Биосфера и цивилизация icon

Биосфера и цивилизация



НазваниеБиосфера и цивилизация
Дата конвертации10.08.2012
Размер374,63 Kb.
ТипРеферат
Биосфера и цивилизация


РЕФЕРАТ на тему: «Биосфера и цивилизация.» Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Тамбовский государственный технический университет Факультет АХП Реферат по дисциплине: Концепция современного естествознания. Выполнила: студентка гр. Л11: Яхонтова Ю.А. Преподаватель: Исаева О.В. г. Тамбов - 19971. Уровни организации живой материи. Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами посебе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия.Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, иприспособление к ним живых организмов обуславливает возможностьсуществования всевозможных форм организмов и самого различного образованияих жизни. Экология (от греческого oikos - жилище, местообитание) - наука,изучающая взаимосвязи живых организмов в природе: организацию ифункционирование популяций, биогеоценозов и биосферы в целом; законы«здорового» состояния как нормы и основы существования жизни.[3] Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичнуюсистему. Выделяют несколько уровней организации живой материи. 1.Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровневзаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот,полисахаридов, а также других важных органических веществ. 2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единицаразмножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле.Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает этоправило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках. 3.Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточнуюили многоклеточную живую систему, способную к самостоятельномусуществованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей иорганов, специализированных для выполнения различных функций. 4.Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей,сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковыйкариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания,свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство,характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями сдругими видами и факторами неживой природы. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общимместом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. Вэтой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционныепреобразования. 5.Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупностьорганизмов разных видов и различной сложности организации со всемифакторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферыи литосферы. 6.Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни нанашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живыхорганизмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва).[3]1.1. Популяции, сообщества, экосистемы. Принципы их организации. Популяцией называют группу особей одного вида, обладающих способностьюсвободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существованиев определенном местообитании. Популяция - это некоторое единство, котороеопределяется общностью занимаемой особями территории (или акватории), атакже общностью их происхождения, сходством строения и поведения. Например:все особи, обитающие в небольшом озере, или все деревья одного вида в лесу. Наиболее близким по значению к значению термина «популяция» являетсяпонятие «племя». Следовательно, популяции состоят из одинаковых организмов,совместно населяющих определенные участки и связанных между собойразличными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивоесуществование в данной природной среде. Слово «популяция» происходит от латинского «популюс» - народ,население. Экологическую популяцию, таким образом, можно определить какнаселение одного вида на определенной территории.[2] Члены одной популяции оказывают друг на друга не меньшеевзаимодействие, чем физические факторы среды или другие обитающие совместновиды организмов. В популяциях проявляются в той или иной степени все формысвязей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выраженымутуалистические (взаимно полезные) и конкурентные. Во всех случаях впопуляциях действуют законы, позволяющие таким образом использоватьограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства.Достигается это в основном через количественное изменение населения.Популяции многих видов обладают свойствами, позволяющими им регулироватьсвою численность.[1] Поддержание оптимальной в данных условиях численности называютгомеостазом популяции. Гомеостатические возможности популяций по-разномувыражены у различных видов. Осуществляются они через взаимодействия особей. Таким образом, популяции, как групповые объединения, обладают рядомспецифических свойств, которые не присущи каждой отдельной особи. Групповыеособенности - это основные характеристики популяций. К ним относятся: 1) численность - общее количество особей на выделяемой территории; 2) плотность - среднее число особей на единицу площади или объема ,занимаемого популяцией пространства; плотность популяции можно выражатьтакже через массу членов популяции в единице пространства; 3) рождаемость - число новых особей, проявившихся за единицу времени врезультате размножения; 4) смертность - показатель, отражающий количество погибших в популяцииособей за определенный отрезок времени; 5) прирост популяции - разница между рождаемостью; прирост может бытькак положительным, так и отрицательным; 6)темп роста - средний прирост за единицу времени. Популяции свойственна определенная организация. Распределение особейпо территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим,физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражаютструктуру популяции. Она формируется, с одной стороны, на основе общихбиологических свойств вида, а с другой - под влиянием абиотических факторовсреды и популяций других видов. Структура популяций имеет, следовательно,приспособительный характер. Разные популяции одного вида обладают каксходными особенностями структуры, так и отличительными, характеризующимиспецифику экологических условий в местах их обитания.[1] Таким образом, кроме адаптивных возможностей отдельных особей,население вида определенной территории характеризуется еще иприспособительными чертами групповой организации, которые являютсясвойствами популяции как надиндивидуальной системы. Адаптивные возможностивида в целом как системы популяций значительно шире приспособительныхособенностей каждой конкретной особи. Сообщество (биоценоз) - не просто сумма образующих его видов, но исовокупность взаимодействий между ними. Как и популяция, сообщество имеетсобственные свойства, проявляющиеся только при изучении его самого, как,например, видовое разнообразие, структура пищевой сети, биомасса,продуктивность. Одна из главных задач экологии - выяснить взаимосвязи междусвойствами и структурой (составом) сообщества, которые проявляютсянезависимо от того, какие виды входят в него.[2] Каждый организм живет в окружении множества других организмов,вступает с ними в самые разнообразные отношения, как с отрицательными, таки с положительными для себя последствиями и в конечном счете не можетсуществовать без этого живого окружения. Связь с другими организмами -необходимое условие питания и размножения, возможность защиты, смягчениянеблагоприятных условий среды, а с другой стороны - это опасность ущерба ичасто даже непосредственная угроза существования индивидуума. Всю суммувоздействий, которую оказывают друг на друга живые существа, объединяют подназванием биотические факторы среды.