Биомассы организмов Земли

Среда	Организмы	Масса, 1012 т	%
Суша	Растения	2,4	99,04
Животные	0,02	0,825
Океаны	Растения	0,0002	0,008
Животные	0,003	0,124
Суммарный	Общая биомасса	2,4232

 

В процессе развития биосферы выделяют 3 этапа :

1. Биосфера (где человек воздействовал на природу незначительно. Возраст человечества примерно 1,5 млн. лет);

2. Биотехносфера.

Современная биосфера - это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество - это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника - это качественно новый этап ее развития. Возникают вопросы:

- каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем;

- какими средствами избежать необратимых последствий в природе.

Предотвратить изменения невозможно. Очевидно, что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так, чтобы они были взаимовыгодны;

3. Ноосфера - сфера разума.

Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 г., а обосновал Вернадский В.И. в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование - есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.

Классификация экологических факторов

С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества дина­мич­ных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассмат­риваются в качестве факторов.

Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.

Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на две категории:

1. Факторы неживой природы (абиотические);

2. Факторы живой природы (биотические).

Абиотические:

• климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха);

• почвенные (состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость);

• орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона);

• химические (составы газового воздуха, солевой состав воды, кислотность).

Биотические:

• фитогенные (растения);

• зоогенные (животные);

• микробиогенные (вирусы, бактерии);

• антропогенные (деятельность человека).

 

Абиотические факторы наземной среды

1. Лучистая энергия солнца

Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза).

Количество энергии у поверхности Земли - 21*10кДж на экваторе (солнечная постоянная). Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.).

2. Освещение

Определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географичес­кими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на:

• светолюбивые - растения открытых, хорошо освещаемых мест;

• тенелюбивые - нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник);

• тепловыносливые - хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Легко подстраиваются под световой режим.

Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он нужен для ориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят инфракрасную часть спектра, поэтому охотятся ночью.

3. Температура

Один из важнейших абиотических факторов прямо или косвенно влияющий на живые организмы.

Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает tна фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. Например, у картофеля максимальная продуктивность фотосинтеза при +20°С, а при t = 48°С полностью прекращается.

В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся:

• Организмы, температура тела которых равна tокружающей среды, т.е. меняется в зависимости от tокружающей среды, нет эффективного механизма термо­­регуляции (растения, рыбы, рептилии). Растения понижают t за счет интен­сив­ного испарения; при достаточном снабжении водой в пустыне - уменьшается t листьев на 15°С.

• Организмы с постоянной температурой тела (млекопитающие, птицы), более высокий уровень обмена веществ. Существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), t=36-40°C.

• Организмы с постоянной температурой (еж, барсук, медведь), период актив­­ности сопровождается постоянной температурой тела, а при зимней спячке – значи­тельно понижается, т.к. происходит потеря энергии.

Также выделяют организмы, способные переносить колебания температуры в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных температурах (глубо­ко­водные организмы, водоросли полярных льдов).

4. Влажность атмосферного воздуха

Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50% всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от температуры воздуха.

5. Атмосферные осадки

Это дождь, снег, град и т.п. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: температура воздуха, движение воздушных масс, рельеф.

Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности:

• Влажная экваториальная. Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков - 11684 мм/год - о. Кауан (Гавайские острова), 350 дней в году идёт дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов).

• Сухая зона тропического пояса. Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.п. Минимальное количество осадков - 0,8 мм/год - пустыня Атакама (Чили, Южная Америка).

• Влажная зона умеренных широт. Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы, Северная Америка, Сибирь.

• Полярная область. Незначительное количество осадков - до 250 мм/год (низкая температура воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью.

6. Газовый состав атмосферы

Состав ее практически постоянен и включает: азот, кислород, углекислый газ, аргон и другие газы, частицы воды, пыль.

7. Движение воздушных масс (ветер)

Максимальная скорость ветра примерно 400 км/ч - ураган (штат Нью-Гемпшир, США).

Ветровой напор - направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере.

8. Давление атмосферы

760 мм ртутного столба или 10 кПа.

Абиотические факторы почвенного покрова

Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микро­орга­низмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой.

Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы.

 

Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух - О₂, СО₂), растения, животные, микроорганизмы, гумус.

Толщина почвы: 0,5м - тундра, горы; 1,5м - на равнинах.

1 см почвы образуется примерно за 100 лет.

Типы почв:

1. Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 %)

2. Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %).

3. Черноземы (степь, гумус до 10 %).

4. Каштановые (в сухих степях, гумус до 4%).

5. Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5%).

6. Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %).

Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения.

Физические свойства:

1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра.

2. Плотность.

3. Теплоемкость, теплопроводность.

4. Влагоемкость, влагопроницаемость.

5. Аэрация - способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы).

Химические свойства:

1. Химический состав:

· до 50 % SiO₂- кремнезем;

· до 25 % Al₂O₃ - глинозем;

· до 10 %- оксиды Fe;

· остальное - оксиды Са, К, Mg, Р и т.д.

2. Кислотность.

3. Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.).

Влияние кислотности на растения:

• Обитают на кислых почвах (рН<6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи.

• Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений.

• На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь).

• Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная).

Абиотические факторы водной среды

Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т.д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71% земной поверхности). Средняя глубина - 3554м, вес 0,022% веса планеты, площадь - 1350 млн. км² - океаны, 35 млн. км² - пресные воды.

Абиотические факторы водной среды - это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов.

Физические свойства:

1. Плотность

Плотность как экологический фактор определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и т.д.), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон).

2. Температура

Изменение температуры происходит в зависимости от глубины водоёма, а также суточных и сезонных колебаний.

Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания температуры в верхних слоях океана – 10-15°С, в более глубоких слоях – 3 - 4°С.

3. Световой режим

Играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м, а туда доходит всего 5*10^-6 солнечного света.

С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция).

4. Подвижность - постоянное перемещение водных масс в пространстве.

5. Прозрачность

Зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое - море Уэддела в Антарктиде, видимость 80м (прозрачность дистиллированной воды).

 

Химические свойства:

1. Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море - 19 г/л.

Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские - в реках. Однако такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки.

2. Количество растворенного О₂ и СО₂ (О₂ - для дыхания).

3. Кислая, нейтральная, щелочная среды

Все обитатели приспособились к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов.

Биотические факторы

Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.

Классификация биотических взаимодействий:

1. Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую.

2. Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для другого организма.

Конкуренция бывает внутривидовая и межвидовая. Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутри­видовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции.

Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к. каролинская белка оказалась более конкурентно­способной.

Конкуренция бывает прямая и косвенная.

Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности, защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающаяся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.).

Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижали содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затенял травы, не давая им произрастать из-за нехватки света.

3. Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина); тесно связан в своём жизненном цикле. Паразитов различают по месту обитания:

• находятся на поверхности хозяина. Блохи, вши, клещи - животные. Тля, мучнистая роса - растения. У паразита имеются специальные приспособления (крючки, присоски и т.п.);

• внутри хозяина. Вирусы, бактерии, примитивные грибы - растения. Высокая плодовитость. Не приводят к гибели хозяина, но угнетают процессы жизнедеятельности.

4. Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником).

Хищники могут поедать травоядных животных, а также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую, более доступную.

Хищники часто нападают на слабые жертвы. Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает.

Поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва-хищник.

5. Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов, при котором организмы приносят друг другу пользу. По степени партнерства симбиоз бывает:

комменсализм - один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда. Рак - актиния. Актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи;

мутуализм - оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Лишайник-гриб + водоросль. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его.

В естественных условиях один вид не приведёт к уничтожению другого вида.

Экосистема

Экосистема - это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом (рис. 3).

Термин предложен в 1935 г. английским экологом Тенсли. Самая большая экосистема - биосфера Земли, далее по уменьшению: суша, океан, тундра, тайга, лес, озеро, пень от дерева, горшок с цветами.

1. Экосистема океана

Одна из самых больших экосистем (94% гидросферы). Жизненная среда океана непрерывна, в ней отсутствуют границы, препятствующие расселению живых организмов (на суше граница - океан между материками, на материке - реки, горы и т.п.). В океане вода находится в постоянном движении. Существуют горизонтальные и вертикальные течения. В воде растворено - 48-10 т солей.

Эти физико-химические особенности создают благоприятные условия для образования и развития разнообразных организмов. В океане насчитывается:

• 160 000 видов животных (80 тыс. моллюсков, 20 тыс. ракообразных, 16 тыс. рыб, 15 тыс. простейших);

• 10 000 видов растений. В основном различные виды водорослей.