Основы устойчивости биосферы

Устойчивость экосистем и биосферы в целом зависит от многих факторов, суть наиболее важных из них состоит в следующем:

1. Биосфера использует внешние источники энергии – солнечную энергию и энергию разогрева земных недр для упорядочения ее организации, не вызывая загрязнения ОС. Постоянное использование определенного количества энергии и ее рассеивание в виде тепла создало эволюционно сложившийся тепловой баланс в биосфере. Сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни экосистемы, постоянно гасится (правило 10% Линдемана).

Если автотрофные растения, с которых начинается трансформация солнечной энергии в живое вещество, преобразуют ее из рассеянного состояния в концентрированное, синтезируя органическое вещество, то человек, напротив, забирая органическое вещество, в том числе и из запасников природы, сжигает его, переводя сосредоточенную в нем энергию из концентрированного состояния в рассеянное. Причем при ведении работ по добыче энергетических ресурсов человек разрушает биологические характеристики почв, происходит гибель или деградация растительного покрова, загрязняются водные объекты и атмосфера, формируются отвалы пород, что приводит к подъему уровня грунтовых вод и появлению в окружающей местности контурного кольца из озер, болот и т.д.

2. Биосфера использует вещества (преимущественно легкие биогенные элементы) в основном в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению вредных отходов.

Вмешивание человека в отдельные круговороты изложено в предыдущем разделе. Общий же вывод следующий. Человек использует вещество крайне неэффективно, при этом образуется огромное количество отходов, многие из них переводятся из пассивной формы, в которой они находились в природной среде, в активную, токсичную форму. Сравнительный анализ круговоротов веществ в природе и в хозяйственной деятельности подтверждает исключительно экономное использование вещества в природе: 98–99% вещества находится в круговороте и лишь 1–2% выходит из круговорота, при этом создавая геологический запас. Человек же копирует природные круговороты с точностью до наоборот: лишь 1–2% первичного сырья используется в круговоротах, 98–99% уходит в отходы.

3. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между видами способствуют установлению между ними равновесия. При этом практически отсутствуют доминирующие виды с чрезмерной численностью, что обеспечивает защиту биосферы от сильной опасности со стороны внутренних факторов. Видовое разнообразие – это фактор повышения устойчивости экосистем к воздействию внешних факторов. Генофонд дикой природы – бесценный дар, возможности которого пока использованы в ничтожно малой степени.

Исчезновение любого из видов – это не только безвозвратная потеря природного генофонда, но и снижение устойчивости отдельных экосистем и биосферы в целом, как огромной и чрезвычайно сложной экосистемы. Путь человечества, к сожалению, отмечен гибелью многих представителей флоры и фауны.

4. Практически все закономерности, характерные для живого вещества, имеют адаптивное значение. Биосистемы вынуждены приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям жизни. Эти значения имеют разную шкалу времени – от эволюционной до сиюминутной. В вечно меняющейся среде жизни каждый вид организма адаптирован по-своему. Это выражается правилом экологической индивидуальности: двух идентичной видов не существует. Экологическая специфичность видов подчеркивается так называемой аксиомой адаптированности: каждый вид адаптирован к строго определенной специфичной для него совокупности условий. Расширяя хозяйственную деятельность, человек в короткие сроки меняет параметры экологических факторов, и многие виды не успевают приспособиться к таким быстрым изменениям.

5. Саморегуляция, или поддержание численности популяции, зависит от совокупности экологических факторов. Каждая популяция, взаимодействуя с природой как целостная система, словно бы предчувствует возможные последствия происходящего и вырабатывает формы поведения, способные если не предотвратить надвигающийся кризис, то, во всяком случае, смягчить его последствия популяции в целом. Правило популяционного максимума: численность естественных популяций ограничена истощением пищевых ресурсов и условий размножения, недостаточностью этих ресурсов и слишком коротким периодом ускорения роста популяции. В этом смысле очень характерно поведение леммингов – группы мелких млекопитающих, живущих в лесах и тундрах Евразии и Северной Америки. В некоторые годы они сильно размножаются в огромных количествах и предпринимают далекие миграции. В ходе этих миграций массовое самоубийство леммингов предотвращает возможность перенаселения и обеспечивает сохранение популяции в своей экологической нише. «Феномен леммингов» – плохо понимаемая нами реакция популяции на угрозу ее возможной гибели. Естественно, это крайняя форма стабилизации численности популяции. Однако любая популяция обладает строго определенной генетической, фенотической, половозрастной и др. структурой. Она не может состоять из меньшего числа индивидов, чем это необходимо для обеспечения ее устойчивости к факторам внешней среды. Выход за пределы минимума чреват для популяции гибелью: она уже не будет в состоянии самовосстановиться.

Человек способствовал нарушению популяционной стабильности. Растет количество сопутствующих человеку видов (крыс, тараканов и т.д.), а численность многих других популяции, напротив, сокращается, причем иногда в катастрофических размерах, что ставит вид под угрозу полного уничтожения.

1.5. Тренировочное задание

1. Опишите структуру биосферы.

2. Сформулируйте основные законы экологии.

3. Разработайте схему круговорота кислорода.

1.6. Тестовое задание

1. Термин «экология» предложил:

1) Т. Мальтус; 2) Э. Геккель; 3) Ч. Дарвин; 4) В.И. Вернадский.

2. Оболочка Земли, населенная живыми организмами, называется:

1) биосферой; 2) тропосферой; 3) биогеоценозом; 4) экосферой.

 

3 Озоновый экран расположен на высоте от ___ до ___ км (введите цифры).

4. Популяция - это:

1 ) группа организмов одного вида, занимающая определенное пространство и функционирующая как часть биотического сообщества; 2 ) группа организмов разных видов, занимающая определенное пространство и функционирующая как часть биотического сообщества; 3 ) совокупность особей, функционирующих как часть биотического сообщества; 4 ) совокупность особей одной семьи, контролирующих определенное пространство и функционирующих как часть биотического сообщества.

5. Можно считать, что львы и тигры находятся на одном и том же трофическом уровне, потому что и те и другие:

1) поедают растительноядных животных; 2) живут в сходных местах обитания; 3) имеют примерно одинаковые размеры; 4) имеют разнообразную кормовую базу.

 

6. Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами, относятся к:

1) автотрофам; 2) гетеротрофам; 3) продуцентам; 4) хемотрофам.

7. Плодородие почвы определяется количеством:

1) минеральных веществ; 2) гумуса; 3) живых организмов;
4) воды.

 

8. Детрит — это:

1) горная порода; 2) донный ил; 3) мертвые остатки растений и животных; 4) перегной.

9. Установите соответствие:

Фитофаги	могут поедать как растительную, так и животную пищу
Эврифаги	питаются исключительно животными
Хищники	питаются исключительно живыми растениями

 

10. Вмешательство человека в круговорот углерода приводит:

1) к увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере;
2) к уменьшению концентрации углекислого газа в атмосфере; 3) к уничтожению озонового слоя; 4) к выпадению кислотных осадков.

Выводы по разделу

Основными объектами экологии являютсябиосфераи э косистема. В основе функционирования экосистем лежат пищевые цепи, которые бывают двух видов – пастбищные и детритные. Рост, размножение и развитие живых организмов в экосистеме определяется наличием различных биотических и абиотических экологических факторов. Основные законы экологии (закон толерантности, правило 10% Линдемана и т.д.) выведены на основе анализа пищевых цепей и воздействия экологических факторов на живые организмы.

Важнейшим условиями устойчивости экосистемы и биосферы в целом являются использование внешних источников энергии, круговорот веществ и многообразие видов.

 

ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ БИОСФЕРЫ