Экологические компоненты экосистемы

Температура на поверхности земного  шара определяется температурным режимом  атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Известно, что количество тепла, падающего на горизонтальную по верхность, 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  меридианальной, 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.

 

     Литосфера - это твердая внешняя оболочка Земли, земная кора.  Мощность Земной коры под океаном - 5 - 20 км; под континентом - 70 км. В литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы.

Почва - это рыхлый поверхностный  горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшее свойство почвы - ее плодородие, которое определяется физическими и химическими свойствами почвы. Почва - трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и  микроорганизмов. Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения или превращения вещества почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых представляет профиль почвы. Во всех типах почв самый верхний горизонт имеет более или менее темный цвет, зависящий от количества органического вещества. Этот горизонт называется гумусовым или перегнойно-аккумулятивным. Он  может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, т.к. в нем осуществляются сложные обменные процессы, в результате которых образуются  элементы питания растений. Выше гумусового горизонта иногда располагается подстилка или дерн, состоящий из разлагающихся растительных остатков и способствующий накоплению влаги и питательных веществ в почве, а также влияющий на тепловой и воздушный режимы почвы. Под гумусовым горизонтом обычно залегает малоплодородный подзолистый горизонт вымывания (в черноземных и темных почвах  этот горизонт отсутствует). Еще глубже расположен иллювиальный горизонт (горизонт вмывания), в него вмываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Еще ниже залегает материнская горная подстилающая порода, на которой формируется почва. Все горизонты представляют собой смесь органических и минеральных элементов. Свыше 50% минерального состава почвы приходится на кремнезем ( Si02), около 1 - 25% - на глинозем ( Al2O3), 1 - 10% - на оксиды железа (Fe2O3), 0,1 - 5% - на оксиды магния, калия, фосфора, кальция (Mg0, К2О, P205, Са0). Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают углеводы (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза), белковые вещества, жиры, а также конечные продукты обмена у растений - воск, смолы, дубильные вещества. Органи-ческие остатки в почве разрушаются (минерализуются) с образованием более простых (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) веществ или превращаются в более сложные соединения - перегной, или гумус.     Одна из наиболее важных характеристик почвы - ее механический состав, т.е. содержание частиц разной величины. Установлены четыре  градации механического состава: песок, супесь, суглинок и глина. От  механического состава почвы зависят ее водопроницаемость, способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми и водными  свойствами. Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. ее насыщенность воздухом и способность к такому насыщению. Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений токсичными, другие - жизненно необходимыми. Концентрация ионов водорода (рН) в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. В известковых (рН 8) и засоленных почвах (рН 4) развивается только специфическая растительность. Обитающее в почве множество видов растительных и животных организмов  активно  влияет на  ее физико-химические характеристики.

 

     Гидросфера - это водная оболочка Земли. К ней относят: поверхностные и подземные воды, прямо или косвенно обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов, а также вода, выпадающая в виде осадков. Вода занимает преобладающую часть биосферы. Из 510 млн. км2  общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км2 (71%). Океан - главный приемник и аккумулятор солнечной энергии, поскольку вода обладает высокой теплопроводностью. Основными физическими свойствами водной среды являются ее плотность (в 800 раз выше плотности воздуха) и вязкость (выше воздушной в 55 раз). Кроме того, вода характеризуется подвижностью в пространстве, что способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических характеристик. Водные объекты характеризуются температурной стратификацией, т.е. изменением температуры воды по глубине. Температурный режим имеет существенные суточные, сезонные, годовые колебания, но в целом динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха. Световой режим воды под поверхностью определяется ее прозрачностью (мутностью). От этих свойств зависит фотосинтез бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества, которое возможно лишь в пределах эвфотической зоны, т.е. в том слое, где процессы синтеза преобладают над процессами дыхания. Мутность и прозрачность зависят от содержания в воде взвешенных веществ органического и минерального происхождения. Из наиболее значимых для живых организмов абиотических факторов в водных  объектах следует отметить соленость воды - содержание в ней растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их мало, причем преобладают карбонаты (до 80%). В океанической воде преобладают хлориды и отчасти сульфаты. В морской воде растворены практически все элементы периодической системы, включая металлы. Другая характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней растворенного кислорода и диоксида углерода. Особенно важен кислород, идущий на дыхание водных организмов. Жизнедеятельность и распространение организмов в воде зависят от концентрации ионов водорода (рН). Все обитатели воды - гидробионты приспособились к определенному уровню рН: одни предпочитают кислую, другие - щелочную, третьи - нейтральную среду. Изменение этих характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к гибели гидробионтов или к замещению одних видов другими.

 

 

 

3.Общие сведения о  строении Земли. Биосфера Земли.

