Об’єкт, предмет та завдання екології

Лекція № 1

Тема: "Наука про довкілля. Структура природного середовища"

 

ПЛАН

1.1. Об’єкт, предмет та завдання екології.

1.2. Біоекологія та прикладна екологія.

1.3. Атмосфера і гідросфера.

1.4. Літосфера.

1.5. Екологічні фактори.

 

Об’єкт, предмет та завдання екології

Екологія — наука про довкілля, що вивчає взаємодію організмів та їх угруповань із середовищем існування. Сучасна екологія — це нова комплексна наука про виживання в довкіллі, завдання якої — пізнання законів розвитку і функціонування біосфери як цілісної системи під впливом природних і, головне, антропогенних факторів, а також визначення шляхів ефективного співіснування техносфери й біосфери.

Об’єктами дослідження екології або її галузевих підрозділів є екосистеми планети та їхні елементи (залежно від рівня досліджень).

Головним предметом досліджень екології є взаємозв'язки (їхні особливості й розвиток) живих організмів, їхніх груп різних рангів, живих і неживих компонентів екосистем, а також характер впливу природних і антропогенних факторів на функціонування екосистем і біосфери в цілому; детальне вивчення за допомогою кількісних методів основ структури та функціонування природних та створених людиною систем.

Основними завданнями екології є:

1. дослідження особливостей організації життя, в тому числі в зв'язку з антропогенним впливом на природні системи;

2. створення наукової основи раціональної експлуатації біологічних ресурсів;

3. прогнозування змін природи під впливом діяльності людини;

4. збереження середовища існування людини.

Стосовно предметів вивчення екологія поділяється на два великих розділи — загальну екологію (біоекологію) та прикладну екологію.

Екологію за розмірами об'єктів вивчення поділяють на географічну, об'єктами вивчення котрої є великі геосистеми, географічні процеси, та на глобальну екологію — вчення про біосферу Землі. За середовищами та компонентами розрізняють екологію суші, прісних водоймищ, морську, високогірну тощо.

За підходами до предмета вивчення виділяють аналітичну та динамічну екологію. У часовому аспекті розрізняють історичну та еволюційну екологію. У системі екології людини існує соціальна екологія, що вивчає взаємовідносини елементарних соціальних груп суспільства та людства загалом із життєвим середовищем.

На стику з геологією і палеонтологією виникла палеоекологія, яка відтворює екологічні зв'язки вимерлих видів рослин і тварин на основі будови викопних форм та умов їх захоронення. В результаті поєднання екологічного підходу з принципами

ландшафтознавства з'явилась екологія ландшафту — напрямок, який тісно пов'язаний з проблемами раціонального використання, відтворення та охорони природних ресурсів.

Впровадження в екологію принципів термодинаміки породило продукційно-енергетичну екологію, яка досліджує закономірності розсіювання потоку енергії в трофічних ланцюгах.

 

Атмосфера і гідросфера.

Природне середовище в широкому розумінні — космічний простір, а у вужчому — біосфера, — зовнішня оболонка Землі, яка охоплює нижню частину атмосфери (30 км), всю гідросферу і верхню частину літосфери (до глибини 10 км), що взаємозв’язані складними біогеохімічними циклами міграції речовин та енергії.

Атмосфера — газова оболонка Землі, яка обертається разом з нею. Маса атмосфери становить приблизно одну мільйонну маси Землі — 5,15·10¹⁵ т. Атмосферне повітря забезпечує рослинний і тваринний світ життєво необхідними газуватими речовинами, створює захист Землі від дії метеоритів, космічного випромінювання тощо.

За характером зміни різних параметрів атмосферу Землі розділяють на такі шари: тропосфера (9...18 км.), стратосфера (50...55 км.), мезосфера (80...90 км.), термосфера або іоносфера (вище 90 км до 800...1000 км.) і екзосфера (вище 800...1000 км). За складом повітря виділяють також озоносферу, яка приблизно збігається зі стратосферою і має максимальну концентрацію озону на висотах 20...25 км. Крім того, за хімічним складом атмосферу Землі поділяють на нижню (до 100 км) — гомосферу, яка має склад, подібний до приземного повітря, і верхню — гетеросферу неоднорідного хімічного складу.

