Типы пресноводных экосистем
Ленточные (стоячие воды): озера, пруды и т. д. ,Логические (текучие воды): реки, ручьи и т. д.,Заболоченные угодья: болота и болотистые леса
Типы морских экосистем
Открытый океан (пелагическая), Воды континентального шельфа (прибрежные воды), Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством), Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д),
Наземные биомы здесь выделены по естественным или исходным чертам растительности, а типы водных экосистем по геологическим и физическим особенностям. Классификация природных экосистем биосферы основывается на ландшафтном подходе, т.к. экосистемы - неотъемлемая часть природных географических ландшафтов. Ландшафтом называют природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (верхние горизонты литосферы, рельеф, климат, воды, почвы, биота) образуют однородную по условиям развития единую систему.
По признаку происхождения выделяют два основных типа ландшафтов - природный и антропогенный. Природный ландшафт формируется исключительно под влиянием природных факторов и не преобразован хозяйственной деятельностью человека. Иногда под природным ландшафтом подразумевают т.н.геохимический природный ландшафт, т.е. участок, выделенный на основе единства состава и количества химических элементов и соединений. Однако чаще природным ландшафтом называют элементарный ландшафт, т.е. участок, сложенный определенными породами, находящимися на одном элементе рельефа, в равных условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым характером растительных сообществ и одним типом почв.
Сегодня значительную площадь суши занимают т.н. антропогенные ландшафты, к которым относятся:
· -агрокультурный (сельскохозяйственный) ландшафт, растительность которого заменена посевами и посадками сельскохозяйственных и садовых культур;
· -техногенный ландшафт, структура которого обусловлена техногенной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств (нарушение земель, загрязнение промышленными выбросами и т.п.); сюда же относится индустриальный ландшафт, образующийся в результате воздействия на среду крупных промышленных комплексов;
· -городской (урбанистический) ландшафт с постройками, улицами и парками.
Кратко рассмотрим некоторые основные типы биомов. Тундры характеризуются суровыми условиями для произрастания растительности. Вегетационный период длится 2 - 2,5 месяца, годовая норма осадков составляет всего 200 - 300 мм, сильные ветры, температура даже летом по ночам падает ниже 0°C, летом верхняя граница вечной мерзлоты проходит в нескольких десятках см под поверхностью почвенного слоя, зимой и этот слой промерзает полностью. Но практически круглосуточная освещенность во время полярного дня и низкая испаряемость значительно снижают лимитирующее действие света и влажности.
В тундре отсутствуют деревья; флора представлена в основном мхами и лишайниками. Произрастают многолетние кустарники типа брусники и карликовые растения с опадающими листьями (черника, карликовая береза и др.). Продуктивность экосистем тундры весьма мала, но с учетом продуктивности океана достаточна, чтобы обеспечить кормом перелетных птиц, насекомых, северных оленей, овцебыков, медведей, волков, песцов и др.
Бореальные хвойные леса (тайга) - это хвойные леса северной части умеренного пояса северного полушария с суровыми зимними температурами. Таежные сообщества представлены елью, сибирским кедром, лиственницей, пихтой и сосной. Строение таежных сообществ довольно простое - два-три древесных яруса, а также моховой и травянисто-кустарниковый ярусы. Затенение значительно, лесная подстилка разлагается медленно.
Таежные леса отличаются особым микроклиматом: ветров нет, температура несколько выше, чем на открытом месте, много снега зимой, что помогает выживать животным. Крупные животные представлены медведями, волками, лосями. Большое значение в таежных лесах имеют семенной фонд и хвоя: семенами питаются птицы, белки, бурундуки и другие мелкие грызуны, а хвоей - насекомые.
Хвойные леса - самые крупные в мире поставщики лесоматериалов. Они весьма продуктивны несмотря на низкую температуру в течение более чем полугода, т.к. сплошной зеленый покров, содержащий хлорофилл, сохраняется круглый год.
