Просторова, функціональна та видова структура екосистем.

Стуктура біоценозу в межах екосистеми може підрозділятися на такі види.

1. Видова структура:

· фітоценози;

· зооценози;

· мікроценози.

Видове різноманіття є одним з основних показників структури біоценозу.

2. Просторова структура

Видові популяції у складі екосистем (або біогеоценозів) розташовуються як по площині (горизонтально), так і по вертикалі. Завдяки цьому система завжди займає трьохмірний простір.

Наприклад, лісові фітоценози вертикально структуровані за ярусністю:

· Перший ярус – ґрунтова, листяна підстилка, лишайники, водорості.

· Другий ярус – низькорослі трави, мохи.

· Третій ярус – високорослі трави, напівкущики.

· Четвертий ярус – кущі.

· п’ятий ярус – середньо рослі дерева.

· Шостий ярус – високорослі дерева.

Горизонтальна структура обумовлена мозаїчністю і пов’язана з нерівномрним розподілом популяцій по площині.

Просторова структура обумовлює виникнення топічних зв’язків між організмами, - це боротьба за місце поселення та сховища.

З іншого боку, топічні зв’язки позитивно впливають на формування більш повночленних біоценозів (наприклад, крони дерев перехвачують більшу частину сонячної енергії, формуючи при цьому температурний та водний режим для інших рослин біоценозу).

3. Трофічна структура

Трофічна структура передбачає розподіл організмів на продуценти, консументи та редуценти, які в конкретних екосистемах формуються за рахунок популяцій багатьох видів.

До продуцентів належать зелені рослини.

Консументи розрізняють за порядками:

· консументи 1-го порядку - це рослиноїдні тварини, наприклад рослиноїдні комахи.

·консументи 2-го порядку – поїдають консументів 1-го порядку (хижаки), наприклад ящірки, жаби, комахоїдні птахи тощо.

· консументи 3-го порядку – можуть живитися консументами 2-го порядку. Часто ними є хижі звірі, птахи.

Редуценти– мікроорганізми (бактерії та гриби), які є гетеротрофнимидеструкторами. Їхню діяльність підтримують в екосистемі багато маленьких безхребетних тварин (рівноногі ракоподібні, кліщі, личинки комах):

· тварини-сапрофаги живляться мертвою органічною субстанцією;

· копрофаги поїдають тваринні екскременти, при цьому бактерії та гриби, які на них оселяються, становлять важливу частину харчування;

· некрофаги - мертвоїди.

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.

 

Характеристика біосфери.

Біосфера є найбільш великою (глобальною) екосистемою Землі.

Це складна за складом, будовою й органісті оболонка, що охоплює нижню частину атмосфери, всю гідросферу та верхню частину літосфери, що населені живими організмами, "область існування живої речовини" (В.І.Вернадський).

Термін БІОСФЕРА введений в 1875 р. австрійським ученим геологом Е. Зюсом.

Учення про біосферу, як про активну оболонку Землі, в якій сукупна діяльність живих організмів (у тому числі й людини) проявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу та значення, створено В.І.Вернадським (1926).

"Межі біосфери зумовлені, передусім, полем існування життя" (Вернадський В.І. "Біосфера"). Це "поле існування життя", особливо активного, за новітніми даними, обмежено в прямовисній межі, головним чином, висотою майже 6 км над рівнем моря, до якої зберігаються позитивні температури у атмосфері і можуть жити хлорофілоносні рослини-продуценти (6.2 км у Гімалаях).

Вище мешкають лише павуки, ногохвістки і деякі кліщі, які споживають зерна рослинної пилки, спори рослин, мікроорганізми та ін. органічні частки, що заносяться вітром. Ще вище живі організми потрапляють лише випадково.

Нижня межа існування активного життя традиційно обмежується дном океану та ізотермою 100° С в літосфері, розташованими відповідно на відмітках майже 11 км та, за даними надглибокого буріння на Кольському півострові, майже 6 км (фактично життя розповсюджено в літосфері до глибини 3-4 км). Таким чином, прямовисна потужність біосфери в океанічній області Землі досягає понад 17 км, а в суходольній – 12 км.

Біосфера включає в себе всі живі організми (живу речовину), біогенні, біокосні і косні речовини, таким чином є областю системної взаємодії живої і косної речовини на планеті. До біосфери відноситься і людське суспільство з його виробництвом. ЖИВА РЕЧОВИНА – сукупність тіл живих організмів, що населяють Землю поза залежністю від їх систематичної належності. Загальна маса живої речовини оцінюється величиною 2,4*10 т (в сухій масі).

За різними оцінками, в наш час на Землі існує майже 2 млн. видів організмів, з них на частку рослин припадає майже 500 тис. видів, а на частку тварин – 1,5 млн. видів.

Маса рослин – фото синтетиків на Землі складає 2,4*10 т, а вторинних організмів (тваринних) – 0,023*10 т. Біомаса мікроорганізмів не оцінена належним чином, але припускається, що вона значно менше біомаси вищих організмів.

В.І.Вернадський неодноразово зазначав, що жива речовина невіддільна від біосфери, є її функцією і, одночасно, "однією з самих могутніх геохімічних сил нашої планети". Жива речовина являє собою нерозривну молекулярно-біохімічну єдність, системне ціле з характерними для кожної геологічної епохи рисами. Знищення багатьох видів живої речовини людиною може порушити цю єдність, що призведе до різкої зміни молекулярно-біохімічних властивостей живої речовини і можливості існування багатьох високоорганізованих видів, що процвітають, і в тому числі, надто певно, і самої людини. Звідси випливає важливість збереження видів і в цілому живої речовини сучасного геологічного періоду.

Еволюція біосфери.

Геохімічний розвиток нашої планети починає змінюватися з моменту появи на ній живої речовини (4 млрд. років тому). За цей період (а це шість сьомих історії земної кори) відбувається стрункий процес ускладнення живих систем.

Згідно із законом БІОГЕННОЇ МІГРАЦІЇ АТОМІВ (закон Вернадського) міграція елементів на земній поверхні і в біосфері в цілому відбувається під переважним впливом живої речовини, організмів. Так було і в геологічному минулому, мільйоні років тому, таке і є в сучасних умовах. Жива істота або приймає участь в біохімічних процесах безпосередньо, або утворює відповідне, багате киснем, вуглекислими газом, воднєм, азотом, фосфором та іншими речовинами, середовище. 2,3 млрд. років тому з гідросфери в атмосферу починає проникати вільний кисень (дякуючи життєдіяльності рослин – фото синтетиків). Первісна атмосфера Землі, що складалася з водяної пари, аміаку, метану і водню – продуктів дегазації мантії Землі, змінюється: в ній з`являється кисень (О), вуглекислий газ (СО), аміак (NH) перетворюється на азот (N). Атмосфера стає біогенною – забезпечує життєдіяльність на нашій планеті.

В протерозойську еру величезного масштабу набула діяльність феробактерій (утворення залежів залізних руд) і синє-зелених водоростей (утворення карбонатних порід). Відбувається утворення та накопичення біогенної та біокосної речовин.

Жива речовина, біомаса якої складає майже 0,0001% від маси біосфери, стає однією з найпотужніших сил нашої планети. Цей етап еволюції біосфери називають БІОГЕНЕЗОМ (від грецької bio – життя і genesis – походження).

Поява людини, людського суспільства, перетворення його на потужну силу, що свідомо, цілеспрямовано, закономірно і неповоротно змінює все навколишнє середовище, знаменує поступовий перехід біосфери на новий етап еволюції: етап розвитку життя БІОГЕНЕЗ замінюється етапом розвитку розуму – НООГЕНЕЗОМ (від грецької ноо – розум), тобто НООСФЕРА закономірно приходить на зміну БІОСФЕРІ..

Сучасне розуміння ноосфери було розроблено у 1930-1940 р.р. В.І.Вернадським, який зазначав, що "ноосфера знаходиться не над біосферою, не поза нею, а є закономірним і неминучим етапом розвитку самої біосфери, етапом розумного регулювання взаємовідносин людини і природи".

"Ноосфера це нове геологічне явище на нашій планеті. В ній вперше людина стає найбільшою геологічною силою". Розумна людська діяльність стає головним фактором, який визначає розвиток на Землі. А так як людина може мислити і діяти тільки у поясі життя – біосфері, стає зрозумілим її відповідальність за екологічне благополуччя на Землі. Треба так керувати процесами взаємовідносин між людиною і біосферою, щоб вони були взаємовигідні, і щоб розвиток суспільства не призвів до деградації біосфери. В ноосфері розум людини - міра екологічного добробуту на планеті.

Атмосфера

Атмосфера — газообразная оболочка Земли. К ней относятся: атмосферный

воздух; газы, растворенные в поверхностных и подземных водах; газовая

составляющая почв, а также газы, выделяющиеся из горного массива, которые

прямо или косвенно влияют на жизнедеятельность живых организмов. Атмосфера

распространяется над Землей до 2 000 км; это [pic] от радиуса Земли.

Функции атмосферы:

1) Регулирование климата Земли.

2) Поглощение солнечной радиации.

3) Пропускает тепловое излучение Солнца.

4) Сохраняет тепло.

5) Является средой распространения звука.

6) Источник кислородного дыхания.

7) Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и

выпадением осадков.

8) Формирующий фактор литосферы (выветривание).

Атмосфера физически, химически и механически воздействует на

литосферу, регулируя распределение тепла и влаги. Погода и климат на Земле

зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в

атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность

воздуха и является источником всех осадков. Атмосфера поддерживает

различные формы жизни на Земле. Атмосферные процессы тесно связаны с

процессами, происходящими в литосфере и в водной оболочке.

К атмосферным осадкам относятся: осадки, облака, туман, гроза,

гололед, пыльная (песчаная) буря, шквал, метель, изморозь, роса, иней,

обледенение, полярное сияние и др.

Атмосфера делится на:

1) Тропосфера — граница до 10 – 12 км.

2) Стратосфера — граница до 55 км от тропосферы.

3) Мезосфера — граница до 85 – 90 км от стратосферы.

4) Термосфера — граница до 150 км от мезосферы.

5) Экзосфера — граница до 800 – 2 000 км от термосферы

18.

- атмосфера – це повітряна оболонка земної поверхні яка складається з: тропосфери, стратосфери, іоносфери, екзосфери.

Функції атмосфери в біосфері: дихальна, терморегулююча, звукова, обмінна, захисна, зберігаюча.

Атмосфера — повітряна оболонка, яка оточує Землю. Нижня межа атмосфери — поверхня Землі. Верхню межу умовно проводять на висоті 2000-3000 км від земної поверхні.

До складу атмосфери входять азот (близько 78%), кисень (близько 21%) та інші гази (всі вони складають ледве більше 1%). На частку вуглекислого газу припадає 0,033%.

Кожний газ виконує свою функцію. Кисень забезпечує дихання і горін­ня. Азот входить до складу білків — речовин, з яких складаються всі живі організми. Вуглекислий газ — одна з основ фотосинтезу рослин. Озон — газ, що поглинає основну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця.

По вертикалі атмосфера ділиться на шари — тропосферу, страто­сферу, мезосферу, термосферу (іоносферу) та екзосферу.

Тропосфера — найнижчий і найщільніший шар атмосфери (80% її маси). Простягається на висоту від 7-9 км (над полюсами) до 16-18 км (над екватором). У тропосфері зосереджена майже вся водяна пара, тут відбуваються найважливіші для географічної оболонки атмосферні проце­си. У тропосфері температура повітря з висотою знижується (в середньо­му на 6,5 С на 1 км). Тиск повітря на рівні моря складає 760 мм рт. ст. Цей тиск прийнято за нормальний. У нижніх шарах тропосфери тиск падає з висотою — в середньому на 10 мм рт. ст. на кожні 100 м підйому.

Стратосфера простягається від верхніх меж тропосфери до висоти 50 км. У стратосфері на висоті 21-29 км розташований озоновий шар. Вище стратосфери знаходяться верхні шари атмосфери.

Атмосфера регулює теплообмін планети з космічним простором, впли­ває на її радіаційний і водний баланси, захищає Землю від метеоритів. Повітря підтримує різні форми життя на Землі.

У зв'язку з інтенсивною господарською діяльністю людини виникла проблема охорони атмосфери від забруднення. У повітря викидається величезна кількість сполук, здатних зруйнувати озоновий екран, викли­кати парниковий ефект, смоги, кислотні дощі. Згорання палива, вирубу­вання лісів призводять до зменшення кількості кисню в атмосфері.

Шляхами розв'язання цих проблем є створення безвідхідних вироб­ництв, надійних газо- і пиловловлювачів, використання екологічно чи­стих джерел енергії, озеленіння міст, відновлення площі лісів тощо.

19. Гідросфера, або водяна оболонка Землі,- це її моря й океани, крижані шапки приполярних районів, річки, озера й підземні води.
Вода і життя - поняття нероздільні. Серед природних ресурсів вода займає особливе місце. На протязі довгої геологічної історії вона створила на нашій планеті сприятливе середовище для виникнення всього живого, у тому числі й людини. Запаси води на Землі (об’єм біосфери) за сучасними підрахунками становлять близько 14 млрд. км3.
Більше 96% із цього об’єму припадає на солоні води світового океану. Запаси прісної води невеликі: з урахуванням частини підземних вод вони становлять біля 35 млн. км3. Причому 85% прісної води сконцентровано в льодових Антарктиди Гренландії і гірських вершинах. Прісні водяні ресурси існують завдяки вічному круговороту води. У результаті випару утворюється гігантський обсяг води, який досягає 525 тис.км3 у рік. 86% цієї кількості приходиться на солоні води Світового океану і внутрішніх морів Каспійського, Аральського й ін.; інше випаровується на суші, причому половина завдяки транспірації вологи рослинами.
Щороку випаровується шар води товщиною приблизно 1250 мм. Частина її знову випадає з опадами в океан, а частина переноситься вітрами на сушу і тут живить ріки й озера, льодовики і підземні води. Природний дистилятор харчується енергією Сонця і відбирає приблизно 20% цієї енергії.
Всього 2% гідросфери приходиться на прісні води, але вони постійно відновляються. Швидкість поновлення і визначає доступні людству ресурси. Швидкість водообміну льодовиків менше, ніж у океані, і складає 8000 років. Поверхневі води суші обновляються приблизно в 500 разів швидше, ніж в океані. Ще швидше, приблизно за 10-12 доби, обновляються води рік. Найбільше практичне значення для людства мають прісні води рік. Близько 30% світових запасів прісних вод становить підземні, з яких доступними є невелика частина. Води рік і озер становлять незначну частину гідросфери – близько 200 тис. км3.
Потреба людини у воді постійно зростає, якщо в давні часи витрати води на людину становили 12- 18 л. на добу, то розвинених країнах вона сягає 200 – 400л. Особливо зросло використання води на виробництві, де вона застосовується практично у всіх технологічних процесах, є джерелом дешевої енергії, сприяє транспортування необхідних матеріалів та інше. На початку ХХ ст. Загальне водоспоживання у світі зросло приблизно у 7 разів, а на промислові потреби – у 21 раз.
Важливий резерв водопостачання – це підземні води. Найціннішими з них є прісні підземні води. Резервом у забезпеченні водою може стати також солонуваті і солоні підземні води при використанні їх у суміші з прісними або після штучного їх опріснення.

Підземні води – це води джерел, артезіанських колодязів, гейзерів, копалень. Склад їх залежить від ґрунтів, через які вони просочуються. У більшості випадків це прозорі й позбавлені мікроорганізмів води. Солі кольорових і рідкісних металів, бром, сірководень тощо, часто містять води копалень. Підземні води є унікальною сировиною для хімічної промисловості так, вода з розчиненим у ній хлористим натрієм використовується для отримання хлору, їдкого натру, водню. Деякі з цих вод мають лікувальні властивості – води Трускавця, Миргородська, Сатанова.

 

20. Основні положення вчення В. Вернадського про ноосферу

Принципові положення теорії В.І.Вернадського

І. Вернадський виділяв рівні (основні структурні компоненти) речовин біосфери. Кожна з цих складових характеризується специфічною, динамічною структурою та організацією.

1)жива речовина (сукупність організмів різних видів).

“Я називатиму живою речовиною сукупність живих організмів, виражену в вазі, хімічному складі, у мірах енергії та характері простору”(В.І.Вернадський).

Жива речовина характеризується також різноманітністю видів і їх чисельністю, а також тенденцією росту їх кількості в процесі еволюції живої природи.

Форми життя дуже різноманітні. Нараховується біля 500 тис видів рослин і біля 1.5млн видів тварин. При всій різноманітності видів, маса живої речовини на Землі відносно невелика 105-106 км3. якщо цю величину прийняти за 1, то маса атмосфери 10, гідросфери 10000, літосфери 100000, а маса всієї Землі 100 млн.

2) біогенна речовина - органо-мінеральні та органічні продукти, створені

організмами (всі форми дендриту, кам'яне вугілля, нафта, газ тощо);

3) нежива (косна, кістякова речовина) - неживі неорганічні сполуки, речовини, в утворенні яких живі організми участі не брали (гірські вивержені породи, мінерали, опади);

4) біокістякова речовина - неорганічні продукти, що утворюються в результаті взаємодії живої і кістякової речовин, (кисень, створений зеленими рослинами; основним видом біокістякової речовини є вода, а основним біокістяковим тілом - грунт; до суміші біогенних речовин з мінеральними породами небіогенного походження відносяться мул, природні води, газо- та нафтоносні сланці, частина осадових карбонатів, ландшафти); сама біосфера є біокістяковою системою.

5) радіоактивні речовини;

6) розсіяні атоми;

7) речовини космічного походження (метеорити).