Основна маса атмосферного повітря (90 %) зосереджена в нижньому шарі — тропосфері, в якому щільність повітря з висотою швидко зменшується.

До складу тропосфери за об’ємом входять: азот — 78,08 %, кисень — 20,95 %, аргон — 0,93 %, вуглекислий газ — 0,03 %. На частку неону, гелію, криптону, ксенону, водню, метану, озону і всіх інших газів, які присутні у повітрі в мікрокількості, припадає приблизно 0,01 %. Крім того, атмосферне повітря містить водяну пару та домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих часток як природного, так і штучного походження: сірчистих, мінеральних (пил із земної поверхні), вуглеводневих (сажа), морських (частинки морських солей) та ін.

Атмосфера регулює теплообмін Землі з космічним простором, впливає на її радіацій-ний та водяний баланс. Одним з найважливіших факторів, що визначають стан атмос-фери, є її взаємодія з океаном, оскільки процеси газообміну і теплообміну між ними сут-тєво впливають на клімат Землі. З основних компонентів атмосфери найбільше змінює-ться вміст у повітрі водяної пари, що визначається співвідношенням процесів випарювання, конденсації і горизонтального перенесення. Водяна пара є джерелом утворення хмар, туманів, опадів, вона також захищає земну поверхню від надмірного охолодження, приймаючи участь у парниковому ефекті.

Клімат — це багаторічний режим погоди, властивий тій чи іншій місцевості. Кліматичні умови Землі створюються внаслідок взаємопов’язаних процесів теплообміну, вологообміну і загальної циркуляції атмосфери. Клімат характеризується середніми показниками світла, температури, вологості повітря, рівнем опадів, рівнем радіації, атмосферного тиску, напрямками вітрів тощо.

Гідросфера — водяна оболонка Землі, сукупність всіх вод на Землі: материкових (глибинних, ґрунтових, поверхневих), океанічних і атмосферних. Запаси води на Землі величезні — 20 млрд. км³ (0,025 % її маси). Але це переважно гірко-солона океанічна та морська вода (92 %), непридатна для пиття й технологічного використання, оскільки її солоність становить 12...260 г/л.

До надземної частини гідросфери, що вкриває 71 % поверхні Земної кулі (361 млн. км²), належать океани, моря, озера, ріки, а також льодовики, в яких вода перебуває у твердому стані. Підземна частина гідросфери охоплює ґрунтові, підґрунтові, напірні й безнапірні води, тріщинні води і води карстових порожнин у легкорозчинних гірських породах (вапняках, гіпсах тощо). Об’єм підземних вод становить близько 60 млн. км³.

Прісна вода має вміст мінеральних солей до 1 г/л. Незважаючи на величезні обсяги гідросфери, прісні води становлять менше 3 % її об’єму, причому 85 % прісної води зосереджено в льодовикових щитах Гренландії та Антарктиди, айсбергах і гірських льодовиках. І лише 1 % прісної води містять прісноводні озера, водосховища, річки й підземні водоносні горизонти; саме ці джерела й використовує людство для своїх потреб.

Усі форми водних мас переходять одна в одну у процесі перетворення. Вода у біосфері перебуває у безперервному русі, бере участь у геологічному та біологічному кругообігах речовин. Величезну роль відіграють води в формуванні поверхні Землі, її ландшафтів, у розвитку будь-яких процесів, перенесенні хімічних речовин вглиб планети і на її поверхні, транспортуванні забруднювачів довкілля.

Таким чином, вода на Землі виконує чотири екологічні функції: 1) найважливішої мінеральної сировини, головного природного ресурсу споживання; 2) основного інструменту у механізмі здійснення взаємозв’язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепла, ріст біомаси); 3) головного агента-переносника глобальних біоенергетичних екологічних циклів; 4) основної складової всіх живих організмів.

 

Літосфера

Наша планета Земля є стиснутою з полюсів кулею — геоїдом — з полярним радіусом 6357 км і екваторіальним радіусом 6378 км. Площа поверхні Землі сягає 510 млн. км², її об’єм — 1,083·10¹² км³, а маса — 5,976·10²¹ т. Середня щільність Землі становить 5520 кг/м³, при щільності більшості поверхневих порід — 2500...3000 кг/м³.

