Почему почву называют редуцентным звеном биосферы кратко

Обновлено: 05.07.2024

Ответ. Экосистема или экологическая система (от греч. óikos — жилище, местопребывание и система), природный комплекс (биокосная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (косной, например атмосфера, или биокосной — почва, водоём и т. п.), связанными между собой обменом веществ и энергии.

2. Какие организмы можно отнести к вторичным консументам?

Ответ. Ко вторичным консументам относят плотоядных животных, в свою очередь подразделяющихся на две группы: питающихся массовой мелкой добычей и активных хищников, нападающих нередко на добычу крупнее самого хищника. В подавляющем большинстве случаев питание этих консументов носит смешанный характер, включая и некоторое количество растительной пищи.

3. Какой процесс называют фотосинтезом?

Ответ. Фотосинтез — процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий) . В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества

Вопросы после § 84

1. В чем состоят основные различия между консументной и редуцентной системами?

Ответ. Энергия может проходить через сообщество разными путями. Она представляет собой пищевую цепь всех консументов (консументную систему) с добавлением еще двух звеньев: это мертвое органическое вещество и пищевая цепь организмов-разлагателей (редуцентная система).

Поток энергии, идущий от растений через растительноядных животных (их называют пасущимися), называется пастбищной пищевой цепью.

Не использованные консументами остатки потребляемых ими организмов пополняют собой мертвое органическое вещество. Оно состоит из фекалий, содержащих часть неусвоенной пищи, а также трупов животных, остатков растительности (листьев, веток, водорослей) и называется детритом.

Поток энергии, берущий начало от мертвого органического вещества и проходящий через систему разлагателеи, называется детритнои пищевой цепью.

Наряду со сходством имеется глубокое различие в функционировании пастбищной и детритнои пищевых цепей. Оно состоит в том, что в консументной системе фекалии и мертвые организмы теряются, а в редуцентной – нет.

Рано или поздно энергия, заключенная в мертвом органическом веществе, будет полностью использована разлагателями и рассеяна в виде тепла при дыхании, даже если для этого ей потребуется несколько раз пройти через систему редуцентов. Исключением являются лишь те случаи, когда местные абиотические условия очень неблагоприятны для процесса разложения (высокая влажность, мерзлота). В этих случаях накапливаются залежи не полностью переработанного высокоэнергоемкого вещества, превращающегося со временем и при подходящих условиях в горючие органические ископаемые – нефть, уголь, торф.

2. Какие вещества называются биогенными?

Ответ. Необходимые для жизни элементы и растворенные соли условно называют биогенными, дающими жизнь элементами. К ним относятся элементы, которые составляют химическую основу тканей живых организмов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера. А также элементы и их соединения, необходимые для существования живых систем, но в исключительно малых количествах. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт.

3. Какие типы организмов играют основную роль в поддержании круговорота биогенных элементов?

Ответ. В отличие от энергии биогенные элементы могут использоваться неоднократно. Кроме того, в отличие от энергии, запасы биогенных элементов непостоянны. Процесс связывания некоторой их части в виде живой биомассы снижает количество, остающееся в среде экосистемы. И если бы растения и другие организмы в конечном счете не разлагались, запас биогенных элементов исчерпался бы и жизнь на Земле прекратилась. Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофов, и в первую очередь организмов, функционирующих в детритных цепях, – решающий фактор сохранения круговорота биогенных элементов и, следовательно, жизни на нашей планете.

4. Какое значение имеет круговорот биогенных веществ в природе?

Ответ. Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.

В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы — в живые организмы, а из них — в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Так, например, весь атмосферный кислород проходит через живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ — за 200—300 лет.

Непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностью их запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементы должны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т. е. все круговороты тесно связаны между собой.

Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия. Связанная в органических веществах энергия но ступеням пищевой цепи уменьшается, потому что большая ее часть поступает в окружающую среду в виде тепла или же тратится на осуществление процессов, происходящих в организмах, Поэтому в биосфере наблюдается поток энергии и ее преобразование. Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговорота веществ и притока солнечной энергии.

5. Как вы думаете какая пищевая цепь включает в себя больше звеньев: водная или наземная?

Ответ. Пищевые цепи в водных экосистемах, как правило, более длинные, чем в наземных. Число звеньев пищевой цепи в наземных экосистемах – не более четырех, а в водных – может достигать шести.

6. Что входит в состав детрита?

Ответ. В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространённых в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита (органических останков), идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоёмах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.

Наземные детритные цепи питания более энергоёмки, поскольку большая часть органической массы, создаваемой автотрофными организмами, остаётся невостребованной и отмирает, формируя детрит. В масштабах планеты, на долю цепей выедания приходится около 10% энергии и веществ запасённых автотрофами, 90 же процентов включается в круговорот посредством цепей разложения.

► Составьте списки организмов, относящихся к пастбищной и детритной пищевым цепям.