Листопадные леса умеренной зоны (широколиственные леса) расположены южнее тайги и, в отличие от нее, не имеют сплошного распространения. Произрастают они в условиях более мягкого климата, с годовой нормой осадков от 700 до 1500 мм и четко выраженными сезонами. Среди древесной флоры доминируют дуб и бук. Благодаря листопаду формируется мощная лесная подстилка, обеспечивающая зимовку многим беспозвоночным животным.
Ярусная структура широколиственных лесов значительно сложнее, чем у хвойных: до трех ярусов деревьев, два яруса кустарников и два - три яруса трав. Раскидистая крона, дуплистость деревьев и хорошо выраженная ярусность широколиственных лесов позволяют птицам занимать свои экологические ниши на различных уровнях.
Среди многочисленных насекомых имеются и вредители, наносящие лесам ущерб. Крупные животные в листопадных лесах представлены в основном теми же видами, что и в тайге: лоси, медведи, рыси, лисицы, волки и др., разнообразна и богата орнитофауна.
Листопадные леса относятся к тем районам суши, где человеческая цивилизация получила наибольшее развитие. Поэтому найти нетронутые широколиственные леса сегодня трудно.
Степи умеренной зоны - это открытые пространства между лесами и пустынями с годовым количеством осадков от 250 до 750 мм. Из растительности в степях доминируют растения ксерофильного типа. В большом количестве произрастают злаки и кустарники, служащие кормом для животных.
Среди животных в степях распространены суслики, сурки, полевки и др., а также копытные, ведущие стадный образ жизни (сайгаки). При умеренном выпасе последние копытами разрушают скопления отмершей травы и листвы на поверхности почвы, что способствует дальнейшему росту трав. Если же выпас копытных осуществляется чрезмерно, это может привести к деградации степной растительности и опустыниванию степи.
Степные почвы резко отличаются от лесных высоким содержанием гумуса. Именно в степной зоне расположены самые плодородные почвы - черноземы. На них вырастает наиболее высокая чистая первичная продукция, или урожаи культурных злаков - пшеницы, кукурузы и т.д. Поэтому в настоящее время значительная часть степей занята под посевы зерновых культур, культурными пастбищами и др.
Пустыни (травянистые и кустарниковые) характеризуются чрезвычайно низкой годовой нормой осадков (200 - 250 мм) и высоким испарением с открытой водной поверхности (более 1000 мм/год). Пустыни обычно подразделяются по породам, на которых они сформировались: глинистые, солончаковые, песчаные, каменистые.
Растительность в пустынях представлена в основном ксерофильными формами трав и полукустарников. Она произрастает очень разреженно, из-за чего травоядные животные существуют небольшими группами, парами и в одиночку. Стада образуют лишь те животные, которые способны быстро перемещаться на новые участки выпаса (антилопы, некоторые птицы).
Животные пустыни по-разному адаптированы к нехватке воды: обладают особыми покровами, выделяют сухие экскременты, могут образовывать и сохранять метаболическую воду. Верблюды же приспособлены к повышенной температуре тела, к высокой степени дегидратации тканей.
Субтропические территории с мягким, умеренным климатом носят специальное название -чапарраль. Годовая норма осадков здесь составляет 500 - 700 мм, выпадают они преимущественно в период теплой зимы. Обильные зимние дожди сменяются довольно засушливым летом. Растительные сообщества чапарраля состоят из деревьев (лавр, вечнозеленый дуб, в лесах Австралии - эвкалипт и др.) и вечнозеленых кустарников с мясистыми листьями. Подобные климатические зоны широко распространены в Средиземноморье.
Тропические степи и саванны(центральная и Восточная Африка, Южная Америка, Австралия) - это теплые климатические зоны, в которых преобладает древесно-кустарниковый тип растительности. Годовая норма осадков - от 900 до 1500 мм. Температура здесь достаточно высока круглый год, и сезонность определяется только распределением осадков: сезоны делятся на дождливые и засушливые.
Деревья (баобабы, акации, пальмы и др.) часто имеют толстую кору с мощным пробковым слоем. Травы представлены высокими густыми злаками. В период засухи надземная часть злаков высыхает, листья деревьев опадают. Цветение деревьев происходит в конце засушливого сезона, а с началом дождей распускаются листья.
Саванна, в особенности, африканская не имеет себе равных по разнообразию и численности популяций копытных: здесь обитают антилопы, зебры, жирафы и др. Параллельно с ними существуют популяции хищников (львы, гепарды и др.), которые охотятся на копытных.
Разнообразна орнитофауна. Среди птиц в саваннах представлены и крупные хищники, и падальщики (грифы), а также самая крупная из птиц - африканский страус. Здесь множество рептилий (змеи и ящерицы), активных в засушливый период. На дождливый сезон приходится обилие насекомых. Среди последних много кровососущих, например, муха цеце. Среди насекомых, обитающих в Южной Африке, некоторые являются переносчиками тяжелых болезней, поражающих центральную нервную систему человека и животных, а также других опасных заболеваний.
Полувечнозеленые сезонные (листопадные) тропические леса распространены в областях с годовой нормой осадков 800 - 1300 мм с продолжительным засушливым периодом длительностью 4 - 6 месяцев в году. Такие леса характерны для тропической части Азии, центральной Америки. В них доминируют деревья верхнего яруса, которые сбрасывают листву в засушливый сезон. Нижний ярус представлен большей частью вечнозелеными деревьями и кустарниками.
Вечнозеленые тропические дождевые леса расположены вдоль экватора, где годовая норма осадков составляет 2000 - 2500 мм при достаточно равномерном распределении их по месяцам. Такие леса расположены в бассейнах рек Амазонки и Ориноко в Южной Америке; в бассейнах рек Конго, Нигера и Замбези в Африке и на острове Мадагаскар; в Индо-Малайской области и на островах Борнео и Новая Гвинея.
В дождевых тропических лесах деревья образуют три яруса: редкие высокие деревья образуют верхний ярус над общим уровнем полога; сам полог, образующий сплошной вечнозеленый покров на высоте 25 -35 м; нижний ярус, который четко выражен лишь в местах просвета в пологе. Травянистая растительность и кустарники практически отсутствуют. Зато произрастает большое количество лиан. Видовое разнообразие растений очень велико. Число видов деревьев, по некоторым оценкам, достигает более 170 видов.
Влажные тропические леса - это весьма древние климаксные экосистемы, в которых круговорот питательных веществ доведен до совершенства, - они практически не теряются и немедленно поступают в биологический круговорот, осуществляемый симбиотическими организмами и неглубокими, часто воздушными корнями деревьев. Именно поэтому такие пышные леса существуют на довольно скудных почвах.
Выводы: На нашей планете существуют различные экосистемы. Виды экосистем классифицируются определенным образом. Однако связать воедино все многообразие этих единиц биосферы невозможно. Именно поэтому существует несколько классификаций экологических систем. Например, разграничивают их по происхождению. Это: Естественные (природные) экосистемы. К ним относятся те комплексы, в которых круговорот веществ осуществляется без какого-либо вмешательства человека. Искусственные (антропогенные) экосистемы. Они созданы человеком и способны существовать только при его непосредственной поддержке - Глобальный биогенный круговорот веществ слагается из круговоротов, происходящих в элементарных экосистемах. В каждой из экосистем обязательные экологические категории — продуценты, консументы, редуценты — никогда не представлены одним видом, но всегда их набором. Это своеобразная гарантия: если что-то случается с одним видом, его долю работы принимают на себя другие, и биогеоценоз продолжает функционировать. Эта сложная взаимосвязь обеспечивает устойчивость жизненных процессов в экосистеме.
Видовая, трофическая и пространственная структуры создают устойчивость природных экосистем, сопротивляемость внезапным и кратковременным воздействиям. Продолжающиеся «постоянно беспокоящие» воздействия опасны тем, что реакции экосистем на них еще недостаточно исследованы. Из всех вмешательств человека в естественные экосистемы ни одно не растет такими быстрыми темпами, как загрязнение окружающей среды. Особую опасность представляет загрязнение, способное изменить структуру и функции экосистем, что подтверждают их реакции на кислые осадки. Поэтому человек должен найти способ поддерживать устойчивость, сопротивляемость и упругость экосистем и выработать оптимальные технологии использования их ресурсов
Вопросы для подготовки к занятию:
1. Периодический закон географической зональности. Закон конкурентного исключения.