 

 

 

     Сравнительно недавно - только в 16 веке - Николай Коперник понял, что наша Земля - это третья планета от Солнца. Если смотреть на Землю с Луны, то она будет совсем не похожа на те глобусы, к которым мы привыкли в школе. Вместо очертаний материков и океанов, которые так пестро раскрашены на глобусах, больше половины диска Земли будет занято причудливым и изменчивым узором каких-то белых пятен. Эти пятна - не что иное, как облака и тучи, закрывающие от постороннего взора расположенную под ними местность. В промежутках между ними можно будет разглядеть очертания берегов, контуры пустынь, лесов и особенно снегов, однако и там все это будет видно не особенно ясно из-за голубой воздушной дымки. Эта дымка хорошо известна всем, кто с возвышенности любовался далями, всем пилотам, летающим на больших высотах; получается она от сильного отражения голубых лучей слоями воздуха, в которых рассеивается солнечный свет. Вот это воздушно-облачное одеяние и является причиной того, что Земля отражает в пространство 40-50% падающих на нее солнечных лучей. Если смотреть на Землю с Венеры или Марса, то она будет казаться очень яркой звездой чуть-чуть голубоватого оттенка.

     Большую  часть поверхности Земли (до 71%) занимает Мировой океан . Средняя  глубина Мирового океана - 3900 м.  Существование осадочных пород,  возраст которых превосходит  3,5 млрд. лет, служит доказательством  существования на Земле обширных  водоемов уже в ту далекую пору. На современных континентах более распространены равнины, главным образом низменные, а горы - в особенности высокие - занимают незначительную часть поверхности планеты, так же как и глубоководные впадины на дне океанов. Форма Земли, как известно близкая к шарообразной, при более детальных измерениях оказывается очень сложной, даже если обрисовать ее ровной поверхностью океана (не искаженной приливами, ветрами, течениями) и условным продолжением этой поверхности под континенты. Неровности поддерживаются неравномерным распределением массы в недрах Земли.

Можно выделить несколько  отдельных слоев Земли, у которых  есть свои определенные химические и  сейсмические характеристики (толщина  в км):

1 - 40 Кора

40 - 400 Верхняя мантия

400 - 650 Переходная область

650 - 2890 Нижняя мантия

2890 - 5150 Внешнее ядро

5150 - 6378 Внутреннее ядро

Изменения коры значительны  по толщине. Под океанами она более  тонкая, чем под континентами. Внутреннее ядро и кора твердые, внешнее ядро и слои мантии полужидкие. Различные уровни отделяются друг от друга неоднородностями, которые хорошо определяются сейсмическими данными; наиболее известная из них - неоднородность Мохоровичича, располагающаяся между корой и верхней мантией.

Большая часть массы  Земли заключена в мантии; основная часть оставшейся массы приходится на в ядро, а масса той части, на которой мы обитаем, составляет крошечную долю от всей массы (масса в кг•1024):

Атмосфера 0,0000051

Океаны 0,0014

Кора 0,026

Мантия 4,043

Внешнее ядро 1,835

Внутреннее ядро 0,09675

Ядро, вероятно, состоит  в основном из железа (или никеля и железа), хотя возможно присутствие  и некоторых более легких элементов. Температура в центре ядра может  достигать 7500 K, а это больше, чем  температура поверхности Солнца. Нижняя мантия состоит из обычного кремния, магния и кислорода с небольшим количеством железа, кальция и алюминия. Верхняя мантия - это большей частью оливен и пироксен (железо-магниевые силикаты), кальций и алюминий. Эти данные мы получили только благодаря сейсмическим методам; образцы из верхней мантии достигают поверхности в виде вулканической лавы, но большая часть Земли для нас недостижима. Кора - это прежде всего кварц (кремниевая двуокись) и другие силикаты типа полевого шпата. Химический состав Земли (по массе) следующий:

Железо 34,6%

Кислород 29,5%

Кремний 15,2%

Магний 12,7%

Никель 2,4%

Сера 1,9%

Титан 0,05%

     Земля - самое плотное тело Солнечной системы. Земная поверхность очень молода. В относительно короткий (по астрономическим стандартам) период в 500 000 000 лет эрозия и тектонические процессы разрушили и создали заново большую часть поверхности Земли, уничтожив тем самым почти все следы ранней геологической поверхностни (типа кратеров, появившихся в результате столкновений). Возраст Земли - от 4.5 до 4.6 миллиардов лет, а возраст самых старых известных камней - приблизительно 4 миллиарда лет. Самые старые окаменелости живых организмов имеют возраст меньше чем 3.9 миллиардов лет. Земля – единственная планета, на которой вода может существовать в жидком виде на поверхности (хотя, возможно, на поверхности Титана есть жидкий этан или метан и жидкая вода под поверхностью Европы - спутника Юпитера). Жидкая вода, как мы знаем, необходима для жизни. Способность океанов сохранять тепло также очень важна в поддержании относительно устойчивой температуры Земли. Жидкая вода также ответственна за эрозию и выветривание континентов Земли - процесс, уникальный в солнечной системе сегодня (хотя, возможно, это произошло в прошлом на Марсе).Aтмосферу Земли составляет азот - на 77 %, кислород - 21 % со следами аргона, двуокиси углерода и воды. Когда Земля только формировалась, в ее атмосфере, возможно, было очень

 

 

      Содержание понятия биосферы не всегда было однозначным. Первоначально биосферами называли гипотетические глобулы (видимо под влиянием идей французских учёных XVIII века П. Л .  Мопертюи и особенно Ж. Л. Бюффона о бессмертных органических  молекулах), якобы составляющие живую основу всех организмов. Такое понимание продержалось во Франции до середины века.

      Существенно иное представление о биосфере сформулировал в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. В монографии «Происхождение Альп» Он говорит о «самостоятельной биосфере» как об особой оболочке Земли, образованной живыми организмами. Представление Зюсса о биосфере как об особой оболочке земли использовал и В. И. Вернадский (1926), вложив в него, однако, существенно иное, биогеохимическое, содержание. Биосфера, по Вернадскому, - область распространения жизни, включающая наряду с организмами и среду их обитания. В настоящее время оба понимания биосферы, по Зюссу и по Вернадскому, существуют. Н. В. Тимофеев-Ресовский предлагает говорить о биосфере в узком и широком понимании. Представляется более целесообразным употреблять это понятие, вкладывая в него смысл, приданный Вернадским, - область распространения жизни, используя для биосферы в «узком смысле» выражения: «совокупность организмов», «пленка жизни», «живой покров Земли», «биота», «биос».

      Верхняя граница биосферы, по Вернадскому (1965), проходит на высоте 15-20 км, охватывая всю тропосферу и нижнюю часть стратосферы: озон находится у полюсов в слое 8 –30 км., в тропиках 15-35 км. Снизу Биосфера ограниченна отложениями на дне океанов ( до глубины свыше 10 км.) и глубиной проникновения в недра Земли организмов и воды в жидком состоянии. Подстилающая литосфера, верхняя стратосфера, ионосфера и космическое пространство служат биосфере средой. Основной энергетический источник, обеспечивающий функционирование биосферы, - лучистая энергия Солнца. Таким образом, биосфера – это особая термодинамическая открытая оболочка Земли, вещество, энергетика и организация которой и обуславливаются взаимодействием её биотического и абиотического компонентов. Она, следовательно, включает совокупность организмов и их остатки, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, населённые организмами и изменяемые их деятельностью. Важнейшей функцией биосферы является регулярное, возрастающее во времени воссоздание живого вещества по численности, весу и количеству аккумулированной и удерживаемой энергии. Человек воспринимает эту функцию как биологическую продуктивность биосферы, её частей (океан, почвы, пресные воды) или её отдельных экосистем и биогеоценозов (дельты, луга, тайга, поля зерновых и т.д.).

     Вернадский  неоднократно подчёркивает, что ни один живой организм (и в том числе человек) в свободном состоянии на Земле не находится. Все организмы неразрывно и непрерывно связаны - прежде всего, питанием и дыханием - с окружающей их материально-энергетической средой. "В гуще, в интенсивности и в сложности современной жизни человек практически забывает, что он сам и всё человечество, от которого он не может быть отделён, неразрывно связаны с биосферой - с определённой частью планеты, на которой они живут".

 

 

 

     На всех  стадиях своего развития человек, был тесно связан с окружающим миром и для него понятия вода и жизнь - неразделимы. Загрязнение атмосферы, принявшее крупномасштабный характер, нанесло ущерб рекам, озерам, водохранилищам, почвам. Огромные площади сельскохозяйственных угодий подвергаются действию различных пестицидов и удобрений, растут территории сволок. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды прямо в реки. Стоки с полей также поступают в реки и озера. Все очистные сооружения не достаточно совершенны, чтобы обеззаразить все отходы жизни человека и производства. Многие заводы вредны тем, что их выбросы в атмосферу бывают часто ядовиты; мы меняем русло рек; высушиваем болота, нарушаем экологическое равновесие и это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях. Таким образом, возникают экологические последствия загрязнения. Важным показателем нарушения состояния экосистем являются изменения числа высших таксонов - рыб. И особо важно заметить, что большой урон природе наносят экологические бедствия, происходящие на Земле, также по вине человека. Охрана природы - задача нашего века, проблема ставшая социальной. Воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы…