмен веществ по ведущей роли белк

Общая характеристика биоты Земли
В настоящее время на Земле насчитывается более 2,2 млн видов организмов. Систематика их все более усложняется, хотя основной ее скелет остается почти неизменным со времени ее создания выдающимся шв

Высшие таксоны ситематики империи клеточных организмов
Оказалось, что на Земле существуют две большие группы организмов, различия между которыми намного более глубоки, чем между

О среде обитания и экологических факторах
Среда обитания организма ¾ это совокупность абиотических и биотических уровней его жизни. Свойства среды постоянно меняются и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменения

Об адаптациях организмов к среде обитания
Адаптация (лат. приспособление) ¾ приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов. Адапт

Лимитирующие экологические факторы
Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине ХIХ в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в ми

Влияние температуры на организмы
Температура ¾ важнейший из ограничивающих (лимитирующих) факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная летальные те

Свет и его роль в жизни организмов
Свет ¾ это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе, обеспечивая создание органических соединений из неорганических растительностью Земл

Вода в жизни организмов
Вода физиологически необходима любой протоплазме и с экологической точки зрения является лимитирующим фактором как в наземных, так и в водных местообитаниях, если там ее количество подвержен

Совместное действие температуры и влажности
Температура и влажность, действуя в непрерывном единстве, определяют «качество» климата: высокая влажность в течение года сглаживает сезонные колебания температур ¾ это морской климат, высок

Водная среда
Здесь основные экологические факторы ¾ течения и волнения в реках, морях, океанах, действующие практически постоянно. Они могут косвенно вл

Физические факторы воздушной среды
К этим факторам относятся движение воздушных масс и атмосферное давление. Движение воздушных масс может быть в виде их пассивного перемещения конвективной приро

Химические факторы воздушной среды
Химический состав атмосферы весьма однороден: азота 78,8, кислорода ¾ 21, аргона ¾ 0,9, углекислого газа ¾ 0,03% по объему. По современным данным, концентрации диокосида углеро

Биогенные вещества как экологические факторы
Биогенные соли и элементы, как это показал еще Ю. Либих в XIX в., являются лимитирующими факторами и ресурсами среды для организмов. Одни из элементов требуются организмам в относительно больших ко

Биогенные макроэлементы
Первостепенное значение среди них имеют фосфор и азот в доступной для организмов форме. Фосфор ¾ это важнейший и необходимый элемент протоплазмы, а азот входит во все белковые

Биогенные микроэлементы
Входят в состав ферментов и нередко бывают лимитирующими факторами. Для растений в первую очередь необходимы: железо, марганец, медь, цинк, бор, кремний, молибден, хлор, ванадий и кобальт. Если в э

Эдафические экологические факторы в жизни растений и почвенной биоты
Эдафические (от греч. edaphos ¾ почва) факторы¾ почвенные условия произрастания растений. Делятся на: химические ¾ реа

Состав и структура почв
Почва ¾ особое естественно-историческое образование, возникшее в результате изменения поверхностного слоя литосферы совместным воздействием воды, воздуха и живых организмов. Порода, из котор

Строение почв в вертикальном разрезе
Почвообразование происходит сверху вниз, с постепенным затуханием интенсивности процесса. В умеренной зоне он затухает на глубинах 1,5-2,0 м. Этой величиной и определяется мощность (толщина) почв в

Важнейшие экологические факторы почв
Эти факторы можно разделить на физические и химические. К физическим относятся влажность, температура, структура и пористость. Влажность, а точнее

Экологические индикаторы
Организмы, по которым можно определить тот тип физической среды, где он рос и развивался, являются индикаторами среды. Например, таковыми могут быть галофиты. Адаптируясь к

Естественные геофизические поля как экологические факторы
В земных условиях на организмы, в том числе и на человека, действуют естественные геофизические поля такие, как магнитное, гравитационное, температурное, электромагнитное и радиоактивное. Свойства

Ресурсы живых существ как экологические факторы
«Ресурсы живых существ¾ это по преимуществу вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в процессы их жизнедеятельности, а также места, г

Экологическое значение незаменимых ресурсов
В результате морфологических и физиологических адаптаций возникает некое соответствие между организмом и средой, но оно еще не гарантирует выживание организма в этой среде, если он не сможет найти

Экологическое значение пищевых ресурсов
Пищевые ресурсы¾ это сами организмы. Автотрофные (фото- и хемосинтезирующие) организмы становятся ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где каждый пре

Ограждение пищевых ресурсов
Потребителю (хищнику) необходимо отыскать, изловить, умертвить и съесть добычу. Но это сделать нелегко, так как пищевые ресурсы нередко ограждены от потребителя. Любой организм стремится о

Пространство как ресурс
Растения и животные конкурируют в занимаемом ими пространстве прежде всего за ресурсы, а не за некую площадь, где они могут размножаться. Пространство может стать и лимитирующим ресурсом

Вступление
«Популяция ¾ любая, способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупност

Статические показатели популяций
Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. К статическим показателям популяций относятся их численность, плотность и показатели стр

Динамические показатели популяций
Показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал) времени. Основными динамическими показателями (характеристиками) популяций являются рож

Продолжительность жизни вида
Продолжительность жизни вида зависит от условий (факторов) жизни. Различают физиологическую и максимальную продолжительность жизни. Физиологическая продолжительность жизни

Динамика численности популяций
Еще в ХVII в. заметили, что численность популяций растет по закону геометрической прогрессии, а уже в конце ХVIII в. Томас Мальтус (1766-1834) выдвинул свою известную теорию о росте народона

Регуляция плотности популяции
Логистическая модель роста популяции предполагает наличие некой равновесной (асимптотической) численности и плотности. В этом случае рождаемость и смертность должны быть равны, т. е., если b

Экологические стратегии выживания
Экологическая стратегия выживания ¾ стремление организмов к выживанию. Экологических стратегий выживания множество. Например, еще в 30-х гг. А. Г. Роменский (1938) среди растений, различал т

Вступление
Когда речь идет об экосистемах, под биотическим сообществом понимается биоценоз, поскольку сообщество представляет собой население биотопа, а биотоп ¾ это место жизни би

Видовая структура сообществ и способы ее оценки
Для существования сообщества важна не только величина численности организмов, но еще важнее видовое разнообразие, которое является основой биологического разнообразия в живой природе. Согласно конв

Пространственная структура сообществ
Виды в биоценозе образуют и определенную пространственную стуктуру, особенно в его растительной части ¾ фитоценозе. Прежде всего четко определяется вертикальное я

Экологическая ниша и взаимоотношения организмов в сообществе
Экологическая ниша ¾ место вида в природе, преимущественно в биоценозе, включающее как положение его в пространстве, так и функциональную его роль в сообществе, отношение к

Концепция, масштабы и трофическая 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 с

Продуцирование и разложение в природе
Фотосинтезирующие организмы, и лишь отчасти хемосинтезирующие, создают органические вещества на Земле ¾ продукцию¾ в количестве 100 млрд т/г и примерно такое же колич

Гомеостаз экосистемы
Гомеостаз ¾ способность биологических систем ¾ организма, популяции и экосистем ¾ противостоять изменениям и сохранять равновесие. Исходя из кибернетической природы экосистем &

Энергетические потоки
Вся жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет ¾ единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает проц

Принцип биологического накопления
В круговорот веществ в экосистеме часто добавляются вещества, попадающие сюда извне. Эти вещества концентрируются в трофических цепях и накапливаются в них, т. е. происходит их биологическо

Уровни производства органического вещества
Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется

Экологические пирамиды
Функциональные взаимосвязи, т. е. трофическую структуру, можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уров

Цикличность
Суточная, сезонная и многолетняя периодичность внешних условий и проявление внутренних (эндогенных) ритмов организмов, флуктуации популяций достаточно синхронно отражаются в цикличности

Экологическая сукцессия
Ю. Одум (1986) под экологической сукцессией понимает вообще весь процесс развития экосистемы. Более конкретное определение дает этому явлению Н. Ф. Реймерс (1990): «Сукцессия&frac3

Сукцессионные процессы и климакс
Первые переселенцы, которые приживаются на новом участке, ¾ это организмы, толерантные к абиотическим условиям нового для них местообитания. Не встречая особого сопротивления среды они чрезв

Системный подход и моделирование в экологии
Системный подход в экологии обусловил формирование целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью ¾ системной экологией. Системный подход¾ это направ

Место биосферы среди оболочек Земли
Биосфера («сфера жизни») ¾ сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основ

Соотношение горных пород земной коры
Земная кора ¾ важнейший ресурс для человечества. Она содержит горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, горючие сла

Распределение вод на Земле
Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на Земле равен 28

Состав атмосферы
Атмосфера физически, химически и механически воздействует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги. Погода и кли

Круговорот веществ в природе
Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический). Большой круговорот веществ в природе (геологический). Геологический кругов

Биогеохимические циклы наиболее важных для жизни организмов биогенных веществ
Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых, в основном, состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера. Биогеохимические циклы у

Ландшафты и экосистемы
Классификации природных экосистем биосферы базируются на ландшафтном подходе, так как экосистемы ¾ неотъемлемая часть природных географических ландшафтов, образующих географическую (ландш

Типы морских экосистем
Открытый океан (пелагическая). Воды континентального шельфа (прибрежные воды). Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством). Эстуарии (прибрежные бу

Наземные биомы (экосистемы)
Стабильная экосистема характеризуется равновесным состоянием взаимосвязей между живыми организмами и окружающей физической средой. Всеобщий гомеостаз такой системы позволяет ей противостоять внешне

Особенности и факторы пресноводных местообитаний
Пресные воды на поверхности континентов образуют реки, озера, болота. Человек для своих нужд создает искусственные пруды и крупные водохранилища. Значит, пресные воды могут находиться в текучем

Характеристика пресноводных экосистем
Лентические экосистемы в литоральной зоне содержат два типа продуцентов: укрепившиеся в дне цветковые растения и плавающие зеленые растения ¾ водоросли, некоторые выс

Особенности и факторы морской среды
Морская среда занимает более 70% поверхности земного шара. В отличие от суши и пресных вод ¾ она непрерывна. Глубина океана огромна (см. рис. 7.10). Жизнь в океане ¾ во

Характеристика морских экосистем
Область континентального шельфа, неритическая область, если ее площадь ограничить глубиной до 200 м, составляет около восьми процентов площади океана (29 млн км2) и явля

Функциональная целостность биосферы
Целостность любой сложной системы, например, организма, популяции, биотических сообществ, есть обобщенная характеристика этой системы или объекта (см. главу 5). Закон целостности

Основы учения В. И. Вернадского о биосфере
По современным представлениям, биосфера¾ это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном

Эволюция биосферы и ее основных составляющих (по Ф. Рамаду, 1981)
Параллельно развивались и гетеротрофы и, прежде всего ¾ животные. Главными датами их развития являются выход на сушу

Эволюция биосферы и ее биоразнообразие
В относительно короткие промежутки развития экосистем (сукцессий), и в долговременной эволюции таких экосистем, как биосфера, на протекающие в них процессы оказывают влияние: 1) аллогенн

Биотическая регуляция окружающей среды
Эволюция биосферы свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу ¾ природном или антропогенном ¾ ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. От

Вступление
Человек ¾ высшая ступень развития живых организмов на Земле. Он, по И. Т. Фролову (1985), «субъект общественно-исторического процесса, развития материальной и духовной культ

Эволюционные особенности вида
Человек ¾ это составная часть живого и не может существовать в естественных условиях вне биосферы и живого вещества определенного эволюционного типа. Семейство гоминид

Наследственность человека
Созданная в процессе становления вида Homo sapiens генетическая программа определяет его как биологический вид. Она записана в молекулах ДНК, достаточно консервативна и «представляет собой самый

Искусственная среда и эволюция человека
Человек сам создатель и регулятор развития городских (урбанистических) систем. Характер и интенсивность его хозяйственной деятельности и способность поддерживать качество окружающей среды в конечно

Человечество как популяционная система
Популяция человека, т. е. популяция особого вида ¾ Homo sapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявлений значительно отличаются вследствие де

Рост численности населения
Рост численности населения Земли подчиняется экспоненциальному закону, при этом прирост не постоянный, а в последние десятилетия шел с нарастающим итогом. Исходя из этого, экологи расценивают после

Общие представления
В самом общем виде, применительно к человеку: «Ресурсы¾ это нечто, извлекаемое из природной среды для удовлетворения своих потребностей и желаний» (Миллер, 1993, Т. 1).

О фундаментальных типах экосистем
Человек, в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде, начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он перестал быть «рядовым» консу

Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)
Главная цель создаваемых сельхозсистем ¾ рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека ¾ источники пи

О процессах урбанизации
Урбанизация ¾ это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества. Рост численности насе

Урбанистические системы
Урбанистическая система (урбосистема) ¾ «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем» (Реймерс,1990

Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека
Изначально Homo Sapiens жил в окружающей природной среде, как и все консументы экосистемы, и был практически незащищен от действия ее лимитирующих экологических факторов. Первобытный человек был по

Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека
Чтобы бороться с действием естественных факторов регуляции экосистемы, человеку пришлось использовать природные ресурсы, в том числе и невосполнимые, и создать искусственную среду для своего выжива

Гигиена и здоровье человека
Сохранение здоровья или возникновение болезни ¾ это результат сложных взаимодействий внутренних биосистем организма и внешних факторов окружающей среды. Познание этих сложных взаимодействий

Общие положения
Биосфера, весьма динамичная планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно изменялась под воздействием различных природных процессов. В результате длительной эволюци

Вступление
Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности &fra

Загрязнение атмосферного воздуха
Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние ра

Выброс в атмосферу главных загрязнителей (поллютантов) в мире и в России
Кроме указанных в таблице главных загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опасных токсичных веществ: свинец,

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котел

Экологические последствия загрязнения атмосферы
Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами ¾ от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепен

Токсичность загрязнения воздуха для растений (Бондаренко, 1985)
Особенно опасен для растений диоксид серы (SO2), под воздействием которого гибнут многие деревья, и в первую оче

Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы
К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся: 1) возможное потепление климата («парниковый эффект»); 2) нарушение озонового слоя; 3)

Нарушение озонового слоя
Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном

Кислотные дожди
Одна из важнейших экологических проблем, с которой связывают окисление природной среды, ¾ кислотные дожди. Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы

Вступление
Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огромное многостороннее воздейст

Загрязнение гидросферы
Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Загрязнение вод проявляется в и

Главные загрязнители воды
Основные виды загрязнения. Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение вод. Значител

Приоритетные загрязнители водных экосистем по отраслям промышленности
Следует заметить, что в настоящее время объем сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не умен

Экологические последствия загрязнения гидросферы
Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека. Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием

Истощение подземных и поверхностных вод
Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверх

Вступление
Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, с каждым годом подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию. В эпоху бурного

Деградация почв (земель)
Деградацияпочвы ¾ это постепенное ухудшение ее свойств, которое сопровождается уменьшением содержания гумуса и снижением плодородия. Почва ¾ один из важнейши

Эрозия почв (земель)
Эрозия почв (от лат. erosio ¾ разъедание) ¾ разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потокам

Загрязнение почв
Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений ¾ токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов. При этом теря

Вторичное засоление и заболачивание почв
В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых з

Опустынивание
Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание. По Б. Г. Розанову (1984), опустынивание ¾ это процесс необратимог

Отчуждение земель
Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов, поселков, для прокладки линейн

Горные породы
В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры, в той или иной степени претерпевают сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, осушен

Массивы горных пород
Массивы горных пород и, в первую очередь, их поверхностные толщи, в ходе инженерно-хозяйственного освоения, подвергаются мощному антропогенному воздействию. Возникают (или усиливаются) так

Воздействия на недра
Недрами называют верхнюю часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых. Экологические и некоторые другие функции недр как природного объекта до

Вступление
В современных условиях возросшего антропогенного воздействия идет интенсивная трансформация и изменение не только абиотических составляющих биосферы ¾ гидросферы, атмосферы, верхней части ли

Значение леса в природе и жизни человека
Среди биотических сообществ главенствующее значение в природе и в жизни человека имеют леса. Россия богата лесом. Общая лесопокрытая площадь в стране составляет 1,2 млрд га, или 75% от пло

Антропогенные воздействия на леса и другие растительные сообщества
Для характеристики нынешнего состояния растительного покрова и в первую очередь лесных экосистем все чаще используется термин ¾ деградация. Леса раньше других компонентов природной

Экологические последствия воздействия человека на растительный мир
Потребительское, а нередко и хищническое отношение человека к растительным сообществам проявилось еще на начальном этапе развития земледелия и скотоводства. В последующем, особенно с началом бурног

Относительная чувствительность растений к воздействию загрязнения воздуха
Примечание: У ¾ устойчивые, Ч ¾ чувствительные, П ¾ промежуточной чувствительности. &n

Исчезновение видов высших растений под воздействием человека за последние 200 лет
В настоящее время в России более тысячи видов находятся на грани исчезновения и нуждаются в срочной охране. Из флоры России

Значение животного мира в биосфере
Животный мир¾ это совокупность всех видов и особей диких животных (млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, земноводных, рыб, а также насекомых, моллюсков и других беспозвоночны

Воздействие человека на животных и причины их вымирания
Несмотря на огромную ценность животного мира, овладев огнем и оружием, человек еще в ранние периоды своей истории начал истреблять животных, а сейчас, вооружившись современной техникой, развил на н

Загрязнение среды отходами производства и потребления
Одной из наиболее острых экологических проблем в настоящее время является загрязнение окружающей природной среды отходами производства и потребления и в первую очередь опасными отходами. Ско

Шумовое воздействие
Шумовое воздействие ¾ одна из форм вредного физического воздействия на окружающую природную среду. Загрязнение среды шумом возникает в результате недопустимого превыш

Биологическое загрязнение
Под биологическим загрязнением понимают привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия нехарактерных для них видов живых организмов (бактерий, вирусов и др.), уху

Воздействие электромагнитных полей и излучений
Законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002 г.) предусмотрены меры по предупреждению и устранению вредных физических воздействий, включая электромагнитные и магнитные поля.

Загрязнение от ракетно-космической деятельности
Эксплуатация ракетно-космической техники связана с глобальным воздействием на природные экосистемы Земли и околоземное космическое пространство. В Законе РФ «О космической деятельности» принцип без

Вступление
Экстремальные разрушительные воздействия на природную окружающую среду могут иметь антропогенный (военные действия, аварии, катастрофы) и природный характер (стихийные бедствия).

Воздействие оружия массового уничтожения
Любые военные действия наносят окружающей природной среде весьма ощутимый ущерб, особенно, если они ведутся на большой территории в течение длительного времени. Однако и при кратковременных военных

Воздействие техногенных экологических катастроф
Техногенная экологическая катастрофа ¾ это авария технического устройства (атомной электростанции, танкера и т. д.), которая приводит к остронеблагоприятным изменениям в окружающей природной

Стихийные бедствия
К стихийным бедствиям относят явления природы, которые создают катастрофические экологические ситуации и, как правило, сопровождаются огромными людскими и материальными потерями.

Стихийные бедствия эндогенного характера
Землетрясения ¾ одно из наиболее грозных проявлений внутренней энергии Земли. Внезапные сейсмические толчки и колебания земной поверхности могут быть весьма значительными и иметь катастрофич

Стихийные бедствия экзогенного характера
Среди стихийных бедствий экзогенного характера наиболее опасны наводнения, тропические штормы, засуха, оползни, обвалы и сели. Наводнения ¾ временное затопление зна

Основные формы взаимодействия природы и общества
В истории формирования природоохранной деятельности можно выделить следующие основные формы взаимодействия природы и общества: видовая и заповедная охрана природы ¾ поресурсная охрана &frac3

Важнейшие природоохранные принципы и объекты охраны окружающей среды
Всеобщие взаимосвязи и взаимозависимости, объективно существующие как в самой природе, так и при взаимодействии с обществом, определяют основные принципы охраны окружающей природной среды и рациона

Экологический кризис и пути выхода из него
Экологический кризис ¾ это такая стадия взаимодействия между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией, а возможности

Принципиальные направления инженерной экологической защиты
Основные направления инженерной экологической защиты от загрязнения и других видов антроогенных воздействий ¾ внедрение ресурсосберегающей, безотходной и малоотходной технологии, биотехнолог

Малоотходная и безотходная технологии и их роль в защите среды обитания
Принципиально новый подход к развитию всего промышленного и сельскохозяйственного производства ¾ создание малоотходной и безотходной технологии. Понятие безотходной технологии, в со

Биотехнология в охране окружающей среды
В последние годы в экологической науке все больший интерес проявляется к биотехнологическим процессам, основанным на создании необходимых для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроо

Нормирование качества окружающей среды
Под качеством окружающей среды понимают степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям. В основу всех природоохранных мероприятий положен принцип н

Защита атмосферы
Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами используют следующие меры: ¨ экологизацию технологических процессов;

Поверхностная гидросфера
Поверхностные воды охраняют от засорения, загрязнения и истощения. Для предупреждения засорения принимают меры, исключающие попадание в поверхностные водоемы и реки строительного мусора, твердых от

Подземная гидросфера
Основные мероприятия по защите подземных вод, проводимые в настоящее время, заключаются в предотвращении истощения запасов подземных вод и защите их от загрязнения. Как и для поверхностных вод, это

Защита почв (земель)
Защита почв от прогрессирующей деградации и необоснованных потерь ¾ наиболее острые экологические проблемы в земледелии, которые еще далеки от своего решения. В число основных звень

Охрана и рациональное использование недр
Недра подлежат обязательной охране от истощения запасов полезных ископаемых и загрязнения. Необходимо также предупреждать вредное воздействие недр на окружающую природную среду при их освоении.

Рекультивация нарушенных территорий
Рекультивация ¾ комплекс работ, проводимых с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земельных участков в безопасное состояние. Нарушение тер

Защита массивов горных пород
Стратегическая линия защиты и рационального использования оползневых, селевых, закарстованных и других массивов горных пород может быть представлена следующим образом: ¨ не фетишизиров

Защита растительного мира
Для сохранения численности и популяционно-видового состава растений осуществляется комплекс природоохранных мер, в число которых входят: ¨ борьба с лесными пожарами; ¨ защ

Охрана животного мира
Действие «Закона о животном мире» (1995) распространяется на регулирование, охрану и использование диких животных, т. е. животных, находящихся в состоянии естественной свободы. Охрана и испо

Красная книга
Красная книга содержит сведения о редких, исчезающих или находящихся под угрозой исчезновения видов растений и животных, с целью введения режима их особой охраны и воспроизводства.

Особо охраняемые природные территории
К наиболее эффективным формам охраны биотических сообществ, а также всех природных экосистем следует отнести государственную систему особо охраняемых природных территорий. Особо ох

Защита от отходов производства и потребления
В данном разделе используются следующие основные понятия: Утилизация (от лат. utilis ¾ полезный) отходов ¾ извлечение из них и хозяйственное использовани

Защита от шумового воздействия
Как и все другие виды антропогенных воздействий, проблема загрязнения среды шумом имеет международный характер. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), учитывая глобальный характер шумо

Защита от электромагнитных полей и излучений
Защита от электромагнитных полей и излучений в нашей стране регламентируется Законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002 г.), а также рядом нормативных документов («Временные санитарные но

Защита от негативного биологического воздействия
Предупреждение, своевременное выявление, локализация и устранение биологического загрязнения достигается комплексными мерами, связанными с противоэпидемической защитой насел

Экологичное энергопотребление
По оценке отечественных и зарубежных специалистов, одним из основных направлений улучшения экологической обстановки в мире и сохранения здоровья населения является снижение уровня потребления приро

Основные направления экологичного энергопотребления
Введение новых российских теплотехнических требований поставило перед проектировщиками и строителями ряд сложных задач, требующих безотлагательного их решения. Главным направлением экологичного эне

Следует отметить, что в России на душу населения производится теплоизоляционных материалов в несколько раз меньше, чем в др

Энергосберегающие заглубленные здания
Значительное сбережение энергоресурсов в жилищно-строительной сфере может быть достигнуто и с помощью строительства заглубленных жилых зданий, которые принято называть энергосберегающими

Концепция энергосберегающего экодома
Экодомом называют автономный малоэтажный дом, в котором в максимально возможной степени используются природные процессы для обеспечения его жизнедеятельности, включая энергообеспеч

Понятие устойчивого развития включает в себя как обязательный компонент постепенный переход от энергетики, основанной на сжигании органического топлива (нефть, уголь, газ и др.), к нетрадиционной (

Ресурсосбережение в строительстве
Использование техногенного сырья ¾ мощный экологический ресурс В условиях нарастающей экологической напряженности в мире проблема рационального использования и эффе

Экологическая безопасность техногенного сырья
Одним из важнейших критериев пригодности техногенного сырья для производства строительных материалов и для других целей является токсичность и радиоактивность, т. е. степень его

Экологическое законодательство Российской Федерации
Источниками экологического права являются следующие правовые документы: 1) Конституция; 2) Законы и кодексы в области охраны природы; 3) Указы и распоряжения Президента п

Государственные органы управления в области охраны окружающей среды
Государственные органы управления, контроля и надзора в области охраны окружающей среды подразделяются на две категории: органы общей и специальной компетенции. К государственным органам

Экологическая стандартизация, сертификация и паспортизация
Общие положения экологического законодательства России конкретизируются в государственных стандартах (ГОСТ), которые так же как постановления, инструкции и решения относятся к подзаконным пр

Экологическая экспертиза и овос
Правовой механизм управления природопользованием и охраной окружающей среды включает в себя и такую важную форму предупредительного экологического контроля, как экспертизу. Различа

Экологический риск и зоны повышенного экологического риска
Экологический риск ¾ это оценка на всех уровнях ¾ от точечного до глобального, вероятности появления негативных изменений в окружающей среде, вызванных антропогенной

Зоны чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия в России
В ближнем зарубежье наиболее опасной экологической зоной являются Арал и Приаралье. Всего на терри

Экологический мониторинг
Под мониторингом (от лат. «монитор» ¾ напоминающий, надзирающий) понимают систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Основной принцип мониторинга &fra

Экологический контроль
Экологический контроль (контроль в области охраны окружающей среды) ¾ это система мер, направленная на предотвращение, выявление и пресечение нарушения законодательства в об

Экологические права граждан. общественные экологические движения
Под экологическими правами понимают закрепленные в законодательстве права гражданина, которые обеспечивают удовлетворение его разнообразных потребностей при взаимодействии с природ

Экологические обязанности граждан
Пользуясь экологическими правами, каждый гражданин должен выполнять и определенные ответные обязанности в сфере экологических интересов общества и государства. Он должен быть готовым к активному ли

Юридическая ответственность за экологические правонарушения
Юридическая ответственность за экологические правонарушения является одной из форм государственного принуждения; ее задача ¾ обеспечить реализацию экологических интересов в принудительном по

Методы экономического регулирования
Одним из направлений, по которому Россия должна выходить из экологического кризиса, является развитие и совершенствование экономического природоохранного механизма. До недавнего времени в

Эколого-экономический учет природных ресурсов и загрязнителей
Экономические, экологические и некоторые другие показатели природных ресурсов обычно обобщают в виде кадастров. Кадастр (франц. cadastre) ¾ систематизиро

Лицензии, договора и лимиты на природопользование
Порядок пользования природной средой и природными ресурсами основывается на принципах охраны природной среды и неистощимости использования природных ресурсов, создания нормальных экологических и эк

Новые механизмы финансирования природоохранных мероприятий
Финансирование затрат на восстановление и охрану окружающей среды осуществляется за счет бюджетных и внебюджетных средств. Государственное (бюджетное) финансирование напра

Экономическое стимулирование в области охраны окружающей среды
Одним из эффективных способов решения проблем охраны окружающей среды является экономическое стимулирование природоохранной деятельности. Государство оказывает поддержку любой предпринимат

Понятие о концепции устойчивого эколого-экономического развития
Концепция устойчивого развития вошла в природоохранный лексикон после Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992). По первоначальному определению, устойчивое разв

Антропоцентризм и экоцентризм. Формирование нового экологического сознания
Одно из направлений, по которому Россия должна выходить из экологического кризиса, ¾ эколого-просветительное. Смысл этого направления заключается в развитии экологического о

Экологическое образование, воспитание и культура
Экологическое образование ¾ целенаправленно организованный, планомерно и систематически осуществляемый процесс овладения экологическими знаниями, умениями и навыками. Указом

Роль международных экологических отношений
Гармонизация международных экологических отношений ¾ один из основных путей выхода мирового сообщества из экологического кризиса. Общепризнано, что реализовать стратегию вых

Национальные и международные объекты охраны окружающей среды
Объекты охраны окружающей среды подразделяются на национальные (внутригосударственные) и международные (общемировые). К национальным (внутригосударственным) объектам относятс

Основные принципы международного экологического сотрудничества
Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды регулируется международным экологическим правом, в основе которого лежат общепризнанные принципы и нормы. Важнейший вклад в становлени

Участие России в международном экологическом сотрудничестве
Наша страна играет значительную роль в решении глобальных и региональных экологических проблем. Будучи правопреемником СССР, Российская Федерация взяла на себя договорные обязательства бывшего СССР

Лекция №2

Биосфера. Экосистемы: типы и составляющие.

1. Границы и структура биосферы.

2. Функции живого вещества.

3. Структура и типы экосистем.

4. Биотические компоненты экосистемы.

5. Взаимодействие видов в экосистемах.

1. По современным данным, масса Земли составляет 5,976 10 24 кг, объем – 1,08 1012 км3, площадь поверхности – 510,2 млн км 2 . Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены. Поэтому главной задачей человека является сохранение экологического баланса на планете.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли – биосфера.

Биосфера – оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности (преобразованная ими); глобальная экологическая система Земли. Она начала формироваться с появлением на Земле первых организмов. В Гренландии исследователями был найден образец горной породы с крошечным вкраплением углерода. Возраст образца болеез,8 млрд лет. Источником углерода, скорее всего, было какое-то органическое вещество – за такое время оно полностью утратило свою структуру. Ученые полагают, что этот комочек углерода может быть самым древним следом жизни на Земле.

Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 г. Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В.И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Как уже было сказано, биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 млн. видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессыи, как сказал В.И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Биосфера проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, т.е. населяет экосферу.

Экосфера – совокупность экосистем; свойства Земли как планеты, создающие условия для развития биологических систем. Пространственно включает в себя все слои атмосферы, гидросферу и часть литосферы, где возможна жизнь. Впервые предложил использовать термин Л. Кол (1958), также термин встречается в трудах Б. Коммонера (1973).

Законы экологии Б. Коммонера сформулированы в начале 70-х годов XX в.

Первый закон. Все связано со всем. Это закон об экосистемах и биосфере, обращающий внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе. Он призван предостеречь человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что модет привести к непредвиденным последствиям. (например, осушение болот приводит к обмелению рек).

Второй закон. Все должно куда-то деваться. Это закон о хозяйственной деятельности человека, отходы от которых неизбежны, и потому необходимо думать как об уменьшении их количества, так и о последующем их использовании.

Третий закон. Природа "знает" лучше. Это закон разумного, сознательного природопользования. Нельзя забывать, что человек - тоже биологический вид, что он - часть природы, а не ее властелин. Это означает, что нельзя пытаться покорить природу, а нужно сотрудничать с ней. Пока мы не имеем полной информации о механизмах и функциях природы, а без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее "улучшения".

Четвертый закон. Ничто не дается даром. Это закон рационального природопользования. "...Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения". Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением - за повышение урожая, санаториями и лекарствами - за ухудшение здоровья человека и т д.

В отличие от биосферы понятие экосферы включает в себя характеристику состояния окружающей среды, в которой находятся биологические системы, а также области, где могут находиться живые организмы (в том числе за пределами естественной среды обитания).

Границы биосферы:

■ верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов;

■ нижняя граница в литосфере: 3,5-7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами;

■ граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10- 11 км. Определяется дном Мирового океана, включая донные отложения.

Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Живое вещество составляет примерно 0,01% от всей массы биосферы, но благодаря высокой химической и геологической активности, именно оно является основой биосферы, состав которой определяется совокупной деятельностью живых организмов в настоящем и прошлом (табл. 2.1). Но это одна из самых могущественных геохимических сил Земли, поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик планеты.

Таблица 2.1

Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

Биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т.д.

Косное вещество – продукты, образующиеся без участия живых организмов. К ним относятся небиогенные минералы и горные породы, образовавшиеся в основном или глубже биосферы (вне области жизни) или в пределах биосферы на глубине нескольких километров без участия живого вещества. Примерами косного вещества являются изверженные горные породы. Мертвые (косные) небиогенные горные породы и минералы по массе во много раз превышают массу всего живого вещества (см. табл. 2.1).

Биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и др. Организмы в них играют ведущую роль.

Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

Вещество космического происхождения. Живое вещество неотделимо от биосферы. Оно является как функцией биосферы, так и одной из самой могущественной геологической силой на планете, выполняя различные функции.

2. Как указывает А.В. Лапо, классификация функций живого вещества выделяет десять основных функций.

1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, и рассеиванием. Энергетическая функция живого вещества нашла отражение в двух биогеохимических принципах, сформулированных В.И. Вернадским. В соответствии с первым из них геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению. Второй принцип гласит, что в процессе эволюции выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают геохимическую энергию.

2. Газовая функция проявляется в способности изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (органические остатки, известняки и т.п.) В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего двуокиси (С 02) в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03%. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.

3. Окислительно-восстановительная функция выражается в ускорении под влиянием живого вещества процессов окисления (при наличии кислорода) и восстановления (разложение органических веществ при дефиците кислорода). Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Черном море). Данный процесс в связи с деятельностью человека прогрессирует.

4. Концентрационная функция заключается в способности живых организмов концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, поглощаемые из среды. По некоторым металлам, например, по марганцу, концентрирование достигает 106. Результат концентрационной деятельности – залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т. п. Эту функцию живого вещества всесторонне изучает наука биоминералогия. Организмы-концентраторы используются для решения конкретных прикладных вопросов, например для обогащения руд интересующими человека химическими элементами или соединениями.

5. Противоположная по результатам рассеивающая функция проявляется через питательную и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов, смене покровов и т.д.

6. Деструктивная функция состоит в разрушении организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе после их смерти, как мертвого органического вещества, так и косных веществ. Механизм связан с круговоротом веществ.

7. Транспортная функция выражается в переносе вещества в результате активной формы движения. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.

8. Средообразующая функция заключается в способности живого вещества изменять химические параметры среды в более благоприятные для живых организмов условия обитания. Она направлена на обеспечение условий жизни всех ее членов, в том числе и человека; осуществляется посредством изменения газового состава атмосферы и химического состава гидросферы, образования почвы и осадочных пород, баланса веществ и энергии в биосфере, восстановления нарушенных человеком условий обитания и др.

9. Средорегулирующая функция – биотическая регуляция окружающей среды. Биота (любая пространственная совокупность живых организмов) способна с большой точностью и длительное время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды несмотря на сложность регулируемой системы. Например, биота океана регулирует и стабилизирует концентрацию оксида углерода (II) СО 2 в атмосфере. Механизм этой регуляции сводится к следующему. Атмосферная концентрация СО 2 находится в равновесии с его концентрацией в поверхностном слое океана. Биота океана, регулируя концентрацию в поверхностном слое океана, фактически стабилизирует концентрацию в атмосфере.

10. Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

Таким образом, структура и функции биосферы достаточно сложны. Но необходимо отметить главное: ни одна из составляющих биосферу оболочек не может развиваться изолированно от других. Любое качественное изменение одной из них адекватно сказывается на другой.

Всеобщий закон сбалансированности биосферы является основным принципом направленности в развитии всего органического и неорганического мира. Дисбаланс в этот процесс вносят не только (и не столько) любые естественные катастрофические изменения, происходящие на земле, но и хозяйственная деятельность человека, которая может быть не только соизмерима с катастрофическими развивающимися природными факторами, но даже превышать уровень их воздействия.

3. Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов (рис. 2.1), т.е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания:

Рис 2.1 Структура биологических систем в биосфере

(по И.А. Шилову, 1988)

Живой организм – это любая форма жизнедеятельности. В курсе школьной биологии чаще всего используется классификация, в которой выделяют четыре царства: бактерии, грибы, растения и животные. Более сложная классификация включает в себя дополнительно вирусы и простейшие органические соединения (гумус). Размеры растений варьируют от микроскопических одноклеточных плавающих растений, известных как фитопланктон, до самых больших из всех живых организмов – деревьев секвойя, произрастающих в западной части Северной Америки. Размеры животных могут изменяться от мельчайшего плавающего зоопланктона до 4-метрового африканского слона и 30-метрового голубого кита.

Бактерии не меют оформленного клеточного ядра, поэтому их объединяют в надцарство, называемое надцарством прокариотов. Растения, грибы и животные имеют оформленное клеочное ядро, по причине чего их также объединяют в одно надцарство, называемое надцарством эукариотов.

Популяция – группа организмов одного вида, проживающих на определенной территории. Примерами популяций являются все окуни в пруду, белки обыкновенные или дубы белые в лесах, население в отдельной стране или население Земли в целом. Популяции – это динамичные группы организмов, адаптирующиеся к изменениям условий окружающей среды путем изменения своих размеров, распределения возрастных групп (возрастной структуры), генетического состава.

Вид – совокупность популяций особей, представители которых фактически или потенциально скрещиваются друг с другом в естественных условиях. Подсчитано, что в мире существует от 3 до 30 млн видов живых организмов.

Каждый организм или популяция имеет свое местообитание (ареал): местность или тип местности, где они проживают. Совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения, называют биотой. Примерами являются все растения, животные, грибы, вирусы, произрастающие и проживающие в лесу, пруду, пустыне или в аквариуме.

Экосистема – взаимосвязь сообществ (биоценоз) с химическими и физическими факторами, создающими неживую окружающую среду (биотоп). Это вечно меняющаяся (динамичная) сеть биологических, химических и физических взаимодействий, которые поддерживают жизнеспособность сообществ и помогают им приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды. Примером может служить лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов.

Экосистема = Биотоп + Биоценоз

Масштабы или размеры экосистем в природе чрезвычайно разнообразны. Выделяют микроэкосистемы (лужа, ствол гниющего дерева, труп животного с населяющими его организмами, аквариум, пока в нем присутствуют живые организмы, способные осуществлять круговорот), мезоэкосистемы (лес, пруд и т.д.), макроэкосистемы (океан, континент и т.п.). Глобальная экосистема одна – это биосфера.Таким образом, более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга.

По мнению Ю. Одума (1986), выделяют три группы природных экосистем: наземные (биомы), пресноводные и морские (рис. 2.2).

Рис 2.2 Основные типы природных экосистем

В основе классификации лежат определенные признаки: для наземных – тип растительности, для пресноводных – физические свойства воды и др.

Как большие, так и малые экосистемы обычно не имеют четких границ. Переходная зона между двумя смежными экосистемами называется экотоном. Экотон включает в себя представителей видов растений, животных и деструкторов обеих смежных экосистем.

Неживые, или абиотические, компоненты экосистемы включают различные физические и химические факторы. К важным физическим факторам, как вы уже знаете, относятся солнечный свет, тень, испарения, ветер, температура и водные течения. Главными химическими факторами являются питательные элементы и их соединения в атмосфере, гидросфере и земной коре, необходимые в больших или малых количествах для существования, роста, размножения организмов.

4. Биотические компоненты экосистемы – основные типы организмов, которые формируют живые компоненты экосистемы. Прежде всего все организмы делятся по способу питания на автотрофов и гетеротрофов

1. Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, сине-зеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии и др. Это замечательные химические фабрики.

Используя энергию света, они из углекислого газа и воды синтезируют глюкозу, выделяя в качестве побочного продукта кислород. Окисляя часть глюкозы для получения дополнительной химической энергии из остальной глюкозы и извлекаемых из почвы биогенов, они образуют другие сложные органические молекулы и все ткани растений, за счет которых и растут.

Гетеротрофы в свою очередь в зависимости от источника готовых органических веществ делятся на:

■ сапрофиты (например, грибы, микроорганизмы), потребляющие мертвую органику,

Как видим, главное отличие гетеротрофов от автотрофов заключается в химической природе необходимых им питательных веществ. Отличается и сущность процессов их питания. Автотрофные организмы затрачивают энергию при преобразовании неорганических веществ в органические, гетеротрофы энергию при питании не затрачивают.

Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические (пищевые) взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганическую форму. Их принято подразделять на продуцентов, консументов иредуцентов. Это разделение базируется на преобладающем способе питания организмов.

Продуценты («самопитающиеся») производят пищу себе и снабжают питанием всех остальных – и консументов, и редуцентов; это наземные зеленые растения, производящие органические вещества из неорганических.

Консументы – потребители органических веществ. В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:

■ фитофаги (растительноядные) – это консументы первого порядка, питающиеся исключительно живыми растениями (либо целиком, либо их отдельными органами). Например, птицы едят семена, почки и листву. Олени и зайцы питаются ветками и листьями. Кузнечики и многие другие виды насекомых потребляют все части растений;

■ хищники (плотоядные) – это консументы второго порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы третьего порядка, питающиеся только плотоядными животными. Пауки и птицы, поедающие хищных насекомых, и тунец, питающийся сельдью, являются вторичными консументами. Ястреб или сокол, охотящиеся на змей и горностаев, а также акула, питающаяся другими рыбами, относятся к третичным консументам;

■ эврифаги (всеядные),которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.

Редуценты (восстановители) возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (СО 2 , NО 2 , Н 2 О). Возвращая в почву или водную среду биогенные элементы, они тем самым завершают биохимический круговорот. Существует два основных класса редуцентов: детритофаги и деструкторы.

Детритофаги напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. К ним можно отнести, например, крабов, шакалов, термитов, дождевых, червей, многоножек, муравьев и грифов.

Большая часть мертвой материи в экосистеме, особенно мертвые древесные породы и листья, проходят стадии разложения и гниения, в результате чего сложные органические молекулы делятся на более простые неорганические соединения. Этот процесс, также входящий в пищевую цепь, производится отдельным типом редуцентов – деструкторами. К деструкторам относятся два типа организмов – грибы и микроскопические одноклеточные бактерии. В свою очередь, грибы и бактерии являются важным источником питания для таких живых организмов, как черви и насекомые, обитающие в почве и воде. Редуценты являются завершающим звеном в круговороте веществ.

5. Экологическая ниша – это комплекс всех физических, химических и биологических факторов среды, которые необходимы тому или иному биологическому виду, для жизни, роста и размножения в данной экосистеме. Понятие ниши включает в себя и роль организма в экосистеме. Известная аналогия утверждает, что местообитание организма – это его «адрес» в экосистеме, тогда как экологическая ниша – его «род занятий» и «стиль жизни».

Знание экологической ниши позволяет ответить на вопросы, как, где и чем питается вид, чьей добычей он является, каким образом и где он отдыхает и размножается.

Пока экосистема обладает достаточным количеством ресурсов общего пользования, разные виды потребляют их сообща. Однако если два или более видов в одной экосистеме начнут потреблять один и тот же дефицитный ресурс, они окажутся в отношениях межвидовой конкуренции. Их экологические ниши, по крайней мере частично, пересекаются. Дефицитными ресурсами могут оказаться пища, вода, углекислый газ, солнечный свет, почвенные питательные вещества, жизненное Пространство, места укрытия или любой другой жизненно важный фактор среды. Пример межвидовой конкуренции – борьба серых и черных крыс, в результате которой серые крысы вытеснили с большей территории черных, так как они лучше приспособлены к существованию.

Внутривидовые взаимодействия означают объединение животных одного вида в группы по две или более особей. Внутривидовая конкуренция проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих; гнездовий и известную площадь в округе. Таковы взаимодействия многих птиц и рыб.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Два живущих рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно.

Нейтрализм – оба вида независимы и не оказывают никакого воздействия друг на друга. В этом случае виды не связаны непосредственно друг с другом и даже не контактируют между собой. Например, совы и лисы, змеи и тигры.

Аменсализм – это такие биотические отношения, при которых происходит торможение роста одного вида (аменсала) продуктами выделения другого. Лучше всего они изучены у растений и микроорганизмов, которое в борьбе с конкурентами за ресурсы применяют различные ядовитые вещества и это явление называют аллелопатией. Например, плесневые грибы, находясь в одной среде обитания с кишечной палочкой, выделяют вещество, которое вызывает гибель последней.

Хищничество – это когда отдельная особь одного вида, называемого хищником, питается организмами (или частями организмов) другого вида, называемого жертвой, причем хищник живет отдельно от жертвы. В таких случаях говорят, что эти два вида организмов вовлечены в отношения типа хищник-жертва. В океанах одним из наиболее опасных хищников является акула. Виды-жертвы пользуются целым рядом защитных механизмов, чтобы не стать легкой добычей для хищника. Некоторые из них умеют быстро бегать или летать. Другие обладают толстой кожей или панцирем. Третьи имеют защитную окраску или способны изменять цвет, маскируясь в окружающей среде. Четвертые выделяют химические вещества с запахом, или вкусом, отпугивающим хищника или даже отравляющим его.

У хищников тоже есть несколько способов добычи жертвы. Плотоядные в отличие от травоядных обычно вынуждены преследовать и догонять свою пищу. Одни хищники, чтобы прокормиться, вынуждены быстро бегать, как, например, гепард. Другие, например пятнистые гиены, львы, волки, достигают той же цели, охотясь стаями. В естественных условиях такие виды обычно более многочисленны, чем леопарды, тигры и пантеры, которые охотятся в одиночку.

Третий способ добывания пищи хищниками – это отлов в качестве жертв преимущественно больных, раненых и прочих неполноценных особей. Подобный естественный отбор особей того или иного вида идет на благо виду в целом, поскольку сдерживает распространение заболеваний в популяции и оставляет более сильных и здоровых особей для размножения.

Четвертый путь обеспечения себя животной пищей – это путь, по которому пошел человек разумный, путь изобретения орудий охоты и ловушек, а также одомашнивания животных.

Комменсализм (от лат. «сотрапезник») характеризуется тем, что один из двух видов (комменсал) извлекает из такого взаимодействия пользу, тогда как на другом это практически не отражается (ни положительно, ни отрицательно). Например, в открытом океане некоторые виды усоногих рачков селятся прямо на челюстных костях китов. В результате такого сожительства рачки приобретают безопасное убежище и стабильный источник пищи. Для кита от такого соседства, очевидно, нет никакой пользы, но и вреда оно тоже не приносит.

Протокооперация – оба организма получают преимущества от объединения, хотя их сосуществование не обязательно для их выживания. Например, крабы и кишечнополостные: краб «сажает» себе на спину кишечнополостное, которое маскирует и защищает его (имеет стрекательные клетки), но, в свою очередь, оно получает от краба кусочки пищи и использует его как транспортное средство.

Мутуализм (от лат. «взаимный») – форма симбиоза, при которой каждый из сожителей получает относительно равную пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Такая форма совместного существования благоприятна для их роста и выживания. Мутуалистические взаимоотношения можно проследить между хвойными деревьями и некоторыми видами грибов, произрастающих на их корнях. Грибы поглощают из корней нужные им растворы, обогащенные питательными веществами и в то же время помогают древесным корням извлекать из почвы воду и минеральные элементы. Классическим примером служат лишайники – тесное сожительство гриба и водоросли. Гриб защищает водоросль, а последняя его кормит.

? Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение биосферы.

2. Чем отличается биосфера и экосфера?

3. Перечислите структурные элементы биосферы.

4. Какова роль «живого вещества» на Земле?

5. Дайте классификацию живым организмам.

6. Какие существуют типы экосистем?

7. На какие две группы по типу питания делятся все живые организмы?

8. Как взаимосвязаны продуценты, консументы. и редуценты?

9. В чем заключается межвидовая и внутривидовая конкуренция? Ответ проиллюстрируйте примерами.

10. Поясните, чем отличаются такие виды взаимодействия видов, как нейтрализм, аменсализм, хищничество.

Любая живая система есть частный вид наиболее сложных систем, построенных на основе белковых соединений. Поэтому системный подход в экологии очень популярен.

В экологии существуют два подхода к пониманию сути явлений:

Популяционный подход - концентрирует внимание на популяциях живых существ, то есть на группах особей одного вида, большое число поколений которого населяет определенное пространство в ограниченных пределах (считается, что именно популяция является основной элементарной единицей, изучаемой традиционной экологией);

Экосистемный подход - базируется на понятии экосистемы - совокупности организмов и неживых компонентов, взаимодействующих совместно и связанных потоками вещества и энергии.

Понятие экосистема введено английским ботаником А. Тенсли в 1935 г.

Географ и писатель Г.К. Ефремов дал образное определение экосистемы как “любого природного образования – от кочки до оболочки (географической)”.

Экосистемный подход тяготеет к целостному описанию природы, популяционный - к множественному.

Все экосистемы можно разделить по рангам:

1) микроэкосистемы (лужа, гниющий пень, разлагающийся труп и т.п.);

2) мезоэкосистемы (лес, озеро, река, небольшой остров и т.п.);

3) макроэкосистемы (море, океан, континент, большой остров и т.п.);

4) глобальная экосистема (биосфера).

Кроме приведенной классификации экосистем в экологии традиционно рассматривается еще понятие биогеоценоза, которое близко по смыслу к понятию экосистемы. Биогеоценоз - это частный случай крупной экосистемы, охватывающей как правило значительную территорию, предполагающий обязательное наличие в качестве основного звена растительности, то есть фитоценоза , обеспечивающего данную экосистему поступлением первичной энергии (информации). Ввиду подобной энергетической автономности биогеоценоз теоретически бессмертен, в отличие, например, от гниющего поваленного дерева, экосистема которого гибнет после того, как будет израсходована вся энергия, накопленная деревом за время жизни, а само дерево превратится в компоненты гумуса (плодородного слоя почвы).

В составе любой экосистемы обычно выделяют два блока: биоценоз и экотоп. Биоценоз состоит из взаимосвязанных организмов разных видов, которые входят в него не отдельными особями, а популяциями. Частный случай биоценоза - сообщество, оно может объединять только часть видов биоценоза (например, растительное сообщество). Под экотопом понимают среду обитания данного биоценоза. Это может быть территория данного биогеоценоза, характеризующаяся определенным составом слагающих ее геологических пород. Поваленное дерево, дающее жизнь разного рода деструкторам (насекомым, грибам, микробам и прочим организмам, разрушающим органику вплоть до минерального состояния) также является экотопом существующей на его базе экосистемы.

Таким образом, биогеоценоз = экотоп (гидрологические факторы (гидротоп), климатологические факторы ((климатоп), почвенные факторы (эдафотоп)) + биоценоз (растения (фитоценоз), животные (зооценоз), микроорганизмы (микробиоценоз)) (данная модель предложена В.Н. Сукачевым в 1942 г.).

1.4.1. Особенности экосистем

1. Тесная взаимосвязь и взаимозависимость всех звеньев как биотических (живых), так и абиотических (неживых). Корректировки связей приводят к возвращению в исходное состояние или к гибели.

2. Сильные положительные и отрицательные обратные связи.

Пример положительной обратной связи - заболачивание территории после вырубки леса. Это ведет к уплотнению почвы, следовательно, к накоплению воды и росту растений-влагонакопителей, что приводит к обеднению ее кислородом, а значит, к замедлению разложения растительных остатков, накоплению торфа и дальнейшему усилению заболачивания.

Пример отрицательной (стабилизирующей) обратной связи - взаимоотношение между хищником и жертвой, например между рысями и зайцами: рост количества зайцев способствует росту численности рысей, но чрезмерное количество рысей сокращает поголовье зайцев, после чего численность рыси также сокращается. В естественных условиях данная система достаточно быстро стабилизируется.

3. Явно выраженная эмерджентность.

Например, редкий древостой еще не составляет леса, так как не создает определенной среды: почвенной, гидрологической, метеорологической и т.д.

Эмерджентность повышает устойчивость экосистемы и ее способность к саморегулированию. Деятельность человека приводит к нарушению прямых и обратных связей в экосистемах.

Например, умеренное загрязнение водоемов органикой приводит к интенсификации размножения микроорганизмов, что приводит к самоочищению водоема. Неумеренное загрязнение, называемое эвтрофикацией, ведет к чрезмерному размножению организмов, активно разлагающих органическое вещество, что рано или поздно приводит к обеднению данного водоема кислородом, а значит, к угнетению и гибели этих организмов, разрушению связей, изменению системы и переходу ее на новый вид связей, обычно это заболачивание.

Обычно экосистемы для повышения устойчивости нуждаются в случайных стрессовых воздействиях типа бурь, пожаров и т.п. Но хронические стрессы малой интенсивности, характерные для антропогенного воздействия на природу, не дают явных реакций, поэтому их последствия оценить очень трудно, но они могут оказаться гибельными для экосистемы.

ª Вопросы для самопроверки

1. В чем отличие популяционного от экосистемного подхода в экологии?

2. Как подразделяются экосистемы? Приведите пример экосистемы каждого типа.

3. Дайте определение биогеоценоза.

4. Чем биогеоценоз отличается от экосистемы?

5. Что такое биоценоз, экотоп? Перечислите составляющие их элементы.

6. Приведите пример искусственной экосистемы

1.4.2. Уровни биологической организации

Обычно выделяют 6 главных уровней организации живой материи, образующих формальную иерархию: молекулярный ® клеточный ® организменный ® популяционный ® экосистемный ® биосферный, четких границ между этими уровнями нет, как нет четких границ между экосистемами разного ранга (эффект “матрешки” – одна экосистема является частью другой, большего размера), выделение различных экосистем достаточно произвольно.

Предыдущая статья: Кто такой психопат и как его распознать Следующая статья: Истинная сущность библейского (иудохристианского) бога

Состав биосферы как глобальной экосистемы. Биосфера – как глобальная экосистема. Понятие о биосфере