Контрольная работа по дисциплине: «Основы экологии» (стр. 1 )

Контрольная работа

По дисциплине: «Основы экологии»

Вариант № 11

Выполнил: студент (ка)_____курса гр.______

Номер зачетной книжки________________91

Фамилия_______________________________

Имя__________________________________

Отчество_______________________________

  Принял преподаватель:

_______________________________________

  ФИО

  «  »__________________2017г

Содержание

11. Роль фотосинтеза в эволюции биосферы        3

Задача № 1. «Определение суммарного уровня загрязнения воздушной среды»        10

Задача №2: «Расчет выбросов  загрязняющих  веществ  от  промышленных  предприятий».        12

Задача №3: «Оценка качества воды поверхностных водоисточников».        14

Задача 4. Расчет ущерба от загрязнения воздушной среды.        15

Список использованной литературы        20

Приложения        21

11. Роль фотосинтеза в эволюции биосферы

Нынешняя структура биосферы и границы обитания современных организмов формировались постепенно, в результате долгой истории Земли, начиная с ее возникновения и до настоящего времени [4].

Биосфера представляет собой устойчивую природную систему, в которой поддерживается динамическое равновесное состояние. В результате крупных геологических явлений (извержения вулканов, землетрясения и т. п.) это равновесие может локально нарушаться, однако биосфера за счет составляющих ее структурных и функциональных компонентов биогеоценозов способна его восстановить.

Важнейший этап развития жизни на Земле тесно связан с изменением содержания кислорода в атмосфере и становлением озонового экрана. Древние фототрофные цианобактерии насытили кислородом толщу первичного Мирового океана. Большинство цианобактерии — фототрофы. При фотосинтезе они, подобно растениям, образуют кислород. Именно фотоавтотрофные бактерии на заре развития жизни насытили кислородом воды первичного океана, а затем и атмосферу планеты [6].

С ростом и размножением фотосинтезирующих организмов количество свободного кислорода стало возрастать, он начал поступать в атмосферу. Это создало предпосылки для образования озонового экрана, поглощающего губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение. К концу палеозоя, в пермском периоде, концентрация кислорода в атмосфере достигла современного уровня, что, наряду с формированием озонового слоя, позволило организмам выйти на сушу, образуя наземную флору и фауну [7].

Стабильность биосферы определяется, прежде всего, непрерывным поступлением солнечной энергии, используемой фототрофными организмами и преобразуемой ими в первичное органическое вещество — первопищу для консументов разных порядков [8].

Растения и автотрофные протисты в процессе фотосинтеза образуют первичное органическое вещество, которое используется в качестве пищи многочисленными гетеротрофными организмами.

Фотосинтез – у зеленых растений процесс преобразования энергии света в химическую энергию органических соединений, синтезируемых из диоксида углерода и воды. Фотосинтез представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций, совокупность которых принято разделять на две фазы – темновую и световую [5].

Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф) также является запасённой в процессе фотосинтеза [4].

Фотосинтез является главным процессом вовлечение неорганического углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы — биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы (кислородная катастрофа) полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу.

На начальном этапе развития биосферы живые организмы использовали органические соединения первичного океана.

Углекислый газ, как побочный продукт обмена веществ, выделялся в атмосферу и накапливался в ней. Каким бы насыщенным ни был «первичный бульон», живые организмы довольно быстро использовали запасы органических веществ первичного океана [7].

Преимущества получили и широко размножились анаэробные организмы, способные синтезировать органические соединения из образующегося в процессе обмена углекислого газа и присутствовавшего в атмосфере водорода. Они восстанавливали углекислый газ до метана:

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О + Е.

В результате образовывался метан, и высвобождалась энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности микроорганизмов. Метан поступал в атмосферу и под действием ультрафиолетового излучения превращался в органические соединения, которые вновь возвращались в воду.

В то время, по мнению ученых, в составе атмосферы концентрация метана, определявшаяся жизнедеятельностью живых организмов, оставалась примерно на одном уровне (рис. 1,а).

Высокое содержание метана могло сохраняться до тех пор, пока в земной атмосфере было значительное количество водорода. Когда же запасы газообразного водорода истощились, метанообразующие бактерии уже не могли перерабатывать углекислый газ в метан и таким образом лишились источника энергии для синтеза собственных питательных веществ.

Для обеспечения условий существования живых организмов необходима была новая форма обмена веществ и получения энергии. Ею стал фотосинтез. У первых фотосинтезирующих микроорганизмов фотосинтез протекал без выделения кислорода (рис. 1, б).

На следующем этапе эволюции появились организмы с более совершенным механизмом фотосинтеза, в результате которого в атмосферу стал выделяться кислород (рис. 1, в).

Это повлекло за собой постепенное изменение состава атмосферы Земли. В ней становилось все больше кислорода [7].

Рис. 1. Схема круговорота углерода в разное время

Для живых организмов того времени кислород был сильнейшим ядом. Фактически наступил экологический кризис. Живые организмы должны были погибнуть или приспособиться к новым условиям среды.

По мере накопления кислорода в атмосфере живым организмам приходилось вырабатывать все более совершенные механизмы его обезвреживания. В конечном итоге живая природа нашла наиболее рациональный путь решения этой проблемы. Появились живые организмы, которые стали использовать кислород для получения энергии. Появился процесс дыхания.

Фотосинтез сыграл огромную роль в развитии органического мира и эволюции биосферы. Озоновый экран защитил планету от губительных ультрафиолетовых лучей. Это позволило живым организмам развиваться в верхних слоях водоемов, хорошо освещаемых и прогреваемых солнцем, а в дальнейшем завоевать сушу. Процесс дыхания обеспечил организмы энергией, что дало толчок к возникновению многоклеточных организмов, их дальнейшему развитию и усложнению.

В процессе дыхания организмы потребляли кислород и выделяли соответствующее количество углекислого газа, который использовался для синтеза органических веществ в процессе фотосинтеза. Постепенно между ав - тотрофными организмами и гетеротрофами установилось равновесие, которое привело к стабилизации нового состава атмосферы. Сформировались современные круговороты углерода и кислорода (рис. 2).

Рис. 2. Схема круговорота углерода с появление у организмов  оцесса дыхания

Биосфера является уникальной в своем роде. До сих пор не было никаких научных фактов, подтверждающих существования жизни в других местах Вселенной. Жизнь на Земле существует благодаря Солнцу. При воздействии энергии солнечного света осуществляется процесс под названием фотосинтез. В результате фотосинтеза растения, некоторыми виды бактерий и простейших под воздействием света перерабатывают двуокись углерода в кислород и органические соединения, такие как сахар. Подавляющее большинство видов животных, грибов, растений и бактерий непосредственно или косвенно зависят от фотосинтеза.

Наряду с фотосинтезом на Земле совершаются примерно равноценные по масштабам, но противоположные по направлению процессы окисления органических веществ и восстановленного углерода при горении топливных материалов (каменный уголь, нефть, газ, торф, дрова и т. п.), при расходовании органических веществ живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (дыхание, брожение), в результате которых образуются полностью окисленные соединения – углекислый газ и вода, и освобождается энергия. Затем с помощью энергии солнечной радиации углекислый газ, вода снова вовлекаются в процессы фотосинтеза, энергия солнечного света, используемая при фотосинтезе, служит движущей силой колоссального по размерам круговорота на Земле таких элементов, как углерод, водород, кислород. В этот круговорот включаются и многие др. элементы: N, S, Р, Mg, Ca и др. За время существования Земли благодаря фотосинтезу важнейшие элементы и вещества прошли уже много тысяч циклов полного круговорота.

В предшествующие эпохи условия для фотосинтеза на Земле были более благоприятны в связи с сильным перевесом восстановительных процессов над окислительными. Постепенно огромные количества восстановленного углерода в органических остатках оказались захороненными в недрах Земли, образовав громадные залежи горючих ископаемых. В результате этого в атмосфере сильно снизилось относительное содержание углекислого газа (до 0,03 объёмных %) и повысилось содержание кислорода, что существенно ухудшило условия для Ф. Следствием появления на Земле мира фотосинтезирующих растений и непрерывного новообразования ими больших количеств богатых энергией органических веществ явилось развитие мира гетеротрофных организмов (бактерий, грибов, животных, человека) – потребителей этих веществ и энергии. В результате (в процессе дыхания, брожения, гниения, сжигания) органические соединения стали окисляться и подвергаться разложению в таких же количествах, в каких образуют их высшие растения, водоросли, бактерии. На Земле установился круговорот веществ, в котором сумма жизни на нашей планете определяется масштабами фотосинтеза. В текущем геологическом периоде (антропогеновом) размеры фотосинтетической продуктивности на Земле, вероятно, стабилизировались. Однако в связи с бурно возрастающим использованием продуктов фотосинтеза основным её потребителем – человеком – приходится думать о предстоящем истощении горючих ископаемых, пищевых, лесных ресурсов. Недостаточна фотосинтетическая мощность современной растительности для регенерации атмосферы: растительность Земли не способна полностью усваивать весь углекислый газ (относительное содержание его в атмосфере за последние 100 лет медленно, но неуклонно возрастает), дополнительно поступающий в окружающую среду в результате бурно возрастающих масштабов добычи и сжигания горючих ископаемых.