Будова Землі неоднорідна. Вона складається з трьох оболонок — земної кори, мантії та ядра, де різко змінюються швидкості пружних сейсмічних хвиль, викликаних землетрусами або штучними вибухами.

Земна кора — зовнішній твердий шар Землі. Земна кора ділиться на континентальну та океанічну. Вона складає біля 1 % об’єму та 0,5 % маси Землі. Товща земної кори під ложем океану досягає 5...12 км, у рівнинних регіонах — 30...40 км, а під горами — 50...70 км. На континентах Земна кора має три прошарки: верхній — осадові породи; середній — граніти, гнейси, лабрадорити і габро; нижній — базальти. Під океанами два прошарки: осадові породи, що залягають на базальтах.

Глибше земної кори знаходиться мантія, яка розділяється на два шари: верхню мантію та нижню мантію. Об’єм мантії складає 83 % об’єму Землі, маса — 67 % маси нашої планети. Мантія Землі простягається нижче земної кори до глибини 2950 км від поверхні. Ще глибше до центру Землі (до глибини 6371 км) розташовано земне ядро. Зовнішня частина земного ядра схожа властивостями на рідину. Ядро займає 16 % по об’єму і 31,5 % по масі.

Літосфера — зовнішня тверда оболонка Землі, що охоплює всю земну кору й частину верхньої мантії; вона складається з осадових, вивержених і метаморфічних порід. Товщина літосфери на континентах і під океанами різниться і становить в середньому відповідно 25...200 і 5...100 км. Переважна частина земної поверхні — це рівнини континентів і океанічного дна. Основна частина літосфери складається з вивержених магматичних порід (95 %), серед яких на континентах переважають граніти, а в океані — базальти.

Літосфера є джерелом усіх мінеральних ресурсів людства — корисних копалин. З різними породами земної кори, як і з її тектонічними структурами, пов’язані різні корисні копалини: горючі, металічні, будівельні, а також такі, які є сировиною для хімічної та харчової промисловості. У межах літосфери періодично відбуваються сучасні фізико-географічні процеси (зсуви, селі, обвали, ерозія), які мають величезне значення для формування екологічних ситуацій у різних регіонах планети.

У верхній частині континентальної земної кори розвинені ґрунти. Ґрунт — органічно-мінеральний продукт багаторічної (сотні та тисячі років) спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла та світла — є одним з найважливіших природних ресурсів. Це природні утворення, які характеризуються родючістю — здатністю забезпечувати рослини речовинами, необхідними для їхньої життєдіяльності. Залежно від кліматичних і геолого-географічних умов ґрунти можуть мати товщину від 15 см до 3 м.

Екологічні фактори

Екологічний фактор — це будь-який нерозчленований далі елемент середовища, здатний прямо чи опосередковано впливати на живі організми хоча б упродовж однієї з фаз їх індивідуального розвитку.

Виділяють такі основні групи екологічних факторів, об'єднаних за певним показником: 1) за часом — фактори часу (еволюційний, історичний, діючий); 2) періодичності (періодичний і неперіодичний); 3) за середовищем виникнення (атмосферні, водні, геоморфологічні, фізіологічні, генетичні, екосистемні); 4) первинні та вторинні; 5) за походженням (космічні, біотичні, абіотичні, природно-антропогенні, техногенні, антропогенні); 6) за характером (інформаційні, фізичні, хімічні, енергетичні, термічні, біогенні, кліматичні, комплексні); 7) за спектром впливу (вибіркової чи загальної дії); 8) за умовами дії; 9) за об'єктом впливу; 10) за наслідками впливу (летальні, екстремальні, обмежувальні, мутагенні, занепокоєння).

Абіотичні фактори — сукупність неорганічних умов середовища. До них належать кліматичні, атмосферні, ґрунтові, геоморфологічні, гідрологічні та ін. Крім того, виділяють хімічні (склад атмосферного повітря, мінеральний склад води тощо) і фізичні (температура, світло, променева енергія, вологість тощо).