Ответ. В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами) . Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.

В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита (органических останков), идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям — хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.

Наземные детритные цепи питания более энергоемки, поскольку большая часть органической массы, создаваемое автотрофными организмами, остается невостребованной и отмирает, формируя детрит. В масштабах планеты, на долю цепей выедания приходится около 10% энергии и веществ запасенных автотрофами, 90% же процентов включается в круговорот посредством цепей разложения.

► Составьте список биогенных элементов.

Ответ. Биогенные элементы – это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определенные биологические функции. Биогенные элементы необходимы для существования и жизнедеятельности живых организмов.

Основу живых систем составляют шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Эти элементы называют органогенами; их суммарное содержание в живых организмах превышает 97 % (по массе). Однако перечень биогенных элементов не исчерпывается лишь органогенами. К числу важнейших биогенных элементов относятся также хлор, калий, натрий, магний, кальций, железо, цинк, медь, марганец, ванадий, молибден, бор, кремний, селен, фтор, бром, йод и некоторые другие элементы.

Развитие человеческого общества невозможно без взаимодействия с окружающей средой, без воздействия на природу, без использования ее ресурсов.
Однако антропогенное воздействие ведет к негативным для окружающей среды последствиям. Негативные экологические последствия не являются неизбежным результатом научно – технического прогресса. Они обусловлены ошибками, совершаемыми в технической и экологической политике, недостатком экологических знаний, неумением оценить последствия определенных технических и экономических решений.

Работа состоит из 1 файл

Работа по экологии.docx

КОМПЛЕКСНОЕ ДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ СРЕДЫ

НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

4.10. Виды загрязнений среды, окружающей человека. Источ-

ники и последствия загрязнений. Современный экологиче-

ский кризис как кризис редуцентов.

Загрязнение – это результат экспоненциального роста и развития народа. Так или иначе, оно ухудшает качество человеческой жизни и создает дисбаланс в экологии.

Загрязнение – это результат прогресса и развития, который происходит на регулярной основе. Стремительно развиваются технологии, чтобы улучшить качество человеческой жизни. Все это, несомненно, обеспечивает высокий уровень комфорта и богатую жизнь всем людям, но существенно уменьшает качество человеческого здоровья; необходимость иметь хорошую и здоровую окружающую среду игнорируется.

Много новых изобретений и нововведений представляют угрозу для жизни человека, поскольку они созданы искусственно. Этот искусственный и бессистемный путь обеспечения наилучших условий для жизни создает компоненты, необходимые для человеческой жизни. Какую бы вещь мы не взяли, будь то вещи первой необходимости, такие как одежда или даже еда, они сейчас производятся синтетическим путем. Однако достаточно одного пристального взгляда на экологию чтобы понять, что увеличение нужд современного уклада жизни в конечном итоге нарушает баланс в экологии.

Далее представлены наиболее распространенные виды загрязнения окружающей среды, которые постепенно вызывают у людей различные заболевания.

Любой шум, который неприятен для человеческого слуха, является шумовым загрязнением. Громкие и резкие звуки, издаваемые фабриками, машинным оборудованием, поездами, автомобилями, тресканьем от нагревания и взрывами тоже являются шумовым загрязнением. Оно также вызывается некоторыми природными катаклизмами, такими как ураганы и извержения вулканов. Как природные, так и антропогенные факторы, создающие шумовое и звуковое загрязнение, влияют на здоровье человека. Они вызывают раздражение, проблемы со слухом и головную боль. Но это еще не главные проблемы, ведь совсем невыносимые звуки могут быть очень опасны, поскольку из-за них увеличивается уровень холестерина, сужаются артерии, усиливается приток адреналина, учащается сердцебиение. Все эти факторы опасны для жизни, ведь они могут привести к инфаркту и инсульту.

Любые вредные компоненты и вещества, попадающие в тот или иной водный объект, такой как реки, океаны, пруды, водоемы и ручьи, приводят к загрязнению воды. Многие виды человеческой деятельности, такие как стирка, химчистка и сброс отходов, вносят значительный вклад в загрязнение водной среды. Мыло и моющие средства, которыми мы пользуемся ежедневно, также сделаны из вредных химикалий и синтетических материалов, которые очень сильно загрязняют воду. Кроме того, выброшенные отходы: канистры, бутылки и пластмассовые материалы, также представляют опасность. Это не только разрушает морскую флору и фауну, но также опасно для человеческой жизни. Такая загрязненная вода непригодна для питья, использования в сельском хозяйстве и даже в промышленности.

Воздушное загрязнение вызывается выбросом вредных веществ в атмосферу. Одним из ключевых факторов является загрязнение автомобильными выхлопами. С развитием технологий, число транспортных средств на дорогах неимоверно увеличивается, что, в конечном итоге, повышает уровень атмосферного загрязнения. Не говоря уже о том, что различные отрасли промышленности, такие как цементная, сталелитейная, угледобывающая, нефтехимическая и теплоэлектростанции, также вырабатывают вредные вещества, которые выбрасываются в атмосферу. Этот вид загрязнения наносит вред защитному озоновому слою в атмосфере. Этот слой защищает землю от вредного влияния ультрафиолетовых лучей, а его утончение влечет за собой угрозу человеческой жизни.

Радиоактивное загрязнение встречается редко, но наносит большой вред. Оно вызывается авариями, произошедшими на ядерных электростанциях, неправильной утилизацией ядерных отходов, работами на урановых рудниках. Радиоактивное загрязнение вызывает рак, различные врожденные отклонения и многие другие серьезные проблемы со здоровьем.

В наши дни в сельском хозяйстве используются многие искусственные вещества и синтетические пестициды. Они выделяют загрязняющие вещества, которые создают дисбаланс в почве, а также препятствуют естественному росту растений, выращиваемых в загрязненной земле. Ключевой фактор, способствующий загрязнению почвы, – это сточные канавы, вредные отбросы, неправильная сельскохозяйственная деятельность, использование неорганических пестицидов, вырубка леса, открытые горные работы и такая человеческая деятельность как сброс отходов и замусоривание.

Источники загрязнения окружающей среды и последствия.

Источники загрязнения атмосферы

Два источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.

От естественных источников в атмосферу поступает: пыль космическая (до 5 миллионов тонн в год), пыль вулканическая, пыль растительная, пыль от эрозий почвы, морская соль, дымы от пожаров, вулканические газы, газы от разложения растений и животных, газы от жизнедеятельности растений и животных. Особую роль играет атмосферная пыль. Она способствует конденсации паров воды и образованию осадковОсновными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются: теплоэнергетика, транспорт, промышленность, нефтепереработка и газопереработка, испытания оружия. Самые распространённые загрязнители атмосферы: оксиды углерода, диоксид серы, пыль, оксиды азота, углеводороды. В воздухе атмосферы присутствуют более 500 вредных веществ антропогенного происхождения.

Последствия загрязнения атмосферы.

Запылённость атмосферы оказывает влияние на отражающую способность Земли Частицы пыли сокращают доступ ультрафиолетовой радиации и образуют ядра конденсации паров воды. Всё это увеличивает отражающую способность атмосферы и приводит к похолоданию климата. Пыль, попавшая на поверхность ледников, поглощает энергию и способствует их таянию.

Загрязнение оксидами углерода.

Это приводит к повышению температуры преземного слоя атмосферы. влияет на организмы животных (разрушает гемоглобин, расстраивает нервную и сердечно-сосудистую системы).

Загрязнение оксидом серы.

Накопление кислот и сульфатов в атмосфере приводит к выпадению кислотных осадков. В настоящее время, плотность дождевой воды над промышленными районами превышает норму в 10-1000 В подкисленных водных экосистемах все организмы быстро вымирают или из-за прямого воздействия ионов водорода или из-за невозможности разложения или из-за отравления вредными веществами, образующимися из-за действия кислот на почву.

образованием атомарного кислорода и азота. Атомарный кислород и озон вступают в соединение с углеводородами с образованием свободных радикалов – молекул, с незаполненными связями, вследствие чего обладающие высокой химической активностью. Свободные радикалы взаимодействуют друг с другом и с веществами, находящимися в атмосфере, образуя вторичные загрязнения – фотохимический смог.

Источники загрязнения гидросферы.

Ежегодно в мире образуются около 1 триллиона м 3 сточных вод. Из них примерно 20% сбрасываются без очистки.

При технологических процессах образуются следующие виды сточных вод:

Реакционные воды - образуются в процессе реакции с выделением воды. Загрязнены как исходными продуктами, так промежуточными и конечными.

Воды, содержащиеся в сырье и исходных материалах в исходном и связанном виде. Загрязнены аналогично реакционным водам.

Промывочные воды – образуются после мытья оборудования, сырья, тары. Загрязнены исходными и конечными продуктами.

Водные абсорбенты и экстрагенты.

Охлаждающие воды в основном не соприкасаются с технологичными продуктами и могут использоваться в системах оборотного водоснабжения.

Атмосферные осадки, стекающие с промышленных площадок – особенно агрессивны, т.к. загрязнены выбросами предприятий.

Химические – кислоты,щёлочи, соли, пестициты, фенолы

Биологическое – вирусы, бактерии,водоросли

Физическое – радиоактивные элементы, органические, Глина,песок

Бактериальное – патогенные бактерии, вирусов, радиоактивное загрязнение,

Тепловое – связано с повышением температуры вод,

Последствия загрязнения гидросферы

- нарушение устойчивости экосистемы

- появление красных приливов

- накопление химических токсикантов в биоте

- снижение биологической продуктивности

-возникновение мутагенеза и канцерогенеза в морской среде

- микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря

Существуют следующие источники загрязнения почвы:

Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязнений – бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор и т.д.

Промышленные предприятия сбрасывают твёрдые и жидкие отходы в т.ч. чрезвычайно токсичные (цианиды, тяжёлые металлы).

Теплоэнергетика. В числе отходов – сахар, несгоревшие частицы, шлак, оксиды серы.

Сельское хозяйство. В числе отходов – ядохимикаты, удобрения.

Транспорт. В числе отходов – соединение свинца, углеводороды.

Самоочищения почвы практически не происходит. Поэтому ядовитые вещества накапливаются в ней, поглощаются растениями и далее передаются по трофическим цепям.

Последствия загрязнения литосферы

изменение рельефа местности

Активизация опасных геологических процессов (карст, оползни) ,оседание и сдвижение горных пород.

Изменение физических полей, особенно в районах вечной мерзлоты

Химическое загрязнение почв, механическое нарушение почв

- Зашита почв от водной и ветровой эрозии

- организация севооброботов и системы обработки почв с целью повышения их плодородия

- мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием и засолением почв)

- рекультивация нарушенного почвенного покрова

защита почв от загрязнения а полезной флоры и фауны от уничтожения

- предотвращение необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота

Классификация загрязнений окружающей среды. биосферы

Минералы, неорганические кислоты и соли.

Органические кислоты и соли.

Вещества, имеющие питательную ценность для растений.

Существует и иная классификация, которая первоначально делит загрязнения на естественные и антропогенные.

К антропогенным относятся:

Механические (загрязнение среды компонентами, оказывающие лишь механическое воздействие без физико-химических последствий).

Химические (изменение естественных химических свойств среды).

Физическое (шумовое, световое, тепловое, электромагнитное, радиоактивное).

Биологическое (загрязнение путём внесения в среду биологического организма).

Ущерб Экологические проблемы биосферы.

Ущерб биосферы - парниковый эффект, истощение озонового слоя, массовое сведение лесов, которое нарушает процесс круговорота кислорода и углерода в биосфере, отходы производства, сельского хозяйства, производство энергии (ГЭС наносят урон природе и людям - затопление огромных территорий под водохранилища, непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в верховья рек, застой вод, замедление проточности, что сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в реке и у реки; местное повышение воды влияет на грунт водохранилища, приводит к подтоплению, заболачиванию, эрозии берегов и оползням; существует опасность от плотин в районах с высокой сейсмичностью). Все это ведет к глобальному экологическому кризису и требует незамедлительного перехода к рациональному природопользованию.

В предыстории и истории человечества ученые выделяют ряд экологических кризисовю.

АБСОРБЦИЯ (от лат. аbsorbeo – поглощение) – поглощение вещества из газа или жидкости всей массой другого вещества – абсорбента. Естественные минералы-абсорбенты – цеолиты, монтмориллонит, асбест и др. Процесс, обратный абсорбции – десорбция.

Бытовые отходы – отходы потребления, образующиеся в бытовых условиях в результате жизнедеятельности населения

РЕДУЦЕНТЫ – деструкторы, микроконсументы, гетеротрофные организмы, которые в ходе жизнедеятельности превращают органические остатки в неорганические вещества (воду, СО₂, Н₂S, N₂ и соли), обеспечивая возвращение содержащихся в них элементов в круговорот веществ. Редуценты – это главным образом бактерии и грибы, хотя в принципе все животные (относимые обычно кконсументам) также являются редуцентами. Благодаря редуцентам в атмосферу возвращается большая часть диоксида углерода, потребленного в процессе фотосинтеза, а при анаэробном разложении органического вещества в условиях повышенной влажности образуется метан. Кроме того, благодаря деятельности редуцентов из сложных органических веществ высвобождаются в виде простых (доступных для потребления растениями) соединений азот и фосфор. Редуценты – важнейший компонент экосистемы, подавление их активности вызывает серьезные нарушения круговорота веществ. В агроэкосистемах подавление редуцентов чрезмерно высокими дозами пестицидов ведет к замедлению процессов разложения остатков растений и снижению плодородия почв. Редуценты разлагают органические вещества в очистных сооружениях на стадии биологической очистки. Редуценты могут служить пищей амебам и другим простейшим и вовлекаться в детритные пищевые цепи. Почву называют редуцентным звеном биосферы, т.к. именно в ней сконцентрирована большая часть редуцентов.

. Почвенный покров Земли является незаменимым компонентом биосферы. Он выполняет множество разнообразных экологических функций, являясь компонентом всех экосистем суши и оказывая влияние на функционирование биосферы в целом.

С появлением живых организмов на нашей планете они постоянно стремятся освоить все новые места обитания (В. И. Вернадский называл это "давлением жизни"). Поэтому живые организмы в процессе эволюции освоили верхнюю часть земной коры, вследствие чего она обособилась в своеобразную почвенную оболочку, т. е. почвенный покров Земли является жизненным пространством для огромного числа видов растений, животных, микроорганизмов, поддерживая таким образом биоразнообразие Земли, как растительных, так и животных миров.

Почва выполняет функцию жилища и убежища. Особенно она важна для животных, использующих в своей жизни несколько сред. По образному сравнению [Добровольский, Никитин, 1986], почвенный покров можно представить себе в виде густонаселенного подземного царства, "где проживают постоянные его обитатели, и те, кто… добывает пищу на поверхности земли, и те, кто находится в почве лишь ограниченный срок, являясь, по существу, ее "гостем".

Почва как твердофазная система является опорой для растений и животных, позволяя им сохранять вертикальное положение. В ней сохраняются длительное время семена и другие виды зачатков, тем самым способствующих поддержанию жизни в меняющихся экологических условиях. Почвы являются не только физической средой обитания для живых организмов. В ней они находят для себя источники питательных элементов и влаги в доступной форме. В то же время почва обладает и резервом, депо элементов питания, которые постепенно при разрушении минеральной массы пополняют доступные формы, тем самым поддерживая необходимые условия существования для живых организмов.

Способность почв содержать в себе химические элементы, необходимые живым организмам, в растворимой форме и в то же время удерживать их от вымывания связана с ее поглотительной способностью за счет огромной поверхности составляющих ее компонентов. Почвы сорбируют не только химические соединения, но и микроорганизмы, в ней обитающие.

В результате почвообразовательных процессов материнские породы постепенно приобретают благоприятные для живых организмов свойства, в них накапливаются необходимые элементы питания, энергия, аккумулированная при фотосинтезе и высвобождающаяся в тепловой и химической форме. Почвы осуществляют различные санитарные функции, заключающиеся в деструкции органического опада и в ограничении развития болезнетворных микроорганизмов.

Почвенный покров выполняет и глобальные функции. Появление в почвах гумусовых кислот и продуктов жизнедеятельности живых организмов способствует растворению почвообразующих пород, их активному изменению с образованием новых обогащенных энергией вторичных минералов и дополнительному образованию подвижных соединений, включающихся в круговорот веществ. Под почвенным покровом формируются коры выветривания.

К процессам почвообразования приурочены и определенные виды рудных месторождений осадочного происхождения.

Кроме названных функций почвы являются связующим звеном между биологическим и геологическим круговоротами. Ненарушенный почвенный покров является защитным барьером и условием нормального функционирования биосферы в целом. К тому же почвы выступают в качестве фактора биологической эволюции, позволившего водным организмам (без резкого изменения организации живого) при завоевании суши использовать ее в качестве промежуточной среды (между водной и воздушной) , содержащей влагу, воздух и элементы питания. Переход к обитанию в почвах и наземному пространству сопровождался выработкой разнообразных физиолого-морфологических приспособлений у разных групп животных, тем самым стимулируя их эволюцию. >>>

Уникальность нашей планеты состоит в том, что на ней есть жизнь, которая пронизывает не только водную и воздушную сферы, но и земную толщу. Она представлена живым веществом, которое образовано миллионами видов и многими миллиардами отдельных особей.

Магнитное поле Земли. В попьпке ответить на этот весьма сложный вопрос, следует учесть, что жизнь в значительно большей степени есть явление космическое, нежели земное. Результаты исследований последних лет показывают, что строение, эволюция биосферы, как и устойчивость последней, предопределены начальными условиями, которые существовали до современного состояния Вселенной и самим происхождением Космоса.

Подсчитано, что каждую секунду на площадку в 1 м2 через границу атмосферы из Космоса в направлении земной поверхности влетают более 10 тысяч заряженных частиц со скоростями, близкими к световой. Обладая огромной энергией, космическое излучение способно за относительно короткий срок разложить на ионы и электроны весь воздух атмосферы, а следовательно, уничтожить жизнь на планете. Однако этого, к счастью, не происходит. Дело в том, что Земля представляет собой своеобразный магнит. Магнитные силовые

линии окружают огромный земной шар и образуют вокруг него магнитосферу, которая защищает живые организмы от солнечного ветра. Однако некоторые частицы солнечной плазмы с высокой энергией могут проникать сквозь радиационные пояса и даже достигать биосферы.

Итак, магнитное поле есть важнейший защитник жизни на Земле, без которого она не смогла бы зародиться в прошлом, не смогла бы сохраниться в настоящем. Но наряду с этим есть и другие факторы стабильности, порожденные самим живым веществом биосферы.

Озоновый слой биосферы. Чрезвычайно важным фактором возникновения биосферы стало создание автотрофными организмами кислородной среды на стыке трех оболочек Земли: литосферы, гидросферы и атмосферы.

С появлением такого химически-активного элемента, как кислород в свободном, т.е. молекулярном состоянии, существенно изменились процессы минералообразования в зоне гипергенеза, в поверхностных слоях геологической оболочки планеты, а следовательно, резко изменились и все химические факторы существования живого вещества. С другой стороны, наполнение атмосферы кислородом привело и к появлению в ней озона.

Начало образования озона в верхней стратосфере связанно с реакцией фотодиссоциации молекулярного кислорода коротковолновым (менее 242 нм) ультрафиолетовым излучением Солнца:

Взаимодействие атомарного кислорода с молекулой последнего (в присутствии третьих частиц — катализатора) ведет к образованию озона:

Если все содержащиеся в атмосфере молекулы озона равномерно распределить над поверхностью Земли, то толщина образовавшейся оболочки составит лишь около 3 мм для среднегодовых среднеглобальных условий (т.е. при температуре у поверхности Земли 15°С и давлении 760 мм рт. ст.). Для сравнения скажем, что толщина слоя, образованного всеми газами земной атмосферы при тех же условиях, составляет примерно 8 км.

Основное количество озона сосредоточено в стратосфере на высотах 15—25 км (верхняя граница его распространения — до 45 км), где он образует озоновый слой или озоносферу. Основная масса озона образуется в экваториальной зоне и распространяется затем атмосферными движениями к полюсам. У поверхности Земли озон появляется только во время грозовых разрядов.

В разных широтных зонах Земли слой озонного максимума располагается на разных уровнях: в полярных районах на высоте — около 20 км, в тропиках — 25—26 км, а в умеренных широтах — между этими уровнями. Общее количество озона оценивается в 3,3 млрд, т, 85—90% которого находится в стратосфере, а остальное — в тропосфере.

Однако, несмотря на крайне низкое количественное содержание, этот газ имел и продолжает иметь неоценимое эколого-биологическое значение. Дело в том, что слой озона практически полностью поглощает поток коротковолновых УФ-лучей Солнца с длиной волны 200— 280 нм и около 90% ультрафиолетового излучения с длиной волны 280—320 нм. Таким образом, озоновый слой является охранным щитом от жесткого, короче 280 нм, УФ-излучения, крайне опасного для всего живого на планете. При этом наблюдения и расчеты ученых показали, что если даже общее содержание озона сократится не более чем на 10—20%, то на каждый процент такого сокращения придется приблизительно 2%-ое увеличение потока в вышеуказанной полосе УФ-излучения.

Появление озонового экрана, отгородившего поверхность Земли от пронизывающей космическое пространство химически активной радиации, ознаменовало в далеком прошлом перелом в ходе эволюции живого вещества. В условиях протобиосферы (первичной биосферы), мутагенез имел весьма напряженный характер: бурно возникали и многообразно изменялись все новые формы живого вещества, происходило быстрое накопление генофондов. Под озоновым щитом мутагенез и генообразование существенно ослабли, началась относительно спокойная эволюционная реализация достигнутого, отбор лучших генетических комбинаций, время от времени дополнявшихся мутациями, чаще всего небольшими. Иначе говоря (по Ю.Н. Куражковско- му), время протобиосферы — это время созидания жизни, созидания, сопровождавшегося отбраковкой, уничтожением колоссального числа эволюционных проб природы. Время биосферы — это время сохранения и совершенствования лучшего из достигнутого, в чем и сыграл огромную роль озон, порожденный живым веществом планеты.

Укажем также, что от поглощения озоном ультрафиолетовой солнечной радиации во многом зависит и температура атмосферы: стратосферный • воздух нагревается на несколько десятков градусов, при этом максимальный нагрев приходится на слой 40—45 км в высоких широтах весной и летом.

Добавим также, что благодаря наличию кислорода в атмосфере сгорает (окисляется) огромное, исчисляемое миллионами тонн количество космического вещества (метеориты, кометы, и т.п.), пришедшее из Космоса. В противном случае постоянная бомбардировка поверхности планеты создала бы для живых организмов, в том числе и человека, множество проблем. Уместно вспомнить поверхность безат- мосферной Луны, покрытую оспинами малых и больших кратеров.

Высокое разнообразие организмов в биосфере. Она должна рассматриваться как огромная, чрезвычайно сложная экосистема, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Так, климат определяет общий характер выветривания земной коры, формирования рельефа и почвообразования, типы растительного покрова и животного населения. Геологические условия (включая и гидрогеологию) конкретизируют характер всех перечисленных выше явлений. Почвы непосредственно и сильно воздействуют на растительность и почвенную фауну, косвенно (через растительность) — на других животных. Растения участвуют, в свою очередь, в почвообразовании, меняют микроклимат, но существенно влияют друг на друга и на условия существования животных. Последние незначительно меняют микрорельеф, влияют на некоторые стороны почвообразования (кроты, дождевые черви), определяют возможность существования тех растений, у которых они опыляют цветы или разносят плоды, сильно влияют друг на друга. Иными словами, в биосфере все связано со всем и все нужны всем.

Стабильность биосферы основывается и на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределения энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласованности циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.

Как показывают исследования, по крайней мере, последние 600 млн лет, начиная с кембрия, характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся. Осуществлялись фундаментальные геохимические процессы, характерные и для современной эпохи: накопление кислорода, связывание инертного азота, осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных и марганцевых руд и сульфидных минералов, накопление фосфора и т.д. Менялись лишь скорости этих процессов. По-видимому, не менялся существенно и общий поток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Есть основание считать, что масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с карбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме круговоротов.

Редуцентное звено биосферы. Кроме указанных, есть и малозаметные или даже невидимые хранители жизни. Ткани и органы отмерших растений и животных под воздействием специфических организмов — редуцентов подвергаются деструкции, т.е. распадаются. Вещества, которые входили в их состав, вновь становятся доступными для повторного усвоения.

Существуют три основных пути возвращения питательных веществ в новые циклы поглощения. Первый соответствует пищевой цепи пастбищного типа (см. гл. 5), второй путь характерен для степей, лесов умеренной зоны и других сообществ, в которых основной поток энергии идет через детритную пищевую цепь. Третий путь связан с прямой передачей питательных веществ от растения к растению так называемыми симбиотическими организмами.

Подчеркнем: важнейшим свойством любой экосистемы, а следовательно, и экосистемы высшего уровня, т.е.

Земли, является участие ее живых компонентов в разложении остатков растительной биомассы. Их разложение и последующая минерализация (превращение в относительно простые неорганические вещества) — необходимые условия нормального хода биопродукционного процесса. В результате указанного явления высвобождаются химические элементы, которые были связаны в растительной органике, благодаря чему они вновь вовлекаются в круговорот веществ, предотвращая истощение ресурсов питания растений, а подчас и способствуя их обогащению.

Необходимо отметить, что разложение (деструкция) является процессом, в котором участвует вся биота совместно с абиотическими факторами, он происходит благодаря взаимосвязи и взаимозависимости всех звеньев пищевой цепи. При этом между ними, от первого к последнему звену цепи, происходит передача вещества и энергии. Без этого, крайне необходимого для функционирования живых систем процесса, все питательные вещества оказались бы связанными в мертвых телах и дальнейшее развитие живых существ было бы исключено. Достаточно сказать, что более 90% энергетических запасов веществ, которые содержатся в телах растений и животных, потребляются после их отмирания. Так, останки животных поедают животные — некрофаги (мухи, жуки, некоторые птицы и млекопитающие). Однако ни один вид сапротрофов (поедателей мертвой биомассы) не способен осуществлять полное и окончательное разложение мертвого тела.

При протекании процесса разложения в нем участвуют (одновременно или поочередно) многочисленные беспозвоночные животные, грибы, бактерии, которые составляют редуцентное звено глобальной экосистемы. В частности, грибы осуществляют деструкцию клеточных оболочек растений; мелкие животные размельчаются и при этом частично разрушают растительные и животные остатки. Окончательное разложение до исходных веществ (воды, диоксида углерода и др.) преимущественно осуществляют редуценты — бактерии.

Жизнедеятельность всех организмов, которые входят в редуцентное звено, осуществляется за счет использования энергии тех веществ, которые ранее не смогли усвоить консументы, фитофаги и зоофаги.

Рассмотрим подробнее процессы, которые протекают при попадании мертвого органического вещества в почву. Все разновидности последнего подвергаются в ней биологическому разложению и окислению — гумификации, и, в конце концов, превращаются в довольно стабильную субстанцию почвы — гумус. Образование гумуса, обеспечивающего плодородие почв, является следствием биохимических ферментативных процессов, которые осуществляются обитателями почвы.

Любопытно, что наибольшей биомассой среди животных организмов биосферы обладают обитатели почвы. Если предположить (К.М. Сытник и др., 1987), что в среднем биомасса почвенной фауны составляет 0,3 т/га, то на площади 80 млн км2 почвенного покрова планеты (без пустынь) суммарная биомасса почвенных животных всего земного шара составит 2,4 млрд. т.

Численность и масса деструкторов может достигать и более значительных величин (табл. 6).

Численность и масса организмов-деструкторов

(Н.С. Архангельский, 1971)

Во многих почвах распространены дождевые черви, количество которых может достигать под пашнями 250 тыс, а под сенокосом 2— млн. штук/га, а масса соответственно 50—140 кг и 2 тысячи кг. Черви ежегодно пропускают через свой пищеварительный тракт до 85 т/га органического вещества, которое в переработанном ввде служит исходным продуктом для образования гумуса.

Вышеуказанные примеры говорят о той громадной, хотя и незаметной для человека деятельности, которую осуществляют живые организмы — деструкторы. Ученые подсчитали: если бы биосфера лишилась только микроорганизмов- деструкторов, то всего за 10 лет на Земле скопилось бы такое количество отбросов, что жизнь прекратилась бы полностью.

Здесь уместно привести принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем экологическую систему (в данном случае биосферу) из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

К сожалению, стабильность биосферы имеет определенные пределы и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями. На это, в частности, указывает правило одного процента: изменение энергетики природной системы в среднем на 1% выводит последнюю из состояния гомеостаза (равновесия). Указанное правило подтверждается исследованиями в области глобальной климатологии и других геофизических, а также биофизических процессов. Все крупные природные явления на поверхности Земли (извержения вулканов, мощные циклоны, процесс глобального фотосинтеза и т.п.), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1% энергии солнечного излучения, попадающего на поверхность Земли. Переход энергетики процесса за это значение обычно приводит к резким аномалиям — климатическим отклонениям, переменам в характере растительности, крупным лесным и степным пожарам.

Об этом следует помнить при планировании отдельных видов хозяйственной деятельности глобального масштаба. То же самое, очевидно, относится и к военным конфликтам с применением термоядерного оружия.

наблюдается у поверхности суши и океана, у границ соприкосновения литосферы и атмосферы, гидросферы и литосферы, гидросферы и атмосферы; е) первичным источником энергии в водном биогеоценозе, как и в большинстве экологических систем, служит солнечный свет.

а) количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы остается постоянным на протяжении длительных отрезков времени; б) совершается многократный круговорот веществ, входящих в состав живых организмов. Для биогеохимического круговорота не характерны: а) высвобождение биогенных элементов в результате минерализации отмершей биомассы; б) миграция элементов по пищевой цепи с неограниченным числом трофических уровней; в) накопление химических элементов в организмах; г) перемещение некоторых элементов питания из организмов в литосферу. Какие этапы круговорота азота могут осуществляться без участия живых организмов, а какие нет? Сформулируйте условия, поддерживающие или снижающие биологическое разнообразие, которое является основным фактором устойчивости биосферы. Верно ли утверждение, что живое вещество устойчиво только в живых организмах и что оно стремится заполнить собой все возможное пространство?

Результаты исследований последних лет показывают, что строение, эволюция биосферы и ее устойчивость предопределены начальными условиями, которые существовали при ее возникновении. Стабильности биосферы способствует магнитное поле Земли, которое защищает живые организмы от солнечной радиации. Защитные функции выполняет и озоновый слой биосферы. Основное количество озона сосредоточено в стратосфере на высоте 15-25 км. Озоновый слой защищает планету от опасного коротковолнового УФ-излучения. Кроме того, озон интенсивно поглощает инфракрасную (тепловую) радиацию, что сказывается на вертикальном распределении температур атмосферы. Благодаря наличию кислорода и озона в атмосфере сгорает огромное количество космического вещества.

Основой стабильности биосферы является высокое разнообразие организмов и их взаимосвязанность. Редуцентное звено биосферы тоже основа стабильности, трансформация отмершей органики до первичных неорганических веществ позволяет вновь и вновь начинать новые биосферные циклы. Биосфера, как выяснилось, достаточно стабильна, хотя и находится между молотом и наковальней: снаружи - враждебный Космос, внутри Земли огромное раскаленное ядро. Стабильность биосферы обеспечивает уникальность самого живого вещества - способность находить пути для поддержания своего развития. И в биосферных процессах работает принцип Ле Шателье:при внешнем воздействии, выводящем экосистему из равновесного состояния, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Следует только помнить, что у стабильности есть пределы и выходить за них опасно. Известно правило 1%:

Все крупные природные катаклизмы (извержения вулканов и т.д.) имеют энергетику в пределах 1% от солнечного излучения, попадающего на Землю. Природа заложила именно такие соотношения в геотектонических и других процессах, а вот человечество в своей производственной и военной деятельности оказалось на грани нарушения этих запретов.

В прошлом веке американский эколог Б. Коммонер сформулировал 4 экологических закона, следуя которым можно применять имеющиеся экологические знания в профессиональной деятельности:

В формулировках могут быть вариации, но смысл экологических законов одинаков. Особенно важно их помнить при планировании любого вида деятельности, поскольку антропогенное воздействие по силе влияния на окружающую среду и энергетику биосферы превосходит все естественные процессы на планете.

Список литературы

2. Экология: основы геоэкологии: учебник для бакалавров/ под ред. А.Г. Милютина, Моск. Гос. Ун-т, Москва: Юрайт, 2013. – 542 с.

3. Бродский А.К. Общая экология: УЧЕБ. ДЛЯ СТУД. ВУЗов- М., 2008.- 256 с.

4. Басов В.М. Задачи по экологии и методика их решения: учеб. пособие.- Изд. 3- е.- М.: Либроком,2009.- 160 с.

Читайте также: