Екосистеми. - Біосфера
1. Процеси, що відбуваються у середині екосистем.
Біосфера - глобальна екосистема Землі, що складається з величезної кількості екосистем, серед яких виділяють:
Мікроекосистеми (напр., стовбур гниючого дерева і т п.);
Мезоекосистеми (ліс, ставок і т п );
Макроекосистеми (океан, континент і т п ).
Для екосистеми необхідно здійснення процесів самовстановлення і саморегуляції сукупності середовищеутворювальних компонентів та елементів, що її складають. Під саморегуляцією розуміють спроможність природної екосистеми до відновлення внутрішніх властивостей й структур після якогось природного чи антропогенного впливу, що змінив ці властивості й структури.
Найнеобхідніші для людини функції екосистем:
Виробництво харчу;
Виробництво кисню;
Виробництво незамінних ресурсів біологічного походження;
Переробка і знешкодження різноманітних відходів;
Рекреація і підтримання нормального стану нервової системи (душевного і психічного здоров'я) людини.
Виходячи з цього, найбільш важливими і для добробуту (існування) людини, і для біосфери в цілому, є наступні екосистеми:
Сільськогосподарські;
Лісні;
Прибережні та прісноводні.
Саме ці екосистеми залучені до найважливіших екологічних процесів, що необхідні як для виживання людини, так і для стійкого соціально-економічного розвитку суспільства.
Аналізуючи внутрішнє життя екосистем логічно виділити три групи процесів (потоків):
Потоки інформації;
Потоки речовини;
Потоки енергії.
Ці потоки взаємопов'язані і тісно переплітаються. Наприклад, носієм енергії та інформації часто служить поток речовини. Інформація може переноситися також з потоками енергії (світловою чи тепловою радіацією, звуковими сигналами) Тому виділення трьох груп процесів носить умовний характер і робиться лише для зручності аналізу дуже складного об'єкту - екосистеми, що функціонує. Завдяки такому виділенню стає зрозумілим, що для повноцінної охорони проживаючих, динамічних екосистем необхідно збереження всіх трьох потоків.
Потоки інформації. Інформація - енергетично слабка дія, яка сприймається організмом як закодоване повідомлення про змогу багаторазово більш міцної дії на нього з боку інших організмів або факторів середовища, та викликає у організму відповідну реакцію. Це найменш розроблена область у вивченні життя екосистем. Освоєння цієї області дозволить зрозуміти механізми регуляції та стійкості екосистем - святая святих екології та ключ до можливості достатньо тонко керувати ними. Один з аспектів вивчення інформації - це дослідження сигналізації та комунікації організмів. Встановлено, що практично всі можливі засоби сигналізації (світлова, хімічна, звукова) використовуються організмами.
Універсальну роль носія інформації у біосфері відіграють електромагнітні поля. Це обумовлено тим, що з усіх відомих нам типів зв'язку саме зв'язок на основі електромагнітних полів є найбільш інформативним та економічним.
Електромагнітні поля, як засіб зв'язку у біосфері, в порівнянні зі звуковою, світловою або хімічною інформацією мають такі переваги:
Розповсюджуються в будь-якому середовищі життя - у повітрі, воді, грунті та тканинах організмів;
Мають максимальну швидкість розповсюдження;
Можуть розповсюджуватися при будь-якій погоді та незалежно від часу на добу;
Можуть передаватися на будь-яку відстань;
Можуть приходити на Землю із Космосу;
На них реагують усі біосистеми (на відміну від інших сигналів).
Раніш біологи враховували лише електромагнітне випромінювання Сонця в високоенергетичній частині його спектру - інфрачервоному, видимому та ультрафіолетовому частинах діапазону - як джерела енергії для усього живого. Лише в останні десятиріччя вони почали розуміти ту роль, яку відіграють у живій природі електромагнітні поля земного та космічного походження в діапазоні радіочастот, низьких та інфранизьких частот. З'ясувалося, що саме ці енергетично слабкі сигнали несуть інформацію, яка приймається, накопичується та використовується організмами. Це питання ще мало вивчено.
Небезпека, що повинна бути виключена при повноцінній охороні екосистеми - порушення інформаційних потоків між особинами одного виду внаслідок антропогенного впливу на середовище пробування.
І можливо, саме забрудненням інформаційного середовища, що викликане діяльністю людини, слід пояснити загадкові випадки масового "самогубства"китів, що викидаються на суходіл. Адже навколоземний простір у теперішній час перенасичений штучними антропогенними джерелами електромагнітного поля.
Потоки речовини. Ці потоки доцільно розглядати як потоки хімічних елементів (C, N, P). Вони бувають:
Циклічними (коловороти речовин);
Нециклічними (потоки речовини, що приносяться в дану екосистему зовні і уходять з неї в інші ділянки біосфери).
Коловорот речовин - це багаторазова участь речовин в процесах, що протікають в атмосфері, гідросфері, літосфері, в тому числі у тих їх шарах, які входять до біосфери планети. Проте в дійсності повний коловорот учиняють не речовини, а хімічні елементи. Тому точним буде термін "коловорот хімічних елементів".
Для того, щоб біосфера продовжувала існувати, щоб на Землі не припинявся розвиток, постійно повинні проходити беззупинні хімічні перетворення її живої речовини. Іншими словами, після використання одними організмами, речовини повинні переходити в засвою вальну для інших організмів форму. Така циклічна міграція речовин та хімічних елементів може мати місце тільки за певних витрат енергії, джерелом якої є Сонце.
Якщо не враховувати космічну речовину, що надходить до біосфери у вигляді метеоритів і пилу, то можна стверджувати, що кількість речовини, що утягується в біосферні процеси, залишається постійною протягом геологічних періодів.
Внаслідок геологічних змін лику Землі частина речовин біосфери може надовго виключатися з цього коловороту.
Такі біогенні опади, як вапно, кам'яне вугілля, нафта, на багато тисячоліть консервуються в товщі земної кори, але, в принципі, не виключено їх повторне включення в біосферний коловорот.
Виділяють два основних біохімічних коловорота:
Великий (геологічний);
Малий (біотичний).
Великий коловорот триває сотні тисяч чи мільйоні років. Він полягає в тому, що гірські породи зазнають руйнування, вивітрювання, а продукти вивітрювання, в тому числі розчинені у воді поживні речовини, зносяться потоками води в Світовий океан. Тут вони утворюють морські напластування і, лише частково повертаються до суходолу з опадами та з видобутими з води людиною організмами. Великі повільні геотектонічні зміни, процеси опускання і підіймання морського дна, переміщення морів та океанів за тривалий час призводять до того, що ці напластування повертаються до суходолу і процес починається знову.
Малий коловорот є частиною великого, відбувається на рівні біогеоценозу і полягає в тому, що поживні речовини грунту, вода, вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і життєві процеси як їх самих, так і організмів-консументів. Продукти розпаду органічної речовини знов розкладаються грунтовою мікрофлорою і мезофауною (бактерії, гриби, молюски, комахи, простіші та ін.) до мінеральних компонентів, знов доступних рослинам, що знов утягують їх у поток речовини.
Коловорот хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні і тваринні організми назад в неорганічне середовище, що йде з використанням сонячної енергії хімічних реакцій, носить назву біогеохімічного циклу.
Коловороти основних речовин і хімічних елементів в біосфері: вуглецю, фосфору, кисню, води.
Енергетичні потоки. Одне з головних властивостей живої системи - її динамічний стан, що полягає в постійному синтезі і розпаді. Підтримання такого стану вимагає споживання вільної енергії, а також просторової і часової організації. В термінах термодинаміки екологічні системи будь-якого рангу є відкритими дисипативними ( розсіювальними ) системами, що знаходяться вдалині від термодинамічної рівноваги (теплового хаосу).
Термодинамічна нерівноважність - одна з найістотніших характеристик живої речовини, що відрізняє її від неживої.
Принцип "стійкої нерівновагі" (Е. С.Бауер, 1937) проголошує: "Усі і тільки живі системи ніколи не бувають у рівновазі і виконують за рахунок вільної енергії постійну роботу проти рівноваги, що вимагається законами фізики та хімії за відповідних зовнішніх умов".
Якщо температура того чи іншого тіла вище температури навколишнього повітря, тобто має деякий перепад температур, то загальна температура системи "тіло-середовище" прагне до рівноваги. В кінцевому підсумку енергія будь-якого живого тіла може бути розсіяна в тепловій формі, після чого наступає стан термодинамічної рівноваги і подальші енергетичні процеси виявляються неможливими.
