Шпаргалка по "Экологии"

31. Продуцирование и разложение в природе

Фотосинтезирующие организмы, и лишь отчасти хемосин-тезирующие, создают органические вещества на Земле — продукцию — в количестве 100 млрд т/год и примерно такое же количество веществ должно превращаться в результате дыхания растений в углекислый газ и воду. Однако этот баланс неточен, так как известно, что в прошлые геологические эпохи создавался избыток органического вещества, в особенности 300 млн лет тому назад, что выразилось в накоплении в осадочных породах угля. Человечество использует это энергетическое сырье. 
Избыток образовался вследствие того, что в соотношении 02/С02 баланс сдвинулся в сторону С02 и заметная часть продуцированного вещества, хотя и очень небольшая, не расходовалась на дыхание и не разлагалась, а фоссилизировалась (окаменевала) и сохранялась в осадках. Сдвижение баланса в сторону повышения содержания кислорода около 100 млн лет назад сделало возможным эволюцию и существование высших форм жизни. 
Без процессов дыхания и разложения, так же как и без фотосинтеза, жизнь на Земле была бы невозможна.

Дыхание

Дыхание — это процесс окисления, который  еще в древности справедливо  сравнивали с горением. Благодаря  дыханию как бы «сгорает» накопленное  при фотосинтезе органическое вещество. 
Итак, дыхание — процесс гетеротрофный, приблизительно уравновешивающий автотрофное накопление органического вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение. 
Аэробное дыхание — процесс, обратный фотосинтезу, где окислитель — газообразный кислород присоединяет водород. Анаэробное дыхание происходит обычно в бескислородной среде и в каче^ве окислителя служат другие неорганические вещества, например сера. И наконец, брожение Щ такой анаэробный процесс, где окислителем становится само органическое вещество. 
Посредством процесса аэробного дыхания организмы получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток. Бескислородное дыхание — это основа жизнедеятельности сапрофагов (бактерии, дрожжи, плесневые грибы, простейшие). Аэробное дыхание превосходит, и значительно, анаэробное в скорости. 
Если поступление детрита (частичек отмершей органики) в почву или в донный осадок происходит в больших количествах, то бактерии, грибы, простейшие быстро расходуют кислород на его разложение, которое резко замедляется, но не останавливается вследствие «работы» организмов с анаэробным метаболизмом. 
Итак, в целом можно утверждать, что происходит некоторое отставание гетеротрофного разложения от продуцирования во времени. И, как было подчеркнуто выше, такое соотношение наблюдается на уровне биосферы. «Отставание гетеротрофной утилизации продуктов автотрофного метаболизма есть, следовательно, одно из важнейших свойств экосистемы» (Ю. Одум, 1975). Однако в результате деятельности человека это свойство находится под угрозой и прежде всего из-за непомерного потребления кислорода огромными двигателями и другими аппаратами, которое может привести к снижению продукции.

Разложение  детрита путем его физического  размельчения и биологического воздействия  и доведение его сапрофагами  до образования гумуса, гумификация, идет относительно быстро. Однако последний  этап, минерализация гумуса, — процесс  медленный, обусловливающий запаздывание разложения по сравнению с продуцированием. 
Кроме биотических факторов в разложении принимают участие и абиотические (пожары, которые можно считать «агентами разложения»). Но если бы мертвые организмы не разлагались гетеротрофными микроорганизмами и сапрофагами, для которых они служат пищей, все питательные вещества оказались бы в мертвых телах и никакая новая жизнь не могла бы возникать.

41. Живое вещество — совокупность ее живых организмов в биосфере. Термин введён В.И. Вернадским, который выделял живое вещество в ряду других типов веществ, слагающих биосферу (биогенное, косное, биокосное и др.) 
Живое вещество представляет собой ничтожную часть биосферы, однако именно живому веществу принадлежит, по мнению Вернадского, главная роль в формировании земной коры. В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества. 
 
