Предметом экологии являются взаимоотношения организмов и надорганизменных систем с окружающих их органической и неорганической средой

1. Экология как наука. Связь экологии с другими науками.Спектр организации жизни.Подразделы экологии. Теоретические задачи экологии. Прикладные задачи экологии.

Экология – это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их природой, о структуре и функционировании надорганизменных систем.

Термин «экология» в 1866 г. ввел немецкий эволюционист Эрнст Геккель. Э. Геккель считал, что экология должна изучать различные формы борьбы за существование. В первичном значении, экология – это наука об отношениях организмов к окружающей среде (от греч. «oikos» – жилище, местопребывание, убежище).

Экология, как и любая наука, характеризуется наличием собственного объекта, предмета, задач и методов (объект – это часть окружающего мира, которая изучается данной наукой; предмет науки – это наиболее главные существенные стороны ее объекта).

Объектом экологии являются биологические системы надорганизменного уровня: популяции, сообщества, экосистемы.

Предметом экологии являются взаимоотношения организмов и надорганизменных систем с окружающих их органической и неорганической средой.

Задачи экологии:

– Изучение структуры пространственно-временных объединений организмов (популяций, сообществ, экосистем, биосферы).

– Изучение круговорота веществ и потоков энергии в надорганизменных системах.

– Изучение закономерностей функционирования экосистем и биосферы в целом.

– Изучение реакции надорганизменных систем на воздействие разнообразных экологических факторов.

– Моделирование биологических явлений для экологического прогнозирования.

– Создание теоретической основы охраны природы.

– Научное обоснование производственных и социально-экономических программ.

Связь экологии с др. науками

Экология, как комплексная дисциплина, тесно связана с другими естественными и общественными науками (рисунок 1.1). Экологическая трактовка необходима при решении определенных задач в области ботаники, зоологии, физиологии, морфологии, систематики, биогеографии, эволюционного учения, генетики, биотехнологии, поскольку любые биологические исследования в той или иной степени изучают жизнь растений и животных в природных условиях/

Рисунок 1.1 – Положение экологии среди других биологических наук

Экология развивается на природоведческих условиях, вбирает новейшие достижения точных наук – математики, физики, химии, обогащая их, в свою очередь, представлениями о 2единстве, взаимосвязи живого и неживого. Экология тесно соприкасается с ландшафтоведением – отраслью физической географии, объектами исследования которой являются сложные природные и природноантропогенные образования. Взаимосвязь между физической географией и экологией нашла отражение в становлении геоэкологии (ландшафтной экологии, или экологии ландшафтов). Экология связана и с природопользованием, служит научной основой рационального использования и охраны природных ресурсов.

Современная экология анализирует природные условия (факторы) существования живых организмов, включая человека, и их изменения под влиянием разнообразных преобразующих или разрушающих антропогенных воздействий. Природопользование как область прикладной экологии изучает закономерности антропогенной динамики природных процессов в их сложной взаимосвязи, определяет значение этой динамики для человека, обосновывает рациональное использование природных ресурсов и разрабатывает способы сохранения и восстановления их количественных и качественных особенностей, важных для человека современного и для будущих поколений.

Спектр организации жизни

Графическое (горизонтальное) изображение иерархии, уровней организации живого, начиная от генетических систем, далее к клеточным системам, системам органов, организмов, популяционным системам, экосистемам, биосфере. Экология изучает преимущественно те системы, которые расположены в правой части спектра, т. е. системы выше уровня организмов, но не пренебрегает и подорганизменными системами (например, генетическая экология).

Рис. 1.1. Спектр уровней организации

Сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген - основные уровни организации жизни. Расположены в иерархическом порядке - от крупных систем к малым. На каждом уровне или ступени в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой понимаются упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое. Экология изучает главным образом системы выше уровня организма: популяционные, экологические.

Самая крупная и наиболее близкая к идеалу по "самообеспечению" является биологическая система - биосфера. Она включает все живые организмы земли, находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли как единое целое, чтобы поддерживать эту систему в состоянии устойчивого равновесия, получая поток энергии от Солнца, ее источника, и переизлучая эту энергию в космическое пространство.

Подразделы экологии

Экология делится на фундаментальную и прикладную.

Фундаментальная экология изучает наиболее общие экологические закономерности.

Прикладная – использует полученные знания для обеспечения устойчивого развития общества.

Основу экологии - биоэкология как раздел общей биологии. Биоэкология делится на общую и частную.

В состав общей биоэкологии входят разделы:

1. Аутэкология – изучает взаимодействие со средой обитания отдельных организмов определенных видов.

2. Экология популяций (демэкология) – изучает структуру популяций и ее изменение под воздействием экологических факторов.

3. Синэкология – изучает структуру и функционирование сообществ и экосистем.

К общей биоэкологии относятся и другие разделы:

– эволюционная экология – изучает экологические механизмы эволюционного преобразования популяций;

– палеоэкология – изучает экологические связи вымерших групп организмов и сообществ;

– морфологическая экология – изучает закономерности изменения строения органов и структур в зависимости от условий обитания;

– физиологическая экология – изучает закономерности физиологических изменений, лежащих в основе адаптации организмов;

– биохимическая экология – изучает молекулярные механизмы приспособительных преобразований в организмах в ответ на изменение среды;

– математическая экология– на основании выявленных закономерностей разрабатывает математические модели, позволяющие прогнозировать состояние экосистем, а также управлять ими.

Частная биоэкология изучает экологию отдельных таксономических групп, например: экология животных, экология млекопитающих, экология выхухоли; экология растений, экология опыления, экология сосны; экология водорослей; экология грибов…

Биоэкология тесно связана с ландшафтной экологией, например:

– экологией водных ландшафтов (гидробиологией) – океанов, рек, озер, водохранилищ, каналов...

– экологией наземных ландшафтов – лесов, степей, пустынь, высокогорий...

Отдельно выделяются разделы фундаментальной экологии, связанные с существованием и деятельностью человека:

– экология человека – изучает человека как биологический вид, вступающий в разнообразные экологические взаимодействия;

– социальная экология – изучает взаимодействие человеческого общества и окружающей среды;

– глобальная экология – изучает наиболее крупномасштабные проблемы экологии человека и социальной экологии.

Прикладная экология включает:

- промышленную экологию

- сельскохозяйственную экологию

- экологию города (населенных пунктов)

- медицинскую экологию

- экологию административных районов

- экологическое право

- экологию катастроф и многие другие разделы.

Прикладная экология тесно связана с охраной природы и окружающей среды.

Теоретические задачи экологии

1. разработать стереотип устойчивости экосистемы

2. изучение механизмов адаптации к среде

3. регуляция численности популяций

4. изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания

5. исследование продуктивности процессов в экосистеме

6. исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости

7. моделирование состояния биосферы и экосистем с учетом глобальных биосферных процессов.

Прикладные задачи экологии

1. прогнозирование и оценка возможности отрицательных последствий для окружающей среду, проектирование и конструирование предприятий

2. оптимизация инженерных, технологических и проектно-конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде

3. улучшение качества окружающей среды

4. сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов

5. стратегическая задача — развитие теории взаимоотношения природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

1. Биосфера, определение и эволюция биосферы. Физико-химические условия жизни. Биофильные элементы.Живое вещество. Свойства живого вещества. Функции живого вещества.

Биосферойназывают совокупность всех живых организмов нашей планеты и те области геологических оболочек Земли, которые заселены живыми существами и подвергались в течение геологической истории их воздействию.

Границы биосферы.Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере (рис. 1). Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Литосфера это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50–200 км

Гидросфера— водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от поверхности.

Атмосфера— газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 — кислорода, 1 — аргона и 0,03 % углекислого газа. В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы.

Строение и функционирование биосферы.Биосфера —это глобальная экологическая система, состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Существование биосферы базируется на непрерывно осуществляющемся круговороте веществ, энергетической основой которого является солнечный свет. Круговорот веществ в природе между живой и неживой материей — одна из наиболее характерных особенностей биосферы. Биологический круговорот — это биогенная миграция атомов из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Биомасса выполняет и другие функции:

1) газовая — постоянный газообмен с внешней средой за счет дыхания живых организмов и фотосинтеза растений;

2) концентрационная — постоянная биогенная миграция атомов в живые организмы, а после их отмирания — в неживую природу;

3) окислительно-восстановительная — обмен веществом и энергией с внешней средой. При диссимиляции окисляются органические вещества, при ассимиляции используется энергия АТФ;

4) биохимическая — химические превращения веществ, составляющие основу жизнедеятельности организма.

Эволюция биосферы. На начальных этапах развития существовали гетеротрофные анаэробные организмы, существующие в Мировом океане за счет органических веществ, возникших в результате сложных химических процессов. Затем (по мере уменьшения запасов органических веществ) появляются автотрофные организмы, способные сами создавать органические вещества, используя энергию солнечного света. В результате их жизнедеятельности (фотосинтеза) в атмосферу стал выделяться кислород. Это стало предпосылкой появления аэробных организмов. Усложнение живого, увеличение его разнообразия приводили к изменению биосферы. Следовательно, эволюция биосферы сопряжена с эволюцией форм жизни на нашей планете.

В. И. Вернадский выделял три этапа развития биосферы:

1. Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы. Ведущие факторы здесь — геохимические и климатические изменения на Земле.

2. Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления многочисленных и разнообразных эукариотных организмов — как одноклеточных, так и многоклеточных. Движущим фактором выступает биологическая эволюция.

3. Третий этап — возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу.

Физико-химические условия жизни

Достаточное количество углекислого газа и кислорода.

Достаточное количество воды (причем обязательно - в жидком состоянии).

Температурный режим, исключающий как слишком высокие температуры (вызывающие свертывание белков), так и слишком низкие (прекращающие работу ферментов).

Наличие "прожиточного минимума" элементов минерального питания.

Определенная соленость водной среды.

Биофильные элементы

Биофильные (биогенные) элементы - (biogenic elements) химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции. Элементы и их соединения, требующиеся биоте в больших количествах, называют макробиогенными (С, О, N, H, Ca, P, S), а в малых количествах - микробиогенными. Для растений это: Fe, Mg, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Ca, которые обеспечивают функции фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию. Для животных требуются как перечисленные элементы (кроме B), так и дополнительно Se,Cr, Ni, F, I и Sn. Несмотря на малые количества, все эти элементы необходимы для жизнедеятельности биосистем.

Живое существо. Свойства и функции

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. Это понятие не следует путать с понятием «биомасса», которое является частью биогенного вещества.

К основным свойствам живого можно отнести:

1. Химический состав. Живые существа состоят из тех же химических элементов, что и неживые, но в организмах есть молекулы веществ, характерных только для живого (нуклеиновые кислоты, белки, липиды).

2. Дискретность и целостность. Любая биологическая система (клетка, организм, вид и т.д.) состоит из отдельных частей, т.е. дискретна. Взаимодействие этих частей образует целостную систему (например, в состав организма входят отдельные органы, связанные структурно и функционально в единое целое).

3. Структурная организация. Живые системы способны создавать порядок из хаотичного движения молекул, образуя определенные структуры. Для живого характерна упорядоченность в пространстве и времени. Это комплекс сложных саморегулирующихся процессов обмена веществ, протекающих в строго определенном порядке, направленном на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза.

4. Обмен веществ и энергии. Живые организмы — открытые системы, совершающие постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой. При изменении условий среды происходит саморегуляция жизненных процессов по принципу обратной связи, направленная на восстановление постоянства внутренней среды — гомеостаза. Например, продукты жизнедеятельности могут оказывать сильное и строго специфическое тормозящее воздействие на те ферменты, которые составили начальное звено в длинной цепи реакций.

5. Самовоспроизведение. Самообновление. Время существования любой биологической системы ограничено. Для поддержания жизни происходит процесс самовоспроизведения, связанный с образованием новых молекул и структур, несущих генетическую информацию, находящуюся в молекулах ДНК.

6. Наследственность. Молекула ДНК способна хранить, передавать наследственную информацию, благодаря матричному принципу репликации, обеспечивая материальную преемственность между поколениями.

7. Изменчивость. При передаче наследственной информации иногда возникают различные отклонения, приводящие к изменению признаков и свойств у потомков. Если эти изменения благоприятствуют жизни, они могут закрепиться отбором.

8. Рост и развитие. Организмы наследуют определенную генетическую информацию о возможности развития тех или иных признаков. Реализация информации происходит во время индивидуального развития — онтогенеза. На определенном этапе онтогенеза осуществляется рост организма, связанный с репродукцией молекул, клеток и других биологических структур. Рост сопровождается развитием.

9. Раздражимость и движение. Все живое избирательно реагирует на внешние воздействия специфическими реакциями благодаря свойству раздражимости. Организмы отвечают на воздействие движением. Проявление формы движения зависит от структуры организма.

В настоящее время с учетом новых исследований различают следующие функции.

Энергетическая функция

Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при разложении энергонасыщенных ве­ществ, передача энергии по пищевым цепям.

В результате осуществляется связь биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле. Недаром Вернадский назвал зеле­ные хлорофилльные организмы главным механизмом биосферы.

Поглощенная энергия распределяется внутри экосистемы между живыми организмами в виде пищи. Частично энергия рассеивается в виде тепла, а частично накапливается в отмер­шем органическом веществе и переходит в ископаемое состоя­ние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых.

Деструктивная функция

Эта функция состоит в разложении, минерализа­ции мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биоти­ческий круговорот, т.е. обусловливает превращение живого ве­щества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.

Особо следует сказать о химическом разложении горных по­род. «Мы не имеем на Земле более могучего дробителя мате­рии, чем живое вещество», — писал Вернадский. Пионеры

жизни на скалах — бактерии, синезеленые водоросли, грибы и лишайники — оказывают на горные породы сильнейшее хими­ческое воздействие растворами целого комплекса кислот — угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Раз­лагая с их помощью те или иные минералы, организмы избира­тельно извлекают и включают в биотический круговорот важ­нейшие питательные элементы — кальций, калий, натрий, фос­фор, кремний, микроэлементы.

Концентрационная функция

Так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построе­ния тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы из­влекают и накапливают биогенные элементы окружающей сре­ды. В составе живого вещества преобладают атомы легких эле­ментов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих эле­ментов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность хими­ческого состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты. Наряду с концентрационной функ­цией живого организма вещества выделяется противоположная ей по результатам — рассеивающая. Она проявляется через трофическую 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, через кровососущих насекомых.

Средообразующая функция

Преобразование физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в результате про­цессов жизнедеятельности в условиях, благоприятных для суще­ствования организмов. Эта функция является совместным ре­зультатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья био­логического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной покров. «Ор­ганизм имеет дело сосредой, к которой не только он приспособлен, но которая приспособлена к нему», — так характеризо­вал Вернадский средообразующую функцию среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов эле­ментов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первич­ной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный живого вещества.

Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями. Можно выделить еще некоторые функции живого вещества, например:

— газовая функция обусловливает миграцию газов и их пре­вращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладаю­щая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В про­цессе функционирования живого вещества создаются основные га­зы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др. Хорошо видно, что газовая функция является совокупностью двух основопо­лагающих функций — деструктивной и средообразующей;

— окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, кото­рые содержат атомы с переменной степенью окисления (соеди­нения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восста­новления. Обычно окислительная функция живого вещества в биосфере проявляется в превращении бактериями и некоторы­ми грибами относительно бедных кислородом соединений в поч­ве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислоро­дом соединения. Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биоген­ный сероводород, производимый различными бактериями. И здесь мы видим, что данная функция является одним из про­явлений средообразующей функции живого вещества;

— транспортная функция — перенос вещества против си­лы тяжести и в горизонтальном направлении. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое веще­ство само по себе перемещается по наклонной плоскости исклю­чительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся ре­ки, ледники, лавины, осыпи.

Живое вещество — единственный фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх, из океана — на континенты.

За счет активного передвижения живые организмы могут пе­ремещать различные вещества или атомы в горизонтальном на­правлении, например за счет различных видов миграций. Пере­мещение, или миграцию, химических веществ живым веществом Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества.

 

1. Структура биосферы. Характеристика атмосферы, гидросферы и литосферы.

Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

♦ живое вещество, образованное совокупностью организмов;

♦ биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

♦ косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

♦ биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера.Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера.Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера.Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

1. Кругооборот веществ в природе. Большой (геологический) кругооборот. Метаморфические породы. Малый (биогеохимический) кругооборот веществ в биосфере. Биогеохимические циклы. Резервный фонд. Обменный фонд. Длительность круговоротов. Кругообороты азота, углерода, фосфора, углекислого газа, воды, кислорода и серы. Азотфиксация. Особенности круговорота фосфора.

 

 

4.1. Круговорот веществ в природе представляет собой совокупность повторяющихся процессов превращения или перемещения веществ, имеющую более или менее выраженный циклический характер. Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).
Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму — источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы (рис. 6.7). Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.

 

Большой круговорот — это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверхность океана.
Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транс-пирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет.

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический) отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы.

Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.
Этот круговорот для жизни биосферы — главный, и он сам является порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ.
Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. Эта энергия довольно неравномерно распределяется по поверхности земного шара. Например, на экваторе количество тепла, приходящееся на единицу площади, в три раза больше, чем на архипелаге Шпицберген (80° с.ш). Кроме того, она теряется путем отражения, поглощается почвой, расходуется на транспирацию воды и т. д. (рис. 6.8) а, как мы уже отмечали, на фотосинтез тратится не более 5% от всей энергии, но чаще всего 2—3 %.
В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется преимущественно посредством трофических цепей.
Такой круговорот обычно называют биологическим (см. рис. 5.1). Он предполагает замкнутый цикл веществ, многократно используемый трофической цепью. Безусловно, он может иметь место в водных экосистемах, особенно в планктоне с его интенсивным метаболизмом, но не в наземных экосистемах, за исключением дождевых тропических лесов, где может быть обеспечена передача питательных веществ «от растения к растению», корни которых на поверхности почвы.

Однако в масштабах всей биосферы такой круговорот невозможен. Здесь действует биогеохимический круговорот, представляющий собой обмен макро- и микроэлементов и простых неорганических веществ (СО_2,Н₂О) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы. Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм, и т. д. Такие элементы называют биофилъными. Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких функций:
— первая функция — газовая — основные газы атмосферы Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы — продукт разложения отмершей органики;
— вторая функция — концентрационная — организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов — первый кальций, концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, йода — водоросли (ламинария), фосфора —скелеты позвоночных животных;
— третья функция — окислительно-восстановительная — организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;
— четвертая функция — биохимическая — размножение, рост
и перемещение в пространстве («расползание») живого вещества;
— пятая функция — биогеохимическая деятельность человека — охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и бытовых нужд человека.
В биогеохимических круговоротах следует различать две части, или как бы два среза: 1) резервный фонд — это огромная масса движущихся веществ, не связанных с организмами; 2) обменный фонд — значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенным веществом между организмами и их непосредственным окружением. Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).
В связи с этим следует отметить лишь один-единственный на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот, связывает солнечную энергию и даже накапливает ее — это создание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле.

Тип метаморфизма	Факторы метаморфизма
Метаморфизм погружения	Увеличение давления, циркуляция водных растворов
Метаморфизм нагревания	Рост температуры
Метаморфизм гидратации	Взаимодействие горных пород с водными растворами
Дислокационный метаморфизм	Тектонические деформации
Импактный(ударный) метаморфизм	Падение крупных метеоритов, мощные эндогенные взрывы

Метаморфические горные породы — горные породы, образованные в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физико-химических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздйствию высокой температуры, большого давления и различных газовых иводных растворов, при этом они начинают изменяться.

Формы залегания метаморфических пород

Так как исходным материалом метаморфических горных пород являются осадочные и магматические породы, их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Так на основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы определить их происхождение. Так, если метаморфическая порода происходит от осадочной, ей дают приставку пара- (например, парагнейсы), а если она образовалась за счёт магматической породы, то ставится приставка орто- (например, ортогнейсы).

Состав метаморфических пород

Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одного минерала, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор),… Физико — химические условия образования метаморфических пород, определённые…

Текстуры метаморфических пород

Сланцевая: большое распространение в метаморфических породах получили листоватые, чешуйчатые и пластинчатые минералы, что связано с их… Полосчатая — чередование различных по минеральному составу полос (например, у… Пятнистая — наличие в породе пятен, отличающихся по цвету, составу, устойчивости к выветриванию.

Структуры метаморфических пород

Структуры метаморфических пород возникают в процессе перекристаллизации в твёрдом состоянии, или кристаллобластеза. Такие структуры называют… гранобластовая (агрегат изометрических зёрен); лепидобластовая (агрегат листоватых или чешуйчатых кристаллов);

Виды образования от разных изменений

Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде… Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над… Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадает на сушу в виде…

Скорость

Воды, входящих в состав живых организмов, восстанавливаются в течение нескольких часов. Это наиболее активная форма водообменна. Период обновления… Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно в 2 700 лет. За 10 миллионов лет фотосинтез перерабатывает массу воды равную всей гидросфере.

Трофические цепи и трофические уровни

Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую или трофическую (греч. trophe-пища) цепь от автотрофов, продуцентов (создателей) к… Трофический уровень — это место каждого звена в пищевой цепи. Первый… Четко распределяются по уровням лишь консументы, специализирующиеся на определенном виде пиши. Однако есть виды,…

Экологические пирамиды

Трофическую структуру можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а… 1. Пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне; 2. Пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества — общий сухой вес, калорийность и т.д.;

Биологическая продуктивность экосистем

Продуктивность экосистемы — это накопление экосистемой органического вещества в процессе ее жизнедеятельности. Продуктивность экосистемы измеряется… Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и… Первичная продукция подразделяется на два уровня — валовую и чистую продукцию. Валовая первичная продукция — это общая…

Водные экологические системы

Экосистемы Мирового океана Океаны играют важную климатообразующую роль, перераспределяя солнечную энергию… К основным характеристикам экосистем Мирового океана относят:

Экотоксикология. Загрязнение окружающей среды токсикантами и количественные критерии оценки его фактического уровня.

– изучении современных представлений о токсичности и канцерогенности элементов и их соединений; – исследовании специфических биогеохимических особенностей поведения… – оп­ределении локализации канцерогенных веществ;

Парниковый эффект” и глобальные изменения климата.

Атмосферный эффект, о котором идет речь, вызван аналогичными причинами, отсюда и его название – парниковый. Еще в 1827 году французский физик Ж.… Исходя из того, что “естественный” парниковый эффект – это устоявшийся,… Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например, метан,…

Озоновые дыры” и пути их предотвращения.

Озон – аллотропная форма (в том случае, когда элемент имеет несколько простых веществ (они состоят из атомов одного вида), их называют аллотропными… 2О2О + О3. Озон поглощает жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое излучение Солнца, предохраняя живые организмы от его…

Кислотные дожди, их причины и методы устранения.

Показатель кислотности воды рН = – lg[CH+], где [CH+] – концентрация ионов водорода. Значение рН нейтрального раствора равняется 7. При растворении… Вода “нормального” дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это… Кислотный дождь образуется в результате химического взаимодействия оксидов серы (SO2 и SO3) и азота (NOх) с водой в…

Проблема отходов.

Все отходы подразделяют набытовые ипромышленные. Они могут находиться как в твердом, так и жидком и реже в газоообразном состоянии. Твердые бытовые отходы (ТБО) - совокупность твердых веществ (пластмасса,… Жидкие бытовые отходы представлены в основном сточными водами хозяйственно-бытового назначения. Газообразные-выбросами…

Кадастры. Кадастровая оценка ресурсов.

Кадастры составляют специально уполномоченные органы Госкомэкологии России для комплексного учета природных ресурсов на территориях республик, краев… Различают земельный, водный, лесной кадастр, недр, животного мира,… Земельный кадастр включает данные регистрации землепользователей (собственники, пользователи, арендаторы), учета…

Маркетинг.

административное регулирование, т.е. введение соответствующих нормативных стандартов и ограничений, которые должны соблюдать фирмы-производители, а… экономические стимулы, направленные на то, чтобы заинтересовать… система платежей за загрязнение и экологических налогов;

Национальные знаки экологической маркировки

2 – «Белый лебедь» 3 – «Цветок Европы 2. Маркировка по типу II основана на самодекларации соответствия продукции определенным экологическим нормативам. Она…

Охрана животного и растительного мира в международных договорах

охрана природных региональных комплексов выражается в установлении специального режима для отдельных территорий: предусматривается организация… Основные положения об охране антарктической окружающей среды изложены: в Договоре «Об Антарктике» 1959 г.;