[2] Непосредственно живое окружение организма составляет егобиоценотическую среду.[2] Представители каждого вида способны существоватьлишь в таком живом окружении, где связи с другими организмами обеспечиваютим нормальные условия жизни. Иными словами, многообразные живые организмывстречаются на земле не в любом сочетании, а образуют определенныесожительства или сообщества, в которые входят виды, приспособленные ксовместному обитанию. Группировки совместно обитающих и взаимно связанныхорганизмов называют биоценозами (от латинского bios - жизнь, cenos -общий). Приспособленность членов биоценоза к совместной жизни выражается вопределенном сходстве требований к важнейшим абиотическим условиям среды изакономерных отношений друг с другом.[1] Масштабы биоценотических группировок организмов очень различны, отсообществ подушек лишайников на стволах деревьев или разлагающегося пня донаселения целых ландшафтов: лесов, степей, пустынь и т.п. Термин «биоценоз» в современной экологической литературе чащеупотребляют применительно к населению территориальных участков, которые насуше выделяют по относительно однородной растительности (обычно по границамрастительных ассоциаций), например, биоценоз ельника-кисличника, большогосуходольного луга, сосняка-беломошника, большой ковыльной степи, пшеничногополя и т.д. При этом имеется в виду вся совокупность живых существ,растений, животных микроорганизмов, приспособленных к совместному обитаниюна данной территории. В водной среде различают биоценозы, соответствующиеэкологическим подразделениям частей водоемов, например, больших прибрежныхгалечных, песчаных или илистых грунтов, абиссальных глубин, пелагическихбольших крупных водоворотов водных масс и т.п. По отношению к более мелким сообществам (населению стволов или листвыдеревьев, моховых кочек на болотах, нор, муравейников и т.д.) применяютразнообразные термины: «микросообщества», «биоценотические группировки»,«биоценотические комплексы» и др. Принципиальной разницы между биоценотическими группировками разныхмасштабов нет. Более мелкие сообщества входят составной , хотя иотностительно автономной частью в более крупные, а те, в свою очередь,являются частями сообществ еще больших масштабов. Так, все живое населениемоховых и лишайниковых подушек на стволе дерева - это часть более крупногосообщества организмов, связанных с данным деревом и включающего егоподкоровых и наствольных обитателей, население кроны, ризосферы и т.п. В свою очередь эта группировка - лишь одна из составных частей лесногобиоценоза. Последний входит в более сложные комплексы, образующие вконечном счете весь живой покров Земли. Таким образом, организация жизни набиоценотическом уровне иерархична.[1] С увеличением масштабов сообществусиливается их сложность и доля непрямых, косвенных связей между видами. Экосистема - это любое сообщество живых существ вместе с егофизической средой обитания, функционирующее как единое целое.[2] Рассмотрение экосистемы важно в тех случаях, когда речь идет о потокахвещества и энергии, циркулирующих между живыми и неживыми компонентамиприроды, о динамике элементов, поддерживающих существование жизни, обэволюции сообществ. Ни отдельный организм, ни популяцию, ни сообщество вцелом нельзя изучать в отрыве от окружающей среды. Экосистема, по сути, этото, что мы называем природой. Экосистема - понятие очень широкое и применимо как к естественным(тундра, океан), так и к искуственным комплексам (аквариум). Поэтому дляобозначения элементарной природной экосистемы экологи также используюттермин "биогеоценоз". Биогеоценоз - исторически сложившаяся совокупность живых организмов(биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земельнойповерхности (биотопом). Граница биогеоценоза устанавливается по границерастительного сообщества (фитоценоза) - важнейшего компонентабиогеоценозов. Для каждого биогеоценоза характерен свой тип вещественно-энергетического обмена. Итак, биогеоценоз - это составная часть природного ландшафта иэлементарная биотерриториальная единица биосферы.[2] Все природные экосистемы связаны между собой, и вместе образуют живуюоболочку Земли, которую можно рассматривать как самую большую экосистему,которая называется биосферой.2. Формы биологических отношений в сообществах. Основу возникновения и существования биоценозов представляют отношенияорганизмов, их связи, в которые они вступают друг с другом, населяя один итот же биотоп (местообитание биоценоза, от латинского bios - жизнь, top -место). Эти связи определяют основное условие жизни в сообществе,возможность добывания пищи и завоевывания нового пространства. Живые организмы поселяются друг с другом не случайно, а образуютопределенные сообщества, приспособленные к совместному обитанию. Понаправленности действия на организм все воздействия подразделяются напозитивные, негативные и нейтральные.[3]2.1. Позитивные отношения. Симбиоз - сожительство (от греческого sym - вместе, bios - жизнь) -форма взаимоотношений, при которых оба партнера или один из них извлекаетпользу от другого. Есть несколько форм симбиоза: Кооперация. Общеизвестное сожительство раков-отшельников с мягкимикоралловыми полипами-актиниями. Рак поселяется в пустой раковине моллюска ивозит ее на себе вместе с полипом. Такое сожительство взаимовыгодно:перемещаясь по дну, рак увеличивает пространство, используемое актинией дляловли добычи, часть которой падает на дно и поедается раком.[3] Мутуализм (от латинского mutuus - взаимный). Форма взаимовыгодныхотношений видов - от временного, необязательного контакта до симбиоза -неразделимой полезной связи двух видов. Лишайники - это сожительство грибаи водоросли. В лишайнике гифы гриба, оплетая клетки и нити водорослей,образуют специальные всасывающие отростки, проникающие в клетки. Через нихгриб получает продукты фотосинтеза, образованные водорослями. Водоросль жеиз гиф гриба извлекает воду и минеральные соли.[3] Всего в природенасчитывается более 20000 видов симбиотических организмов. Кишечныесимбионты участвуют в переработке грубых растительных кормов у многихжвачных животных. Менее обязательны, но чрезвычайно существеннымутуалистические отношения, например, между сибирской кедровой сосной иптицами - кедровкой, поползнем и кукшей, которые , питаясь семенами сосны изапасая корма, способствуют самовозобновлению кедровников.[1] Коменсализм - нахлебничество (от латинского com - вместе, mensa -трапеза). Одна из форм симбиоза- взаимоотношения, при которых один видполучает пользу от сожительства, а другому это безразлично. Этоодностороннее использование одного вида другим без принесения ему вреда.Таковы, например, взаимоотношения львов и гиен, подбирающих остаткинедоеденной львами добычи. Рыбы-лоцманы сопровождают акул, дельфинов,двигаясь вместе с ними в слое воды, примыкающей непосредственно кповерхности тела этих животных, и не затрачивая поэтому усилий на такуюбольшую скорость и питаясь остатками пищи, экскрементами и паразитамисопровождаемых животных. В гнездах птиц, норах грызунов обитает огромноеколичество членистоногих, использующих микроклимат жилищ и находящих тампищу за счет разлагающихся остатков или других видов сожителей. Многие видывне нор не встречаются совсем. Отношения типа комменсализма очень важны вприроде, способствуя более тесному сожительству видов, более полномуосвоению среды и использованию пищевых ресурсов.[3] Квартирантство. Для некоторых организмов тела животных других видовили их местообитания (постройки) служат убежищами. Мальки рыб прячутся подзонтиками крупных медуз. В знездах птиц, норах грызунов живутчленистоногие. Растения также используют другие виды как места обитания:эпитафы (водоросли, мхи, лишайники).Древесные растения служат им местомприкрепления. Питаются же эпитафы за счет отмирающих тканей, выделенийхозяина и за счет фотосинтеза.[3]2.2. Негативные отношения. Антибиотическая форма взаимоотношений, при которой обевзаимодействующие популяции или одна из них испытывают отрицательноевлияние. Отношения хищник - жертва, паразит - хозяин - это прямые пищевыесвязи, по существу к этому типу экологических взаимодействий можно отнестивсе варианты пищевых связей. Хищничество - одна из самых распространенных форм, имеющих большоезначение в саморегуляции биоценозов. Хищниками называют животных (а такженекоторые растения), питающихся другими животными, которых они ловят иумерщвляют. Объекты охоты хищников разнообразны. Например, лисы поедаютплоды; медведи собирают ягоды и любят мед лесных пчел. Естественный отбор,действующий в популяции хищников, увеличивает эффективность средств поискаи ловли добычи, вырабатывают сложное поведение, например, согласованныедействия стаи волков при охоте на оленей. Жертвы в процессе отбора тожесовершенствуют средства защиты и избегания хищников.[3] Паразитизм. Организмы могут использовать другие виды не только какместо обитания, но и как постоянный источник питания. По существупаразитический характер имеют связи насекомых-вредителей с растениями.Известно несколько десятков тысяч видов паразитических форм, из них около500 - паразиты человека, поэтому изучение паразитов необходимо дляпредупреждения и лечения заболеваний. Формы паразитизма. Паразиты могут быть временными, когда организм-хозяин подвергаетсянападению на короткий срок, лишь на время питания. Таковы слепни, клопы,блохи, мухи-жигалки. Организмы, способные длительное время использовать хозяина, не приводяего к слишком ранней гибели и обеспечивая себе тем самым наилучшеесуществование. К числу постоянных паразитов относятся: простейшие(дизентерийная амеба, малярийный плазмодий), плоские черви (цепни,сосальщики), круглые черви (власоглав, аскарида), членистоногие (чесоточныйзудень). С гибелью хозяина погибает и паразит. Гнездовой паразитизм свойственен позвоночным животным. Обыкновеннаякукушка откладывает свои яйца в гнезда более 100 видов птиц,преимущественно мелких воробьиных. Птенцы паразитического видавылупливаются быстрее, чем птенцы хозяина. Вылупившийся кукушоноквыталкивает яйца и птенцов своих хозяев и получает всю пищу от приемныхродителей. Паразитические отношения встречаются и у растений. Особеннораспространены паразитические бактерии и грибы. Один из самых процветающихпаразитов высших растений - гриб рода фитофтора. Некоторые виды этого родапоражают любые растения.[3] Конкуренция - одна из форм отрицательных взаимоотношений между видами.Ч.Дарвин считал конкуренцию одной из важнейших составных частей борьбы засуществование, играющей большую роль в эволюции видов.[3] Конкуренция - этовзаимоотношения, возникшие между видами со сходными экологическимитребованиями. Когда такие виды обитают совместно, каждый из них находится вневыгодном положении, т.к. присутствие другого уменьшает возможности вовладении ресурсами, убежищами и прочими средствами к существованию,которым располагает местообитание. Конкуренция - единственная формаэкологических отношений, отрицательно сказывающаяся на обоихвзаимодействующих партнерах. Формы конкурентного взаимодействия могут бытьсамыми различными: от прямой физической борьбы до совместногосуществования. Тем не менее рано или поздно один конкурент вытесняетдругого.[1] Причины вытеснения одного вида другим могут быть различными. Урастений подавление конкурентов происходит в результате перехватапитательных веществ и почвенной влаги корневой системой и солнечного света- листовым аппаратом, а также в результате выделения токсичных соединений. У животных встречаются случаи прямого нападения одного вида на другойв конкурентной борьбе. Например, личинки яйцееда diachasoma и tryonhi opiushumilis, оказавшиеся в одном яйце хозяина, вступают друг с другом в схваткуи убивают соперника, прежде чем приступить к питанию.[1]2.3. Нейтральные отношения. Нейтрализм - форма взаимоотношений, при которых обитающие на однойтерритории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разныхвидов не связаны друг с другом непосредственно, но, формируя биоценоз,зависят от состава сообщества в целом. Например, белки и лоси, обитая водном лесу, не контактируют друг с другом, однако состояние лесасказывается на каждом из этих видов.[3] При аменсализме для одного из двух взаимодействующих видов последствиясовместного обитания отрицательны, тогда как другой от них не получает нивреда, ни пользы, что чаще встречается у растений (например, светолюбивыетравянистые виды, растущие под елью, испытывают угнетение в результатезатенения, тогда как для самого дерева соседство может бытьбезразличным).[1] Все перечисленные формы биологических связей между видами служатрегистраторами численности животных и растений в биоценозе, определяястепень его устойчивости; при этом чем больше видовой состав биоценоза, темустойчивее сообщество в целом. Видовой состав входящих в сообщество организмов и количественноесоотношение видовых популяций является одним из важнейших показателейструктуры сообщества. При изучении сообществ наиболее многочисленным видамуделяется основное внимание, однако редкие виды часто являются лучшимииндикаторами состояния среды; общее число видов является показателемусловий существования живых организмов. Видовое разнообразие - признакэкологического разнообразия: чем больше видов, тем больше экологическихниш, т.е. выше богатство среды. Видовое разнообразие связано сустойчивостью сообщества по той простой причине, что чем большеразнообразие, тем шире возможности адаптации сообщества к изменившимсяусловиям, будь это изменение климата или других факторов.[3] Объяснение этого состоит в том, что наличие разных организмов сразными требованиями к среде повышает приспособленность сообщества в целом.Так, редкие в данный момент виды при изменившихся условиях могут оказатьсяв выигрышном положении и стать многочисленными, и наоборот. Таким образом,за счет видового разнообразия сообщество обеспечивает себе как бы резерввыживаемости на случай неожиданных изменений условий жизни.3. Круговороты вещества и энергии. Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговоротахимических элементов, который выражается в циркуляции веществ междуатмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. Экосистемы - это сообщества организмов, связанные с неорганическойсредой теснейшими материально-энергетическими связями. Растения могутсуществовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа,воды, кислорода, минеральных солей. В любом конкретном местообитаниизапасов неорганических соединений, необходимых для поддержанияжизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если быэти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в средупроисходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции,дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов ирастительных остатков. Таким образом, сообщество обретает с неорганическойсредой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемыйжизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот. Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которойможет осуществляться круговорот веществ, называют экосистемой. Такой терминбыл предложен в 1935 году английским экологом А.Тенсли, которыйподчеркивал, что при таком подходе неорганические и органические факторывыступают как равноправные компоненты, и мы не можем отделить организмы отконкретной окружающей среды. А.Тенсли рассматривал экосистемы как основныеединицы природы на поверхности Земли, хотя они и не имеют определенногообъема и могут охватывать пространство любой протяженности.[1] Для поддержания круговорота веществ в ситстеме необходимо наличиезапаса неорганических молекул в усвояемой форме и трех функциональноразличных групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. Продуцентами выступают автотрофные (использующие в качестве источникадля построения своего тела неорганические соединения) организмы, способныестроить свои тела за счет неорганических соединений. Консументы - этогетеротрофные организмы (все живые существа, нуждающиеся в пищеорганического происхождения), потребляющие органическое веществопродуцентов или других консументов и трансформирующих его в новые формы.Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его внеорганические соединения. Роль консументов выполняют в природе в основномживотные, их деятельность по поддержанию и ускорению циклических миграцийатомов в экосистемах сложна и многообразна. На участках, где функционируют,например, сообщества, сформированные только из микроорганизмов, круговоротатомов может осуществляться без консументов, за счет деятельности двухдругих групп.[1] Масштабы экосистемы в природе чрезвычайно различны. Неодинакова такжестепень замкнутости поддерживаемых в них круговоротов вещества, т. е.многократность вовлечения одних и тех же атомов в циклы. В качестве однихэкосистем можно рассматривать, например, подушку лишайников на стволедерева и луг, и лес, и океан, и пустыню, и всю поверхность Земли, занятуюжизнью. В подушке лишайников мы найдем все необходимые компоненты экосистемы.Продуценты - симбиотические водоросли, осуществляющие фотосинтез.Консументы- мелкие членистоногие, питающиеся живыми тканями лишайника, атакже грибные гифы, паразитирующие на клетках водорослей. Редуценты -грибные гифы, живущие не только за счет живых, но и за счет погибших клетокводорослей, и мелкие животные - сапрофаги, перерабатывающие отмершиеслоевища, в разрушении которых им помогают многочисленные микроорганизмы.Степень замкнутости круговорота в такой системе очень невелика: значит,часть продуктов распада выносится за пределы лишайника - вымываетсядождевыми водами, осыпается вниз со ствола. Кроме того, часть животныхмигрирует в другое место обитания. Тем не менее часть атомов успеваетпройти несколько циклов, включаясь в тела живых организмов и освобождаясьиз них, прежде чем покинет данную экосистему. В некоторых типах экосистем вынос вещества за их пределы настольковелик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такогоже количества вещества извне, тогда как внутренний круговоротмалоэффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутыхсклонах гор. Другие экосистемы имеют значительно более полный круговоротвеществ и относительно автономны (леса, луга, озера и т.п.). Однако ни одна, даже самая крупная, экосистема Земли не имеетполностью замкнутого круговорота. Материки интенсивно обмениваютсявеществом с океанами, причем большую роль в этих процессах играет атмосфера, и вся наша планета часть материи получает из космического пространства, ачасть отдает в космос.[1] Экосистемная организация жизни является одним из необходимых условийее существования. Запасы биогенных элементов, из которых строят тела живыеорганизмы, на Земле в целом и на каждом конкретном участке на ееповерхности небезгранична. Лишь система круговоротов смогла придать этимзапасам свойство бесконечности, необходимое для продолжения жизни.Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально-различныегруппы организмов. Таким образом, экологическое разнообразие живых существи организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы -древнейшее свойство жизни.[1] Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества вэкосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. В конечномитоге вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения,которое переводится фотосинтезирующими организмами в химические связиорганических соединений. Все живые существа являются объектами питаниядругих, т.е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связив сообществах - это механизмы передачи энергии от одного организма кдругому. В каждом сообществе трофические связи переплетены в сложную сеть. Трофические связи - это связи, возникающие, когда один вид питаетсядругим - либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо ихпродуктами жизнедеятельности. И стрекозы, ловящие на лету других насекомых,и жуки-навозники, питающиеся пометом крупных копытных, и пчелы, собирающиенектар растений, вступают в прямую трофическую связь с видами,предоставляющими им пищу. Любое воздействие одного вида на поедаемостьдругого (или на доступность для него пищи) следует расценивать каккосвенную трофическую связь между ними. Например, гусеницы бабочек-монашек,объедая хвою сосен, облегчают короедам доступ к ослабленным деревьям.[1] Организмы любого вида являются потенциальной пищей многих другихвидов. Врагами тлей, например, служат личинки и жуки божьих коровок,личинки мух-сирфид, пауки, насекомоядные птицы и многие другие. За счетдубов в широколиственных лесах могут жить несколько сотен форм различныхчленистоногих, фитонематод, паразитических грибков и т. п. Хищники обычнолегко переключаются с одного вида жертв на другой, а многие кроме животнойпищи способны потреблять в некотором количестве и растительную. Такимобразом , трофические сети в биоценозах очень сложные, и создаетсявпечатление, что энергия, поступающая в них, может долго мигрировать отодного организма к другому. На самом деле путь каждой конкретной порцииэнергии, накопленной зелеными растениями, короток; она может передаватьсяне более, чем через 4-6 звеньев ряда, состоящего из последовательнопитающихся друг другом организмов. Такие ряды, в которых можно проследитьпути расходования изначальной дозы энергии, называют цепями питания. Местокаждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первыйтрофический уровень - это всегда продуценты, создатели органической массы;растительные консументы относятся ко второму трофическому уровню;плотоядные, живущие за счет растительноядных форм - к третьему;потребляющие других плотоядных - к четвертому и т.д. Таким образом,различают консументов первого, второго и третьего порядков, занимающихразные уровни в цепях питания. Естественно, что основную роль при этомиграет пищевая специализация консументов. Виды с широким спектром питаниявключаются в пищевые цепи на разных трофических уровнях. Так, например,человек, в рацион которого входит как растительная пища, так и мясотравоядных и плотоядных животных, выступает в разных пищевых цепях вкачестве консумента первого, второго и третьего порядков. Виды,специализированные на растительной пище, например, зайцеобразные, копытные,всегда являются вторым звеном в цепях питания.[1] Энергетический баланс консументов складывается следующим образом.Поглощенная пища обычно усваивается не полностью. Неусвоенная часть вновьвозвращается во внешнюю среду (в виде экскрементов) и в дальнейшем можетбыть вовлечена в другие цепи питания. Процент усвояемости зависит отсостава пищи и набора пищеварительных ферментов организма. У животныхусвояемость пищевых материалов варьирует от 12-20% (некоторые сапрофаги) до75% и более (плотоядные виды). Ассимилированная организмом пища вместе сзапасом в ней энергии расходуется двояким образом. Большая часть энергиииспользуется на поддержание рабочих процессов в клетках, а продуктырасщепления подлежат удалению из организма в составе экскрементов (мочи,пота, выделений различных желез) и углекислого газа, образующегося придыхании. Энергетические затраты на поддержание всех метаболическихпроцессов условно называется тратой на дыхание, т.к. общие их масштабыможно оценить, учитывая выделение углекислого газа организмом. Меньшаячасть усвоенной пищи трансформируется в ткани самого организма, т.е. идетна рост или откладывание запасных питательных веществ, увеличение массытела. Передача энергии в химических реакциях в организме происходит согласновторому закону термодинамики, с потерей части ее в виде тепла. Особенновелики эти потери при работе клеток животных, КПД которых очень низок. Вконечном итоге вся энергия, используемая на метаболизм, переходит втепловую и рассеивается в окружающем пространстве.[1] Траты на дыхание во много раз больше энергозатрат на увеличение массысамого организма. Конкретные соотношения зависят от стадии развития ифизиологического состояния особей. У молодых траты на рост могут достигатьзначительной величины, тогда как взрослые используют энергию пищи почтиисключительно на поддержание обмена веществ и созревание половых продуктов.Интенсивность питания снижается с возрастом. Таким образом, основная часть потребляемой с пищей энергии идет наподдержание их жизнедеятельности и лишь сравнительно небольшая - напостроение тела, рост и размножение. Иными словами, большая часть энергиипри переходе из одного звена пищевой цепи в другое теряется, т.к. кследующему потребителю может поступить лишь та энергия, которая заключаетсяв массе поедаемого организма. По грубым подсчетам эти потери составляютоколо 90% при каждом акте передачи энергии через трофическую цепь.Следовательно, если калорийность растительного организма 1000 Дж, приполном поедании его травоядным животным в теле последнего остается из этойпорции всего 100, в теле хищника - лишь 10 Дж, а если этот хищник будетсъеден другим, то на его долю придется только 1 Дж, т.е. 0,1%.[1] Таким образом, запас энергии, накопленной зелеными растениями, в цепяхпитания стремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь включает обычно всего 4-5 звеньев. Потерянная в цепях питания энергия может быть восполнена толькопоступлением новых ее порций. Поэтому в экосистемах не может бытькруговорота энергии, аналогичного круговороту вещества. Экосистемафункционирует только за счет направленного потока энергии, постоянногопоступления ее извне в виде солнечного излучения или готовых запасоворганического вещества. Трофические цепи, которые начинаются сфотосинтезирующих организмов, называют цепями выедания (или цепямипотребления, пастбищными цепями), а цепи, которые начинаются с отмершихостатков растений, трупов и экскрементов животных - детритными цепямиразложения. Таким образом, поток энергии, входящий в экосистему,разбивается далее как бы на два основных русла, поступая к консументамчерез живые ткани растений или запасы мертвого органического вещества,источником которого также является фотосинтез. В разных типах экосистеммощность потоков энергии через цепи выедания и разложения различна: вводных сообществах большая часть энергии, фиксированной одноклеточнымиводорослями, поступает к питающимся фитопланктоном животным и далее - кхищникам, и значительно меньшая включается в цепи разложения. В большинствеэкосистем суши противоположное соотношение: в лесах, например, более 90%ежегодного прироста растительной массы поступает через опад в детритныецепи.[1]4. Биосфера и ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости,биопродуктивность.4.1. Структура биосферы. Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностьюорганизмов; биогенное вещество, которое создается в процессежизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф,известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живыхорганизмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результатжизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы). Косное вещество биосферы. Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делаютневозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходитпримерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона,который задерживает губительные для жизни коротковолновую частьультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могутсуществовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земнойкоры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. Влитосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловленотемпературой земных недр и условием проникновения воды в жидкомсостоянии[3]. Атмосфера. Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольшихколичествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояниеатмосферы оказывает большое влияние на физические, химические ибиологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Длябиологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемыйдля дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксидуглерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земнуюповерхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксидуглерода, пары воды образовались в значительной мере благодарявулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза[3]. Гидросфера. Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторовсуществования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировомокеане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, аколичество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3.Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значениеимеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количествошироко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксидауглерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере.Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течениегеологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара[3]. Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится впочвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почвавключает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, иорганические вещества - продукты жизнедеятельности организмов[3]. Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределахраспределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферыи литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточенаглавным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слоеокеана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомассаорганизмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растенийприходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всейбиомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомассаокеана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,обитающих на Земле. В распределении живых организмов по видовому составу наблюдаетсяважная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, ноих вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косноговещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимическихпроцессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмычерпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материивоссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаряжизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10%биомассы[3].4.2. Эволюция биосферы. Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляяцелостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутреннимзаконам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечногоизлучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесныхтел) По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е.оболочки, образованной .веществом Земли, происходило на ранних стадияхсуществования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Землибыли связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, наповерхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в изверженияхвулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такиепроцессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы иих спутниках - Марсе, Венере, Луне. С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначаламедленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявлятьсявлияние живой материи на геологические процессы Земли. Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты,привела к возникновению нового образования - биосферы - тесновзаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел ипроцессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований,осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенновидоизменив облик и эволюцию Земли. Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельностизеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в нейпоявился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенновлияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла. Почва является целиком результатом деятельности живого вещества вкосной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату,топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времениотносятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится впостоянном динамическом равновесии и развитии[2]. В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды,планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихсяодновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью -количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицувремени. В результате на Земле поддерживается большой геологическийкруговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скоростьмиграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементовв биосфере теснейшим образом сопряжены между собой[1]. Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества вбиосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные(местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем(биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными. Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось побезжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные дляжизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древниевремена различные жизненные формы и виды растений, животных,микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество,можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и ввечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканическихрайонов. Такую способность к распространению живого вещества В.И.Вернадскийназвал «всюдностью жизни»[2]. Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологическихсообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости.Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразованияэнергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями,сообществами. Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который какбиологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не толькосознание (совершенную форму отображения окружающего мира), но и способностьизготавливать и использовать в своей жизни орудия труда. Посредством орудий труда человечество стало создавать фактическиискусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продуктыпитания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила вновую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой. Биосфера и человек. Ноосфера. Термин «ноосфера» был предложен в1927 году французским математиком ифилософом Э.Леруа. «Noos» - древнегреческое название человеческогоразума[3]. Первая созданная человеком культура-палеолит (каменный век) -продолжалась примерно 20-30 тысяч лет. Она совпадала с длительным периодомоледенения. Экономической основой жизни человеческого общества была охотана крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога,осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находятмногочисленные кости диких животных - свидетельство успешной охоты.Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительнобыстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов. Если мелкиетравоядные могли восполнить потери от преследования охотниками высокойрождаемостью, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишеныэтой возможности. Дополнительные трудности возникли вследствие измененияприродных условий в конце палеолита. 10-12 тысяч лет назад наступило резкоепотепление, отступил ледник, леса распространились в Европе, вымерликрупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюсяэкономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития,характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительскимотношением к окружающей среде. В следующую эпоху - эпоху неолита (новый каменный век) - наряду сохотой, рыбной ловлей и собирательством все большее значение приобретаетпроцесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных иразведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тысяч летназад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу,ячмень, чечевицу, кости домашних животных - коз, свиней, овец. Развиваютсязачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используетсяогонь и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, икак средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождаетсяметаллургия. Возникновение антропоценозов. Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники запоследние два столетия, и особенно в наши дни, привели к тому, чтодеятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющейсилой дальнейшей эволюции биосферы. Возникли антропоценозы (от греческогоanthropos - человек, koinos - общий, общность) - сообщества организмов, вкоторых человек является доминирующим видом, а его деятельность-определяющей состояние всей системы. В.И.Вернадский считал, что влияниенаучной мысли и человеческого труда обусловили переход биосферы в новоесостояние - ноосферу (сферу разума)[3]. Сейчас человечество использует длясвоих нужд все большую часть территории планеты и все большие количестваминеральных ресурсов.4.3. Природные ресурсы и их использование. Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливаютвозможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служатосновой материального производства человеческого общества. Среди природныхбогатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы. Неисчерпаемые ресурсы. Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические иводные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетомогромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считаютатмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, преснуюводу уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый. поскольку во многихрегионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и онеравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-зазагрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом. Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровнетехнологии использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можнорассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализациикрупномасштабных программ, направленных на восстановление их качества[3]. Исчерпаемые ресурсы. Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородиепочв. Из числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизничеловека играет лес. Лес имеет немаловажное значение как географический иэкологический фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживаютповерхностные воды, т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержаниюуровня грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальнуюи эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. Внашей стране леса занимают около 30% всей ее суши и являются одним изприродных богатств. К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. Ихиспользование человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами,которые нашли применение, были самородные золото и медь. Добывать руды,содержащие медь, олово, серебро, свинец умели уже за 4000 лет до н.э. Внастоящее время человек вовлек в сферу своей промышленной деятельностипреобладающую часть известных минеральных ресурсов. Если на зарецивилизации человек использовал для своих нужд всего около 20 химическихэлементов, в начале XX века - около 60, то сейчас более 100 - почти всютаблицу Менделеева. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100млрд. т руды, топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этихресурсов[2]. Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменногоугля, нефти и газа. В современных условиях значительная часть поверхностиЗемли распахана или представляет собой полностью или частично окультуренныепастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельскогохозяйства потребовало больших площадей для строительства городов,промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружениякоммуникаций. Таким образом к настоящему времени человеком преобразованооколо 20% суши[3]. Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственнойдеятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов иневозможности использования районов, где ведется разработка и добычаполезных ископаемых. Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источникресурсов, однако, в течение очень длительного времени его деятельность неоказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетияизменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себявнимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились начеловеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизничеловечество постоянно наращивает темпы материального производства, незадумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых отприроды ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, исамого человека[2].4.4. Пределы устойчивости. Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени ликнашей планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические илифизические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.п.).Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которойсуществует или когда-нибудь существовала жизнь и которая постоянноподвергается или подвергалась воздействию живых организмов.[1] Участие каждого отдельного организма в геологической истории Землиничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладаютвысоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитанияи в конечном счете представляют в своей совокупности особый, глобальныхмасштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли. Значение организмов обусловлено их разнообразием, повсеместнымраспространением, длительностью существования в истории Земли,избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокойхимической активностью по сравнению с другими компонентами природы. Особой категорией является биокосное вещество. Вернадский писал, чтооно "создается в биосфере одновременно живыми организмами и коснымипроцессами, представляя системы динамического равновесия тех и других".[1]Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное веществопланеты - это почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства,которые зависят от деятельности на Земле живого вещества. Биосфера - этота область Земли, которая может быть охвачена влиянием живого вещества. Ссовременных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистемупланеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ. Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема,работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всехсоставляющих ее частей и процессов. Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живыхорганизмов, отдельные группы которых выполняют различные функции вподдержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшемпереплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, насогласовывании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкостиотдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связейи зависимостей. Как показывают исследования, по крайней мере последние 600 млн. лет,начиная с Кембрия, характер основных круговоротов на Земле существенно неменялся. Осуществлялись фундаментальные геохимические процессы, характерныеи для современной эпохи: накопление кислорода, связывание инертного натрия,осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных имарганцевых руд, сульфидных минералов, накопление фосфора и т. д. Менялисьлишь скорости этих процессов. По-видимому, не менялся существенно и общийпоток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Есть основание считать, чтомасса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная скарбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режимекруговоротов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередьдеятельностью самого живого вещества, обеспечивающего определенную скоростьфиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов. Таким образом,жизнь на Земле сама стабилизирует условия своего существования, что дает ейвозможность развиваться бесконечно долго.[1] Однако стабильность атмосферы имеет определенные пределы, и нарушениеее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями. Выступая как важнейший агент связывания и перераспределения наповерхности Земли космической энергии, живое вещество выполняет тем самымфункцию космического значения. Однако в настоящее время на Земле появилась новая сила, по мощностивоздействия не уступающая суммарному действию живых организмов -человечество с его социальными законами развития и мощной техникой,позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов. Современноечеловечество использует не только огромные энергетические ресурсы биосферы,но и небиосферные источники энергии (например, атомной), ускоряягеохимические преобразования природы. Некоторые процессы, вызванныетехнической деятельностью человека, направлены противоположно по отношениюк естественному ходу их в биосфере (рассеивание металлов, руд, углерода идр. биогенных элементов, торможение минерализации и гумификации,освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушениекрупномасштабных процессов в атмосфере, влияющих на климат и т.п.).[1] Вернадский считал возможным говорить даже об автотрофной роличеловека, понимая под этим возрастающие масштабы искусственного синтезаорганических веществ, часто даже не имеющих аналогов в живой природе.[1] Современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденныйущерб окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитиюсамого человечества. Эти изменения на данном этапе еще не являютсянепоправимыми. Поэтому одна из задач современной экологии - это изучениерегуляторных процессов в биосфере, создание научного фундамента еерационального использования. Основные законы функционирования биосферы ужевырисовываются, но предстоит еще многое сделать объединенными усилиямиэкологов всех стран мира.4.5. Биопродуктивность экосистем. Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергиюв химических связях синтезируемого органического вещества, определяетпродуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями заединицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Продукциювыражают количественно в сырой или сухой массе растений либо вэнергетических единицах - эквивалентном числе джоулей[1]. Валовая первичная продукция - количество вещества, создаваемогорастениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этойпродукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты надыхание). Эта часть может быть достаточно большой, она составляет от 40 до70% валовой продукции. Оставшаяся часть созданной органической массыхарактеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собойвеличину прироста растений, энергетический резерв для консументов иредуцентов. Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массыгетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов -это вторичная продукция сообщества. Ее вычисляют отдельно для каждоготрофического уровня, т.к. прирост массы на каждом из них происходит за счетэнергии, поступающей с предыдущего. Гетеротрофы, включаясь в трофическиецепи, живут в конечном итоге за счет чистой первичной продукции сообщества.В разных экосистемах они расходуют её с разной полнотой. Если скоростьпервичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, тоэто ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов. Подбиомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всегосообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетическихединицах. Недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения имеетследствием накопление органического вещества, что происходит, например, призаторфовывании болот, зарастании мелководных водоемов. Биомасса сообществас уравновешенным круговоротом веществ остается относительно постоянной,т.к. практически вся первичная продукция тратится в целях питания иразмножения[1]. Важнейшим практическим результатом энергетического подхода к изучениюэкосистем явилось осуществление исследований по Международной биологическойпрограмме, проводившихся учеными разных стран мира начиная с 1969 года вцелях изучения потенциальной биологической продуктивности Земли. Мировое распределение первичной биологической продукции крайненеравномерно. Самый большой абсолютный прирост растительного мира достигаетв среднем 25 г в день в очень благоприятных условиях. На больших площадяхпродуктивность не превышает 0,1 г/м (жаркие пустыни и полярные пустыни).Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле составляет150-200 млрд. тонн. Около трети его образуется в океанах, около двух третей- на суше. Почти вся чистая первичная продукция Земли служит дляподдержания жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия,недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органическихосадках водоемов и гумосе почв. Эффективность связывания растительностью солнечной радиации снижаетсяпри недостатке тепла и влаги, при неблагоприятных физических и химическихсвойствах почвы и т.п. Продуктивность растительности изменяется не толькопри переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждойзоны. Для пяти континентов мира средняя продуктивность различаетсясравнительно мало. Исключением является Южная Америка, на большей частикоторой условия для развития растительности очень благоприятные. Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственнымикультурами, занимающими приблизительно 10% площади суши (около 1,4 млрд.га). Общий годовой прирост культурных растений составляет около 16% от всейпродуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.Приблизительно 1/2 урожая идет непосредственно на питание людей, остальнаячасть - на корм домашним животным, используется в промышленности и теряетсяв отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли. Растительная пища обходится для людей энергетически дешевле, чемживотная. Сельскохозяйственные площади при рациональном использовании ираспределении продукции могли бы обеспечить примерно вдвое большеенаселение Земли, чем существующее. Но это требует больших затрат труда икапиталовложений. Особенно трудно обеспечить население вторичнойпродукцией. В рацион человека должно входить не менее 30 г белков в день.Имеющиеся на Земле ресурсы, включая продукцию животноводства и результатыпромысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно около 50%потребностей современного населения Земли. Большая часть населения Землинаходится, таким образом, в состоянии белкового голодания, а значительнаячасть людей страдает также и от общего недоедания[1]. Таким образом, увеличение биопродуктивности экосистем, и особенновторичной продукции, является одной и




Нажми чтобы узнать.

Похожие:

Биосфера и цивилизация iconБиосфера и цивилизация. Биосфера и место человека в биосфере
Термин «биосфера» появился в науке в 1875-м году, однако первые представления о биосфере складывались уже в начале 19-го века
Биосфера и цивилизация iconБиосфера и цивилизация. Биосфера и место человека в биосфере
Термин «биосфера» появился в науке в 1875-м году, однако первые представления о биосфере складывались уже в начале 19-го века
Биосфера и цивилизация iconЛекция 13. Биосфера и цивилизация
В. И. Вернадского (1863-1945). В 1926 году вышла его работа «Биосфера», в котором ученый изложил свое учение о «живом веществе» и...
Биосфера и цивилизация iconБиосфера и цивилизация

Биосфера и цивилизация iconБиосфера и цивилизация

Биосфера и цивилизация iconДокументы
1. /Биосфера-глобальная экосистема/Визитная карточка.doc
2. /Биосфера-глобальная...

Биосфера и цивилизация iconТема: «Скользящие по мирам. Цивилизация геймеров»
Это своего рода цивилизация. Цивилизация геймеров. На сколько, сегодня, современная молодежь зависят от виртуальности, кто кем управляет,...
Биосфера и цивилизация iconСредневековая европейская цивилизация и место в ней католической церкви
За это время западная цивилизация менялась настолько сильно что нужно выбрать какой-то период в качестве характерного. Для нас эту...
Биосфера и цивилизация iconПротоиндийская цивилизация. Общая характеристика Протоиндийская цивилизация. Общая характеристика
Протоиндийская цивилизация, существовавшая в долине Инда в 3-2 тыс до нашей эры
Биосфера и цивилизация icon«Этногенез и биосфера земли»
Концепция Л. Н. Гумилёва «Этногенез и биосфера земли» и её значение в развитии философии истории
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы