Экология и окружающая природная среда

1.Аэробиосфера населена аэробионтами, основой жизни которых является влага воздуха. В аэробиосфере выделяют слой тропобиосферы – от вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков. Выше тропобиосферы лежит слой альтобиосферы, где концентрация микроорганизмов очень небольшая. Над слоем альтобиосферы находится пространство, куда микроорганизмы проникают случайно, и в этом слое они не размножаются – парабиосфера.

2. В гидробиосфере выделяют три слоя в зависимости от интенсивности проникающего солнечного света:

-фотосфера – относительно ярко освещенный слой;

-дисфотосфера – проникает до 1% солнечного света;

-афтосфера – слой абсолютной темноты, где фотосинтез невозможен.

3.Геобиосфера включает:

-террабиосферу – область жизни на поверхности суши, которая подразделяется на фитосферу (от поверхности Земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и лежащие под ними подпочвы);

-литобиосферу – жизнь в глубинах Земли в порах горных пород. Жизнь в толще литосферы существует в основном в подземных водах.

К основным свойствам биосферы относят:

1.Биосфера способна аккумулировать солнечную энергию и превращать ее в энергию химических связей органических соединений.

2.Биосфера – целостная система, она обусловлена непрерывным обменом веществ и энергии между ее составными частями.

3.Биосфера – централизованная система, центром ее являются живые организмы.

4.Биосфера – открытая система. Ее существование невозможно без постоянного притока солнечной энергии.

5.Биосфера – саморегулирующая система, для которой характерна организованность, способность поддерживать исходное состояние, т.е. после различных нарушений возвращаться в первоначальное состояние (это свойство называется гомеостазом).

6.Биосфера проявляет ритмичность – повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них – суточные, годовые, внутривековые и сверхвековые.

7.Биосфера обладает горизонтальной зональностью и высокой поясностью.

Горизонтальная зональность  – закономерное изменение природной  среды по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством поступающей на разные широты тепла в связи шарообразной формой Земли. Наиболее крупные зональные подразделения – географические пояса.

8.Биосфера – глобальная многоэлементная система, характеризующаяся большим разнообразием. Это разнообразие обусловлено совокупностью большого количества экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

9.Важнейшее свойство биосферы – обеспечение круговорота веществ и неисчерпаемости отдельных химических элементов и их соединений. Нарушение или тем более разрушение природных круговоротов химических элементов может привести к коллапсу биосферы.

10.Биосфера – живая открытая система. Она обменивается энергией и веществом с внешним миром. Применительно к биосфере внешний мир – это космическое пространство.

К биосфере относят прежде всего те участки, где есть условия  для выживания и размножения  живых существ – это поле существования жизни. К ним прилегают территории, в которых живые организмы лишь выживают, они не могут размножаться. Эти территории называются полем устойчивости жизни.

Поле существования  жизни определяется:

1. достаточным количеством кислорода, углекислого газа и воды;
2. благоприятной температурой;
3. прожиточным минимумом минеральных веществ.

Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается  на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и  гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек – атмосферы, гидросферы и литосферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал пленками жизни. Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.

Существует пять интегральных биохимических функций биосферы, и в том числе, живого вещества:

1.Энергетическая функция выполняется в основном растениями. В основе этой функции лежит процесс фотосинтеза, т.е. аккумулирование зелеными растениями солнечной энергии и дальнейшее ее перераспределение между остальными компонентами биосферы.

2.Средообразующая функция состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Она обеспечивает газовый состав атмосферы, состав осадочных пород литосферы и химический состав гидросферы, баланс веществ и энергии в биосфере, восстановление нарушенных человеком условий обитания. Средообразующая функция включает:

-Газовая функция обеспечивает газовый состав биосферы в процессах миграции и превращения газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение. Выделяется несколько газовых функций: кислородно-углекислотная (процесс фотосинтеза), углекислотная (процесс дыхания), азотная (выделение азота азотденитрофицирующими бактериями).

-Деструктивная функция обуславливает процессы, связанные с разложением мертвой органики, с химическим разрушением горных пород и вовлечением образовавшихся веществ в биотический круговорот. В результате этого образуются биокосные и биогенные вещества, происходит минерализация органики, т.е. превращение ее в косное вещество.

-Концентрационная функция заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды, обуславливая большую разницу в составе живого и косного вещества планеты. Благодаря этой функции живые организмы могут служить для человека источником, как полезных веществ (витаминов, аминокислот), так и опасных для здоровья (тяжелых металлов, радиоактивных элементов и ядохимикатов).

-Окислительно-восстановительная функция живых организмов проявляется в окислении с участием бактерий, грибов всех бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере. В результате восстановительной деятельности анаэробных микроорганизмов в заболоченных почвах, практически лишенных кислорода, образуются окисленные формы железа.

3.Транспортная функция – перенос вещества и энергии в результате движения живых организмов. Часто такой перенос осуществляется на громадное расстояние, например при перелете птиц.

4.Информационная функция. Живые организмы способны воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию и передавать ее последующим поколениям.

5.Рассеивающая функция – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов, например рассеивание токсичных веществ, рассеивание веществ при выделении организмами экскрементов.

Условием существования  и развития биосферы является круговорот биологически важных веществ. Солнечная  энергия обеспечивает на Земле два  круговорота веществ: геологический, или большой, и малый, биологический.

Геологический круговорот четко проявляется на примере  круговорота воды и циркуляции атмосферы. По оценкам, до половины поступающей  от Солнца энергии расходуется на испарение воды. Ее испарение с  поверхности Земли компенсируется выпадением осадков. При этом из Океана воды испаряется больше, чем возвращается с осадками, а на суше происходит обратное - осадков выпадает больше, чем испаряется воды. Излишки ее стекают в реки и озера, а оттуда - снова в Океан. Наряду с водой в геологическом круговороте с одного места в другое переносятся и минеральные вещества.

С появлением живого начала на базе геологического, или абиотического, круговорота возникает биологический  круговорот. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, превращение в них поступающих элементов в новые сложные соединения с последующим их возвращением в почву и атмосферу, а также воду.

С момента появления  на Земле человека начинается формирование новой геологической оболочки – ноосферы (от греч. - разум), то есть сферы разума. Это понятие было введено французским математиком и философом Э. Леруа в 1927 г. Ноосфера рассматривается как высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением в ней цивилизованного общества.

2. Понятие о  научной дисциплине "Экология".

Термин «экология» (от гр. oikos — дом, родина и logos — наука) предложил немецкий биолог Э.Геккель (1866 г.), это наука об отношениях растительного  мира, животных организмов, человека и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой.

Исходя из определения, что экология — совокупность научных  и практических проблем взаимоотношений  человека и природы, ее можно разделить  на экологию общую и прикладную.

К общей экологии следует отнести разделы, изучающие антропосное воздействие на живое вещество (биоэкология) и биокосное вещество (геоэкология) и их ответные реакции на это воздействие.

В биоэкологии при  делении по уровню организации живого можно выделить молекулярную экологию, морфологическую экологию (клеток и тканей) и аутоэкологию, изучающую живое вещество на уровне особи. При делении по типу структурирования живого в биологической системе биоэкологию можно разделить на экологию многоклеточных организмов (грибов, растений и животных) и одноклеточных (микроорганизмов).

К предмету геоэкологии  относятся проблемы взаимодействия в системе антропос - биокосное  вещество. Принимая за признак деления  агрегатное состояние этого вещества, получим, например, деление геоэкологии на экологию суши, гидросферы и атмосферы.

К области прикладной экологии необходимо отнести следующие  вопросы: выработка общих решений, прогнозов и рекомендаций, касающихся путей выхода из глобальных кризисных  ситуаций экологического характера; разработка конкретных управленческих, юридических, технологических и экономических решений, улучшающих экологические параметры развития общества. Исходя из сказанного, прикладную экологию можно разделить на экологию глобальных кризисных проблем и экологию природопользования.

К глобальным кризисным  относятся, например, проблемы парникового  эффекта и озонового слоя Земли. Экологию природопользования составляют экология промышленная, сельскохозяйственная, промысловая, быта и т.д.

3. Экологические  системы.

Популяционно-видовой уровень – это совокупность особей одного вида, объединенных общей территорией и генофондом.

Вид – совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических свойств, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал. Виды отличаются друг от друга по многим признакам:

1.Морфологический критерий базируется на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида.

2.Генетический критерий – это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размер и форма, это главный видовой признак.

3.Физиологический критерий – это сходство всех процессов жизнедеятельности и, прежде всего сходство размножения.

4.Географический критерий – определенный ареал, занимаемый видом в природе.

5.Экологический критерий – совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.

Совокупность особей одного вида, распространённая на определённой территории называется популяцией, например, стадо оленей или берёзовая роща. Основными характеристиками популяции являются:

1.Плотность определяется числом особей, приходящихся на единицу площади или объема.

2.Численность различна у разных видов, но она не может быть ниже некоторых пределов. Падение численности ниже критической может привести к исчезновению популяции.

3.Возрастной состав зависит от продолжительности жизни особей, периода достижения ими половой зрелости.

4.Характер распределения особей популяции в пространстве может быть равномерным, случайным или скученным.

Биоценоз включает все популяции разных видов, характеризующиеся определенными отношениями как между собой, так и с неорганической средой на определенной территории, называемой биотопом.

Биогеоценоз (наземная экосистема) – выделённый участок земной поверхности со своим природным набором живых существ (биоценоз) и др. компонентов: приземный слой атмосферы, почва, солнечная энергия (озеро, поляна, участок леса - биотоп). Очень крупные экосистемы называются биомами.

Биом - совокупность видов растений и животных, составляющих население одной природной зоны и характеризующаяся определенным типом структуры сообщества, выражающая комплекс адаптации к условиям среды. Существуют следующие основные типы биомов: тундра, хвойный лес, лиственный лес, влажный тропический лес, степь и пустыня.

Экосистемы подразделяются по степени антропогенного воздействия  на естественные (сохранившиеся в  неприкосновенности), модифицированные (изменившиеся от деятельности человека) и трансформированные (преобразованные человеком). Экосистема состоит из 4-х основных элементов.

1.Неживая (абиотическая) среда обитания – вода, минеральные вещества, газы, а также неживые органические вещества и гумус.

2.Продуценты (производители) – живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. К ним относятся автотрофные организмы, производящие пищу, т.е. первичные органические вещества, в процессе фото- или хемосинтеза. Такую работу выполняют, главным образом, зелёные растения, производящие с помощью солнечной энергии из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения. Органические вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, а высвободившийся кислород используется при дыхании.