textarchive.ru

Главная > Документ


Большой круговорот веществ в природе.

Большой круговорот веществ в природе(геологический) он обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубиной энергии земли, и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонталями земли. Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород в подвижных зонах земной коры вновь погружается в зону выветривания пород. Так они переплавляются и образуют магму источников магматических парод после поднятия этих пород на земную поверхность и действие процессов выветривания, вновь происходит превращение их в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является спираль то есть круговорот это означает , что живой цикл круговорота не повторяет в точности старый , а приносит что то новое, что со временем приводит к вечным экологическим изменениям.

Большой круговорот, это круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу.

Малый круговорот веществ в биосфере биогеохимический. Он существует лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества и неорганических соединений в процессе фотосинтеза, и превращает органические вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Главным источником энергии этого круговорота является солнечная энергия, которая является катализатором фотосинтеза. В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется по средствам трофических цепей. Но в масштабах всей биосферы такой круговорот не возможен, здесь действует биогеохимический круговорот, представляющий собой обмен макро и микро элементов и простые не органические соединения с веществами гидро и лито сферы. Это называться биогеохимическими циклами суть цикла. Химические элементы поглощают микро организмы в последствии они покидают уходя в абиотическую среду, затем через какое-то время снова попадают в живой организм такие элементы биофальными. Этими циклами и круговоротом в целом, обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере.

Вернадский выделяет 5-ть таких функций:

1)газовая –благодаря ей происходит миграция газов и их превращения, формируется газовый состав биосферы. Все газы земли биотического происхождения, а все надземные газы продукт разложения организмов;

2) констротационная, она проявляется в извлечении и поглощении живого организма, биогенных элементов из окружающей среды, которые используют для построения их тела. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни тысяч раз выше, чем во внешней среде. Среди этих элементов С, а среди металлов первый Са;

3)окислительно-восстановительная, заключается в химическом превращении веществ, которые соединяют атомы с переменной степенью (Fe, Mn, S). В результате происходит изменение большинства химических элементов, при этом преобладают биогенные процессы окисления и восстановления;

4) биохимическая, размножение и рост в пространстве живого вещества;

5) биогеохимическая деятельность человека охватывает все возрастающее количество веществ земной коры (уголь, нефть, газ) все это используется для хозд нужд человека. В биогеохимическом круговороте следует различать 2-е среды:

1)резервный фонд, это огромная масса не движущихся веществ не связанная с организмом.

2)обменный фонд, который обусловлен обменом общим биогенным веществом между организмами и их непосредственным окружением. Если же рассматривать биосферу в общем в ней можно выделить:

1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (геологический круговорот).

Биогеохимические циклы фосфора, кислорода, серы, азота, углерода

Биогеохимические циклы фосфора, кислорода, серы, азота, углерода наиболее совершенны. В круговороте углерода прослеживается трофическая цепь (углерод воздуха – продуценты – консументы – редуценты – углерод воздуха).

В мировом океане трофическая цепь:

-продуценты (фитопланктон);

-консументы (зоопланктон, рыбы);

-редуценты (микроорганизмы);

осложняется тем, что некоторая часть углерода мертвого организма, опускаясь на дно уходит в осадочные породы и участвует в геологическом круговороте вещества.

Вмешательство человека приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере.

Скорость круговорота кислорода 2000 лет. Процесс круговорота кислорода в биосфере очень сложен т.к. (кислород) содержится во многих химических соединениях и подчитано что в биосфере на промышленные нужды расходуется 25% кислорода. Он восстанавливается в процессе фотосинтеза. В XXI веке весь продуцированный кислород будет сгорать в топках.

Биогеохимический круговорот азота охватывает все области Биосферы. Поглощение его растениями ограниченного. Редуценты (почвенные бактерии) постепенно разлагают отмершие организмы и превращают их в соли, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в подземные воды и загрязняют их. Азот возвращается в атмосферу со вновь выделенными при гниении газами. Роль бактерий такова, что если будет уничтожено только 12 их видов, участвующих в круговороте азота, жизнь на Земле прекратится.

Биогеохимические циклы фосфора и серы менее совершенны, т. к. основная их масса содержится в резервном фонде Земли. Круговорот фосфора и серы типичный биогеохимический цикл, такие циклы легко разрушаются от различных воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота.

Фосфор содержится в породах, образовавшийся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический цикл может попасть в случае подъема этих пород из глубин земной коры на поверхность суши, зону выветривания.

Эрозийными процессами он выносится в море в виде известного материала аппетита.

Общий круговорот фосфора делят на водную и наземную части. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передается по трофик цепи вплоть до консументов третьего порядка (морские птицы) их экскременты или трупы снова попадают в море вступают в круговорот, либо умирают на берегу и смываются в море. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, Р снова попадает в море и в круговорот ,но часть скелетов рыб достигает больших глубин и заключенный в них Р снова попадает в осадочные породы.

В наземных экосистемах фосфор извлекают растения из почвы, распределяют его по трофическим цепям, возвращают в почву после отмирания растений и животных и с их экскрементами. Теряется Р из почвы в результате водной эрозии; повышенное содержание Р попадающее в экосистемы с моющими средствами вызывают бурное развитие сине-зеленных водорослей. А за тем их гниение вследствие недостатка кислорода поэтому вся экосистема гибнет.

Сера имеет основной резервный фонд в почве и атмосфере. Сульфат ион является основной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и входит в состав аминокислот. В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до сероводорода. Другие организмы и воздействие самого кислорода в воздухе приводит к окислению этих продуктов, а образуются сульфаты растворяются и поглощаются растениями. Так продолжается круговорот серы, который может быть нарушен человеком при сжигании ископаемого топлива, особенно каменного угля, а образующийся сернистый газ нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растений.

Учение В. И. Вернадского о Биосфере

Эволюция биосферы (р-е гипотезы).

Возникновение жизни на земле и биосферы на земле (гипотезы).

Существует несколько гипотез о происхождении т.к. среди ученых нет единого мнения. Классифицировать их можно следующим образом:

  1. а) по принципу, что идея разум 1-е, а материя вторично (идеалистическое);

б) по принципу что материальное 1-е,а идеи и разум вторично (материалистическое);

  1. по принципу, что жизнь существовала всегда и будет существовать вечно (гипотезы стационарного состояния);

  2. по принципу, что живое только от живого (биогенеза) или возможно само зарождение живого от не живого (абиогеноза);

  3. по принципу, что жизнь на земле была занесена из космоса.

Самые известные

1.Жизнь была занесена творцом (идея разума).

2.Стационарного состояния жизнь и сама вселенная существовали всегда и будут существовать вечно. Т.к. не имеющее начала не имеет и конца и вместе с тем существуют отдельные тела и образования (звезды, планеты, и.т.д.).

Ограниченно во времени. Они возникают рождая и погибают. (историческое значение т.к. общепризнанной теорией образования вселенной является теория большого взрыва, согласно которой вселенная существует ограниченное время, она существует около 15 млн лет назад.

3.гипотеза пансперни

Жизнь на земле была занесена из космоса и прижилась здесь после того, как на земле сложились благоприятные для этого условия. Вопрос о том как возникла жизнь в космосе в силу объективных трудностей его решения отодвигается на неопределенный срок. Она могла бы быть создана творцом, существовать всегда или возникнуть из неживой материи абиогенеза-само зарождение живого из неживого и последний биохимической эволюции жизнь зародилась на земле из не живой материи. В 1924 году А. И. Апарин высказал предположение, что живое возникло на Земле из неживой материи. В результате химических эволюций (сложных химических преобразований молекул) этому событию благоприятствовали сложившиеся на Земле условия. В 1953 году С.Миллер в лабораторных условиях получил ряд органических веществ из не органических соединений. Была доказана принципиальная возможность не органического пути образования биогенных органических соединений, но не живых организмов. А. И. Аппарис полагал, что органические вещества могли создаваться в первичном океане из простых не органических соединений, в результате накопления в океане органических веществ образовался первичный бульон, затем объединяя белки и другие органические молекулы образовали капли концертантов, которые служили прообразом клеток. капли концертантов подвергались естественному отбору и эволюционировали.

1-е организмы были гетеротрофными по мере исчерпания запаса первого бульона возникли автотрофы и с точки зрения теории вероятности вероятность синтеза сверхсложных био молекул при условии случайных соединений их составных частей.

К настоящему времени не одна из существующих теорий прямыми документами не обладает.

Биосфера – совокупность живых организмов на земле. По Вернадскому – биосфера – сфера единства живого и неживого.

Существует несколько вариантов происхождения жизни на Земле:

    1. Жизнь возникла до образования Земли и была заселена на нее;

    2. Жизнь зародилась после образования Земли;

    3. Жизнь возникла с формированием Земли.

Он считал, что нет убедительных научных данных, что живое когда-либо не существовало на Земле. Под биосферой Вернадский понимал оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера распространяется на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном, мировой океан населен жизнью на глубине 10 – 11 километра. В литосферы жизнь протекает до глубины 3-его километра.

Вернадский сформировал три биологических принципа:

  1. Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к своему максимальному проявлению;

  2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию в биосфере устойчивых форм и размеров жизни, идет в направлении, устанавливающих биологическую миграцию атомов.

  3. Жив. в-во находится непрерывно в общении с окружающей его средой, создается и поддерживается на Земле космической энергии Солнца.

Данные соотносятся со следующими выводами Вернадского:

  1. Начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого космоса, жизнь вечна, поскольку вечен космос и всегда передавалась путем биогеоценоза (от живого к живому).

  2. Жизнь извечно присущая вселенной явилась новой на земле. Ее зародыши приносились из вне постоянно, но укрепились на земле лишь пари благоприятных условиях.

  3. Жизнь на земле была все время пока существует планета, это лишь время существования на ней жизни. Жизнь геологически планетарная величина возраст планеты не определим

  4. Жизнь не когда не была чем-то случайным ютящимся на каких-то отдельных оазисах. Она была распространена всюду и всегда живое существо в образе сферы.

  5. Древнейшие формы жизни дробянки способные в-ть все в биосфере, значит возможна биосфера состоит из одних прокариот. Вероятно, что таковая она и была в прошлом (дробянки-сине-зеленные водоросли и бактерии) нет хромосом, нет наступления полового процесса размножения.

  6. Живое вещество не могло произойти от косного между этими 2-я состояниями материи нет не каких промежуточных ступеней.

Эмпирические обобщения Вернадского

  1. Принципы целостности биосферы. Строение Земли есть согласованный механизм. Само вещество (живое) не является случайным созданием.

  2. Принцип гармонии.

  3. Закон биогенной миграции атомов в биосфере.

  4. Всюдность жизни в биосфере. Жизнь, постепенно приспосабливаясь, захватило биосферу.

  5. Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел. Формы нахождения химических элементов:

    1. горные породы и минералы;

    2. могилы;

    3. рассеянные элементы;

    4. живое вещество.

  6. Постоянное количество живого вещества в биосфере. Количество кислорода того же порядка что и живого вещества, причем это справедливо в рамках значит геологических отрезках времени, это следует из того, что живое вещество является посредником между солнцем и землей.

  7. Никогда не наблюдая зарождение живого они не живое.

  8. В геологической истории нет эпох в которых не существовала бы жизнь.

  9. Современное живое вещество генетически родственно всем прошлым организмам.

  10. Современную эпоху живое вещество также влияет на химический состав земной коры, как и в прошлые эпохи.

Жизнь, как термодинамический процесс

При переходе по трофическим уровням происходит рассеивании энергии. Известно, что если температура тела выше чем окружающая среда, то тело будет отдавать энергию до тех пор, пока температура окружающей среды сравняется с температурой тела. В конечном счете, энергия любого не живого тела может быть рассеяна в тепловой форме, после чего наступает состояние термодиначеского равновесия, дальнейший энергетический процесс не возможен (работает 2-е начало термодинамики).

О такой системе говорят, что она максимальна энтропии.

Энтропия – отражает возможность превращения энергии, и рассматривается как мера хаоса неупорядоченной системы.

К вопросу об энергетических потоках: Эп = Эд + Эпр+Эпв; (Эд + Эпв)=90% Эпр=10%

Эп – энергия потребляемой пищи.

Эд – энергия дыхания или траты на дыхание, обеспечивает жизнедеятельность организма в целом.

Эпр – энергия прироста клеток организма, запас жиров клеток.

Эпв – энергия продуктов выделения.

Если поток солнечного излучения, поступающий к земле, только бы рассеивался, то жизнь была бы не возможной. Чтобы энтропия не возрастала, система должна извлекать упорядоченность организации из вне, т.е. работать против энтропии окружающей среды, т.е. орган должен извлекать из окружающей среды отрицательную энтропию (негэнтропию).

Живые организмы способны выполнять работу против уравновешивания с окружающей средой за счет образования сложных организованных упорядоченных структур. Для производства этой работы, экосистема должна получать соответствующую энергетическую дотацию. Живой организм извлекает негэнтропию из пищи использованных упорядоченных связей. Тогда вся накопленная энергия превратится в тепловую форму. Это произойдет при гибели организма, при этом поток энергии прекращается.

Согласно 2-му закону термодинамики система стремится к термодинамическому равновесию.

Экологические факторы

Организм получает информацию из окружающей среды в виде определенных сигналов и реагирует на них.

Экологические факторы – это определенные условия элементов среды, которое оказывают воздействие на организмы.

Экологический фактор - это элемент или условие среды на который реагирует организм.

Экологические факторы разделяют на :

- абиотические

- биотические

- антропогенные.

Абиотические факторы – это совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений.

Их различают на :

- физические

- химические

- эдафические.

Физический фактор – это те, источником которых служит физическое состояние или явление (температура, влажность, ветер).

Химический фактор – это те, которые происходят от химического состава среды (соленость воды).

Эдафический фактор - (почвенный) – это совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие на организмы, которые живут на поверхности и внутри почвы.

Биотические факторы это совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других и на неживую (природу) среду обитания (микроклимат в лесу).

Биотические факторы разделяют на внутривидовые и межвидовые.

Внутривидовые складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции.

Групповой и массовый эффекты – это объединение животных одного вида в группы по двум или более особей и эффект вызванный перенаселением среды (демографический фактор). Они характеризуют динамику численности и плотности популяции групп организмов на популяционном уровне, внутри которого лежит внутривидовая конкуренция. Она проявляется в территориальном поведении животных, которые защищают места своего обитания и площадь в округе.

Межвидовые взаимоотношения:

- аменсализм;

- конкуренция;

- мутуализм;

- протокооперация;

- комменсализм;

- хищничество;

- антибиоз;

- симбиоз.

Антибиоз – особи одного вида выделяют определенные вещества, которые оказывают угнетающее воздействие на особей другого вида.

Симбиоз – это любое сожительство организмов различных видов, приносящее пользу хотя бы одному из них.

Нейтрализм- это когда оба вида не зависимы и ни оказывают никакого воздействия друг на друга.

Мутуализм - организмы не могут существовать друг без друга.

Протокооперация – оба вида сообразуют сообщества, но могут существовать и отдельно, хотя сообщество приносит им пользу.

Аменсализм – один вид (агрессивный) вызывает у другого вида ослабление роста и иммунитета, причем 1-й вид приносит вред другому виду и не получает от этого ни какой пользы.

Конкуренция - каждый вид оказывает на другого неблагоприятное воздействие.

Комменсализм – 1-й вид комменсал извлекает выгоду от сожительства, а другой вид выгоды не получает.

Различают четыре вида симбиоза:

- взаимовыгодный;

- квартиранство;

- нахлебничество;

- паразитизм.

Антропогенные факторы – факторы, порожденные человеком и воздействующие на окружающие факторы.

Положительный фактор: посадка лесов, создание новых видов животных и растений.

Отрицательный фактор: кислотные дожди, парниковый эффект, вырубка лесов, озоновые дыры.

Лимитирующие факторы. Законы лимитирующих факторов

Лимитирующие фактор – это факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за их недостатка или их избытка по сравнению с потребностью.

Закон минимума (Юстус Либих)

Урожай (продукция) зависит от факторов находящихся в минимуме (закон касается химических элементов). Факторы могут быть лимитирующими находится и в максимуме.

Закон Митчерлих:

урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений (температура, влажность и т.д.)

Закон независимости факторов Вильямса: условия жизни равнозначны, не один из факторов не может быть заменен другим.

Закон толерантности Шелфорда:

Толерантность - степень устойчивости величина выносливости тех или иных факторов. Формулировка закона: «отсутствие или невозможность процветания, определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или избытком любого из ряда факторов, уровень которого может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом.

Общий характер действия экологических факторов

При небольших значениях или чрезмерном воздействии фактора жизненная активность организма заметно угнетается. Наиболее эффективно действие фактора при минимальных или максимальных его значениях, а при некотором его значении, оптимальном для данного организма. Диапазон действия или зона толерантности (выносливости) экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума(1), максимума(2)) данного фактора, при которых возможно существование организма (рис.1).

Зона выносливости(толерантности)

2

г

и

б

е

л Зона нормальной

ь жизнедеятельности зона пессимума(угнитения)

1 3

интенсивность фактора РИС.1

Точка на оси абсцисс, которая соответствует наилучшему показателю жизнедеятельности организма, означает оптимальную величину фактора это точка оптимума(2). Так как определить оптимальное значение фактора с высокой с высокой точностью бывает трудно , говорят о диапазоне значении последнего – о зоне оптимума или зоне комфорта. Таким образом, три точки (оптимума, минимума и максимума) составляют три кардинальные точки которые определяют возможные реакции организма на данный фактор. Крайние участки кривой выражающие состояние угнетения при недостатке или избытке фактора называются зонами пессимума. Рядом с критическими точками лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности – летальные значения фактора, при которых наступает гибель организма.

Условия среды, в которых какой – либо фактор (или совокупность факторов ) выходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетающее действие, в экологии часто называют экстремальными.

Организмы для жизни которым требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называются стенотермными, а способные жить в широком диапазоне температуры эвритермные.

Организмы называются соответственно стенобионты и эврибионты.

Стенос от латинского узкий, и эврий от латинского широкий.

Состав экосистемы

Состав экосистемы:

- биоценоз

+ = биогеоценоз (экосистема)

- биотоп

Биоценоз – это группировка (совокупность) взаимодействующих между собой разных видов организмов, обитающих на одной территории (разные виды организмов).

Биотоп - условия окружающей среды на определенной территории (воздух, вода, почва).

Биогеоценоз – совокупность абиотических и биотических компонентов, имеет особую специфику взаимодействия и определенный тип обмена вещества и энергии.

Экосистема – это совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов его окружения.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА Лекция 1 История и предмет экологии человека

    Лекция
    ... Лекция 1. История и предметэкологии человека Человек является частью живой ... , а средой – все природные и социальные процессы. Предметомэкологии человека является отношение человека и среды ...
  2. ЭКОЛОГИЯ Учебно-методический комплекс дисциплины

    Учебно-методический комплекс
    ... природы. Тематическое содержание курса Введение Предметэкологии, основные задачи, ее связь с другими ... экологии как науки. Экология как наука, история развития. Структура, предмет, методы современной экологии. Связь экологии ...
  3. Экология как наука на современном этапе эволюции человеческого общества Шмаль А Г

    Обзор
    ... сформулировать понятия об объекте и предметеэкологии. Исторически первыми экологическими проблемами ... экологии определить предметэкологии. С учетом сформулированного подхода к определению объекта и предмета в философском плане, предметомэкологии ...
  4. Глава i предмет экологии методы и задачи экологии план

    Лекция
    ЛЕКЦИЯ 1 Глава I. Предметэкологии. Методы и задачи экологии План 1. Расширенное понимание предметаэкологии 2. Разделы экологии 3. Различие между понятиями ...
  5. Глава i предмет экологии методы и задачи экологии план

    Лекция
    ЛЕКЦИЯ 1 Глава I. Предметэкологии. Методы и задачи экологии План 1. Расширенное понимание предметаэкологии 2. Разделы экологии 3. Различие между понятиями ...

Другие похожие документы..