Предмет экологии. История развития экологии (стр. 2 )

4) Представление о возникновение, о развитие растений в процессе длительной эволюции, в результате взаим абиотических и биотических факторов.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». На развитие жизни, а, следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и прежде всего, наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни и слишком высокие или низкие температуры. Элементы минерального питания также влияют на развитие жизни.

Та часть биосферы, где живые организмы встречаются в наст назыв современной или необиосферой.

Древние биосферы, относящиеся к палеобиосфере это безжизненное скопление вещества.

+19) Биосфера как глобальная экосистема. Основные свойства и функции.

19. Состав биосферы. Живое вещество, его свойства и функции.

Биосфера включает:

а) живое вещество – совокупность живых организмов выраженных через массу, энергию и химический состав.

б) биогенное – уголь, известняк

в) косное – в его образование живое вещество не участвует (магматические горные породы, минералы)

г) биокосное – создается с помощью живых организмов

д) радиоактивное

е) космическое

ж) рассеянные атомы

Функции живого вещества

1) Энергетическая

2) Газовая

3) Окислительно-восстановительная

4) Контракционная

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

5) Деструкционная

6) Средообразующая

20. Эволюция биосферы – ноосфера.

Ноосфера – сфера разума.

Ноосфера - высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. По этому поводу (1965, с. 328) писал: «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупной геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше». Он также отмечал, что человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может, его существование есть ее функция, которую он несет с собой всюду, неизбежно изменяя ее. Сам надский видел противоречивость отдельных положений концепции о ноосфере, как идей, охватывающих наиболее острые проблемы человечества и его будущего. По мнению некоторых ученых, еще рано говорить о «сфере разума», или, в крайнем случае, о самых начальных стадиях развития ноосферы, о чем свидетельствуют многие глобальные экологические проблемы (парниковый эффект, кислотные дожди, обезлесивание, опустынивание и др.). Вероятно, ноосферное развитие — это разумно управляемое соразвитие человека, общества и природы, при котором удовлетворение жизненных потребностей населения осуществляется без ущерба интересов будущих поколений. Одна древняя индийская мудрость дополняет эту мысль словами: «Природа — это не то, что мы получили в наследство от предков, а то, что мы взяли взаймы у потомков». Современная цивилизация сможет выжить, если будет действовать как единый разумный механизм, не нарушающий равновесия в биосфере, основываясь на коллективном разуме и воле.

21. Физико-химические процессы при фотосинтезе и хемосинтезе

Фотосинтез – это эндоэнергетический процесс, при котором идет накопление энергии в органическом веществе, за счет преобразование энергии фотонов в энергию хим. связи.

На фотосинтез тратится 2-3 % лучистой энергии солнца. Под действием солнечного света в клетке листа освобождается один электрон из молекулы хлорофилла, которые дали взаимодействие с молекулой АДФ. В результате молекула АДФ получила дополнительную энергию для присоединения неорганического фосфата с образованием АТФ, который выполняет в живом организме роль основного энергоносителя.

Хемосинтез – это синтез органического вещества с помощью бактерий. Протекает также как фотосинтез, но донором служит Н2S или Н2, поэтому выделение кислорода не происходит. Источником углерода служит углекислый газ, который восстанавливает СО2 или СО.

Сходства:

1) Образуется органическое вещество

2) Поглощается СО2

Различия:

1) В фотосинтезе образуется О2, в хемосинтезе нет

2) В хемосинтезе образуется какое-либо вещество (S,NO3,NO2)

22. Трофические цепи в биоценозе. Автотрофы, гетеротрофы. Составные компоненты (продуценты, консументы, редуценты).

Автотрофы используют неорганические источники для своего существования. Образуют органическую материю (фотосинтезирующие растения суши и воды, сине-зеленые водоросли, хемосинтез, бактерии).

Гетеротрофы – питаемые другими. Организмы потребляющие только готовые органические вещества. Гетеротрофы потребляют мёртвую органику называемую сапротрофами:

а) сапрофиты (грибы, дрожжи, плесень);

б) сапрофаги (животные санитары, питающиеся трупами или гниющими остатками);

в) паразиты – организмы способные жить и развиваться внутри или на поверхности тела животного или растения

Функции у всех организмов разные:

1) Продуценты

2) Консументы

3) Редуценты

1) Продуценты (создающий) создающее первичное органическое вещество, в котором питаются все остальные организмы

2) Консументы (потребляющий) организмы потребляющие органическое вещество

а) Растительноядные – коровы

б) Плотоядные

в) Всеядные

По порядкам четко распространяются лишь консументы, специализирующиеся лишь на одном виде пищи.

3) Редуценты (возвращающие) – организмы разлагающие мёртвое органическое вещество до минерального, то есть возвращение вещества в неживую природу.

В процессе питания на всех уровнях есть отходы и так как созданное органическое вещество должно превращаться в минеральное это возможно благодаря редуцентам (бактерии, грибы, микроорганизмы).

Остатки органических веществ всех звеньев называют детрит (мелкие частицы). Детритофаги – это организмы питающиеся детритом, в результате получаем взаимосвязный ряд трофических уровней (место каждого звена в цепи).

Главное свойство цепи питания передача вещества энергии с одного уровня на другой.

Пищевые цепи могут быть разные:

а) короткие (трава - заяц - леса)

б) длинные (трава насекомые лягушки змеи птицы)

в) неполные

23. Два вида трофических цепей. Трофическая структура экосистем. Трофические сети.

Различают два вида трофических цепей:

1) Пастбищные (цепевыедания) начинается с поедания фотосинтезирующих организмов

2) Детритные (цепиразложения) начинается с остатков отмерших организмов.

У многих животных пищевые связи представляют непростую цепь, а разветвленную трофическую цепь.

Трофическая структура экосистем и круговорот вещества в ней.

Живые вещества	консументы	Свет	Мёртвые вещества	Деструценторы и редуцинты	Минеральные и органические вещества
Продуценты
Растительноядные
Плотоядные 1 пор.
Плотоядные 2 пор.
Плотоядные 3 пор.

24. Правила 10%. Экологические пирамиды: энергии, чисел, биомассы.

Часть вещества и энергии в процессе питания теряются. Каждое последующее звено в цепи питания содержит 10% меньше чем предыдущий. Правило 10% Лицеманна.

Трофическую цепь можно изобразить в виде экологической пирамиды, где количество энергии продукции или численности организмов на каждом уровне изображается в виде прямоугольника в одном масштабе. Основой служат продуценты, последующие образуют этажи и вершины пирамиды.

Различают три вида экологических пирамид:

1) Пирамида энергии или продукции. Показывают изменение энергии или первичной продукции на последующих трофических уровнях.

2) Пирамиды биомассы - характеризует массу живого вещества. Для сухопутных систем суммарная масса растений превращает массу всех травоядных и массу всех хищников. Для биомасс систем – пирамида перевёрнута.

3) Пирамида чисел или пирамида Элтона – отражает численность организмов на каждом уровне.

Все три типа пирамид отражают энергетические отношения в экосистеме.

25. Энергетика экосистем: первичная и вторичная продукция. Продуктивность экосистем: (первичная продуктивность, дыхание, вторичная продуктивность). Биомасса.

Одно из важных свойств организмов их популяций и экосистем в целом способность создавать органическое вещество называется продукцией.

Первичная продукция – это продукция растений

Вторичная продукция – это продукция животных

Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии.

Энергия дыхания – это 12-20 % растительноядных, 75% плотоядных.

Эту энергию называют тратой на дыхание. Оценивают количеством СО2 выделенное организмом.

Скорость образования продукции на единице площади или объёма характеризует продуктивность экосистемы.

Различают первичную и вторичную продуктивность.

1) Первичная продуктивность – это скорость образования продукции продуцентами.

Какую-то часть продукции растения тратят на дыхание (R) процесс окисления, в результате чего как бы «сгорает» накопл при фотосинтезе органич вещества. Если из первичной продуктивности Р вычесть часть вещества израсходованного на дыхание R – получится чистая первичная продуктивность, то есть величина прироста растений, которая потребляется консументами и редуцентами.

2) Вторичная продуктивность – прирост массы гетеротроф за единицу времени, которая создается за счет чистой первичной продуктивности автотрофов.

Биомасса – вся живая органическая масса, которая содержится в экосистеме или её элементах вне зависимости от того за какой период она образуется.

26. Динамика экосистемы-сукцессии. Первичная сукцессия. Эвтрофикация. Вторичная сукцессия. Климаксная экосистема. Автотрофные и гетеротрофные сукцессии.

Динамические изменения экосистем организмов гибель одних и становление других называют сукцессия.

Первичная сукцессия или сукцессия развития, когда формирование сообществ начинается на первичном свободном субстракте. Например: горные породы, извержение вулкана, антропогенные разрушения. Сначала появляются организмы пионеры (водоросли, лишайники), следом идет стадия растительности (травы, кустарники, деревья).

Первичная сукцессия длится 1000 лет.

Вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества существующего на данном субстрате другим.

Возникает вследствие деятельности человека (после вырубки леса, пожара).

Вторичная сукцессия заканчивается через 150 – 250 лет.

Примером является эвтрофикация: сверх питает

Увеличение водоемов. В результате обогащения водоема биогенами (фосфат, С, Si). Резко возрастает продуктивность водоемов за счет роста численности и биомассы водорослей (погибают рыбы).

Сукцессия состоит из стадии роста, стабилизации и климакса. Сукцессия рано или поздно заканчивается. Малоизменяющиеся системы называются климаксными или коренными.

Климакс – это самоподдерживающее сообщество находящиеся в равновесии с физическим местом обитания.

Климакс характеризуется эдификатором. Это виды, которые в наибольшей мере создают данную среду обитания.

Р – продуктивность

R – Дыхание

Для климаксной системы Р/R=1.

Продуктивность высока, но вся продукция тратится в трофических цепях, биомасса постоянна.

Различают автотрофные и гетеротрофные сукцессии.

Автотрофные протекают в экосистеме, где центральным звеном является растительный покров.

Р/R>1. Такие экосистемы потенциально бессмертны, поскольку пополняются энергией и веществом за счет фото - или хемосинтеза.

Идет прирост биомассы, так как скорость изъятия её гетеротрофами отстает от скорости прироста растений.

Гетеротрофные протекают там, где отсутствуют живые растения. Например разложение мертвого дерева или животного.

Р/R<1.рост биомассы снижается. Добыча человеком полезных ископаемых.

27. Гомеостаз. Помехи в биогеоценозе-положительные и отрицательные обратные связи. Гомеостатическое плато.

Гомеостаз – это состояние подвижно стабильного равновесия экосистемы или биогеоценоза и условий их существований. Это механизм, по средствам которого живой организм противодействует внешним воздействиям, поддерживает параметры своей внутренней среды на таком постоянном уровне, который обеспечивает норм жизнь (пульс, температура тела).

Существование систем невозможно без связей, которые делятся на:

1) Прямые

2) Обратные

а) Прямая связь – это связь, при которой один элемент (А) действует на другой (В) без ответной реакции. Примеры действие солнца на земные процессы.

б) обратная связь – это связь, при которой элемент В отвечает за действие элемента А.

Бывают положительные и отрицательные связи. Положительно обратная связь ведет к усилению процесса в одном направлении (заболоченная территория после вырубки леса).

Отрицательно обратная связь – в ответ на усиление действия элемента А увеличивается

противоположная по направлению действие элемента В. Они наиб. распространены а наиб. Важны. Н-р: взаимод - е между хищником и ее жертвой.

Та область в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны несмотря на стрессовые воздействия сохранить устойчивость системы называется гомеостатическим платом.

28. Два вида круговорота вещества (малый и большой) в биосфере.

Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов.

Выделяют 2 круговорота – большой (геологический) и малый (биотический).

Большой (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши.

Большой(геологический)обусловлен взаимод-ем солнечной энергии с энергией земли ; осуществляет распределение вещ-ва между биосферой и более глубок. Горизонтами земли.

Заключ в том, что горные породы разруш-ся ы выветриваются. Продукты выветр и смываются в миров океан, где образ-ся морские платы. Лишь часть вещ возвращ на сушу вместе с осадками, которые извлек-ся из воды расст-ми и живыми организмами.

ДУНУДАЦИЯ суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн. т/год), общего приноса вещества на сушу (4043 млн. т/год) и составляет 48947 млн. т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации, приводя, например, к землетрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах.

МАЛЫЙ (биотический) круговорот веществ происходит на уровне биогеоценоза или биогеохимического цикла и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды и углерода усваивается растениями с образованием органического вещества, которое поставлено в трофическую цепь.

Малый(биогеохимический) часть большого, происх. на уровне биогеоценоза и заключаются в том, что питательные вещества почвы, воды и усваиваются растениями с образованием орг. вещ-в, котор постав-ся в трофич цепь.

Продукты распада всех уровней перераб редуцентами вновь до минер-х соед-й.

29. Круговорот углерода.

Углерод включается в состав органических элементов в процессе фотосинтеза из CO2. Другие процессы биосинтеза преобразуют углерод в крахмал, гликоген и другие вещества. Эти вещества формируют ткани фотосинтезирующих организмов и служат источником органических веществ для животных. В процессе дыхания организма окисляются сложные органические вещества и выходит CO2, который опять участвует в фотосинтезе. Время круговорота – 8 лет.

Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой – C02. Источником является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних слоев земной коры.

Миграция C02 в биосфере Земли протекает двумя путями:

1-й путь закладывается в поглощение его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцы, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далёкие геологические эпохи сотни млн. лет назад значительная часть фотосинтетического органического вещества не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась и постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах млн. лет, этот детрит под действием высоких t и P (процесс метаморфизации) превращался в нефть, природный газ и уголь (в зависимости от исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах). Теперь в ограниченных количествах добывают это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая его, в определённом смысле завершают круговорот углерода.

По 2-му пути миграция С осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем с помощью растворенного в воде кальция происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане. В пределах суши, где существуют растения, CO2 атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2. Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания CO2 в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

30. Круговорот азота

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в NH4, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется в азотную кислоту. Она вступая в реакцию с находящимся в почве карбонатами (например с СаСО3), образует нитраты:

2HN03 + СаСО3  Са(NО3)2 + СО2 + Н20

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигание дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать O2 от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Т. о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы возмещения потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды. При грозах они синтезируют из азота и кислорода оксиды азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращаясь в почве в нитраты (аммиак). Другим источником попадания азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образования характерных вздутий — «клубеньков». Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. При распаде растительного и животного белка азот вновь попадает в неживую природу, откуда поступает в состав новых поколений живых организмов, а часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важных элементов питания растений.

31. Круговорот фосфора

Фосфор – очень важный элемент для всего живого, поскольку участвует в образовании и превращении азотистых веществ и углеводов в живых тканях – биосинтезе белков, нуклеиновых кислот, играющих главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в клетках, пептидов и т. д., входит в состав

скелета, тканей мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки.

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах P содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме т. н. органического фосфата. По пищевым цепям P переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащегося P соединения в процессе клеточного дыхания для получения органической энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл. В отличие, например, от CO2, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками, пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет «свободного возврата» в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому, же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

Схема круговорота F.

Фосфат ионы

PO4-2

F в организ-х

Ассимиляция