Почва как компонент биосферы
Биокосное вещество - создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других. Организмы в их образовании играют ведущую роль. Эти биокосные организованные массы являются сложными динамическими равновесными системами, в которых резко проявляется геохимическая энергия живого вещества - биогеохимическая энергия.
В состав почвы входят четыре основных структурных компонента:
1) минеральная основа (обычно 5060% общего состава почвы);
2) органическое вещество (до 10%);
3) воздух (1525%);
4) вода (2530%).
Минеральный скелет почвы - это неорганический компонент, который образовался из материнской породы в результате ее выветривания.
Свыше 50% минерального состава почвы занимает кремнезем SiO от 1 до 25% приходится на глинозем А1, 0з, от 1 до 10% - на оксиды железа FeO, от 0, 1 до 5% - на 2- 3- оксиды магния, калия, фосфора, кальция. Минеральные элементы, образующие вещество почвенного скелета, различны по размерам: от валунов и камней до песчаных крупинок - частиц диаметром 0,022 мм, ила - частиц диаметром 0, 002 - 0, 02 мм и мельчайших частиц глины размером менее 0,002 мм в диаметре. Их соотношение определяет механическую структуру почвы. Органическое вещество почвы образуется при разложении мертвых организмов, их частей и экскрементов. Не полностью разложившиеся органические остатки называются подстилкой, а конечный продукт разложения - аморфное вещество, в котором уже невозможно распознать первоначальный материал, называется гумусом.
Почвенный воздух, также как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Порозность возрастает от глин к суглинкам и пескам. Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Обычно в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов несколько меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе.
Почвенная влага делится на свободную, капиллярную и пленочную.
Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов.
В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы или простейшие одноклеточные, черви и членистоногие. Биомасса их в различных почвах равна (кг/га): бактерий - 1000 - 7000, микроскопических грибов - 1001000, водорослей 100300, членистоногих - 1000, червей - 350 - 1000.
4. Основные этапы использования вещества и энергии в экосистемах
Жизнь на Земле сущ-ет за счет солнечной энергии, которая через растения как бы передается всем организмам.
Энергия передается от организма к орг-му, создающих пищевую или трофическую цепь: от автотрофов, продуцентов (создателей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так 4-6 раз с одного трофич ур-ня на другой. Трофическая цепь (цепь питания) — это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим.
Трофический уровень — это место каждого звена в пищевой цепи. Первый троф ур-нь — это продуценты, все остальные — консументы. 2ой тр ур — это растительноядные консументы, 3ий — плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами, 4й — консументы, потребляющие других плотоядных и т.д. => консументов можно разделить по ур-ням: консументы первого, 2го, 3го и т.д. порядков.
По функции в пищевой цепи: продуценты — создают орг. в-во, потребляемое остальными, автотрофы; консументы — потребители орг. в-ва — травоядные, плотоядные, всеядные; редуценты — разлагают мертвое орг. в-во до неорг. в-в и возвращают его в нежив. природу.
Примеры цепей питания:
траваàлиса,
опавшие листья à насекомые à птицы,
сельскохозяйственная цепь — трава à корова à человек,
в водоеме — фитопланктон à зоопланктон à плотва à щука.
Пищевая цепь - это основной канал переноса энергии в пищевых системах. Биомассы на Земле: 90% - фитофаги, 55% - фитомасса тропических лесов, 5% - зоомасса.
Энергетические превращения осуществляются по законам термодинамики — энергия переходит из одной формы в другую, но не исчезает и не появляется. Живые системы открыты для обмена энергией. Извне поступает даровая энергия солнца. В живых системах есть компоненты, обладающие механизмом улавливания, концентрации и рассеивания энергии (увеличение энтропии). Процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией, он ведет к уменьшению энтропии.
Фотосинтез — синтез сахара из неорганических веществ — CO2 и H2O, при помощи солнечной энергии. 6CO2 + 12H20 (2816 Дж, хлорофилл) à C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Поток энергии в экосистеме: трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические связи вещества. Поток вещества — это перемещение вещества в форме химических элементов или их соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии — это переход энергии в виде химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть использована 1 раз. Скорость потока энергии — это количество энергии, перемещающаяся с одного трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь - это основной канал переноса энергии в пищевых системах.
Энергия тратится: большая часть — на метаболизм; образование тканей и органов, запас питательного вещества (рост); выделение экскрементов; рассеивание в виде тепла при химических реакциях и активной мышечной работе.
В конечном итоге вся энергия выделяется в виде тепла. При переходе с одного трофического уровня на другой теряется большая часть энергии (около 90%), на каждый следующий уровень передается около 10%. Значительная часть гетеротрофов питается мертвой органикой.
5. Причины загрязнения биосферы
ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ,комплекс разнообразных воздействий человеческого общества на биосферу, приводящих к увеличению уровня содержания вредных веществ в биосфере, появлению новых химических соединений, частиц и чужеродных предметов, чрезмерному повышению температуры (тепловое загрязнение биосферы), шума (шумовое загрязнение биосферы), радиоактивности (радиоактивное загрязнение биосферы) и т д. Загрязнение биосферы угрожает здоровью человека и состоянию окружающей среды, ограничивает возможности дальнейшего развития человеческого общества. Практически все стороны современной деятельности человека влекут те или иные формы загрязнение биосферы. Исходные причины загрязнение биосферы — стихийный рост промышленности, энергетики, транспорта, широкая химизация сельского хозяйства и быта, быстрый рост народонаселения и урбанизация планеты.
6. Водные экосистемы и их основные особенности. Отличия водных экосистем от наземных
Пресноводные местообитания делятся на: 1 лентические (стоячие воды) — озера, пруды и т.д., 2 заболоченные зоны — марши и болота, 3 лотические (текучие воды) — реки, ручьи и т.д.
Особенности: 1) пресные воды — практически единств источник для бытовых и промышл нужд, 2) пресноводные экосистемы предствл собой самую удобную и дешевую систему переработки отходов, 3) уникальность термодинамических свойств воды, способствующих уменьшению температурных колебаний среды. Лимитирующие ф-ры водной среды: температура, прозрачность, течение, соленость, концентрация О2 и СО2 и др.
Водные организмы: бентос (донные) — перифитон (околодонные) — планктон (фито-, зоо-) (микроскопические) — нектон (крупные плавающие рыбы) — нейстон (личинки комаров, стрекоз…).
Морские экосистемы.
Морская среда занимает более 70% поверхности Земли. В отличие от суши и пресных вод — она непрерывна. В океане практически отсутствуют абиотические зоны, несмотря на то, что барьерами для передвижения животных явл-ся темпер, соленость, глубина.
Наиболее продуктивны в Мировом океане обл-ти апвеллинга. Апвеллинг — процесс подъема холодных вод с глубины океана там, где ветры постоянно перемещают воду прочь от крутого материкового склона, взамен которой поднимается из глубины вода, обогащенная биогенами.
Средняя соленость океана 35 г/л. Биогенные элементы — важный лимитирующий фактор в морской среде, где их содержится несколько частей на миллиард частей воды. Главным ф-ром, который дифференцирует морскую биоту, явл-ся глубина моря.
Морские экосистемы: 1) обл-ть континентального шельфа, неритическая обл-ть — самая богатая в фаунистическом отношении в океане. 2) обл-ти апвеллинга богаты рыбой и птицами, живущими на о-вах. 3) лиманы — полузамкнутые прибрежные водоемы. 4) океанические области — эвфотическая зона открытого океана, бедны биогенными эл-тами. 5) экосистемы глубоководных рифтовых зон океана.
Океан явл-ся колыбелью жизни на планете. Он определяет во многом, в сочетании с материковыми экосистемами, целостность современной биосферы Земли.
7. Экологические катастрофы и бедствия. Техногенное воздействие на ландшафт.
Экологическая катастрофа (экологическое бедствие) - экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей Среды и существенным ухудшением здоровья населения. Это природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остро неблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона.
8. Атмосферные процессы, виды нарушений в них.
Говоря о погоде и климате, имеют в виду, прежде всего, физические условия в нижних слоях тропосферы. Эти условия характеризуются температурой и влажностью воздуха, атмосферным давлением и силой ветра, видом и интенсивностью осадков и т.д. Климат - это общие свойства погоды, характерные для данного географического района.
Главным двигателем атмосферных процессов, определяющих погоду и климат, является солнечная энергия, достигающая поверхности Земли непосредственно или в рассеянном виде. То, как Земля воспринимает эту энергию, зависит от отражательной способности поверхности (то есть от доли отражённого света - альбедо) в данном пункте Земли и его окрестностях.
9. Рост народонаселения и проблемы демографии.
Изменения размеров популяций любого вида, происходят не беспорядочно, а в соответствии с определенными экологическими закономерностями. Народы, населяющие разные континенты, регионы и страны, живущие в разных природно-социальных условиях, с точки зрения экологии могут рассматриваться как географические популяции человека. Население всей планеты, т. е. человечество в целом, - это глобальная популяция человека. Изменения численности и структуры популяций человека изучает демография.
Демографический взрыв, экологический кризис, коллапс - еще недавно эти понятия употреблялись в узком кругу биологов, потом вошли в лексикон общественных и государственных деятелей, а теперь упоминаются всеми, причем, как правило, без ясного понимания, что стоит за этими понятиями. А стоит за ними общий для всех видов на Земле экологический закон: взрыв - кризис - коллапс - стабилизация. Популяции любых видов - бактерий, растений, животных, попав в благоприятные условия, увеличивают свою численность по экспоненте взрывным образом. Рост численности с разгона переходит значение, соответствующее биологической емкости среды обитания вида и продолжается еще некоторое время. Из-за избыточной численности популяция обедняет и разрушает среду обитания. Наступает экологический кризис, в течение которого численность популяции обрушивается, стремительно снижается до уровня, более низкого, чем деградировавшая емкость среды. Это и есть коллапс. За время коллапса среда постепенно восстанавливается, а вслед за этим возрастает и численность популяции. Она входит в фазу стабилизации, когда ее численность будет колебаться на уровне, задаваемом емкостью среды.
Демографические закономерности в приложении к человечеству имеют как общеэкологические черты, так и свои характерные особенности. Отличия демографии человека определяются уникальным его положением в системе животного царства как единственного на Земле биосоциального вида.
Численность человечества определяется разницей между рождаемостью и смертностью, как у любого биологического вида. Способность к размножению таит в себе потенциальную возможность наращивания численности в геометрической прогрессии, т. е. увеличение ее в принципе до бесконечности. В природе, благодаря сопротивлению среды, эту возможность не реализует ни один биологический вид.