Про таку систему кажуть, що вона знаходиться в стані максимальної ентропії. Ентропія, таким чином, відображає можливість перетворення енергії і розглядається як міра невпорядкованості системи (максимальної ентропії відповідає максимальна невпорядкованість - хаос). Для того, щоб ентропія системи не зростала, організм чи система повинна витягувати енергію ("упорядкованість організації") звідкілясь іззовні, безупинно підтримувати та накопичувати її проти градієнту ентропії. Цю необхідну енергетичну дотацію екосистема ( та організми) одержує від Сонця, по суті являючи собою відкриту систему.
Живий організм добуває негентропію (негативну ентропію) з їжі, використовуючи упорядкування її хімічних зв'язків.
Саме вивчення потоків енергії дало можливість побачити цілісність екосистем, чітко виділити такі структурні особливості та характеристики екосистем, як харчові рівні, ланцюги, сіті.
2. Харчові (трофічні) ланцюги.
Частина отриманої живими організмами енергії витрачається на підтримання життєвих процесів, частина передається організмам наступних харчових рівнів. На початку ж цього потоку знаходиться процес автотрофного (від грецького авто - сам і трофе - харчування) харчування рослин - фотосинтез, при якому підвищується упорядкованість енергії та органічних і мінеральних речовин, що деградували.
Продуценти за допомогою механізму фотосинтезу виробляють органічну речовину, споживаючи сонячну енергію, вуглекислий газ, воду і мінеральні солі. Хемопродуценти використовують енергію хімічних реакцій, наприклад, окислення з'єднань заліза чи сірки, і також виробляють органічну речовину. Можна сказати, що продуценти керують неживою частиною біосфери, її неживою речовиною.
Продуцентами керують консументи, діяльність яких визначають зворотні зв'язки, що йдуть від продуцентів. Консументи першого порядку (травоїдні тварини) харчуються органічною масою рослин. Консументи другого і третього порядків (хижаки, паразити, хижі рослини та гриби) харчуються іншими консументами.
Редуценти споживають частину поживних речовин, розкладаючи мертві тіла рослин і тварин до простих хімічних елементів ( води, вуглекислого газу і мінеральних солів),. замикаючи таким чином коловорот речовин в біосфері.
В природі, як правило, деякі кільця харчових ланцюгів є загальними для інших ланцюгів. Внаслідок картина взаємодій та взаємовідносин значно ускладнюється, що дає можливість казати про наявність просторових харчових сітей.
Отже, в харчових ланцюгах з одного трофічного рівня на інший передається речовина (біомаса) та енергія, яка еквівалентна цієї біомасі.
При передачі з одного харчового рівня на інший у простір розсіюється приблизно 90% енергії.
Оскільки у зворотний потік (від редуцентів до продуцентів) надходить незначна кількість первісно утягуваної енергії (не більш 0,25%), казати про "коловорот енергії" не можна.
3. Екологічні піраміди.
В основі існування харчових ланцюгів лежать розмірні закономірності організмів, що споживаються.
У трофічний оборот екосистеми включається в середньому 1% енергії, що надходить від Сонця. На кожному наступному трофічному рівні зберігається лише приблизно 10% енергії, що засвоюється організмами попереднього трофічного рівня, а 80-90% її розсіюється в екосистемі у вигляді тепла. Тому, чим вище рівень консумента, тим менше сумарна біомаса його особин.
Співвідношення між продуцентами, консументами та редуцентами в екосистемі може бути виражено через один з видів екологічних пірамід.
Розрізняють три види екологічних пірамід:
Піраміда чисел Елтона - відображає співвідношення кількості особин у харчовому ланцюгу.
Піраміда біомас - відображає співвідношення мас живої речовини кожного кільця трофічного ланцюга.
Піраміда енергій - відображає співвідношення енергетичних еквівалентів на одиницю часу кожного кільця трофічного ланцюга.
Піраміди чисел та біомас відображають статику системи (кількість організмів в даний момент). Піраміда енергій відображає швидкість проходження маси їжі крізь харчовий ланцюг (динаміку системи). Якщо враховані усі джерела енергії, піраміда завжди буде мати типовий вигляд, як це диктується другим законом термодинаміки.
Екологічні піраміди дозволяють ілюструвати кількісні стосунки в окремих, особливо цікавих випадках, наприклад, у зв'язках "жертва-хижак" чи "хазяїн-паразит".
Антропогенні впливи призводять до перерозподілу потоків енергії по харчових ланцюгах екосистем чи заміни одного харчового ланцюга іншим. Ці зміни широко розповсюджені та передують вимиранню видів.