2. Характеристика пустынь.
3. Характеристика травянистых экосистем.
4. Характеристика лесных экосистем.
5. Водные экосистемы общая характеристика.
6. Экосистемы Мирового океана.
7. Экосистемы континентальных стоячих водоемов.
8. Эвтрофикация водоемов.
9. Экосистемы водотоков
10. Структура и границы биосферы. Типы веществ, слагающих биосферу.
Занятие № 11.
Тема: Функции биосферы по А.В. Лаппо. Эволюция биосферы.. (6 часа)
Цель: Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу — природном или антропогенном — ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что экологические условия есть продукт взаимодействия биоты и окружающей среды, и лишь правильная оценка этого взаимодействия позволяет разработать достоверные методологические подходы к сохранению или даже улучшению экологической обстановки в случае ее нарушения на всех экосистемных уровнях, вплоть до глобального. По мнению целого ряда исследователей, на ранних этапах своего развития жизнь не была связана с отдельными живыми организмами, а выражалась в едином живом веществе. Согласно В. И. Вернадскому, происхождение жизни сводится к происхождению биосферы, которая с самого начала была сложной саморегулирующейся системой. Большое разнообразие геохимических функций живого вещества вытекало хотя бы из того, что любая, самая примитивная клетка, находясь в водной, морской среде, имела теснейший контакт со всеми химическими элементами таблицы Менделеева. Эти примитивные организмы, естественно, выбирали в процессе жизнедеятельности не все элементы, а в первую очередь те, которые благоприятствовали их росту и совершенствованию целого ряда физиологических процессов. Классический труд В. И. Вернадского «Биосфера» опубликован в 1926 г. В. И. Вернадский впервые выдвинул тезис о роли живого вещества, т. е. биоты, в формировании и поддержании основных физико-химических свойств оболочек Земли. Основываясь на научных достижениях того времени, он подчеркивал, что биосфера – это не только пространство, где обитают живые организмы, но и зона влияния последних, результат совокупной химической активности в прошлом и настоящем.
По В. И. Вернадскому, биосфера представляет собой уникальную геологическую оболочку земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью живых организмов. В. И. Вернадский связывал в единое целое живое и неживое – косное вещество. Он писал, что «...жизнь миграциями атомов в жизненном процессе связывает в единое целое все миграции атомов косной материи биосферы».
Им выделен также еще один вид вещества – биокосное вещество, куда входят продукты взаимодействия живого и косного вещества, например, океанические воды, почва, нефть и т. д. В. И. Вернадский различал также биогенное вещество – геологические породы, созданные благодаря жизнедеятельности организмов: каменный уголь, известняк и др. Устойчивость биосферы обеспечивается многообразием форм жизни и многофункциональностью живых существ, которые поддерживают круговорот веществ и энергии. Человечество является неотъемлемой частью биосферы и не может не зависеть от нее «ни на одну минуту».
Ученый выделил три главные составляющие биосферы: газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера).
Под гидросферой понимают Мировой океан, континентальные подземные воды. Она включает все типы водных объектов: моря, водоемы, водотоки, подземные воды, болотные воды и т. д. Земная поверхность на значительном протяжении покрыта водой: 71 % ее занимают океаны, около 5 % – континентальные (внутренние) водоемы.
Газовая оболочка Земли – атмосфера – существенно отличается ото всех известных науке газовых оболочек других небесных тел. Она относится к азотно-кислородному типу и отличается малым содержанием инертных газов (за исключением аргона) и молекулярного водорода. В течение геологической истории Земли произошли события, изменившие первоначальный состав ее газовой оболочки, что связывают с деятельностью живых организмов, прежде всего растений.
«Каменная оболочка» Земли– литосфера – представляет собой верхнюю часть земной коры. В контексте биосферы под литосферой обычно понимают только поверхностную ее часть – почву. Поэтому иногда употребляют термин педосфера – почвенная оболочка земной коры.
Живое вещество– основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть. Если его выделить в чистом виде и распределить равномерно по поверхности земли, то это будет слой около 2 см, или крайне незначительная доля от объема всей биосферы, толща которой измеряется десятками километров. В чем же причина столь высокой химической активности и геологической роли живого вещества? Прежде всего, это связано с тем, что живые организмы благодаря биологическим катализаторам (ферментам) совершают, по выражению академика Л. С. Берга, с физико-химической точки зрения, что-то невероятное. Например, они способны фиксировать в своем теле молекулярный азот атмосферы при обычных для природной среды значениях температуры и давления. В промышленных условиях связывание атмосферного азота до аммиака требует температуры порядка 500 °С и давления 300–500 атмосфер. В живых организмах на порядок или несколько порядков увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. В. И. Вернадский в связи с этим живое вещество назвал чрезвычайно активизированной материей.
В. И. Вернадский выделял девять функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную и др. В настоящее время название этих функций несколько изменено, некоторые из них объединены. Приводим их в соответствии с классификацией А. В. Лаппо (1987).
1.Энергетическая.Связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием. Энергетическая функция живого вещества нашла отражение в двух биогеохимических принципах, сформулированных В. И. Вернадским. В соответствии с первым из них геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению. Второй принцип гласит, что в процессе эволюции выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают геохимическую энергию.
2. Газовая– способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (органические остатки, известняки и т. п.). В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего двуокиси (СО2) в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03 %. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.
С газовой функцией в настоящее время связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 % от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде,
содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы
в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании кислорода связывают со временем, когда концентрация его достигла примерно 10 % от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового экрана в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).
3. Окислительно-восстановительная.Связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов как окисления благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления, прежде всего, в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода. Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает практически безжизненными глубинные слои болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Черном море). Данный процесс в связи с деятельностью человека прогрессирует.
4. Концентрационная– способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей организмы средой на несколько порядков (по марганцу, например, в теле отдельных организмов – в миллионы раз). Результат концентрационной деятельности – залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т. п. Эту функцию живого вещества всесторонне изучает наука биоминералогия. Организмы-концентраторы используются для решения конкретных прикладных вопросов, например для обогащения руд интересующими человека химическими элементами или соединениями.
5. Деструктивная– разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).
6. Транспортная– перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на большие расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.
С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).
7. Средообразующая.Эта функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других функций). С ней в конечном счете связано преобразование физико-химических параметров среды. Эту функцию можно рассматривать в широком и более узком плане. В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах.
В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании почв. В. И. Вернадский, как отмечалось, почву называл биокосным телом, подчеркивая тем самым большую роль живых организмов в ее создании и существовании. Роль живых организмов в образовании почв убедительно показал Ч. Дарвин в работе «Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей». Известный ученый В. В. Докучаев назвал почву «зеркалом ландшафта», подчеркивая тем самым, что она продукт основного ландшафтообразующего элемента – биоценозов и, прежде всего, растительного покрова. Локальная средообразующая деятельность живых организмов и особенно их сообществ проявляется также в трансформации ими метеорологических параметров среды. Это прежде всего относится к сообществам с большой массой органического вещества (биомассой). Например, в лесных сообществах микроклимат существенно отличается от открытых (полевых) пространств. Здесь меньше суточные и годовые колебания температур, выше влажность воздуха, ниже содержание углекислоты в атмосфере на уровне полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза), и повышенное ее количество в припочвенном слое (следствие интенсивно идущих процессов разложения органического вещества на почве и в верхних горизонтах почвы).
8.Наряду с концентрационной функцией живого вещества выделяется противоположная ей по результатам – рассеивающая.Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, кровососущими насекомыми и т. п.
9.Важна также информационнаяфункция живого вещества, выражающаяся в том, что живые организмы и их сообщества накапливают определенную информацию, закрепляют ее в наследственных структурах и затем передают последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.
В обобщенном виде роль живого вещества сформулирована в виде «Закона биогенной миграции атомов»: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом...». В соответствии с этим законом понимание процессов, протекающих в биосфере, невозможно без учета биотических и биогенных факторов.
Воздействуя на живое население Земли, люди тем самым изменяют условия миграции атомов, а следовательно, воздействуют на основополагающие геологические процессы.
Биосфере, как и составляющим ее другим системам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры.
В эволюции биосферы можно выделить следующие основные тенденции:
1) постепенное увеличение общей её массы и продуктивности;
2) прогрессивное накопление аккумулированной солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли;
3)увеличение информационной ёмкости биосферы, проявляющейся в нарастающей диверсификации (росте разнообразия) органических форм, увеличении числа геохимических барьеров и возрастании дифференцированности физико-географической структуры биосферы;
4) усиление некоторых биогеохимических функций живого вещества и появление новых функций;
5)усиление преобразующего воздействия жизни на атмосферу, гидросферу и литосферу, увеличение роли живого вещества и продуктов его жизнедеятельности в геологических, геохимических и физико-географических процессах;
6)расширение сферы действия биотического круговорота и усложнение его структуры;
7)всё возрастающее трансформирующее воздействие человеческой деятельности. Если в эволюции живого вещества имеется непрерывный поток генетической информации и в геноме человека есть гены от всего ряда его предков, то в составе биосферы имеются виды различного геологического возраста - «экогеноэлементы», или «биоэлементы» экосистем. Происходит эволюционная замена этих биоэлементов, в региональных рамках иногда полная замена, включающая исчезновение предшественников.
Массовое истребление видов человеком не могло не изменить естественных процессов. Например, плиоценовое исчезновение крупных животных, видимо, происходило не только в результате прямого преследования, но и из-за нарушения цепей питания, что вело к преобразованию экосистем в целом. Современное уничтожение видов, идущее намного быстрее, чем во времена плиоценового перепромысла, ведет к процессам, в результате которых снижается биомасса, продуктивность и информационность биосферы, меняется характер аккумуляции солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли и т.д.
Эволюция биосферы
На начальном этапе воздействия человека на природу не отличались от воздействия других живых организмов. Извлекая из окружающей среды средства для существования в таком количестве, которое полностью восстанавливалось, и возвращая в среду продукты жизнедеятельности, которые использовались другими организмами, человек не нарушал биотический круговорот вещества и энергии в биосфере. Однако в результате научно-технического прогресса,а также во многом стихийного роста промышленности, энергетики, транспорта, широкой химизации сельского хозяйства и быта, быстрого роста народонаселения и урбанизации планеты биотический круговорот резко нарушился, стал не замкнутым.Человек, извлекающий сырьё во всё возрастающем количестве, производит такие вещества, которые не используются другими организмами, накапливаясь в биосфере. Ежегодно из Земли извлекается более 100 млрд. тонн различных пород; сжигается около 1 млрд. тонн условного топлива; выбрасывается в атмосферу около 20 млрд. тонн СО2, 300 млн. тонн СО, 50 млн. тонн NO, 150 млн. тонн SO2, 4-5 млн. тонн H2S и других вредных газов, более 400 млн. тонн частиц золы, сажи, пыли; сбрасывается в гидросферу около 600 млрд. тонн промышленных и бытовых стоков, около 10 млн тонн нефти и нефтепродуктов; вносится в почву около 100 млн. тонн минеральных удобрений. В биосферу поступает около 50% извлечённых из недр металлов, 30% химического сырья, до 67% тепла, вырабатываемого теплоэлектростанциями. Каждый год создаются сотни тысяч тонн не встречавшихся ранее в биосфере химических соединений (ксенобиотиков и др.), многие из которых не поддаются биологическому и физическому разрушению
Выводы:
Жизнь на нашей планете прошла длительный путь эволюции, насчитывающий около 4 млрд. лет. За это время появлялись все новые и новые, более совершенные организмы, что сопровождалось вымиранием огромного числа таксонов самого разного уровня, которые не устояли в ходе борьбы за существование. Толчком к вымиранию могли послужить естественные климатические изменения, природные катастрофы, резкая смена условий существования в связи с экспансией новых, более совершенных организмов и многие другие события, которые пока еще не выяснены современной наукой.
Развитие живого сопровождалось последовательной сменой биосфер: от первой, прокариотной и до современной, сформировавшейся в четвертичном периоде. Итак, смена биосфер - событие достаточно обычное и вероятное, оно сопровождается вымиранием доминирующих в предыдущей биосфере видов и воцарением новых (лишний повод задуматься о судьбе современной биосферы и принять меры к решению экологических проблем - иначе человек тоже может стать тем видом, который вымер).
В общем, в истории биосферы произошли следующие важные изменения:
1.Появление организмов с аэробным дыханием и связанная с этим клеточная организация живых существ и в дальнейшем полового размножения.
2.Переход от господства прокариотов к господству эукариотов. От времени появления эукариотов происходит все более ускоряющийся процесс совершенствования видов и быстрый рост их разнообразия.
3.Приобретение животными твердой части тела – биоминерализация – охватила морских животных как беспозвоночных, так и позвоночных.
4.Выход растительности на поверхность континентов привел к резкому увеличению биомассы живого вещества, возрастанию интенсивности фотосинтеза и количества свободного кислорода в атмосфере, что послужило основанием для выхода на сушу животных.
5.Завершающим звеном третьего, окислительного, этапа в эволюции биосферы в конце кайнозойской эры было появление человека, кардинально перестроившего в ходе времени конструкцию всей земной биосферы.
Ноосфера есть новой, высшей стадией развития биосферы, связанной с возникновением в ней человечества. Познавая законы природы и создавая новую технику и технологии, человек взыскивает решающее влияние на процессы в земной и околоземной среде проживания, изменяя и превращая его своей деятельностью.Отметим, что значение учения В.И. Вернадского о ноосфере состоит, что он впервые осознал и попытался осуществить синтез естественных и общественных наук при изучении глобальной деятельности человека, активно перестраивающего окружающую среду. Ноосфера, по мнению ученого, есть уже качественно иная, высшая стадия биосферы, связанная с коренным преобразованием не только природы, но и самого человека. В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. В структуре ноосферы можно выделить в качестве составляющих человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумму техники и технологий в единстве с биосферой
Вопросы для подготовки к занятию:
Тема для обсуждения 1
Попробуйте определить, в чем заключается важность открытия бесскелетной фауны конца протерозоя — вендского периода, или венда (от 700—650 до 550—590 млн. лет назад).
Где и как были открыты самые древние многоклеточные животные, изображенные на рисунке 102? Какие группы животных уже существовали в венде?
Тема для обсуждения 2
Попытайтесь разобраться в проблеме «кембрийского взрыва эволюции». Был ли он на самом деле или это всего лишь палеонтологический артефакт?
Почему возникли представления о «кембрийском взрыве эволюции»? Какие организмы населяли водоемы кембрия? (Обратите внимание на их скелет!) Каких животных можно считать предками кембрийских? Можно ли считать «кембрийский взрыв эволюции» «взрывом изобилия окаменелостей» и если да, то почему?
Тема для обсуждения 3
Попробуйте выделить основные вехи в развитии растений и животных в палеозое. Определите, какую роль сыграл процесс выхода живых организмов на сушу в эволюции биосферы.
Какие растения и когда первыми оказались на суше? Как повлиял их выход на сушу на организацию растений и на способы их размножения? Из каких растений состояли первые леса? В каких условиях происходило формирование современных месторождений каменного угля? Какие животные населяли палеозойские водоемы? Почему именно членистоногие (особенно насекомые) и позвоночные смогли завоевать сушу? Какие климатические факторы привели к вымиранию древних амфибий и способствовали расцвету пресмыкающихся в конце палеозоя — начале мезозоя?
Тема для обсуждения 4
Проследите последовательность смены биосфер в истории Земли и попытайтесь охарактеризовать основные параметры биосфер, существовавших в разные геологические эпохи.
Основная литература
1.Марфенин, Николай Николаевич. Экология : учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по естественно-научным и гуманитарным специальностям / Н.Н.Марфенин. - Москва : Академия, 2012. - 509 с. : ил., табл. - (Высшее профессиональное образование. Естественные науки) (Бакалавриат) (Учебник). - Библиогр.: с. 499-504 и в подстроч. примеч. - На корешке авт. не указан. - ISBN 978-5-7695-7968-4: 845-90.(57(у) М297).
2.Экология России: учебник для студентов учреждений высшего педагогического профессионального образования, обучающихся по направлению "Педагогическое образование" / [В.В.Дежкин и др. ; под ред. А.В.Смурова и В.В.Снакина]. - 2-е изд., стер. - Москва : Академия, 2012. - 351 с., [16] л. цв. ил. : ил., табл. - (Высшее профессиональное образование. Педагогические специальности) (Бакалавриат) (Учебник). - Библиогр.: с. 342-349. - Авт. указаны на обороте тит. л. - ISBN 978-5-7695-9399-4 : 746-90.(57(у) Э40.
Дополнительная литература
1.-Брюхань Ф. Ф. Промышленная экология: Учебник / Ф.Ф. Брюхань, М.В. Графкина, Е.Е. Сдобнякова. - М.: Форум, 2011. - 208 с.:
2.Тимофеева С. С. Промышленная экология. Практикум: Учебное пособие / С.С. Тимофеева, О.В. Тюкалова. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 128 с.
3.Ясовеев М. Г. Промышленная экология: Учебное пособие / М.Г. Ясовеев, Э.В. Какарека и др.; Под ред. М.Г. Ясовеева. - М.: НИЦ ИНФРА-М; Мн.: Нов. знание, 2013. - 292 с.
4.Тимофеева С. С. Промышленная экология. Практикум: Учебное пособие / С.С. Тимофеева, О.В. Тюкалова. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 128 с.
5.Блиновская Я. Ю. Морская экология и прибрежно-морское природопользование: Учебное пособие / Я.Ю. Блиновская. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 168 с.
6.Ветошкин А. Г Технология защиты окружающей среды (теоретические основы): Учебное пособие/А.Г.Ветошкин, К.Р.Таранцева, А.Г.Ветошкин - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 362 с.
Интернет-ресурсы
· Глобальная экология http://www.ecology-94.narod.ru/
· Природа России http://www.priroda.ru/
· Природоохранные документы предприятий http://pnoolr.com/
· Санкт-Петербургский экологический союз
· http://ecounion.ru/about/деятельность/
· Группа компаний «Интеграл» Разработка программных средств по охране окружающей среды и профессиональном обучении экологов.http://www.integral.ru/
· Экопортал //ecoportal.su/
· www.edu.ru
· www.e-exam.ru
· www.ru.wikipedia.org/wiki/Портал экология
· www.dataplus.ru/Soft/ESRI/ArcGIS/AV9.htm
· www.data.gbif.org/welcome.htm // Глобальный доступ к информации по биоразнообразию (Версия 1.3.1; 28 июня 2010 г.)
· www.wwf.ru // Всемирный фонд дикой природы
· www.greenpeace.org/russia/ru // ГРИПИС России
· www.seu.ru // Международный Социально-экологический союз
· www.ecolife.org.ua //Общественный экологический Internet-проект
· www.ecoindustry.ru //Экология производства
· www.ecokub.ru
· www.informeco.ru
· geotochka.ru
· www.rus-stat.ru //Россия в окружающем мире. Информационный дайджест
Периодические издания
· Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"
· http://www.ecolife.ru/
·Научно-практический журнал «Экология производства» http://www.ecoindustry.ru/ -
· Межотраслевой научно-практический журнал
«Экология промышленного производства» http://i-vimi.ru
· Экоправо - издание для экологов / ecours.ru
· Журнал«Справочник эколога» / profiz.ru
· Всё об экологии http://www.ecocommunity.ru/
Глоссарий