Категория становления и развития экологии.

Категория становления и развития экологии.

Экология - это наука о взаимоотношении организма с окружающей средой.

1866 – термин предложен Э.Геккелем

Виды классификации:

1)по уровню организации

а) аутэкология или экология организмов. Исслед отдельные организмы, его индивидуальные связи со средой, изолиров от остальных компонентов системы

б) синэкология – экология сообществ. Биоценология. Комплексное изучение групп организмов, составляющие определенное единство (взаимоотношение сообществ, экосистем со средой)

в) демэкология – популяционная экология. Изучает взаимоотношения между организмами одного вида и средой обитания.

2)по объектам и средам

а) по объектам – экология человека, животных, экология микроорганизмов

б) по средам – экология пресных вод, экология моря, океана, суши.

в)по уровню организации – экология клетки, экология организма, экология сообществ

Три этапа в истории экологии.

От первобытности и античности до середины 2-ого тысячелетия. Зарождение экологии.
С эпохи Возрождения (14-16вв) до промышленной революции. Бурное развитие наук, много географических открытий. Переход от описания и фиксации информации к эксперименту, поиску закономерностей между процессами и явлениями. Важнейшей чертой биологии стал поиск количественных связей между условиями среды и жизненными процессами.
С промышленного периода и НТР – период становления экологии.

Предметы и задачи экологи. Термины и понятия.

Предмет экологии – совокупность связей между организмом и средой. Сюда относятся и все условия существования, как неорганические условия – климат, неорганическая пища, состав воды, почвы и т.д., так и органические – общие отношения организмов ко всем остальным организмам.

Основным понятием в экологии является «экосистема». Этот термин введен в употребление А. Тенсли в 1935 г. Под экосистемой понимают совокупность всех популяций разных видов, проживающих на одной общей территории, вместе с окружающей их неживой средой.

Основными свойствами экосистем являются: способность осуществлять круговорот веществ, противостояние внешним воздействиям, производство биологической продукции.

Обычно выделяют:

микроэкосистемы (например, ствол упавшего дерева);
мезоэкосистемы (например, лесной массив);
макроэкосистемы (например, тайга или море);
а также глобальную экосистему – биосферу.

Более крупные экосистемы при этом включают в себя экосистемы меньшего ранга.

Экосистемы (биогеоценозы) обычно состоят из двух блоков. Первый блок, «биоценоз», включает в себя взаимосвязанные организмы разных видов, второй блок, «биотоп», или «экотон», – среду обитания.

Каждый биоценоз включает в себя множество видов, но представленных не отдельными особями, а популяциями, иногда их частями. Популяция – это совокупность свободно и случайно скрещивающихся особей одного вида, проживающих на одной территории и существующее настолько долго, насколько сохраняется экологическая ниша данного вида. ( Экологическая ниша – требования живого организма к экологическим факторам окружающей среды и место, где эти требования выполняются).

Состав и структура биосферы. Закон ноосферы Вернадского.

Функции.

Биосфера – наружная оболочка земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы не живой природы, образующие среду обитания живых.

В.И. Вернадский основоположник учения о биосфере. Живое вещество рассматривается им, в качестве носителя свободной энергии в биосфере.

Биотические компоненты биосферы включают: фитосферу(растения), зоосферу(животных) и микробосферу(микроорганизмы).

Биосфера включает: нижнюю часть атмосферу, гидросферу, верхние горизонты литосферы.

Единство действия живого вещества в биосфере, считается одним из основных законов всего органического мира. В биосфере постоянно совершается «биогенная миграция» химических элементов из внешней среды в живое вещество, а из него в окружающую среду.

Биохимические процессы делятся на:

Связанные с питанием, дыханием, размножением;
Связанные с разрушением тела отмерших организмов.

Биосфера единственная система обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды, в той же степени, что естественные сообщества.

Сейчас биосфера превратилась в ноосферу. Данный этап развития биосферы рассматривается как ноогенез.

Закон ноосферы Вернадского: биосфера неизбежно превращается в ноосферу, то есть сферу где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы «человек – природа».

4. Среды жизни на нашей планете.

Среда – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие.

На нашей планете есть 4 среды жизни:

Вода – характеризуется своеобразием физико-химических свойств, которые благоприятны для жизни организма. Свойства воды: прозрачность, высокая удельная теплота, высокая теплопроводность, высокая плотность и вязкость, расширяется при замерзании, прекрасный растворитель, в ней большие перепады давление и очень слабая аэрация. Обитатели воды гидробионты.
Суша – характеризуется наличием воздуха, организмы называются аэробионтами. На суше низкая воздушная плотность, низкое давление, много света, характерные колебания температуры, влажность, ветер. Это сама сложная среда по экологическим условиям.
Почва – рыхлый поверхностный слой суши, контактирующий с литосферой и воздушной средой, представляет смесь минеральных веществ, полученных при распаде горных пород, под действие физических и химических агентов и органических веществ, возникших в результате разложения растительных и животных останков биологическими агентами. Эдафобиус – население почвы.
Организм. Паразитизм возник одновременно с жизнью. Паразиты = эндобионты. Плюсы: много питательного вещества, постоянная температура, защищенность от врагов. Минусы: ограниченное жизненное пространство, преодоление защитных реакций хозяина, мало света и воздуха.

