Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экология» (стр. 2 )

Связь с другими науками. Экология использует для своего развития данные самых разных дисциплин. Она тесно переплетается с целым рядом смежных наук: биологией (ботаникой, зоологией, генетикой), географией, геологией, физикой, химией, математикой, медициной, агрономией, архитектурой и многими другими. Сегодня экология перестала быть чисто естественной биологической наукой, это – комплексная социоестественная наука.

Важная стратегическая задача экологии заключается в том, чтобы на основе познания законов природы, используя все достижения научно-технического прогресса, создать научную базу для гармонизации взаимоотношений человеческого общества и природы и разработать практические рекомендации, направленные на оздоровление и поддержание надлежащего качества окружающей природной среды, без чего невозможно нормальное существование всего ныне живущего на Земле и жизни как таковой в перспективе.

Экологические факторы окружающей среды. Организм является начальной, основной единицей обмена веществ, именно с организма и начинается цепочка взаимоотношений живой материи. Существует глубокая связь между организмом и окружающей средой. Средой называется комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Существует значительное разнообразие слова «среда» в зависимости от степени конкретизации понятия.

Наряду с термином «среда обитания» используются также по­нятия «экологическая среда», «местообитание», «окружающая среда», «окружающая природная среда», «окружающая приро­да» и др. Четких различий между этими терминами нет, но на некоторых из них следует остановиться. В частности, под попу­лярным в последнее время термином «окружающая среда» по­нимается, как правило, среда, в той или иной (в большинстве случаев в значительной) мере измененная человеком. К ней близ­ки по смыслу «техногенная среда», «антропогенная среда», «про­мышленная среда».

Природная среда, окружающая природа - это среда, не изменен­ная человеком или измененная в малой степени. С термином «ме­стообитание» обычно связывается та среда жизни организма или вида, в которой осуществляется весь цикл его развития.

Влияние среды на организмы обычно оценивают через отдель­ные факторы (лат. делающий, производящий). Под экологичес­кими факторами понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакция­ми, или адаптациями. За пределами приспособительных реакций лежат летальные (гибельные для организмов) значения факторов.

Экологические факторы весьма разнообразны, имеют разную природу и специфику действия, они могут быть необходимы для организмов или, наоборот, вредны для них, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Чаще всего факторы делят на три группы.

Абиотические факторы – это все свойства неживой природы, влияющие на живые организмы (свет, температура, радиация, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, рельеф местности и т. д.).

Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга.

Антропогенные факторы – факторы, которые возникают в ходе непосредственного (прямого) воздействия человека на природу.

Несмотря на многообразие влияния экологических факторов, можно выявить общий характер их воздействия на организм.

Правило географического оптимума. Наиболее эффективно действие фактора не при минимальных или максимальных его значения, когда жизненная активность организма угнетается, а при некотором его значении, оптимальном для данного организма. За пределами зоны оптимума ле­жат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно (рис. 1).

Рисунок 1 – Механизм действия экологических факторов.

К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относятся к группе эврибионтов (греч. эури - широкий; биос - жизнь). Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос - узкий). ажно подчеркнуть, что зоны опти­мума по отношению к различным факторам различаются, и поэто­му организмы полностью проявляют свои потенциальные возмож­ности в том случае, если весь спектр факторов имеет для них оп­тимальные значения.

Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической валентностью. Синонимом термина валентность является толерантность (лат. толеранция - терпение), или пластичность (изменчивость). Зона оптимума и экологи­ческая валентность обычно шире у теплокровных орга­низмов, чем у холоднокров­ных.

ПРАВИЛО ЛИМИТИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ. Сущность этого правила заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность прояв­ления силы действия других факторов, в том числе и нахо­дящихся в оптимуме. Например, если в почве имеются в достат­ке все, кроме одного, необходимые для растения химические эле­менты, то рост и развитие растения будет обусловливаться тем из них, который находится в недостатке. Все другие элементы при этом не проявляют своего действия.

