Наука экология, ее содержание и задачи

Вода существует в  форма почвенной влаги, подземных вод. Она способна растворять в себе многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов разной степени концентрации. Даже чистые атмосферные воды содержат 10-50 мг/л растворенных веществ. Отсюда ясно, что если атмосфера загрязнена, то концентрация веществ атмосфеных осадках будет возрастать и непременно повышать кислотность ночв за счет реакций газов и паров воды. Таким образом, вода находится в тесной воамосвязи с литосферой и атмосферой и входит в них в качестве обязательного компонента.

 

 

 

 

Таблица 1 

Распределение водных масс в гидросфере Земли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подавляющая часть, массы гидросферы сосредоточена, таким оразом, в Мировом океане, который представляет собой уникальную природную систему. Здесь происходят грандиозный обмен и трансформация энергии и вещества нашей планеты с древнейших времен.

Литосфера (от греч. «литос». камень) каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы). Доля различных горных пород в земной коре не одинакова — более 70% приходится на базальты, граниты в другие магматические породы, около 17%. на преобразованные давлением и высокой температурой породы и лишь чуть больше 12% — на осадочные.

Возраст литосферы 4,1 млрд лет. В земной коре наиболее распространенными элементами являются кислород кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий, углерод, сера. На долю этих элементов приходится более 99% вещества. Кислород составляет около 47,3% от общей массы земной коры, или 92% ее объема.

Всю совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотой (от. лат. био.— жизнь).

Следовательно, биосфера — область распространения жизни на Земле, включающая населенную организмами верхнюю часть земной коры, воды и нижнюю часть атмосферы. Биосфера представляет собой равновесную систему, в которой процессы обмена веществ и энергии происходят главным образом за счет жизнедеятельности организмов.

Живое вещество биосферы занимает ничтожную часть объема Земного Шара, однако история его образования захватывает громадный интервал времени хотя вещество в своей массе оставляет ничтожную долю по сравнению с любой из оболочек Земли, оно проникает почти во всю толщу атмо сферы и гидросферы, в твердую оболочку Земли — до нескольких тысяч метров.

Таким образом, необходимо отметить главное: ни одна из составляющих биосферу оболочек не может развиваться изолированно от других. Любое качественное изменение одной из них адекватно сказыватся на другой. Всеобщий закон сбалансированности биосферы является основным принципом напраленности в развитии всего органического и неорганичского мира.

Таблица 2 

Количественные соотношения  живого вещества с 

другими оболочками Земли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Экосистемы: типы и составляющие.

 

Основополагающим объектом изучения экологии является взаимодействие пяти уровней организации материи живые организмы, популяции, сооб щества экосистемы и экосфера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Уровни организации  материи

 

Живой организм — это любая форма жизнедеятельности. Все организмы подразделяются на три царства: растения, животные и деструкторы —редуценты. Размеры растений варьируют от микроскопических одноклеточных плавающих растений известных как фитопланктон, до самых больших из всех живых организмов - произрастающих в западной Америки деревьев секвойя. Размеры животных могут изменятъся от размеров мельчайшего плавающего зоопланктона до размеров четырехметрового африканского слона и тридцатиметрового голубого кита.

Популяция — группа организмов одного вида, проживающих в определенном районе. Популяции - это динамичные группы организмов, адаптирующиеся к изменениям условий окружающей среды путём изменения своих размеров, распределения возрастных групп (возрастной структуры), генетического состава.

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

Каждый организм или  популяция имеет свое местообитания: местность или тип местности, где они проживают. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают так называемое сообщество. Примерами являются все растения, животные и деструкторы произрастающие и проживающие в лесу, пруду, пустыне или в аквариуме.

Экосистема — взаимосвязь сообществ с химическими и физическими факторами создающими неживую окружающую среду. Это вечно меняющаяся (динамичная) сеть биологических, химических и физических взаимодействьй, которые поддерживают жизнеспособность сообществ и помогают им приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды.

Все экосистемы Земли составляют экосферу. Ю. Одум (1986) выделяет три группы природных экосистем: наземные (биомы), пресноводные и мор ские.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Основные типы природных  экосистем

 

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

Наземные экосистемы — это тундра, тайга, пустыни и т.п.

Пресноводные экосистемы лентические (стоячие воды): озера, пруды, водохранилища и др.

Морские экосистемы — открытый океан, воды континентального шельфа, районы апвеллинга (с продуктивным рыболовством), эстуарии (бухты, устья рек, лиманы).

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 относятся солнечныи 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 и малых количествах для существования, роста, размножения организмов.

Биотические компоненты экосистемы — основные типы организмов, которые формируют живые компоненты экосистемы. Их принято подразделять на продуцентов, консументов и редуцентов. Это разделение базируется на преобладающем способе питания организмов. 

Прежде всего, все организмъг делятся на две большие группы автотрофов и гетеротрофов.

1. Аутотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым, создавая органическую материю из неорганической.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. Способ питания  аутотрофов

 

К таким организмам относятся фотосинтезирующие – зеленые растения суши и водной среды, сине-зелёные водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии 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 эвергии, из остальной глюкозы и извлекаемых из почвы биогенов они образуют другие сложные молекулы и все ткани растений, за счет которых и растут.

2. Гетеротрофные  организмы — представители живого органического мира, нуждающиеся в органической пище для осуществления своих метаболических функций к ним относятся все животные, некоторые сосудистые растения (паразиты, грибы), некоторые бактерии. Гетеротрофы делятся на:

1) сапрофиты (например; грибы, макроорганизмы) потребляющие мертвую органику;

2) паразиты (например, клещи, глисты), способные жить и развиваться в живых организмах за счет живых тканей.

Поскольку организмы  достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические (пищевые) взаимодействия, выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них:

Продуценты — организмы, производящие органические соединения, используемые ими как источник энергии и литательных веществ, а также производителя продукции которой потом питаются все остальные организмы.

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.

— хищники (плотоядные) — консументы. 2-го порядка, которые питаются исключительно растительноядными животными, а также косументы З-го порядка питающиеся только плотоядными животными; 

— эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу.

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

Детритофаги напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки.

Большая часть мертвой – материи в экоситеме, особенно мертвые древесные породы и листья проходят стадии разложения и гниения, в результате чего сложные органичесике молекулы делятся на более простые неорганиче соединения. Этот процесс также входящий в пищевую цепь, производится типом редуцентов деструкторами. К деструкторам относятся два типа организмов — грибы и микроскопические одноклеточные бактерии. Редуценты являются завершающим звеном в круговороте веществ.

Любой фактор, тормозящий рост популяции видов в экосистеме, называется лимитирующим фактором.

 

2.4. Потоки энергии и круговорота веществ в экосистемах.

 

В функционирующей природной  экосистеме не существует отходов. Все организмы живые или мертвые потенциально являются пищей для других организмов (рис. 7). Последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой, называется иищевой‚ цепью. В природе они редко изолировавы друг от друга в подавляющем большинстве случаев взаимосвязаны и образуют сложную пищевую сеть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. Простые пищевые  цепи

 

Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному‚ трофическому уровню. Концепция пищевых цепей помогает проследить круговорот химических элементов и потоки энергии в экосистеме.

Поток энергии в биосфере складывается из энергии Солнца и внутренней энергии Земли. Однако энергетический обмен охватывает все составные части биосферы, включая и живое вещество.

 

Круговорот  веществ в природе.

Круговорот веществ и энергии в природе складывается из нескольких взавмосвязанных процессов:

1. Регулярно повторяющийся или непрерыввый приток энергии, а также образование и синтез новых соединений.

2. Постоянный или периодический перенос и распределение энергии, вынос и направленное перемещение сиитезировавных соединений под влияниев физических, химических и биологических агентов.

3. Направленное ритмическое или периодическое последовательное преобразование, разложение и деструкция (разрушение) синтезированных ранее соединений под влиянием биогенных или абиогенных воздействий среды.

4. Постоянное или периодическое образование простейших минеральных и органоминеральных компонентов в газообразном, жидком или твёрдом состоянии, которые играют роль составных компонентов для новых очередных — синтетических циклов круговорота веществ.

Символом круговорота веществ является спираль, а не круг это означает, что новый цикл круговорота не повторяется в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.

К главным циклам можно  отнести круговороты улерода, кислорода, азота, фосфора, серы и биогенных катионов.

 

2.5. Воздействие  человека на экосистемы.

 

Научно-текническая революция, огромный рост индустрии и возросшая производительная активность человека меняют облик нашей планеты. В истории человечества сейчас наступил период, когда общество вынуждено четко соизмерять свою активность с возможностями природы. Известный французский исследователь моря Жак Ин Кусто охарактеризовал этот период так: «Раньше природа устрашала человека, а теперь человек устрашает природу». Вступив в эпоху бурного научно-технического прогресса, боль шинство людей не задумываются о возможных последствиях безграничой эксплуатации природных ресурсов, не заботятся о судьбе биосферы, которая ис пытывает на себе все последствия хозяйственной деятельности человека.