Выделяют пять основных функций живого вещества: 
1.Энергетическая. Заключается в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ и передаче энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества. 
2.Концентрационная. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества. Выделяют два типа концентраций химических элементов живым веществом: а) массовое повышение концентраций элементов в среде, насыщенной этим элементов, например, серы и железа много в живом веществе в районах вулканизма; б) специфическую концентрацию того или иного элемента вне зависимости от среды. 
3.Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот. 
4.Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества). 
5.Транспортная. Перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. 
Место человека в биосфере определяется прежде всего тем, что человек, ввиду значительного отчуждения от остальной живой природы, благодаря большой численности и огромному надбиологическому потреблению природных ресурсов, стал по существу главной причиной нарушения равновесия в природе. 
Вместе с тем, сохраняя множество генетических связей с природой, человечество оказалось в ситуации острого противоречия между своим биологическим происхождением, биологической сущностью и антибиологическим поведением по отношению к окружающей природе, а через нее - и к самому себе. 
 
Газовая функция – основные газы, атмосферы азот и кислород являются газами биогенного происхождения, а подземные газы – продукт разложения отмершей органики. 
Концентрационная функция- организмы накапливают в себе многие химические элементы 
Окислительно-востановительная функция – организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или осаждения ряда элементов переменной валентности. 
Биохимическая функция – размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества. 
Биогеохимическая деятельность человека. 
Большой круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. 
H2O – 2000000 лет 
Круговорот имеет важнейшую роль в развитии формирования жизни. 
Резервуары и кругооборот воды. 
Круговорот углерода 
CO2 30-60 лет Масса углерода в аэкосфере – 3600 Гт, из них 600 Гт приходится на биомассу. 
Ежегодная биопродукция углерода – 60 Гт, столько же при дыхании и деструкции. 
Атмосферный O2 – 2000 лет Общее кол- во 1014 т. Биотический круговорот 160Гт/год. 
Особое место занимает реакция 
hv→O2← 2O; O+O2↔O3 
На образование О3 надо 5% солнечной энергии. 
Круговорот азота 
Азот входит в структуру белков. В экзосфере фиксация азота из воздуха осуществляется группами анаэробных и цианобактерий - 1 млрд. т в N2 в год. 
C4N=5541 
Круговорот фосфора 
Типичный осадочный биогеохимический цикл.

Биогеохимические  циклы – циркуляция в биосфере химических элементов и неорганических соединений по характерным путям из внешней среды в организмы, и из организмов во внешнюю среду. Такое перемещение элементов и неорганических соединений, необходимых для жизни, можно назвать круговоротом элементов питания.

При изучении круговорота  удобно выделять две части, или два  фактора: 

· резервный фонд – большая  масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент;  

· подвижный, или обменный, фонд, для которого характерен быстрый  обмен между органической и неорганической средой.

Для биосферы в целом можно  выделить два основных типа биогеохимических циклов: 

· круговорот газообразных веществ, с резервным фондом в атмосфере  или гидросфере; 

· осадочный цикл с резервным  фондом в земной коре.

 

51. Среда, окружающая человека в этих условиях, - это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно, по Н. Ф. Реймерсу, ее можно делить на собственно природную среду («дикую» природу) и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей - здания, асфальт дорог, искусственное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды). В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа - это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Помимо наземной части  ландшафта в орбиту хозяйственной  деятельности человека попадает и поверхностная  часть литосферы, которую принято  называть геологической средой. Геологическая  среда - это горные породы, подземные  воды, на которые оказывает воздействие  хозяйственная деятельность человека.

На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами. Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.

Таким образом, урбосистемы - это средоточие населения, жилых и промышленных зданий и сооружений, существование которых зависит от энергии горючих ископаемых и атомно-энергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.

Среда урбосистем как ее географическая и геологическая части, наиболее сильно изменена.

По сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации и реутилизации вовлекаемых в  оборот природных ресурсов, загрязнения  и очистки окружающей среды, здесь  происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и потока энергии в природных  экосистемах.

И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная  среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего  человечества. Здоровье человека - индикатор  качества этой среды.

61. Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению сэффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Суммарная энергия солнечного излучения, поглощаемого в единицу времени планетой радиусом   и сферическим альбедо   равна:

,

где   - солнечная постоянная, и   - расстояние до Солнца.

В соответствии с законом Стефана — Больцмана равновесное тепловое излучение   планеты с радиусом  , т. е. площадью излучающей поверхности  :

,

где   - эффективная температура планеты.

Количественно величина парникового  эффекта   определяется как разница между средней приповерхностной температурой атмосферы планеты   и её эффективной температурой  . Парниковый эффект существенен для планет с плотными атмосферами, содержащими газы, поглощающие излучение в инфракрасной области спектра, и пропорционален плотности атмосферы. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальными зонами планеты, так и между дневными и ночными температурами.

71. 1)           Жилые дома и бытовые предприятия. В числе

загрязняющих веществ преобладает  бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии,

строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы

домашнего обихода; мусор общественный учреждений – больниц, столовых, гостиниц,

магазинов и др. Вместе с  фекалиями  в почву нередко попадают болезнетворные

бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через  продукты

питания попадают в организм человека. В фекальных остатках могут содержаться

такие представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии,

туберкулеза, полиомиелита и др. Быстрота гибели в почве разных микроорганизмов

неодинакова. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время

сохраняться и даже размножаться в  почве и грунте. К ним относятся  возбудители

столбняка (до 12! лет), газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и некоторые

другие микробы. Почва является одним из важных факторов передачи яиц

гельминтов, определяя тем самым  возможность распространения ряда гельминтозов.

Некоторые гельминты – геогельминты (аскариды, власоглавы, анкилостомиды,

сторонгилиды, трихостронгилиды и др.) проходят одну из стадий своего развития в

почве и могут длительное время  сохранять жизнеспособность в ней. Так, например,

яйца аскарид могут сохранять  жизнеспособность в почве в условиях средней полосы

России – до 7-8 лет, Средней Азии – до 15 лет; яйца власоглавов –  от 1 до 3

лет.

2)           Промышленные предприятия. В твердых и жидких

промышленных отходах постоянно  присутствуют те или иные вещества, способные

оказывать токсическое воздействие  на живые организмы и их сообщества. Например,

в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и

тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду

цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и

искусственных локон образуются отходы бензола и фенола. Отходами

целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол,

скипидар, кубовые остатки.

3)           Теплоэнергетика. Помимо образования массы шлаков

при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу

сажи, несгоревших частиц, оксидов  серы,  в конце концов оказывающихся  в почве.

4)           Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты,

применяемые в сельском и лесном хозяйстве для защиты растений  от вредителей,

болезней и сорняков. Загрязнение  почв и нарушение нормального  круговорота

веществ происходит в результате недозированного применения минеральных

удобрений и пестицидов. Пестициды, с одной стороны, спасают урожай, защищают

сады, поля, леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность,

освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших

болезней (малярия, клещевой энцефалит  и др.), с другой стороны – разрушают

естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов,

отрицательно влияют на здоровье людей. Пестициды обладают рядом свойств,

усиливающих их отрицательное влияние  на окружающую среду. Технология применения

определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они  передаются по

цепям питания, долгое время циркулируют  по внешней среде, попадай из почвы  в

воду, из воды в планктон, затем  в организм рыбы и человека или  из воздуха и

почвы в растения, организм травоядных животных и человека.

Вместе с навозом в почву  нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца

гельминтов и другие вредные  организмы, которые через продукты питания

попадают в организм человека.

5)           Транспорт. При работе двигателей внутреннего

сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие

вещества, оседающие на поверхности  почвы или поглощаемые растениями. Каждый

автомобиль выбрасывает в атмосферу  в среднем в год 1 кг свинца в  виде аэрозоля.