АНТРОПОГЕННЫЙ ФАКТОР. Своей деятельностью человек способен изменять силу действия и число лимитирующих факторов, а также сужать или расширять границы оптимальных значений факторов среды.

Сокращение численности популяций. Животные, птицы, насекомые гибнут на дорогах под колесами автотранспорта, при проведении полевых работ. Перелетные птицы сгорают в газовых факелах, где сжигают отходящие газы при добыче нефти. Животные гибнут при разливах нефти, на проводах т опорах линий электропередач, в рыболовных сетях. Газообразные отходы вызывают ожоги, гибель растений. Соединяясь с водой, образуют кислоты, и, выпадая в виде «кислотных дождей», снижают плодородие почвы, подавляют жизнедеятельность бактерий, снижают численность дождевых червей. Загрязняющие вещества влияют на эмбрионы, развивающиеся зародыши, отравляя их, вызывают уродства и ненормальности в развитии организма, нарушение функций нервной системы, половых желез и органов. Изменяются половая и возрастная структура популяции; численность сокращается до таких пределов, что затрудняет поиск брачных партнеров. Из-за загрязнения среды нарушаются циклы размножения, уменьшается количество беременных самок, число детенышей в помете, растет смертность новорожденных. Распадается ареал вида, сокращаются площади местообитания, изолируются мелкие островки обитаний.

Воздействие на характер функционирования систем. Некоторые экосистемы и даже их крупные блоки (например, степи, прерии) человеком практически уничтожены. В других нарушены свойственные им процессы, принципы и закономерности функционирования:

1) цепи питания и экологические пирамиды. В природных экосистемах на высоких звеньях цепей питания не бывает большой продукции, биомассы, численности организмов. Человек нарушил этот принцип по отношению как к своей популяции, так и к другим видам, особенно сельскохозяйственным, что стало возможным благодаря присвоению и вложению в системы дополнительной энергии (например, при внесении удобрений).

Нарушение правил экологических пирамид вызывает изменения в круговоротах веществ, накопление отходов и загрязнение среды. В качестве примера можно привести животноводческие комплексы с их экологическими проблемами.

2) изменение границ экологических ниш организмов. Вследствие выравнивания местообитаний (земледелие, урбанизация, опустынивание и др.) увеличивается сближение ниш близких в экологическом отношении видов. Как следствие, усиливается конкуренция и активизируется правило конкурентного исключения. Конечный результат – обеднение видового состава сообществ и расширение возможностей для внедрения в экосистемы несвойственных им видов.

3) воздействие на динамику экосистем. Осушение болот, рубка лесов, пожары и другие виды антропогенной деятельности разрушают или нарушают конечные (климаксные) стадии экосистем, заменяют их промежуточными сообществами.

4) обеднение генофонда. Сокращение числа видов уменьшает сложность экосистемы; выпадение одних видов приводит к вспышке численности других; разрушаются межвидовые отношения: хищник - жертва, опылитель - опыляемое растение, симбиотические связи.

5) сокращение территорий, занимаемых естественными экосистемами. Ныне 9-12 % поверхности суши распахано, 22-25 % составляют полностью или частично окультуренные пастбища.

Экологические системы. Потоки вещества и энергии.

Биосфера состоит из множества экологических систем, которые являются ее структурными единицами. Под экологической системой (экосистемой) понимают совокупность совместно обитающих организмов, абиотических факторов их окружения и особенностей их взаимодействия на разных уровнях. Термин предложен А. Тенсли в 1935 г.

Некоторые авторы усматривают различие в терминах «экосистема» и «биогеоценоз». Отличие заключается в том, что в биогеоценозах обязательно наличие в качестве основного звена расти­тельного сообщества (фитоценоза), экосистемы могут и не иметь растительное звено.

По , биогеоценоз – совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений – атмосферы, горной породы, гидрологических условий, растительности, животного мира, микроорганизмов и почвы. Биогеоценоз состоит из биоценоза (биома) – организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в практически одних и тех же условиях среды, и биотопа – пространства с более или менее однородными условиями, которое занимает биоценоз.

экоси­стема = биоценоз + биотоп (экотоп)

Границы биогеоценоза совпадают с границами растительного сообщества, являющегося его основой. Биогеоценоз функционирует как целостная, самовоспроизводящаяся и саморегулирующаяся система. В состав биогеоценоза входят следующие компоненты:

1. Неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода, азота, кислорода, вода, минеральные соли и пр.);

2. Органические вещества (белки, НК, углеводы, липиды);

3. Климатические факторы (температура, давление, освещенность и др.);

4. Живые компоненты:

а) продуценты – автотрофные организмы, производящие первичную продукцию (зеленые растения);

б) консумент, детритофаги – гетеротрофные организмы, потребители готового органического вещества (первичные – растительноядные животные, вторичные – плотоядные животные и т. д.);

в) редуценты (разрушители, деструкторы) – гетеротрофные организмы, разрушающие органические соединения отмерших организмов до неорганических, которые вновь используются продуцентами для построения своего тела (обычно грибы и микроорганизмы).

Взаимосвязи между организмами можно разделить на межвидовые и внутривидовые. Межвидовые отношения, которые оказывают наибольшее влияние на организацию экосистем, обычно классифицируются по “интересам”, на базе которых организмы строят свои отношения:

1) пищевые (трофические) связи - формируют трофическую структуру экосистемы, которую мы уже рассмотрели ранее; помимо отношений, когда одни организмы служат пищей другим, сюда же можно отнести отношения между растениями и насекомыми-опылителями цветов, конкурентные отношения из-за похожей пищи и др.; это самый распространенный тип связей;

2) топические связи (от греческого слова топос - место) - основаны на особенностях местообитания, например, отношения между деревьями и гнездящимися на них птицами, живущими на них насекомыми, отношения между организмами и их паразитами и т. п.;

3) форические связи (от латинского слова форас - наружу) - отношения по распространению семян, плодов и т. п.;

4) фабрические связи (от латинского слова фабрикато - изготовление) - использование растений, пуха, шерсти для постройки гнезд, убежищ и т. п.

Трофическую структуру экосистемы можно изобразить в виде разного рода экологических пирамид. Наиболее показательна ПИРАМИДА ЭНЕРГИИ, которая наглядно иллюстрирует “правило десяти процентов”. Только около 10 % потребляемой энергии животные всех уровней тратят на построение своего тела, остальные 90 % тратятся на процессы жизнедеятельности (обмен веществ, рост, дыхание, размножение, выделение).

ПИРАМИДА БИОМАССЫ строится аналогичным образом. Она характеризует общую массу живого вещества в сухом весе на каждом трофическом уровне экосистемы. Такая пирамида хорошо характеризует трофическую структуру экосистемы для оценок урожаев на корню. Для разных экосистем эта пирамида может выглядеть по-разному. Пирамиды биомассы экосистем суши обычно характеризуются такой же формой, как и пирамида энергии. То есть количество биомассы на каждом последующем уровне такой экосистемы как правило меньше, чем на предыдущем уровне. Но это правило уже не является абсолютным. Так для экосистем моря как правило характерна перевернутая пирамида биомассы, основание которой меньше, чем последующие ступени. Так общая биомасса всех потребителей фитопланктона может быть существенно выше, чем масса самого фитопланктона, совокупная масса крупных рыб может оказаться меньше массы мелких рыб. Такая ситуация вообще характерна для экосистем с очень мелкими продуцентами и крупными консументами. Причина этого - резкие различия в продолжительности жизни и продуктивности организмов на разных уровнях. Например, время жизни фитопланктона оценивается несколькими днями или даже часами, в то время как крупные животные могут десятилетиями накапливать массу. В то же время фитопланктон имеет большую продуктивность, но вся продукция достаточно быстро выедается, так что урожай на корню фитопланктона в каждый момент времени оказывается сравнительно малым. При всем этом через трофический уровень продуцентов проходить гораздо больший поток энергии, чем через уровни консументов. То есть пирамида энергии имеет обычную форму.

Численность организмов на каждом трофическом уровне экосистемы также можно изобразить в виде ПИРАМИДЫ ЧИСЛЕННОСТЕЙ. Однако такая пирамида не очень показательна. Ввиду существенного разброса численности организмов на разных уровнях ее трудно изобразить в одном масштабе. Форма ее может быть самая различная. Например, для морских экосистем основание пирамиды должно отражать огромное количество организмов фитопланктона. Луговые продуценты (травы) также достаточно многочисленны, по крайней мере в сравнении с количеством продуцентов леса, представленных главным образом деревьями и кустарниками. Основной недостаток пирамиды численностей в том, что на одном трофическом уровне могут находиться особи, существенно различающиеся по размерам. Однако в любом случае эта пирамида свидетельствует о том, что количество организмов уменьшается от основания к вершине. Правда, это правило не относится к детритным пищевым цепям, то есть к редуцентам, представленным главным образом микрооорганизмами.

 

Коралловый риф Пелагиаль океана

П – продуценты, РК - растительноядные консументы, ПК – плотоядные консументы, Ф – фитопланктон, З – зоопланктон.

Пирамиды биомассы некоторых сообществ (по Ф. Дре, 1976 г.)

ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭКОСИСТЕМАХ

В биоценозах постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности их членов и соотношении популяций. Изменения можно свести к двум типам: циклическим и поступательным.

Циклический тип изменения сообществ отражает суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявления эндогенных (внутренних) ритмов организмов.

Поступательные изменения в сообществе приводят в конечном итоге к смене этого сообщества другим, с иным набором господствующих видов. Причиной подобных смен могут быть внешние по отношению к биоценозу факторы, длительное время воздействующие в одном направлении, например, иссушение болот.

Изменение внешних условий среды влияет на некоторые виды неблагоприятно, другие же виды могут от этого выиграть. Подчас изменившиеся условия позволяют включиться в экосистему новым видам. В целом происходит так называемая сукцессия (от лат. succesio - преемственность): последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов или воздействия. Различают первичные и вторичные сукцессии.

Первичной сукцессией называется процесс развития и смены биоценозов на незаселенных ранее участках, начинающийся с колонизации последних. Известный пример – постепенное обрастание голой скалы с развитием в конечном итоге на ней леса.

Вторичной сукцессия происходит на месте сформировавшегося ранее биоценоза после его нарушения по какой-либо причине (пожар, вырубка леса, засуха и т. п.). Например, в Беларуси уничтожение лесов в годы войны и последующие вырубки привели к замене коренных лесов (сосновых, дубовых, еловых) менее ценными (березовыми, осиновыми, сероольховыми).

Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность, и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называют климаксом, а экосистему – климаксовой. В такой экосистеме существует равновесие между связанной ею энергией и энергией, затрачиваемой на поддержание жизнедеятельности своих компонентов.

Классификация экосистем

В общем виде экосистемы подразделяются на

- естественные (луг, тундра, пустыня, лес, озеро, море, океан);

- искусственные (город, агроэкосистема, аквариум, космический корабль).

По структурным признакам:

1. Наземные: тундра, степь, савана, хвойные леса, тропики

2. Пресноводные: озера, пруды, река, ручьи, болота

3. Морские: открытый океан, прибрежные воды, проливы и пр.

ПОПУЛЯЦИЯ

Любой вид приспосабливается к постоянно изменяющимся условиям существования и утверждает себя во внешней среде в форме определенных и своеобразных группировок организмов - популяций.

Популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Популяция обладает общим генофондом и занимает определенную территорию. С позиций современной экологии популяцию рассматривают как элементарную единицу процесса микроэволюции, т. к. она обладает уникальным и важнейшим для поддержания жизни вида в течение длительного периода качеством – способностью к перестройке своего генофонда в ответ на изменение экологических факторов среды обитания.

Основные характеристики популяции. Популяции обладают рядом специфических показателей, которые присущи каждой отдельно взятой особи. При этом выделяют статические и динамические показатели.

Состояние популяции на данный момент времени характеризуют статические показатели: численность, плотность, возрастной и половой состав.

Численность - общее количество особей на выделяемой территории или в данном объеме. Этот показатель популяции никогда не бывает постоянным и зависит от соотношения интенсивности размножения и смертности.

Плотность - среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства. Плотность зависит от численности.

Возрастная структура популяции, т. е. соотношение в ней разных возрастных групп, определяется особенностями жизненного цикла вида и внешними условиями. В любой популяции можно условно выделить три экологические группы: предрепродуктивную, репродуктивную и пострепродуктивную.

Половые группировки внутри популяции формируются на базе различной морфологии (формы и строения тела) и экологии различных полов. Отличие самцов от самок затрагивает не только строение и функцию половых органов, но и внешний вид в целом. Например: наличие рогов у самцов и их отсутствие у самок. Часто встречаются различие самцов и самок по характеру и виду пищи. Например: комариные самцы питаются соком или нектаром растений, а самки – кровью жертв.

Динамические показатели включают рождаемость, смертность, прирост и темп роста популяции.

Рождаемость (плодовитость) - число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения.

Смертность - число погибших в популяции особей в определенный отрезок времени.

Пророст - разница между рождаемостью и смертностью. Прирост может быть положительным, нулевым и отрицательным.

Темп роста - средний прирост популяции за единицу времени.

Биосфера и антропогенное воздействие.

Жизнь на Земле сосредоточена в небольшом слое, который принято называть биосферой. Термин «биосфера» в научную литера­туру введен в 1875 г. австрийским ученым-геологом Эдуардом Зюссом.

Биосфера – область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (Зюсс). По Вернадскому, биосфера – это область распространения жизни, включающая наряду с организмами среду их обитания, связанную в единое целое обменом веществ и энергии.

показал первостепенную преобразую­щую роль живых организмов и обусловливаемых ими механизмов образования и разрушения геологических структур, круговорота ве­ществ, изменения твердой (литосферы), водной (гидросферы) и воз­душной (атмосферы) оболочек Земли.

Разрабатывая концепцию биосферы, Владимир Иванович Вернадский ввел в науку понятие живого вещества, как совокупности живых организмов, действующих как планетарный геохимический и геологический фактор.

Основой биосферной концепции является определение биогеохимических функций живого вещества.

Основные биохимические функции

1. Энергетическая функция - связана с запасанием солнечной энергии, ее передачей по цепям питания, рассеиванием. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле. Основой этой функции является фотосинтез. в процессе которого происходит аккумуляция энергии Солнца и ее последующее перераспределение между компонентами биосферы.

2. Газовая функция - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

обратил внимание на то, что все газы биосферы своим происхождением и геохимической историей связаны с живым веществом. Кислород атмосферы - продукт фотосинтетического преобразования углекислоты и воды, образование углекислого газа происходит при дыхании растений и животных, а также при микробиологическом разложении органического вещества. Живое вещество не только участвовало в образовании всех газов атмосферы: азота, кислорода, углекислого газа, метана, сероводорода, но и обеспечило постоянство газового состава атмосферного воздуха.

Рассмотрев геохимическое взаимодействие живого вещества и атмосферы, пришел к выводу, что живые организмы создали атмосферу, преобразовали гидросферу и литосферу.

3. Окислительно-восстановительная функция - связана с интенсификацией процессов окисления (благодаря выделению кислорода) и восстановления, протекающих под действием живого вещества.

Играет особенно важную роль в геохимии и образовании месторождений полезных ископаемых многих химических элементов с переменной валентностью - меди, ванадия, молибдена, кобальта, селена, урана и др. Окисление и восстановление железа, серы, марганца в почвах, коре выветривания и природных водах связано с деятельностью микроорганизмов.

Основной источник железа в древности - болотные железные руды образуются в результате жизнедеятельности железобактерий, у которых окисление железа связано с актом дыхания, подобно окислению углерода в организмах высших животных и растений. Железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного и накапливают гидроксид железа согласно уравнению:

4 Fe (НСО3)2 + 2H2O + O2 = 4 Fe (OH)3 + 8CO2

Отмирающие бактерии, опускаясь на дно озера или болота, образуют там слой гидроксида железа, который со временем превращается в болотную железную руду.

4. Концентрационная функция - способность организмов извлекать из окружающей среды и накапливать в своем теле как биогенные, так и рассеянные элементы (результат действия такой функции - залежи полезных ископаемых).

Каменный и бурый уголь, торф, образовавшиеся из остатков растений, содержат углерода, водорода, и азота больше, чем вся литосфера. Аналогичным концентратором углерода служит нефть, имеющая биогенное происхождение. Благодаря концентрационной функции морские организмы с известковым скелетом накапливают кальций, образуя толщи морских карбонатов - известняков, доломитов, писчего мела - горных пород, образованных останками морских животных с известковым скелетом. Морские диатомовые водоросли накапливают кремний, образуя диатомиты, трепел, опоку; морская капуста - ламинария, концентрирует йод, а позвоночные животные накапливают в скелете фосфор.

5. Деструктивная функция - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ.

6. Транспортная функция - перенос вещества и энергии в результате активного движения живых организмов.

7. Средообразующая функция - преобразование физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. Эта функция - интегративная, то есть является результатом совместного выполнения других функций.

8. Рассеивающая функция - противоположна концентрационной функции и проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов.

9. Информационная функция - живые организмы и их сообщества накапливают определенную информацию, закрепляют ее в наследственных структурах, передают последующим поколениям.

В состав биосферы кроме живого вещества входят:

- биогенное вещество (продукты жизнедеятельности организмов – каменный уголь, битумы, нефть),

- биокосное вещество (продукты распада и переработки осадочных горных пород живыми организмами – почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества),

- косное вещество – совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют (горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИОСФЕРЫ

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры.

1. Биосфера - централизованная система. Центральным зве­ном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свой­ство всесторонне раскрыто , но, к сожалению, часто недооценивается человеком и в настоящее время: в центр биосферы или ее звеньев ставится только один вид - человек (ан­тропоцентризм).

2. Биосфера - открытая система. Ее существование немыс­лимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые организ­мы (гелиобиология) разработаны (), ко­торый показал, что многие явления на Земле и в биосфере тесно связаны с активностью солнца. Все больше накапливается дан­ных, свидетельствующих, что резкое увеличение численности от­дельных видов или популяций («волны жизни») - результат измене­ния солнечной активности.

3. Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал , характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями, рассмотренными выше. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам, и справлялась с ними (извер­жения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообра­зование и т. п.) благодаря действию гомеостатических механиз­мов и, в частности, принципа, который в настоящее время носит название Ле Шателье-Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, пос­леднее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушаются многие механизмы гомеостаза и прин­цип Ле Шателье-Брауна, если не в планетарном, то в крупных регио­нальных планах. Их следствие - региональные кризисы.

4. Биосфера - система, характеризующаяся большим разнооб­разием. Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфе­ра как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. Последнее обусловливается многими при­чинами и факторами. Это и разные среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и разнообразие природных зон, раз­личающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биоти­ческим и другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

В настоящее время описано около 2 млн. видов (примерно 1,5 млн. животных и 0,5 млн. растений). Полагают, однако, что число видов на Земле в 2-3 раза больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических ле­сах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях. Кроме этого, современный видовой состав - это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое принимало учас­тие в процессах биосферы за период ее существования. Дело в том, что каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10-30 млн. лет), и поэтому с учетом постоянной смены и обновле­ния видов число видов, принимавших участие в становлении био­сферы, исчисляется сотнями миллионов. Считается, что к настоя­щему времени арену биосферы оставили более 95 % видов.

Разнообразие биосферы за счет элементарных экосистем по вер­тикали обусловливается ярусностью, или экогоризонтами, раститель­ного покрова и связанных с ними животных организмов, а в гори­зонтальном направлении неравномерностью распределения орга­низмов и их группировок и связанных с ними факторов (увлажне­ние, микрорельеф, обеспеченность элементами питания и т. п.).

Для любой природной системы разнообразие - одно из важней­ших ее свойств. С ним связана возможность дублирования, под­страховки, замены одних звеньев другими (например, на видовом или популяционном уровнях), степень сложности и прочности пи­щевых и других связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это свойство настолько универсально, что сформулировано в качестве закона (автор его ).

Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конфе­ренцией ООН по окружающей среде и развитию (1992 г.) к числу трех важнейших экологических проблем, по которым приняты спе­циальные Заявления или Конвенции. Кроме сохранения разнообра­зия, такие конвенции приняты по сохранению лесов и по предотвра­щению изменений климата.

Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним не­исчерпаемость отдельных химических элементов и их соеди­нений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого - углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоро­там и наличию неисчерпаемого источника солнечной энергии обес­печивается непрерывность процессов в биосфере и ее потенциаль­ное бессмертие. Как отмечал академик-почвовед , есть единственный способ сделать какой-то процесс бесконечным - пустить его по пути круговоротов. Одно из мощнейших антиэколо­гических действий человека связано с нарушением и даже разруше­нием природных круговоротов.

Экологический кризис — особый тип экологической ситуации, когда среда обитания одного из видов или популяции изменяется так, что ставит под сомнение его дальнейшее выживание. Основные причины кризиса:

·  Абиотические: качество окружающей среды деградирует по сравнению с потребностями вида после изменения абиотических экологических факторов (например, увеличение температуры или уменьшение количества дождей).

·  Биотические: окружающая среда становится сложной для выживания вида (или популяции) из-за увеличенного давления со стороны хищников или из-за перенаселения.

Кризис может быть:

·  глобальным;

·  локальным.

Бороться с глобальным экологическим кризисом гораздо труднее, чем с локальным. Решение этой проблемы можно достигнуть только минимизацией загрязнений, произведенных человечеством, до уровня, с которым экосистемы будут в состоянии справиться самостоятельно. В настоящее время глобальный экологический кризис включает четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение планеты суперэкотоксикантами и так называемые озоновые дыры.

ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

Хозяйственная деятельность человека приводит к изменению характеристик природной среды в масштабе планеты. В настоящее время глобальный экологический кризис включает 4 основные проблемы:

1 кислотные дожди

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы. В результате антропогенного загрязнения атмосферы сернистым газом и оксидами азота происходит, как показано выше, образование серной и азотной кислот, выпадающих на Землю вместе с осадками. Кислотность обычной дождевой воды за счет частичного растворения во влаге углекислого газа равна 5,6. Но известны случаи выпадения кислых дождей с рН = 2,3 (кислотность лимонного сока!). Такие осадки наносят существенный ущерб качеству воды в природных водоемах, качеству почвы, приводят к разрушению изделий из металлов, архитектурных сооружений, мрамора и бетона.

По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

2 парниковый эффект

Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет». Накопление СО2 в атмосфере во всем мире связывается сейчас с так называемым «парниковым эффектом» (этому способствует также накопление СН4, СFCl2, N2О). Диоксид углерода не поглощает видимую и ближнюю УФ-области солнечной радиации, а с другой стороны, ИК-излучение Земли поглощается СО2 в атмосфере, не пропускается в космос.