Контрольная по экологии атмосферы и почв
Контрольная по экологии атмосферы и почв
Федеральное агентство по образованию
ФИЛИАЛ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
В г. ВЫБОРГЕ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1,2
по дисциплине
«ЭКОЛОГИЯ»
Выполнила Федотова Е.С.
Студент 3
курса
Группа
№ 6/1102
Специальность ЭиУПТГХ
Срок обучения 6 лет
Проверил______________
г. Выборг
2005 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
1. Атмосфера, ее состав и структура. Основные функции
атмосферы по отношению к живой природе.
3
2. Абиотические факторы среды.
4
3. Трофические уровни, цепи, сети.
Экологические пирамиды численности, биомассы, продуктивности.
8
4. Генетическая эволюция популяций под действием
естественных и антропогенных факторов.
10
Вариант 2
1. Эвтрофизация водоемов.
11
2. Принципы рационального использования природных ресурсов,
их значение для решения глобальных экологических проблем.
13
3. Экологические проблемы при строительстве и эксплуатации
гидроэлектростанций. 14
4. Междисциплинарное взаимодействие экологии с другими науками.
16
Список использованной литературы
18
1
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.
Состав атмосферы.
В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического
равновесия, что достигается деятельностью живых организмов.
На высоте 100 – 120 км чаще всего встречаются азот и кислород; на высоте
400 км находится кислород в атомарном состоянии (с одним свободным
электроном); на высоте 600 – 1600 км чаще всего встречают гелий; выше
преобладает водород.
В нижних слоях атмосферы (до 25 км) встречаются CO2, углеводороды CxHy,
диоксид серы SO2, оксиды азота NxOy и др.
Одной из характеристик атмосферы является влажность. Влажность
атмосферного воздуха определяется его насыщенностью водяными парами.
Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (1,5 - 2,0 км), где
концентрируется примерно 50 % влаги. Количество водяного пара в воздухе
зависит от его температуры: чем выше температура, тем больше влаги содержит
воздух. Однако при любой конкретной температуре воздуха существует
определенный предел его насыщения парами воды, который является
максимальным. Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимума,
и разность между максимальным и текущим насыщением носит название дефицита
влажности, или недостатка насыщения. Дефицит влажности — важнейший
экологический параметр, поскольку он характеризует сразу две величины:
температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и
наоборот. Известно, что повышение дефицита влажности в определенные отрезки
вегетационного периода способствует интенсивному плодоношению растений, а у
насекомых приводит к усиленному размножению вплоть до так называемых
демографических “вспышек”. На анализе динамики дефицита влажности основаны
многие способы прогнозирования различных явлений среди живых организмов.
Температура на поверхности земного шара определяется температурным
режимом атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Известно, что
количество тепла, падающего на горизонтальную поверхность, прямо
пропорционально синусу угла стояния Солнца над горизонтом, поэтому
наблюдаются суточные и сезонные колебания температуры. Чем выше широта
местности, тем больше угол наклона солнечных лучей и тем холоднее климат.
Одним из инструментов атмосферы, влияющих на экологию Земли, является
ветер. Причина возникновения ветра — неодинаковый нагрев земной
поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в
сторону меньшего давления, т.е. туда, где воздух более прогрет. Сила
вращения Земли воздействует на циркуляцию воздушных масс. В приземном слое
воздуха их движение оказывает влияние на все метеорологические элементы
климата: режим температуры, влажности, испарения с поверхности Земли и
транспирацию растений. Ветер — важнейший фактор переноса и распределения
примесей в атмосферном воздухе. Наблюдаются длительные периоды (циклы)
преобладающей атмосферной циркуляции продолжительностью в несколько
десятков лет. Эти циклы меридиональной, широтной циркуляции периодически
сменяются с востока на запад, с севера на юг, а также в противоположных
направлениях. С типами атмосферной циркуляции иногда связывают периоды
одновременной активности многих видов животных, например, периоды вспышек
массового размножения насекомых. Скорость и направление движения воздушных
масс могут изменяться в зависимости от рельефа, времени суток и других
факторов. Вертикальное движение масс воздуха — сложный природный процесс,
который может характеризоваться температурной стратификацией — изменением
температуры воздуха с высотой.
Давление атмосферы. Нормальным считается давление 1кПа,
соответствующее 750,1 мм рт.ст. В пределах земного шара существуют
постоянно области низкого и высокого давления, причем в одних и тех же
точках наблюдаются сезонные и суточные колебания давления. Различают
также морской и континентальный типы динамики давления. Периодически
возникающие области пониженного давления, характеризующиеся мощными
потоками воздуха, стремящегося по спирали к перемещающемуся в пространстве
центру, носят название циклонов. Циклоны отличаются неустойчивой погодой и
большим количеством осадков.
2
Абиотические факторы среды.
СРЕДА – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на
них прямое или косвенное воздействие.
Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы,
называются экологическими факторами.
Многообразие экологических факторов подразделяются на группы:
- абиотические
- биотические.
АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ - это комплекс условий неорганической
среды, влияющих на организм.
БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – это совокупность влияний.
АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.
Абиотический, или неживой, компонент среды подразделяется на
климатические, почвенные, топографические и другие физические факторы.
ИЗЛУЧЕНИЕ: СВЕТ.
Свет является одним из важнейших, а биотических факторов, особенно
для фотосинтезирующих зелёных растений. Солнце излучает в космическое
пространство громадное количество энергии.42% всей падающей радиации
отражается атмосферой в мировое пространство, 15% поглощается толщей
атмосферы и идёт на её нагревание и только 43% достигает земной
поверхности.
Среди солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, на
видимый свет приходится около 50% энергии, остальные 50% составляют
тепловые инфракрасные лучи и около 1% - ультрафиолетовые лучи. Видимые
лучи состоят из лучей разной окраски и имеют разную длину волн. С участием
видимого света у растений и животных протекают важнейшие процессы:
- фотосинтез
- транспирация
- фотопериодизм
- движение
- зрение у животных
- прочие процессы
Каждое место обитания характеризуется определённым световым режимом,
количества и качества света.
По отношению к свету различают экологические группы растений:
- световые, обитают на открытых местах с хорошей освещённостью;
- теневые, не выносят сильного освещения, живут в постоянной тени
под пологом леса;
- теневыносливые, живут при хорошем освещении, но легко переносят
незначительные затенения.
Интенсивность освещения влияет на активность животных, определяя среди
них виды, ведущие сумеречный, ночной и дневной образ жизни.
Освещение вызывает у растений ростовые движения, называемое
фототропизмом.
Движения Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и
ночи по сезонам года.
Уменьшение светового дня в конце лета ведёт к прекращению роста,
стимулирует отложение запасных питательных веществ организмов, вызывает у
животных осеннюю линьку, определяет сроки группирования в стаи, миграции,
переход в состояние покоя и спячки. Увеличение длины светового дня
стимулирует половую функцию у птиц, млекопитающих, определяет сроки
цветения у растений.
Доказана способность птиц к навигации, то есть астрономическим
источникам света.
ТЕМПЕРАТУРА.
Тепловой режим – важнейшее условие существования живых организмов, так
как все физиологические процессы в них возможны при определённых условиях.
Главным источником тепла является солнечное излучение.
Сила и характер воздействия солнечного излучения зависят от
географического положения, и является важными факторами, определяющими
климат региона.
Температура влияет на анатомо-морфологические особенности организмов; ход
физиологических процессов; их рост, развитие, поведение и во многих случаях
определяет географическое распространение растений и животных.
По отношению к температуре, как экологическому фактору, все организмы
подразделяются на группы:
- холодолюбивые, способные жить в условиях сравнительно низких
температур и не выносят высоких. Характерно для бактерий, грибов,
моллюсков, членистоногих, червей и других. Населяют холодные и
умеренные зоны.
- Теплолюбивые, жизнедеятельность которых приурочена к условиям довольно
высоких температур. Это обитатели жарких, тропических районов Земли.
Живые организмы способны существовать в определённом диапазоне
температур. Этот диапазон ограничен нижней летальной (смертельной) и
верхней летальной температурой.
Температура, наиболее благоприятна для жизнедеятельности и роста,
называется оптимальной и находится в пределах 20 – 28 градусах.
Растения и животные в ходе длительного эволюционного развития,
приспосабливаясь к периодическим изменениям температурных условий,
выработали в себе различную потребность к теплу в разные периоды жизни.
Крайне минимальные и максимальные температуры, за пределами которых
развитие организма не происходит, называют нижним и верхним
биологическим нулём или порогом развития.
Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за
пределы верхнего, получили название эффективных температур.
Живые организмы в процессе эволюции выработали различные формы адаптаций
к температуре, среди них морфологические, биохимические, физиологические,
поведенческие и так далее.
При всём многообразии приспособлений живых организмов к воздействию
неблагоприятных температурных условий выделяют пути:
- Активный. Усиление сопротивляемости, развитие регуляторных
способностей для возможности осуществления жизненных функций
организма.
- Пассивный. Подчинение жизненных функций организма ходу внешних
температур. Недостаток тепла вызывает угнетение жизнедеятельности, что
способствует экономному использованию энергетических запасов.
Выражается в снижении уровня обмена, замедлении скорости роста и
развития, способность впадать в спячку или оцепенение.
- Избегание неблагоприятных температурных воздействий. Это всеобщий
способ для всех организмов. Происходит выработка таких жизненных
циклов, когда наиболее уязвимые стадии развития проходят в самые по
температурным условиям благоприятные периоды года.
ВЛАЖНОСТЬ.
В жизни организмов вода выступает как важнейший экологический фактор.
Живых организмов, не содержащих воду, на Земле не найдено. Все
биохимические процессы ассимиляции и диссимиляции, газообмен в организме
осуществляются при наличии воды. Наземные организмы из–за постоянной потери
воды нуждаются в регулярном её пополнении. Поэтому у них в процессе
эволюции выработались приспособления, которые регулируют водный обмен и
обеспечивают экономное расходование влаги. Влажность среды нередко является
фактором, лимитирующим распространение и численность организмов на Земле.
Потребность разных видов растений в воде по периодам развития
неодинакова. Меняется она и в зависимости от климата и почвы.
Первостепенное значение во всех проявлениях жизнедеятельности имеет
водный обмен между организмом и внешней средой.
Важными в жизни организмов являются и особенности распространения влаги
по:
- сезонам в течение года;
- характер выпадающих осадков;
- степень насыщения воздуха и почвы водяными парами.
Влажность воздуха:
- обуславливает периодичность активной жизни организмов;
- сезонную динамику жизненных циклов;
- влияет на продолжительность развития, плодовитость и их смертность.
По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на
экологические группы:
- гигрофильные (влаголюбивые);
- мезофильные (предпочитающие умеренную влажность);
- ксерофильные (сухолюбивые).
Разделение организмов на данные группы относительно, так как у многих
видов степень потребности во влаге непостоянна в различных условиях и
неодинакова на разных стадиях развития организмов.
Температура и влажность являются ведущими климатическими факторами и
тесно взаимосвязаны между собой. Сочетание температуры и влажности часто
играет решающую роль в распределении растительности и животных.
АТМОСФЕРА И ТОПОГРАФИЯ.
Атмосферный воздух – это смесь различных газов. В его составе 78% азота;
20,9% кислорода; 0,9% аргона; 0,03% углекислого газа; 0,01% других газов.
Для живых организмов атмосферный воздух является источником кислорода для
дыхания и углекислоты для фотосинтеза, он защищает от вредных космических
излучений, способствует сохранению тепла на Земле.
В атмосфере происходят частично биогеохимические циклы, включающие
газообразные компоненты. Большое значение имеют и физические свойства
атмосферы. В атмосфере постоянно происходит циркуляция воздушных масс.
Главным топографическим фактором является высота. С высотой:
- снижается средние температуры;
- увеличивается суточный перепад температур;
- возрастает количество осадков;
- возрастают скорость ветра и интенсивность радиации;
- понижаются атмосферное давление и концентрация газов.
В зависимости от величины форм топографию и рельеф подразделяют:
- макрорельеф (горы, впадины);
- мезорельеф (холмы, овраги);
- микрорельеф (неровности, приствольные повышения).
Всё это оказывает влияние на растения и животных. В результате обычным
явлением стала вертикальная зональность.
ПРОЧИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.
К прочим физическим факторам относят:
- атмосферное электричество;
- огонь;
- шум;
- магнитное поле Земли;
- ионизирующие излучения.
Атмосферное электричество действует на живые организмы посредством
разрядов и ионизации воздуха. Известно губительное действие молний.
Электрические разряды синтезируют окись азота и обогащают им почву.
Шум для живых организмов несущественен, но может оказать и
существенное воздействие с усилением антропогенных влияний.
Наша планета Земля обладает магнитными свойствами. Около Земли создаётся
магнитосфера, которая задерживает солнечные частицы. Магнитные поля
оказывают влияния (часто положительные) и на живые существа.
Излучения с очень высокой энергией, которое способно выбивать электроны
из атомов и присоединять их к другим атомам с образованием пар
положительных и отрицательных ионов, называется ионизирующим изучением.
Существуют виды ионизирующего излучения:
- альфа – излучения.
- бета – излучения.
- Гамма – излучения.
- Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитное излучение,
очень близкое гамму – излучению.
Естественное ионизирующее излучение.
Складывается из трёх составляющихся:
- космическая радиация;
- излучение радиоактивных веществ, присутствующих в горных породах,
почве;
- излучения радиоактивных веществ, попадающих в органы с воздухом, пищей
и водой.
Ионизирующее излучение в окружающей среде значительно повысилось в
результате использования атомной энергии.
3. Трофические уровни, цепи, сети. Экологические пирамиды численности,
биомассы, продуктивности.
3
Трофические цепи, уровни и трофические сети.
Живые организмы, входящие в состав биоценоза в экосистеме, неодинаковы
с точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии. В отличие от
растений и бактерий животные не способны к реакциям фото- и хемосинтеза, а
вынуждены использовать солнечную анергию опосредованно — через органическое
вещество, созданное фото- и хемосинтетиками. Таким образом, в биоценозе
образуется цепочка последовательной передачи вещества и эквивалентной ему
энергии от одних организмов к другим или так называемая трофическая цепь
(от греческого “трофе” — питаюсь).
Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют
автотрофами. Так как, будучи автотрофами, они создают первичное
органическое вещество из неорганического, они являются продуцентами.
Организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных
компонентов, используют органику, созданную автотрофами, употребляя их в
пищу. Их называют гетеротрофами, что означает “питаемый другими”, а также
консументами (от лат. “консумо” — потребляю). Однако далеко не все
организмы для удовлетворения своих физиологических потребностей
ограничиваются потреблением растительной пищи, строя белки своего тела
непосредственно из белков растений. Плотоядные животные используют животные
белки со специфическим набором аминокислот. Они тоже являются
консументами, но, в отличие от растительноядных, — консументами вторичными,
или второго порядка. Но и на этом трофическая цепь не всегда
заканчивается, так как вторичный консумент может служить источником питания
для консумента третьего порядка и т.д. Но в одной трофической цепи не
бывает консументов выше пятого порядка вследствие рассеяния энергии.
В процессе питания на всех трофических уровнях появляются “отходы”.
Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья.
Значительная часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает.
В конечном итоге так или иначе созданное органическое вещество должно
частично или полностью замениться. Эта замена происходит благодаря особому
звену трофической цепи — редуцентами (от лат. “редукцио” — возврат). Эти
организмы — преимущественно бактерии, грибы, простейшие, мелкие
беспозвоночные — в процессе жизнедеятельности разлагают органические
остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов до минеральных
веществ. Минеральные вещества, а также диоксид углерода, выделяющийся при
дыхании редуцентов, вновь возвращаются к продуцентам.
Разные уровни питания в экосистеме называют трофическими уровнями.
Первый трофический уровень образуют продуценты, второй — первичные
консументы, третий — вторичные консументы и так далее. Многие животные
питаются более, чем на одном трофическом уровне, поедая как растения, так и
первичных консументов или как первичных консументов, так и вторичных. Таким
образом, в экологической системе компоненты биоценоза выполняют различные
экологические роли: фитоценоз автотрофен и состоит из продуцентов, в
биоценоз входят гетеротрофные консументы пяти уровней и редуценты, в
составе микробиоценоза — автотрофные хемосинтетики и гетеротрофные
редуценты. Но все они представляют собой звенья трофических цепей.
Разные трофические цепи, в свою очередь, связаны между собой общими
звеньями, образуя очень сложную систему, называемую трофической сетью.
Трофическая цепь в биогеоценозе есть одновременно цепь энергетическая,
т.е. последовательный упорядоченный поток передачи энергии Солнца от
продуцентов ко всем остальным звеньям. Поток энергии через экосистему можно
измерить в различных ее точках, установив тем самым, какое количество
солнечной энергии содержится в органических веществах, образованных в
процессе фотосинтеза; какую часть энергии, заключенной в растительном
материале, может использовать растительноядное животное; какую часть этой
энергии успевает использовать растительноядное, прежде, чем его съедает
плотоядное, и так далее, от одного трофического уровня к другому.
Экологические пирамиды
Трофическую структуру можно изобразить графически, т.е. в виде так
называемых экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень
продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершины
пирамиды. Существуют три основных типа пирамид:
1) пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне,
2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества, - общий
сухой вес, калорийность и т.д.
3) пирамида продукции, имеющая универсальный характер, показывающая
изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных
трофических уровнях.
Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность: количество
особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к
консументам, неуклонно уменьшается. В основе этой закономерности лежит:
1. для уравновешивания массы большого тела необходимо много маленьких
тел;
2. от низших трофических уровней к высшим теряется количество энергии;
3. обратная зависимость метаболизма от размера особей (чем мельче
организм, тем интенсивнее обмен веществ, тем выше скорость роста их
численности и биомассы).
Правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех
травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.
Для океана это правило недействительно – оно имеет перевернутый вид.
Для экосистемы океана характерна тенденция накапливания биомассы на высоких
уровнях, у хищников. Хищники живут долго и скорость оборота их генераций,
но у продуцентов (водорослей) оборачиваемость может в сотни раз превышать
запас биомассы. Их чистая продукция и здесь превышает продукцию,
поглощенную консументами, т.е. через уровень продуцентов проходит больше
энергии, чем через всех консументов.
Еще более совершенным влиянием трофических отношений на экосистему
должно быть правило пирамиды продукции (или энергии): на каждом предыдущем
трофическом уровне количество биомассы, созданной за единицу времени,
больше, чем на последующем.
Генетическая эволюция популяций под действием естественных и антропогенных
факторов.
4
Фотосинтез и его основополагающая роль для функционирования экосистем.
Растение не просто превращает углекислый газ в кислород. Углекислый газ
необходим растениям для жизни, он служит для них настоящей пищей (вместе с
водой и минеральными солями).
Воздушное питание растений называется фотосинтезом. Кислород в
процессе фотосинтеза выделяется в качестве необычного продукта.
Миллиарды лет назад на земле не было свободного кислорода. Весь
кислород, которым дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен
растениями в процессе фотосинтеза. Фотосинтез сумел изменить весь облик
нашей планеты!
Начиная с семидесятых годов прошлого столетия, крупные успехи в области
фотосинтеза были получены в России. Работами русских учёных Пуриевича,
Ивановского, Риктера, Иванова, Костычева были изучены многие стороны этого
процесса.
Процесс фотосинтеза слагается из целого ряда последовательных
реакций, часть которых протекает с поглощением световой энергии, а часть –
в темноте. Устойчивыми окончательными продуктами фотосинтеза являются
углеводы (сахара, а затем крахмал), органические кислоты, аминокислоты,
белки.
Фотосинтез при различных условиях протекает с разной интенсивностью.
Интенсивность фотосинтеза также зависит от фазы развития растения.
Максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается в фазе цветения.
Обычное содержание углекислоты в воздухе составляет 0,03% по объему.
Уменьшение содержания углекислоты в воздухе снижает интенсивность
фотосинтеза. Повышение содержания углекислоты до 0,5% увеличивает
интенсивность фотосинтеза почти пропорционально. Однако при дальнейшем
повышении содержания углекислоты, интенсивность фотосинтеза не возрастает,
а при 1% - растение страдает.
Значение фотосинтеза в природе.
Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет –
единственный на земле пищевой ресурс, энергия которого в соединении с
углекислым газом и водой, рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие
растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные
животные, ими питаются плотоядные и т.д., в конечном итоге растения,
«кормят» весь остальной живой мир, т.е. солнечная энергия через растения кА
бы передается всем организмам.
Фотосинтез – единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению ее
свободной энергии за счет внешнего источника. Запасенная в продуктах
фотосинтеза энергия – основной источник энергии для человечества.
Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150 млрд. тонн
органического вещества и выделяется около 200 млн. тонн свободного
кислорода.
Круговорот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в
фотосинтез, поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для
жизни на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации СО2,
предотвращая перегрев Земли вследствие так называемого «парникового
эффекта».
Поскольку зеленые растения представляют собой непосредственную или
опосредованную базу питания всех других гетеротрофных организмов,
фотосинтез удовлетворяет потребность в пище всего живого на нашей планете.
Он – важнейшая основа сельского и лесного хозяйства. Хотя возможности
воздействия на него еще не велики, но все же и они, в какой то мере
используются. При повышении концентрации углекислого газа в воздухе до 0,1%
(против 0,3% в естественной атмосфере) удалось, например, повысить
урожайность огурцов и томатов втрое.
Квадратный метр поверхности листьев в течение одного часа продуцирует
около одного грамма сахара; это значит, что все растения, по
приблизительной оценке, изымают из атмосферы от 100 до 200 млрд. тонн С в
год. Около 60% этого количества поглощают леса, занимающие 30% непокрытой
льдами поверхности суши, 32% - окультуренные земли, а оставшиеся 8% -
растения степей и пустынных мест, а также городов и поселков.
Зеленое растение способно не только использовать углекислый газ и
создавать сахар, но и превращать азотные соединения, и соединения серы в
вещества, слагающие его тело. Через корневую систему растение получает
растворенные в почвенной воде ионы нитратов и перерабатывает их в своих
клетках в аминокислоты – основные компоненты всех белковых соединений.
Компоненты жиров также возникают из соединений, образующихся в процессах
обмена веществ и энергии. Из жирных кислот и глицерина возникают жиры и
масла, которые служат для растения, главным образом, запасными веществами.
В семенах приблизительно 80% всех растений, в качестве богатого энергией
запасного вещества, содержатся жиры. Получение семян, жиров и масел играет
важную роль в сельскохозяйственной и пищевой промышленности.
Контрольная работа №2
1
Эвтрофизация водоемов.
Эвтрофизацией называется процесс обогащения водоема биогенами,
стимулирующими рост фитопланктона. Вначале в таком водоеме резко
увеличивается количество микроскопических водорослей. С увеличением
кормовой базы возрастает количество ракообразных, рыб и других водных
организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов. Оно
приводит к расходованию всех запасов кислорода, содержащегося в воде, и
накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется настолько, что он
становится непригодным для существования любых форморганизмов. Водоем
постепенно «умирает».
Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах,
прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов
достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.
От этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, сокращается концентрация
растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине рыбы и моллюски.
Озера с большим количеством биогенных элементов называют эвтрофными (от
греческих слов "eu" - "хорошо" и "trophe" - "пища"). К помутнению воды
ведут также и наносы, так как биогены, например нитрат-, фосфат- и калий-
ионы, прикрепляются к частицам глины и гумуса, следовательно, они неизбежно
сопутствуют наносам, и все источники последних одновременно служат
источниками биогенов.
Озера, подверженные эвтрофизации, иногда называют "мертвыми", но с
биологической точки зрения это неправильно, так как общая биопродуктивность
фитопланктона может быть значительно выше, чем у бентосной растительности.
В свою очередь им иногда питаются крупные популяции некоторых рыб,
избегающих глубоких, обедненных кислородом слоев воды. Значит, правильнее
рассматривать эвтрофизацию как смену сплошной, богатой видами экосистемы,
основанной на бентосной растительности, на простую, основанную на
фитопланктоне. Однако, поскольку эвтрофный водоем не доставляет
эстетического удовольствия от плавания, катания на лодках и рыбной ловли,
его можно считать "мертвым" с этой точки зрения. Кроме того, если озеро
служит источником питьевой воды, ее качеству грозит серьезная опасность:
клетки водорослей быстро забивают водоочистные фильтры и придают воде
неприятный вкус.
Естественная и антропогенная эвтрофизация
В геологических масштабах времени водоемы постепенно обогащаются
биогенами и заполняются поступающими с суши наносами. Таким образом,
эвтрофизация водоемов - составная часть естественного процесса. Люди
значительно ускорили его. За несколько десятилетий они привели к
изменениям, которые в природных условиях происходили бы тысячи лет. Поэтому
можно говорить об антропогенной эвтрофизации, вызванной и ускоренной
деятельностью человека, противопоставляя ее естественной.
Мы привыкли почти автоматически сваливать все связанные с загрязнением
проблемы на промышленный выброс ядовитых соединений. Однако эвтрофизация
вызывается тем, что всегда считалось безвредным, - почвенными частицами и
удобрениями.
Итак, причина эвтрофизации - поступление наносов и биогенов. Опыт
показывает, что если его сократить, существующие количества постепенно
стабилизируются или будут вынесены из системы. Значит, в водоеме могут со
временем восстановиться олиготрофные (бедные биогенами) условия.
Источники наносов и биогенов.
Источник всех наносов - почвенная эрозия. Где бы она ни происходила,
количество твердых осадков, выносимых ручьем и реками в озера, заливы,
эстуарии и, наконец, в океан, возрастает.
Основные источники эрозии: 1) пашни; 2) пастбища, страдающие от
перевыпаса; 3) площади, на которых сведен лес; 4) стройплощадки; 5)
карьеры; 6) овражная и береговая эрозия; 7) прочие источники: обнаженные
участки почвы вокруг школ, домов, магазинов, вдоль дорог, где земля после
застройки оголена, а растительность не восстановлена; такие участки обычно
не зарастают сами собой и непрерывно подвергаются эрозии. Каждый из них
может быть не очень большим, но в совокупности они дают значительную часть
наносов.
Основные источники биогенов: 1) наносы; 2) удобрения, вымываемые с
полей; 3) удобрения, вымываемые с газонов и из садов; 4) отходы
животноводства, смываемые с пастбищ, ферм, из конюшен и других мест
скопления животных, так как любые отходы животного происхождения, включая и
человеческие, - богатый источник биогенов; 5) смываемые из городов и
пригородов отходы домашних животных. Плотность последних в городах по
меньшей мере в 100 раз выше, чем в диких популяциях видов таких же размеров
в естественных экосистемах. Экскременты домашних животных наряду с
удобрениями, вымываемыми с газонов и из садов, делают поверхностный сток из
городских и пригородных районов одним из важнейших источников биогенов; 6)
канализационные стоки. 7) фосфатсодержащие детергенты. В водных экосистемах
фосфат часто является лимитирующим фактором, поэтому его содержание имеет
особое значение. 8) кислотные дожди. Они дают существенную часть азота,
поступающего в водоемы, так как азотная кислота - один из важнейших их
компонентов.
2
Принципы рационального использования природных ресурсов,
их значение для решения глобальных экологических проблем
Природопользование — общественно-производственная деятельность,
направленная на удовлетворение материальных и культурных потребностей
общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных
условий.
Природопользование включает в себя: а) охрану, возобновление и
воспроизводство природных ресурсов, их извлечение и переработку; б)
использование и ох рану природных условий среды жизни человека; в)
сохранение, восстановление и рациональное изменение экологического
равновесия природных систем; г) регуляцию воспроизводства человека и
численности людей.
Природопользование может быть нерациональным и рациональным.
Нерациональное природопользование не обеспечивает сохранение природно-
ресурсного потенциала, ведет к оскудению и ухудшению качества природной
среды, сопровождается загрязнением и истощением природных систем,
нарушением экологического равновесия и разрушением экосистем. Рациональное
природопользование означает комплексное научнообоснованное использование
природных богатств, при котором достигается максимально возможное
сохранение природо-ресурсного потенциала, при минимальном нарушении
способности экосистем к саморегуляции и самовосстановлению.
рациональное природопользование преследует двоякую цель:
— обеспечить такое состояние окружающей среды, при котором она смогла бы
удовлетворить наряду с материальными потребностями запросы эстетики и
отдыха;
— обеспечить возможность непрерывного получения урожая полезных растений,
производства животных и различных материалов путем установления
сбалансированного цикла использования и возобновления.
В нынешний, современный этап развития проблемы охраны окружающей
природной среды рождается новое понятие — экологическая безопасность, под
которым понимается состояние защищенности жизненно важных экологических
интересов человека и прежде всего его прав на благоприятную окружающую
природную среду..
Экологически обоснованное рациональное природопользование должно
заключаться в максимально возможном повышении пределов и достижении высокой
продуктивности всех звеньев трофических цепей
Нерациональное природопользование в конечном счете ведет к
экологическому кризису, а экологически сбалансированное природопользование
создает предпосылки для выхода из него.
Выход из глобального экологического кризиса — важнейшая научная и
практическая проблема современности. Над ее решением работают тысячи
ученых, политиков, специалистов практиков во всех странах мира.
Преодоление экологического кризиса возможно лишь при условии
гармоничного развития природы и человека, снятии антагонизма между ними.
Это достижимо лишь на основе реализации «триединства естественной природы,
общества и природы очеловеченной», на путях устойчивого развития общества,
комплексного подхода к решению природоохранных проблем.
Наиболее общим принципом, или правилом охраны окружающей среды,
необходимо считать следующий: глобальный исходный природно-ресурсный
потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается, что требует
от человечества научно-технического совершенствования, направленного на
более широкое и полное использование это го потенциала.
Из этого закона следует другой основополагающий принцип охраны природы
и среды жизни: экологичное — экономичное т. е. чем рачительнее подход к
природным ресурсам и среде обитания, тем меньше требуется энергетических и
других затрат. Воспроизводство природно-ресурсного потенциала и
усилия на его воплощение должны быть сопоставимы с экономическими
результатами эксплуатации природы.
Еще одно важнейшее экологическое правило — все компоненты природной
среды — атмосферный воздух, воды, почву и др. — охранять надо не по
отдельности, а в целом, как единые природные экосистемы биосферы. Только
при таком экологическом подходе возможно обеспечить сохранение ландшафтов,
недр, генофонда животных и растений.
основными принципами охраны окружающей среды являются следующие:
— приоритет охраны жизни и здоровья человека;
— научно-обоснованное сочетание экологических и экономических интересов;
— рациональное и неистощительное использование природных ресурсов;
— платность природопользования;
— соблюдение требований природоохранительного законодательства,
неотвратимость ответственности за его нарушение;
— гласность в работе экологических организаций и тесная связь их с
общественными объединениями и населением в решении природоохранных задач;
— международное сотрудничество в области охраны окружающей природной среды
Экологический кризис не является неизбежным и закономерным порождением
научно-технического прогресса, он обусловлен как у нас в стране, так и в
других странах мира комплексом причин объективного и субъективного
характера.
3
Влияние водохранилищ и гидроэлектростанций на природную среду.
Обострение экологической ситуации в мире послужило поводом для
возобновления дискуссий по проблемам экологии в гидроэнергетике,
отличающейся большой агрессивностью.
Из-за большой площади зеркал водохранилищ наиболее крупных ГЭС России
(Саяно-Шушенская, Красноярская, Усть-Илимская) ущерб наносимый природе
значителен. Наиболее значимым фактором воздействия крупных
гидроэлектростанций на экосистему водосброса является создание водохранилищ
и затопление земель. Это вызывает изменение видового состава, численности
биомассы растений, животных, формирование новых биоценозов.
Эффективным способом уменьшения затопления территорий является
увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора
и, следовательно, зеркала водохранилищ. Несмотря на снижение энергетических
показателей и уменьшение регулирующих возможностей возрастания стоимости,
низко напорные гидроузлы, обеспечивающие минимальные затопления земель,
лежат в основе всех современных разработок.
Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой
качества водной среды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не
технологическими процессами производства электроэнергии на ГЭС (объемы
загрязнений, поступающие со сточными водами ГЭС, составляют ничтожно малую
долю в общей массе загрязнений хозяйственного комплекса), а низкое качество
санитарно-технических работ при создании водохранилищ и сброс неочищенных
стоков в водные объекты.
В водохранилищах задерживается большая часть питательных веществ,
приносимых реками. В теплую погоду водоросли способны массами размножаться
в поверхностных слоях обогащенного питательными веществами, или эвтрофного,
водохранилища. В ходе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества
из водохранилища и производят большое количество кислорода. Отмершие
водоросли придают воде неприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно
и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение,
"цветение" водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах стран СНГ
делает их воду непригодной ни для промышленного использования, ни для
хозяйственных нужд.
В первые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много
разложившейся растительности, а "новый" грунт может резко снизить уровень
кислорода в воде. Гниение органических веществ может привести к выделению
огромного количества парниковых газов - метана и двуокиси углерода.
Водохранилища часто "созревают" десятилетиями или дольше, а в тропиках
этот процесс длится столетиями - пока разложится большая часть всей
органики.
Очистка затопляемой зоны от растительности смягчила бы проблему, но
поскольку она трудна и дорога, очистку проводят лишь частично.
В то же время опят эксплуатации водохранилищ показал, что вследствие
увеличения времени пребывания воды в водоеме общий эффект самоочищения в
них в большинстве случаев выше, чем в реках. Водохранилища существенно
сглаживают амплитуду колебания показателей качества воды. Резко снижают их
пиковые значения.
Если вопрос о положительном или отрицательном влиянии водохранилищ на
качество воды до сих пор остается спорным, то негативное влияние
неочищенных стоков, бесспорно. Большие объемы воды и высокий эффект
самоочищения в водохранилищах побуждают к строительству предприятий без
должной очистки стоков, что превращает водохранилища в огромные отстойники
сточных вод.
Кроме загрязнения объективным показателем качества является состояние
обитающих в воде живых организмов. Наиболее тесно связаны с водными массами
планктонные организмы. При транзите через зарегулированный поток с
каскадами водохранилищ планктонные сообщества (ценозы) претерпевают сложные
изменения, обусловленные поочередным попаданием планктонных организмов то в
озерные условия (верхний бьеф), то в речные (нижний бьеф). В условиях
верхнего бьефа формируется планктобиоценоз озерного типа, а в условиях
нижнего – речного. Эти плактоценозы отличаются объемами продуцируемого
органического вещества, плотностью и биомассой организмов, видовым составом
и другими показателями. Как правило, организмы сообществ озерного типа не
приспособлены к жизни в реке. В речных условиях течение даже средней силы
оказывает губительное влияние на озерные виды организмов. На структуру и
динамику планктона влияют и сами гидротехнические сооружения, т.к. при
преодолении гидроагрегатов планктон подвергается разрушению.
И все же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует
отметить жизнесберегающую функцию ГЭС. Так выработка каждого млрд.кВт*ч
электроэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения
на 100-226 чел/год.
4
Междисциплинарное взаимодействие экологии с другими науками.
Экология (от греч. «ойкос — дом, жилище и «логос» — учение) — наука,
изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между
организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология
развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с
другими естественными науками — химией, физикой, геологией, географией,
почвоведением, математикой.
Предметом экологии является совокупность или структура связей между
организмами и средой. Главный объект изучения в экологии — экосистемы, т.
е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой
обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных
видов организмов (организменный уровень), их популяций, т. е. совокупностей
особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом
(биосферный уровень).
Основной, традиционной, частью экологии как биологической науки
экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых
организмов и среды (включая человека как биологическое существо).
В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:
аутэкологию, популяционную экологию, синэкологию (биоценологию)
для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ
в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического
свойства — изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к
окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы и т. д.
Современная экология не ограничивается только рамками биологической
дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она
пре вращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы
взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность
этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах
всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических и
гуманитарных наук.
Например, на стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается
развитие таких новых направлений, как инженерная экология, геоэкология,
математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая
экология и т.д.
Экологическими проблемами Земли как планеты занимается интенсивно
развивающаяся глобальная экология, основным объектом изучения которой
является биосфера как глобальная экосистема. В настоящее время появились и
такие специальные дисциплины, как социальная экология, изучающая
взаимоотношения в системе «человеческое общество — природа», и ее часть —
экология человека (антропоэкология), в которой рассматривается
взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.
Современная экология тесно связана с политикой экономикой, правом
(включая международное право), психологией и педагогикой, так как только в
союзе с ними возможно преодолеть технократическую парадигму мышления,
свойственную ХХ в., и выработать новый тип экологического сознания,
коренным образом меняющий поведение людей по отношению к природе.
О тесной связи экономики и экологии говорит даже название этих наук. Оба
названия произошли от греческого слова «ойкос». Однако до сих пор само
понятие «дом» в этих науках не совпадало.
В своём стремлении найти пути наиболее выгодного ведения хозяйства
экономика не учитывала в затратах ущерба, наносимого природе. Наибольшую
прибыль получал тот, кто наиболее безжалостно использовал природу как
источник природных ресурсов и резервуар для отходов производства.
Отсутствие материальной заинтересованности производителей в бережном
отношении к природе и соответственно недостаточность денежных средств,
выделяемых для защиты окружающей среды, - одна из основных причин доведения
последней до кризисного состояния. И только тогда, когда это состояние
стало оказывать ощутимое отрицательное влияние на условия производства
продукции и получения прибыли, в поле зрения экономики стали входить
экологические проблемы.
Это отрицательное влияние проявляется в истощении наиболее доступных
месторождений полезных ископаемых, что ведёт к удорожанию сырья и
материалов; ухудшению здоровья работников, что отражается на
производительности их труда; ухудшению работы оборудования и качества
продукции вследствие загрязнённости воздуха и воды, используемых в
производстве; снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Только при взаимосвязанном развитии естественных и гуманитарных
наук, техники и экологической культуры возможно построение ноосферы. Только
интегрированная наука может подсказать приемлемый путь перехода от
цивилизации покорения природы, где прогресс отождествляется с экономическим
ростом, к природоохранной цивилизации, где прогрессивным будет считаться
только такое развитие, которое обеспечивает действие принципа эволюции
общества и природы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Т. А. Дёмина Экология, природопользование, охрана окружающей среды
М., Аспект Пресс, 1996
2. Охрана окружающей среды. Под ред. С.В. Белова. — М., 1991
3. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Водоотводящие
системы промышленных предприятий. — М., 1990.
4. В.И.Коробкин, Л.В.Передельский Экология, Ростов н/Д 2000.
5. Реймерс Н.Ф. Природопользование (словарь-справочник). - М.: Мысль,
1990. .