Экологические факторы среды. Классификация.

Экологический фактор – любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм хотя бы на одном этапе его индивидуального развития, или любое условие среды на которое организм отвечает приспособительными реакциями.

Экологический фактор действует на организм посредством физических, химических и биотических сторон. Каждую сторону, качественно отличающуюся от другой, называют элементами действия среды или факторами.

Классификация экологических факторов:

Универсальные группы: климатические, эдафические, факторы водной среды. В природе существует общее взаимодействие факторов. Принцип обратной связи: выброс токсических веществ уничтожил лес – изменение микроклимата – изменение экосистемы.

1) Климатические факторы. Зависят от главных факторов: широты и положения континентов. Климатическая зональность привела к формированию биогеографических зон и поясов (зона тундр, зона степей, зона тайги, зона широколиственных лесов, зона пустынь и саванн, зона субтропических лесов, зона тропических лесов). В океане выделяются арктическо-антарктическая, бореальная, субтропическая и тропическо-экваториальная зоны. Есть множество вторичных факторов. Например, зоны муссонного климата, формирующие уникальный животный и растительный мир. Широта наиболее сильно сказывается на температуре. Положение континентов – причина сухости или влажности климата. Внутренние области суше периферийных, что сильно влияет на дифференциацию животных и растений на материках. Ветровой режим (составная часть климатического фактора) играет чрезвычайно важную роль в формировании жизненных форм растений.

Важнейшие климатические факторы: температура, влажность, свет.

Температура. Все живое – в температурном диапазоне – от 00 до 500 С. Это летальные температуры. Исключения. Космический холод. Эвритермные1 и стенотермные организмы. Холодолюбивые стенотермные и теплолюбивые стенотермные. Абиссальная среда (0˚ ) – самая постоянная среда. Биогеографическая зональность (арктические, бореальные, субтропические и тропические). Пойкилотермные организмы – холодноводные с непостоянной температурой. Температура тела приближается к температуре среды. Гомойотермные – теплокровные организмы с относительно постоянной внутренней температурой. Эти организмы обладают большими преимуществами в использовании среды.

Влажность. Вода в почве и вода в воздухе – факторы, имеющие огромное значение в жизни органического мира.

Гидробионты (водные) – обитают только в воде. Гидрофилы (гидрофиты) – очень влажные среды (лягушки, дождевые черви). Ксерофилы (ксерофиты) – обитатели засушливого климата.

Свет. Определяет существование автотрофных организмов (синтез хлорофилла), составляющих важнейший уровень в трофических цепях. Но есть растения и без хлорофилла (грибы, бактерии – сапрофиты, некоторые орхидеи).

2) Эдафические факторы. Все физические и химические свойства почв. Главным образом воздействуют на обитателей почв.

3) Факторы водной среды. Температура, давление, химический состав (кислород, соленость). По степени концентрации солей в водной среде организмы бывают: пресноводные, солоноводные, морские эвригалинные и стеногалинные (т.е. живущие в условиях широкого и узкого диапазона солености соответственно). По температурному фактору организмы подразделяются на холодноводных и тепловодных, а также группу космополитов. По образу жизни в водной среде (глубина, давление) организмы подразделены на планктонные, бентосные, глубоководные и мелководные.

Биотические факторы.

факторы живой среды, влияющие на жизнедеятельность организмов.

Беклемешев разделил биотические факторы на 4 группы:

топические — по изменению среды (разрывание почвы)

трофические — пищевые отношения (продуценты, консументы, редуценты)

фабрические — по жилищу (паразитические черви используют организм как среду обитания)

форические — по переносу (рак отшельник переносит актинию)

Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других организмов и всех вместе на среду обитания. Различают прямые и косвенные взаимоотношения между организмами.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции.

Популяция и ее виды.

Популяция –это совокупность свободно и случайно скрещивающихся особей одного вида, проживающих на одной территории, и существующих настолько долго, насколько сохранятся экологическая ниша данного вида. Основное свойство популяции – не статична.

Структура популяции:

Пространственная (свойства мест обитания): равномерная, ситуативная, групповая.
Половая ( количественное соотношение особей по полу.
Генетическая (разная степень генетического разнообразия)
Возрастная (количественное соотношение разных возрастных групп): предпродуктивный, репродуктивный, пострепродуктивный.
Поведенческая: одиночный образ жизни или групповой.

Статические показатели популяции:

Численность
Плотность

Динамические показатели популяции:

Рождаемость
Смертность
Скорость роста популяции

Популяционная структура видов:

Элементарная – совокупность особей, занимающих какой-то небольшой участок однородной территории.
Экологическая – население одного типа местообитания, характеризующееся общим ритмом биологических циклов и характером образа жизни.
Географическая – совокупность особей одного вида, населяющих территорию с однородными условиями существования и обладающих общим морфологическим типом и единым ритмом жизненных явлений и динамики населения.

Физиологическая продолжительность жизни – определяется только физиологическими возможностями.

Максимальная продолжительность жизни – до нее может дожить малая доля особей в реальных условиях.

Структура биогеоценоза.

12. Биотические связи в биогеоценозе:

Амменсализм – подавление одним видом другого.

Мутуализм – полезное сотрудничество для двух видов.

Хищничество – один вид атакует другой и питается частями его тела.

Паразитизм – один живет в другом, принося вред.

Комменсализм – совместное существование двух разных видов, одни извлекают пользу, другим ни пользы ни вреда.

Синойкия – сожительство, при котором особь одного вида использует особь другого вида как жилище, ни принося ни пользы, ни вреда.

Форезия – использование других организмов в качестве транспортного средства.

Энергетика и продукция экосистемы. Образование первичного органического вещества. Трофические цепи и трофические уровни

Энергетика экосистем: первичная и вторичная продукция. Продуктивность экосистем: (первичная продуктивность, дыхание, вторичная продуктивность). Биомасса.

Одно из важных свойств организмов их популяций и экосистем в целом способность создавать органическое вещество называется продукцией.

Первичная продукция – это продукция растений

Вторичная продукция – это продукция животных

Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии.

Энергия дыхания – это 12-20 % растительноядных, 75% плотоядных.

Эту энергию называют тратой на дыхание. Оценивают количеством СО2 выделенное организмом.

Скорость образования продукции на единице площади или объёма характеризует продуктивность экосистемы.

Различают первичную и вторичную продуктивность.

1) Первичная продуктивность – это скорость образования продукции продуцентами.

Какую-то часть продукции растения тратят на дыхание (R) процесс окисления, в результате чего как бы «сгорает» накопл при фотосинтезе органич вещества. Если из первичной продуктивности Р вычесть часть вещества израсходованного на дыхание R – получится чистая первичная продуктивность, то есть величина прироста растений, которая потребляется консументами и редуцентами.

2) Вторичная продуктивность – прирост массы гетеротроф за единицу времени, которая создается за счет чистой первичной продуктивности автотрофов.

Биомасса – вся живая органическая масса, которая содержится в экосистеме или её элементах вне зависимости от того за какой период она образуется.

Биосферные заповедники.

В 1970 г. на XVI сессии Генеральной конференции ЮНЕСКО (Организация Объединенных Нации по вопросам образования, науки и культуры) была принята международная программа «Человек и биосфера» - МАБ («Мап and Biosphere*). Эта программа утверждена в связи с возрастающим воздействием человека на окружающую природную среду. Она призвана обеспечить на основе комплексных фундаментальных исследований получение данных, необходимых для рационального использования природных ресурсов и управления процессами, протекающими в биосфере.

В рамках программы создана сеть охраняемых природных территорий, называемых биосферными заповедниками.

Биосферные заповедники - строго охраняемые значительные по размерам природные территории, не испытывающие прямых антропогенных воздействий. Они располагаются в наиболее типичных в природном отношении регионах Земли и образуют как бы мировую сеть эталонов биосферы до появления человека. Считается, что территория биосферного заповедника практически не испытывает локальных воздействий преобразованных человеком окружающих ландшафтов. Главное предназначение биосферных заповедников - сохранение в естественном виде природных экосистем и их генофонда, а также постоянный и всесторонний контроль за состоянием и ходом различных изменений, протекающих в биосфере (экологический мониторинг).

Основные задачи биосферных заповедников заключаются в сохранении разнообразия и целостности сообществ растений и животных в пределах природных экосистем, генетического разнообразия генофонда, проведении долгосрочных научных исследований в измененных и приближенных к естественным условиям.

Любой биосферный заповедник должен отвечать следующим основным требованиям:

■ быть типичным эталоном данной природной зоны;

■ обязательно иметь редкие виды растений или животных или уникальные комплексы на своей территории;

■ представлять пример гармонического развития природы при исторически сложившемся традиционном хозяйственном использовании данной территории;

■ иметь эффективную охрану территории и прочную базу для проведения долгосрочных научных исследований;

■ представлять эталон (нулевую точку, точку отсчета) для оценки изменений, протекающих в биосфере.

Все биосферные заповедники мира проектируются по единой принципиальной схеме, обязательной для всех заповедников такого ранга. Модель биосферного заповедника включает три зоны (рис. 9.1).

В центре - ядро заповедника, в котором охраняется биологическое разнообразие животных и растений. Здесь эволюция растительных и животных видов может происходить по возможности естественным способом. Это абсолютно заповедная территория, где запрещаются все виды хозяйственной деятельности и обеспечивается естественное развитие природных процессов. Всякое вмешательство человека, кроме проведения научных исследований, запрещено.

Вокруг ядра формируется более широкая буферная, или научно управляемая, зона. В этой охраняемой зоне частично разрешены те виды деятельности, которые совместимы с развитием устойчивых природных экосистем. Здесь ведется наблюдение за структурой и функционированием экосистемы, когда она подвергается различным видам антропогенного воздействия и использования. Чаще всего эта зона совпадает с границами заповедника.

За буферной идет охранная, или переходная, зона для снижения негативного влияния прилегающих хозяйственных территорий на природные комплексы заповедника. Режим ведения хозяйства в буферной зоне согласуется с администрацией заповедника.

Первые биосферные заповедники были организованы во второй половине 70-х гг. прошлого века. К 1984 г. их число в 58 странах мира составляло 226, к 1985 г. их стало 243 (60 стран), а к 1995 г. - 325 (82 страны мира). Как видно, число абсолютно заповедных участков на Земле постоянно растет.

16. Глобальные последствия антропогенной деятельности:

парниковый эффект представляет собой явление, при котором способность атмосферы пропускать необходимое ей количество солнечной энергии – ультрафиолетовых лучей, существенно снижается. Благодаря подобному явлению на поверхности нашей планеты, в нижних слоях атмосферы происходит значительное потепление, большее, чем в том случае, если бы атмосферы не было совсем. По мнению ученых, без атмосферы температура поверхности Земли составляла бы -17 градусов, в настоящее же время она составляет 15 градусов.

Вопреки некоторым мнениям, парниковый эффект – явление естественное и довольно полезное, так как без него жизни на Земле могло бы не быть. Также, достаточно интересным можно назвать тот факт, что парниковый эффект существует не только на Земле, но и на всех планетах, атмосфера которых состоит из подходящего газа. Например, на Венере атмосфера состоит из углекислого газа на 96%, а температура на этой планете составляет 450 градусов.

К сожалению, неправильных ход парникового эффекта может способствовать и возникновению негативных последствий. Тяжесть такого явления, особенно в краткие промежутки времени, препятствует нормальному функционированию жизни людей и других живых организмов. Все последствия глобального потепления предсказать практически невозможно, но всегда необходимо помнить о том, что изменение одного параметра неизбежно влечет за собой изменение другого, так как в природе все взаимосвязано. Среди последствий парникового эффекта можно отметить вымирание животных и растений, нехватка воды, истощение почвы, сокращение площадей, климатические аномалии.

Как показывает история изменений тяжелый парниковый эффект может стать причиной глобального потепления на Земле. Для того, чтобы достичь прежнего баланса, планете может понадобиться много лет, для восстановления организмов нужно еще больше времени, при этом вернуться к жизни смогут, конечно, не все.

Наиболее важными газами для создания парникового эффекта считаются метан, оксиды азота, двуокись углерода, озон и хлорфторуглерод.

Парниковый эффект может оказаться довольно опасным явлением в том случае, если изменение климата будет носить резкий, лавинообразный характер, конечного результата не сможет предсказать никто, однако, такие изменения однозначно окажут негативное влияние на жизнь людей.накопление СО2 приводит к появлению парникового эффекта.

ядерная зима - гипотетическое глобальное состояние климата Земли в результате широкомасштабной ядерной войны. Предполагается, что в результате выноса в стратосферу большого количества дыма и сажи, вызванного обширными пожарами при взрыве 30—40 % накопленных в мире ядерных боезарядов, температура на планете повсеместно снизится до арктической в результате существенного повышения количества отражённых солнечных лучей.

Возможность возникновения ядерной зимы предсказана Карлом Саганом[2] в США и Г. С. Голицыным в СССР, затем эта гипотеза была подтверждена модельными расчётами на ЭВМ В. В. Александрова. Эти работы получили широкий общественный резонанс в массовой прессе разных стран[5]. Впоследствии многие физики оспаривали достоверность и устойчивость полученных результатов, однако убедительного опровержения гипотеза не получила. Интересно высказывание Силарда: «Если бы ядерная зима была невозможна, её следовало бы выдумать».

Причины:

Нарушение прозрачности атмосферы
Антропогенное воздействие
Взрывы ядерного оружия
Извержение вулканов