Біотичні фактори — це форми взаємодії і взаємовідносин живих організмів, впливу одних організмів або їх співтовариств на інші. Ці впливи можуть бути з боку рослин (фітогенні), тварин (зоогенні), мікроорганізмів, грибів тощо.

Антропогенні фактори — форми діяльності людини, які впливають на фізичні і хімічні характеристики оточуючого середовища чи життєдіяльність організмів. Серед них розрізняють фактори прямого впливу на організми (промисел) і опосередкованого — вплив на місце проживання (забруднення середовища, знищення рослинного покриву, будівництво гребель на ріках тощо).

Прояв впливу факторів виражається в зміні життєдіяльності організмів. Це призводить до зміни чисельності популяції. Можна виділити такі закономірності:

1)за певних значень фактора складаються найсприятливіші умови для життєдіяльності організмів. Такі умови називають оптимальними, а відповідні значення фактора — оптимумом;

2)чим більше значення фактора відхиляється від оптимальних, тим сильніше пригнічується життєдіяльність особин. У зв'язку з цим виділяють зону їх нормальної життєдіяльності;

3)діапазон значень фактора, за межами якого нормальна життєдіяльність особин стає неможливою, називають межею витривалості. Розрізняють верхню і нижню межі витривалості. Діапазон значень фактора, за межами якого організм почувається пригнічено, називають зоною пригнічення (песимуму).

Діапазон значень оптимуму й песимуму є критерієм для визначення екологічної валентності (екологічної толерантності) —здатності організму пристосовуватися до змін умов середовища. Кількісно вона охоплює діапазон від нижнього песимуму (екологічний мінімум на шкалі фактора) до верхнього песимуму (екологічний максимум). У цьому полягає суть закону екологічної валентності: діапазон значень зміни фактора верхнього й нижнього песимумів, за яких організми здатні пристосуватися до змін умов середовища, визначають межу витривалості.

Стенобіонти — організми, що можуть жити при дуже незначній зміні факторів середовища (орхідеї, далекосхідний рябчик, форель). Еврибіонти — організми, що можуть жити при значних змінах факторів середовища (колорадський жук, пацюки, вовки, таргани, очерет).

Лекція № 2

Тема: „Загальні уявлення про біосферу”

 

ПЛАН

2.1. Жива речовина.

2.2. Типи живих організмів біосфери Землі.

2.3. Загальні уявлення про екосистеми.

2.4. Види та популяції.

2.5. Екологічна ніша.

 

Жива речовина

Основними компонентами біосфери є:

1) жива речовина (біота) — рослини, тварини та мікроорганізми;

2) біогенна речовина — органічні та органо-мінеральні продукти, створені живими організмами впродовж геологічної історії (кам'яне вугілля, горючі сланці, торф, нафта та ін.);

3) нежива (косна) речовина — гірські породи неорганічного походження і вода, які являють собою середовище для проживання живих організмів;

4) біокосна речовина — результат синтезу живої та неживої речовин (осадові породи, кора вивітрювання, ґрунти, мули (підводні ґрунти));

5) радіоактивне, електромагнітне та інші види випромінювання, космічна речовина (метеорити та ін.).

Функції живої речовини: використовуючи сонячну енергію, вона створює з простих, бідних на енергію молекул, передусім води й вуглекислого газу, складніші й енергетичне впорядкованіші сполуки (вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти та ін.), або переробляє їх. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх у земній корі, руйнує й агрегує неживу матерію, окиснює, відновлює й перерозподіляє хімічні сполуки. Суха маса живої речовини оцінюється в 2...3 трлн. т — приблизно в мільярд разів менше за масу Землі.

Жива речовина відрізняється від неживої надзвичайно високою активністю, зокрема дуже швидким кругообігом речовин. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні, а фітомаса (маса рослин) — щодня. Життєдіяльність тварин, рослин і мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між біотою та зовнішнім середовищем, унаслідок чого всі атоми земної кори, атмосфери й гідросфери протягом історії Землі багаторазово входили до складу живих організмів. Образно кажучи, ми п'ємо воду, що колись входила до складу тканин юрських папоротей і кембрійських трилобітів, і дихаємо повітрям, яким дихали не лише наші далекі предки, а й динозаври.

Основні властивості живої речовини:

1. високоорганізована внутрішня структура;

2. здатність уловлювати із зовнішнього середовища й трансформувати речовини та енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності;

3. здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища, незважаючи на коливання умов середовища зовнішнього, якщо ці коливання сумісні з життям;

4. здатність до самовідтворення шляхом розмноження.

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць — організмів, які, в свою чергую, групуються у види та популяції.

Кожен організм має свою програму розвитку й діяльності, записану у вигляді певної сукупності генів, — генотип. Ця програма реалізується в характерних, притаманних лише даному організмові зовнішньому вигляді, фізіологічних і біохімічних властивостях, у поведінці. Сукупність усіх ознак та властивостей, що визначаються генотипом, називається фенотипом. За рахунок фенотипу організм оптимальною мірою пристосовується до зовнішнього середовища, перебуває з ним у найбільш гармонійних відносинах. Організми одного виду мають досить схожі, хоча й не ідентичні генотипи й фенотипи. Сукупність генотипів усіх видів нашої планети становить її генофонд (це майже синонім терміна «видова різноманітність»). Втрата будь-якого виду призводить до зменшення видової різноманітності й порушує гармонію у взаємовідносинах живої та неживої речовин.

Простір нашої планети, в якому існує жива речовина, називають біосферою.

Біосфера охоплює три геологічні сфери — частини атмосфери й літосфери та всю гідросферу. Межі біосфери визначаються межами поширення й активної роботи живої речовини. Верхня межа біосфери в атмосфері досягає нижніх шарів стратосфери (30 км над поверхнею планети), де ще трапляються в досить великій кількості спори й навіть клітини бактерій, грибів і деяких водоростей, що активно вегетують. Вище озонового шару живе зазвичай гине під дією космічних випромінювань. Біосфера охоплює всю гідросферу, в тому числі найбільші океанічні западини до 11 км, де існує значна кількість глибоководних видів. Межею біосфери в літосфері можна вважати глибини, на яких температура літосфери починає перевищувати 100 °С — близько 10 км на рівнинах і 7...8 км у горах.

 

Види та популяції

Під популяцією розуміють сукупність особин одного виду з єдиним генофондом, яка формується в результаті взаємодії потоку генів (схрещування, міграції, запилення, запліднення, поширення зачатків — спор, клітин, насіння, личинок, яєць) та умов довкілля. Популяція — це елементарна одиниця існування виду й та одиниця, з якою «працює» природний добір. Порівняно з видом, популяція фенотипно й генотипно зазвичай однорідніша.

Показник мінімальної чисельності популяції — така чисельність особин, за якої в популяції ще підтримується необхідний рівень генетичної неоднорідності, завдяки чому вона не вироджується. Наприклад, у популяціях із великою чисельністю схрещування відбуваються здебільшого між особинами, що не є близькими родичами. Завдяки цьому в популяції не накопичуються шкідливі мутації й вона процвітає. В популяціях з малою чисельністю переважають близькоспоріднені схрещування, збільшується фонд генетичних захворювань, популяція вироджується й у подальшому зникає. Зазвичай (принаймні у тварин) мінімальна чисельність популяції становить кілька сотень особин.

Стійкість екологічних систем зокрема і біосфери загалом значною мірою залежить від біологічного різноманіття. Чим воно більше, тим стійкіші екосистеми. Біологічне різноманіття — це інтегральне поняття, що описує варіабельність, властиву всім видам екосистем (водних та суходолу). Розрізняють генетичне, внутрішньовидове та видове різноманіття. Генетичне різноманіття — різноманіття генотипів рослин і тварин, внутрішньовидове — наявність різновидностей та популяцій у межах виду, видове — кількість та різноманіття видів на певній території. Біологічне різноманіття визначається різноманіттям окремих організмів за віком, статтю та життєвим станом, популяцій за структурними типами, генотипів, угруповань та екосистем. Основою стійкого існування екосистем є біологічне різноманіття.

Будь-яка популяція залежить не лише від генетичної різноманітності та пов'язаного з нею потоку генів, а й від факторів довкілля.

Між різними видами живих організмів існує безліч форм впливу один на одного. Основною формою такого впливу в більшості випадків є харчові зв'язки, на базі яких формуються складні ланцюги і ланки харчування. Крім харчових зв'язків, в угрупованнях рослинних і тваринних організмів виникають просторові зв'язки. Все це є підставою для формування біотичних комплексів. Виділяють різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими — від дуже сприятливих до різко негативних. Між представниками різних видів організмів, що населяють екосистему, крім нейтральних, можуть існувати наступні види зв'язків:

Конкуренція — боротьба між представниками різних видів за їжу, повітря, воду, світло, життєвий простір. Вона тим жорстокіша, чим більш споріднені й близькі за вимогами до умов середовища види організмів, що конкурують.

Мутуалізм — представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному, так комахи, збираючи нектар, запилюють квіти.

Коменсалізм — коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому, наприклад, рибка-прилипайко знаходить захист і живиться біля акул.

Мутуалізм і коменсалізм називають ще симбіозом.

Паразитизм — одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів (кліщі, блощиці, воші, глисти, омела, деякі гриби тощо).

Хижацтво — одні організми вбивають інших і живляться ними.

Алелопатія — одні організми виділяють речовини, шкідливі для інших, наприклад, фітонциди, що виділяються деякими вищими рослинами, пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів; токсини, що виділяються під час "цвітіння" води у водоймищах, отруйні для риби та інших тварин.

 

Екологічна ніша

Місце проживання (біотоп) — це адреса виду, а екологічна ніша — це рід його заняття. Екологічна ніша — діапазон (відповідно до абіотичних та біотичних факторів) умов, за яких живе і відтворює себе популяція. Більш загальним є таке формулювання: екологічна ніша — це загальна сума всіх вимог організму до умов існування, включаючи простір, який він займає, функціональну роль у співтоваристві (наприклад, трофічний статус) та його толерантність відносно факторів середовища — температури, вологості, кислотності, складу ґрунту та ін.

Просторова ніша, або ніша місцепроживання, може бути названа «адресою» організму. Трофічна ніша характеризує особливості живлення і, відповідно, роль організму у співтоваристві, ніби його «професію». Багатовимірна ніша — це ділянка гіперпростору, вимірами якого є різні екологічні фактори. Вона охоплює діапазони толерантності з кожного фактора.

Розрізняють фундаментальну (потенційну) і реалізовану ніші. У фундаментальній організм займає її за відсутності конкурентів, хижаків та інших ворогів, у якій фізичні умови оптимальні. Реалізована ніша — фактичний діапазон умов існування організму, який або менший, ніж у фундаментальній ніші, або дорівнює їй. Фундаментальну нішу називають ще преконкурентною, а реалізовану — постконкурентною.

Принцип Гаузе: два види не можуть займати одну й ту саму екологічну нішу

Явище розподілу екологічних ніш у результаті міжвидової конкуренції називають екологічною диверсифікацією. Екологічна диверсифікація між існуючими разом видами здебільшого здійснюється за такими параметрами: просторовим розміщенням, раціоном живлення та розподілом активності в часі. Досить одного з перелічених параметрів, аби послабилась чи повністю зникла конкуренція.

У природі особини кожного виду є об'єктами одночасно внутрішньовидової і міжвидової конкуренції. У разі посилення внутрішньовидової конкуренції відбувається диференціація виду. Останній займає більшу територію, поширюючись на менш сприятливі ділянки ареалу. Якщо переважає міжвидова конкуренція, то ареал зменшується до території з оптимальними умовами. Одночасно посилюється спеціалізація виду.

Багатовимірна ніша визначає екологічний діапазон певного виду стосовно факторів зовнішнього середовища. Діапазон значень будь-якого фактора, в межах якого вид здатний існувати, називають діапазоном толерантності.

Виділяють два основних механізми запобігання надмірному розвиткові конкретних популяцій: 1) за принципом зворотного зв'язку «популяція↔ре-сурси середовища»; 2) за моделями біотичних зв'язків — «жертва↔хижак», «хазяїн↔паразит».

 

Лекція № 3

Тема: "Кругообіг енергії та речовин у біосфері"

 

ПЛАН

3.1. Біосфера як відкрита термодинамічна система.

3.2 Трофічні ланцюги.

3.3. Загальні положення про кругообіг речовин у біосфері.

3.4. Екологічні катастрофи.

 

Трофічні ланцюги

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) — послідовність груп організмів, кожна з яких (ланка ланцюга) є поживою для наступної, тобто поєднана зв’язками їжа→споживач. На базі трофічних зв’язків виникають ланцюги живлення, що включають групи організмів, у яких одні поїдають інших. До будь-якої екосистеми

входить кілька трофічних рівнів або ланок ланцюга. На основі ланцюгів живлення складається екологічна піраміда.

Потік енергії в ланцюгах живлення залежить від довжини конкретного ланцюга, яка визначається кількістю трофічних рівнів. Продуценти, що синтезують органічну речовину, належать до першого трофічного рівня. Консументи, які поїдають органічну речовину продуцентів (травоїдні тварини) — до другого трофічного рівня; консументи, котрі поїдають фітофагів (хижаки, що полюють на травоїдних), перебувають на третьому рівні й т. д. Редуценти, які розкладають органічні речовини на мінеральні компоненти, перебувають на останньому трофічному рівні й завершують ланцюг живлення. Вони остаточно вивільняють енергію, зв'язану раніше продуцентами.

Поїдаючи або розкладаючи органічну речовину представників попереднього трофічного рівня, консументи чи редуценти дістають речовину й енергію, необхідні для процесів метаболізму, побудови й підтримання власного тіла. При цьому близько 90 % енергії, запасеної в спожитій органіці, розсіюється у вигляді тепла й лише в середньому 10 % використовується на побудову та підтримання тіла того, хто цю органічну речовину спожив. Наприклад, консументи першого порядку, які поїдають продуцентів, зберігають у вигляді органічної речовини свого тіла лише 10 % енергії, зв’язаної рослинами в процесі фотосинтезу; в тілі консумента другого порядку (зоофага) запасається тільки 1 % поглинутої сонячної енергії, а хижак, який живиться цим зоофагом (консумент третього порядку), в своїх клітинах містить лише 0,1 % сонячної енергії, зв'язаної рослинами. Продукти життєдіяльності й відмерлі тіла як продуцентів, так і консументів стають джерелом енергії для редуцентів — бактерій і грибів, що розкладають (мінералізують) цю органічну речовину й одержують від 0,01 до 10 % запасеної енергії Сонця залежно від того, до якого трофічного рівня належав об'єкт живлення. Через такі великі втрати енергії під час переходу її з одного трофічного рівня на наступний ланцюги живлення не можуть бути довгими й зазвичай налічують не більше ніж п’ять ланок: ланку продуцентів, одну-три ланки консументів, ланку редуцентів.

Правило екологічної піраміди: кількість рослинної маси приблизно в 10 разів більша за масу рослиноїдних тварин, а маса травоїдних у стільки ж разів більша за масу хижаків.

Ланцюг живлення можна уявити у вигляді піраміди чисел, фундамент якої становлять численні види рослин, наступні рівні утворюють рослиноїдні та м'ясоїдні тварини, чисельність яких швидко зменшується в напрямку до вершини, яку посідають нечисленні великі хижаки.

Загалом, виділяють три основних типи екологічних пірамід:

1. піраміда чисел показує чисельність окремих організмів;

2. піраміда біомаси характеризує загальну суху вагу, калорійність або іншу міру загальної кількості живої речовини;

3. піраміда енергії відповідає величині потоку енергії або "продуктивності" на послідовних трофічних рівнях.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими або частково оберненими, тобто основа може бути меншою, ніж один або кілька верхніх поверхів. Так буває, коли середні розміри продуцентів менші ніж розміри консументів.

Навпаки, екологічна енергетична піраміда завжди звужується догори за умови, що будуть враховані усі джерела енергії живлення в системі.

 

Екологічні катастрофи

Екологічні катастрофи — це надзвичайні кризові екологічні ситуації, що стали наслідком раптових істотних змін умов існування, різких змін фізичних, хімічних чи біологічних факторів, як окремих, так і разом узятих, які спричинили погіршення стану або загибель окремих живих істот, популяцій і навіть цілих екосистем.

Залежно від причин виникнення екологічні катастрофи бувають природні й антропогенні, а залежно від розмірів заподіяної шкоди й кількості негативних наслідків, тобто від масштабів скоєного лиха, — локальні, регіональні або глобальні.

Природні і антропогенні екологічні катастрофи в свою чергу, залежно від фактора-збудника, поділяються на космічні, тектонічні, метеорологічні, хімічні, фізичні та ін.

Раніше переважали природні екологічні катастрофи. За нашого часу кількість таких катастроф практично не змінилась, проте внаслідок людської діяльності зросла їхня потужність, що дедалі істотніше позначається на стані екосистем, окремих ландшафтів, регіонів, континентів і біосфери в цілому.

Природні екологічні катастрофи спричиняються екзогенними й ендогенними факторами, тобто зовнішніми навколоземними або космічними та внутрішніми силами Землі, зумовленими процесами в її надрах. Зовнішні та внутрішні сили тісно пов'язані між собою, розвиток одних часто стимулює появу інших.

До зовнішніх сил природи, здатних призвести до катастрофічних наслідків для екосистем, належать: зміни магнітного, електричного, гравітаційного полів і радіаційного поясу, спричинені явищами, що відбуваються в космічному просторі (спалахи наднових зірок, проходження поблизу Землі великих космічних тіл); падіння на Землю великих метеоритів; урагани; повені; цунамі; сильні посухи; страшні зливи; зсуви; осипи; селі; обвали.

До внутрішніх сил природи, здатних призвести до катастрофічних наслідків для екосистем, належать: виверження вулканів; землетруси; переміщення велетенських мас гірських порід через утворення в земній корі великих розломів тощо.

Наслідками найбільших катастроф були регіональні або глобальні кліматичні зміни, загибель багатьох живих істот, зміни розвитку різних видів, популяцій і родів, мутації організмів. Палеонтологам і палеогеографам добре відомі такі «критичні епохи» в розвитку біосфери — на початку й наприкінці палеозойської ери, на межі мезозою й кайнозою та ін.

Антропогенні екологічні катастрофи поділяють на катастрофи хімічного, фізичного, інженерно-геологічного, мілітаристичного та комплексного характеру.

Перше місце серед них належить катастрофам, пов'язаним із військовою діяльністю, війнами, масштабними випробуваннями ядерної зброї та військовими навчаннями, випробуваннями хімічної й бактеріологічної зброї.

До розвитку антропогенної глобальної екологічної й тісно пов'язаної з нею соціально-економічної кризи, які сьогодні загрожують існуванню нашої цивілізації, призвели, образно кажучи, два «вибухи» — демографічний, тобто різке зростання чисельності населення Землі за останні століття, й промислово-енергетичний, а також спричинені ними катастрофічні ресурсопоглинання й продукування відходів.

Лекція № 4

Тема: "Наукові основи безпеки життєдіяльності"

 

ПЛАН

4.1. Об’єкт, предмет та завдання безпеки життєдіяльності.

4.2. Безпека і небезпека.

4.3. Поняття ризику та основні методи його визначення.

4.4. Види ризиків.

4.5. Сутність концепції прийнятного ризику.

 

Безпека і небезпека

Основні визначення поняття "безпека":

1) це збалансований, за експертною оцінкою, стан людини, соціуму, держави, природних і антропогенний систем;

2) стан захищеності особи та суспільства від ризику зазнати шкоди;

3) прийнятний рівень ризику;

4) такий стан будь-якого об’єкту, за якого йому не загрожує небезпека.

Основні визначення поняття"небезпека":

1) це сукупність факторів, що діють постійно або виникають внаслідок певної ініціюючої події чи певного збігу обставин, які створюють загрозу для життя або благополуччя людей, об’єктів господарства чи навколишнього природного середовища;

2) це умова чи сит