Окрім цих впливів на тонку структуру енергетичних потоків в екосистемі чинять немаловажний вплив і інші, що не пов'язані з харчовими сітями. Такими є впливи, що порушують звичайний для екосистеми потік теплової енергії:
Антропогенні викиди (емісії) тепла, що пов'язані з енергетикою і промисловістю
Зміна балансу радіації, що надходить від Сонця, внаслідок зміни відбиваючої спроможності (альбедо) поверхні екосистеми (зведення лісів та заміна на інші екосистеми - зменшується частка поглинаючої екосистемою сонячної радіації. Або "почорніння" поверхні - розширення водної поверхні, чи випалювання рослинності).
Внаслідок розгляду викладених вище питань, можна зробити висновок, що головними завданнями охорони екосистем є:
Підтримання найважливіших екологічних процесів та життєзабезпечуючих систем.
Збереження генетичної різноманітності.
Надання використанню видів та екосистем постійного, невиснаженого характеру.
Похожие статьи
-
Екосистеми., Процеси, що відбуваються у середині екосистем. - Біосфера
Процеси, що відбуваються у середині екосистем. Біосфера - глобальна екосистема Землі, що складається з величезної кількості екосистем, серед яких...
-
При роботі трьох підприємств (№3, №27, №29) в атмосферне повітря викидається такі речовини, як: діоксид азоту (NO2) та оксид азоту (NO). Для розрахунку...
-
Систематизована електронна інформація складає основу для побудови бази даних. База даних - це сукупність даних, які зберігаються в електронно...
-
Людська діяльність неминуче призводить до змін атмосфери. З метою обмеження шкідливих викидів у атмосферне повітря необхідно здійснювати постійний...
-
Екологічний стан багатьох районів нашої країни викликає законну тривогу громадськості. У численних публікаціях і, зокрема див. М. Попов, Т. Ерохина...
-
Розрахунок забруднення атмосферного повітря викидами одинарного джерела проводиться згідно вимог нормативного документу ОНД-86 "Методика расчета...
-
З розвитком промисловості, енергетики, великих міст і автотранспорту з'явилося нове джерело надходження речовин в атмосферу - так зване техногенне...
-
Як показало моделювання, досліджувана екосистема (атмосферне повітря) знаходиться в гарному стані. Викиди від підприємств 3, 27, 29 та їхні сумарні...
-
Рисунок 2.1 - Схема передачі даних Екологічна база даних повинна складатись з даних по кожному посту, місця їх розташування, дати забору проб. Для...
-
Проведено огляд стану атмосферного повітря міста Вінниці. Дано загальну характеристику стану атмосферного повітря та розглянуто основні проблеми...
-
Вплив забруднюючих речовин на стан довкілля прямо залежить від їх фізичних і хімічних властивостей та властивостей продуктів їх розпаду, а також...
-
Створення тематичної карти забруднень екосистеми Для подальшої роботи з ГІС, було створено таблиці по даним створених запитів. Щоб візуалізувати дані...
-
Створення звіту про стан екосистеми, який формується по результатам запиту(ів) до бази даних з використанням графічного представлення даних Для створення...
-
Із розвитком промисловості, міст і транспорту з'явилося нове джерело потрапляння речовини в атмосферу так зване техногенне забруднення, яке за потужністю...
-
Атмосфера це одна з геосфер, суміш газів, що оточують Землю, та утримуються завдяки силі тяжіння. Попри те, що маса атмосфери становить лише одну...
-
Водні ресурси та екосистеми - Сучасний екологічний стан країни
Основні джерела прісної води на території України - стоки річок Дніпра, Дністра, Південного Бугу, Сіверського Дінця, Дунаю з притоками, а також малих...
-
Для створення бази даних необхідно с початку розробити її структуру. Основний структурний елемент Access - таблиця, в якій зберігається інформація....
-
Взаємозв"язок всіх екосистем планети призводить до уявлення про гігантську екосистему - біосферу. Біосфера - той простір на планеті, де існують живі...
-
Висновок - Основи загальної екології
Екологічна система - складна ієрархічна структура організованої матерії, в якій при об'єднанні компонентів в більші функціональні одиниці виникають нові...
-
Склад і структура екологічної системи. Екологічна піраміда - Основи загальної екології
Екологічна система - основна функціональна одиниця екології, що включає в себе живі організми (біоценоз) і середовище проживання (екотопів), причому...
-
Біотичний кругообіг речовин та енергія в екологічній системі - Основи загальної екології
Кругообіг речовин в екосистемі називається біотичних. Перенесення речовини і енергії в ньому здійснюється, в основному, за допомогою трофічних (харчових)...
-
Харчові (трофічні) ланцюги. - Біосфера
Частина отриманої живими організмами енергії витрачається на підтримання життєвих процесів, частина передається організмам наступних харчових рівнів. На...
-
Стабільність і розвиток екосистем - Основи загальної екології
У нормальному стані будь-екологічній системі притаманне стійкий стан, зване гомеостазом, що характеризується динамічним (рухомим) рівновагою між...
-
Висновок - Склад та характеристика стічних вод
Виробничі стічні води, що випускаються в каналізацію, не повинні: - порушувати роботу мереж і споруджень; - містити більш 500 мг/л зважених і спливаючих...
-
ВСТУП - Вплив радіонуклідів на риб
Розвиток атомної енергетики, з одного боку, і зростаюча небезпека впливу, що розширюється, людини на біосферу, що прийняло в цей час глобальні розміри, з...
-
Екосистема - Екологічні закони
Вперше термін "екосистема" зафіксував Артур Дж. Тенслі в 1935 р. Пізніше, в 1942 р. Реймонд Ліндеман визначив концептуальні і методологічні основи...
-
Фотосинтез, результати фотосинтезу - Екологія i природа
У цей час відомо, що фотосинтез проходить дві стадії, але тільки одна з них - на світлі. Докази цього процесу вперше були отримані в 1905 році...
-
Біосфера, компоненти біосфери - Екологія i природа
У буквальному перекладі термін "біосфера" означає сферу життя й у такому змісті він уперше був введений у науку в 1875 р. австрійським геологом і...
-
Висновки - Методи захисту повітряного басейну
Зважаючи на вищесказане дійшли висновку, що проблема забруднення атмосфери в державі характеризується значним різноманіттям та масштабністю. Вирішення...
-
Розробка концепції ноосфери - Ноосфера
Тварини та рослини своєю діяльністю за життя та біомасою після смерті мільярди років створювали та вдосконалювали умови, сприятливі для життя, тобто...
-
Взаимосвязь природы и общества - Биосфера и человек
Элементарной структурной единицей биосферного уровня организации жизни на Земле является биогеоценоз. Биогеоценоз - это участок земной поверхности...
-
Стічні води - це води, які внаслідок використання їх на побутові або виробничі потреби суттєво погіршили свої первинні властивості, стали непридатні на...
-
Літосфера, її складові та значення - Літосфера, її складові та значення
Літосфера - верхня тверда оболонка земної кулі. Найважливішими її частинами є: ? поверхневий родючий шар, або грунт, ? земні надра (корисні...
-
Фактори забруднення навколишнього середовища - Геоекологічна ситуація в Україні
Штучне (антропогенне) забруднення атмосфери відбувається внаслідок зміни її складу та властивостей під впливом діяльності людини. За будовою та...
-
Протягом усього часу свого існування людина була нерозривно пов'язана з природою. Але з моменту виникнення високо індустріального суспільства ми все...
-
Висновки - Інструментальне забезпечення поводження з відпрацьованими джерелами живлення
Постійно зростаючі обсяги використання джерел живлення для різних приладів і, відповідно, обсяги електронних відходів, які утворюються з них, викликають...
-
Фактори, що перешкоджають розвитку водних экосистем, Стічні води - Водні ресурси і їх використання
Органічні покидьки, біогенні речовини й тепло стають перешкодою для нормального розвитку прісноводних екологічних систем тільки тоді, коли вони...
-
Висновок - Понятие и функции экологической сертификации
У ході проробленої роботи ми з'ясували, що экосертификация сприяє: - впровадженню екологічно безпечних технологічних процесів і встаткування; -...
-
Органи екологічної сертифікації - Понятие и функции экологической сертификации
Державним органом, відповідальним за формування й реалізацію державної політики в області сертифікації, установлення загальних правил і рекомендацій із...
-
Харчування й здоров'я людини - Екологічні фактори, що впливають на здоров'я людини
Кожний з нас знає, що їжа необхідна для нормальної життєдіяльності організму. Протягом всього в з організмі людини безупинно відбувається обмін речовин і...
Екосистеми. - Біосфера