Биосфера – глобальная природная экосистема Земли.

Биосфера – глобальная природная экосистема Земли.

Основные понятия

 

Одно из основных понятий экологии – биосфера – было введено биологом Ж. Б. Ламарком в начале ХIХ в. и определено в 1875 г. австрийским геологом Эдвардом Зюссом (1831–1914) как особая оболочка Земли, область распространения жизни. Современное оригинальное учение о биосфере было создано на основе идей великого русского естествоиспытателя академика В. И. Вернадского и представляет собой, пожалуй, экологическую многомерную концепцию, а не обычное научное понятие.

Биосфера - это наружная оболочка Земли, включающая как биоту, так и область ее обитания, распространения на земном шаре, с учетом не только природных абиотических сред, но и продуктов системного взаимодействия живого и косного вещества.

К природным абиотическим средам относят те части биосферы, где есть хотя бы следы жизни или продукты взаимодействия с ней. Такие условия выполняются в следующих средах:

   1. Нижние слои атмосферы (тропосфера, нижняя часть стратосферы – до высот около 20 км на экваторе) - там, где еще встречаются живые микроорганизмы. Остальные части атмосферы (стратосфера, мезосфера, ионосфера, экзосфера) не относятся к биосфере, так как в них все микроорганизмы уничтожаются УФ-излучением Солнца, не ослабленным на больших высотах озоновым защитным слоем.

   2. Верхние слои литосферы (земной коры), в которых на глубинах 3...4 км находили даже живые бактерии, а углеводороды и осадочные породы с останками живых организмов встречаются до глубин 11 км (на суше) и до 17 км - от поверхности океана. Основным же компонентом литосферы является почва, частично – осадочная порода. Гранитный, базальтовый слои, тем более – астеносфера, являющиеся частью литосферы, к биосфере не относятся.

3. Вся гидросфера (совокупность всех поверхностных и подземных вод, включающая Мировой океан, ледники, водяной атмосферный пар), в которой повсеместно распространены разнообразные живые организмы (хотя бы микроорганизмы).

4. Эниосфера (сфера природных полей и излучений, взаимодействующих с веществом и организмами, создающих при этом основные энергетические и информационные потоки), пронизывающая все остальные компоненты биосферы в их соответствующих средовых границах.

Таким образом, биосфера распространяется в атмосфере до высоты  20 км (в среднем). Ее верхняя граница определяется высотой локализации озонового слоя земли, выше которого невозможно существование живых организмов (вследствие поглощения озоном жесткого УФ-излучения). Биосфера занимает всю толщу гидросферы. В литосфере же микроорганизмы существуют не глубже 4 км, а биокосные и биогенные вещества расположены на глубинах не более 17 км (от поверхности океана), т. е. общая толщина биосферы в среднем не превышает 37 км, что составляет приблизительно 0,5 % от земного радиуса.

В наши дни человечество стало ведущим биологическим видом Земли, и при его активном воздействии биосфера с неизбежностью превращается в ноосферу. При этом в природу вводятся новые антропогенные факторы и среды, изучаемые в курсе экологии человека.

АУТЭКОЛОГИЯ

Предмет изучения аутэкологии

     Возьмем какой-либо один организм, мысленно изолировав его от остального мира организмов. Эта особь будет испытывать влияние определенного числа внешних факторов. Главными из них окажутся факторы, определяемые разным климатом, который господствует на поверхности нашей планеты: температура, влажность, освещенность, ветер и т. д. Раздел экологии – аутэкология изучает взаимоотношения одной особи с окружающей средой.

Таким образом, предметом аутэкологии является взаимодействие особи с окружающей средой и ее влияние на окружающую среду.

 

Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся свет, теплота, климат, погода, температура, вода, ветер, соленость, водородный показатель. Особую роль среди абиотических факторов играют химические биогены. Химические биогены обусловливают структуру живой материи, морфологию и физи-ологию организмов. Это углерод и его соединения с радикалом ОН, это химические элементы N, P, S, Na, K, Ca и др.

  Рассмотрим примеры абиотических факторов.

  1. Влажность воздуха – это величина, характеризующая содержание в воздухе водяного пара. Влажность является одним из важнейших экологических факторов. В атмосфере Земли 50 % всей влаги сосредоточено на высоте до двух километров. В метеорологии различают абсолютную и относительную влажность. Влажность влияет на жизненный цикл абсолютно всех обитающих на Земле организмов. Например, вспышки размножения многих видов насекомых приурочены к годам с низкими показателями влажности. Необычайно высокие урожаи шишек и семян у хвойных деревьев также приурочены к теплым и сухим годам.

  2. Осадки – это вода в каком-либо агрегатном состоянии, конденсирующаяся из атмосферы. Примерами осадков являются дождь, туман, снег, иней, лед. Количество осадков очень различается по районам Земли. В тропиках это значение может достигать 2000 мм в год, в пустынях – 0,18 мм в год.

  3. Ветер – это процесс перемещения воздушных масс. Причиной ветров является неравномерный нагрев земной поверхности и связанное с ним изменение атмосферного давления. В результате этого воздушные массы начинают перемещаться из зон с высоким давлением в зоны с низким давлением, порождая ветер. Ветер также оказывает непосредственное влияние на жизнедеятельность большинства организмов, живущих на поверхности земли или воды. Например, он способствует распространению семян растений, опылению многих видов древесных и цветочных растений. Ветер проявляет эффект синергизма при взаимодействии с фактором влажности и температуры, т. е. перечисленные факторы способны усиливать действие друг друга.

  4. Атмосферное давление – это сила, с которой атмосферный столб давит на предметы, находящиеся в толще атмосферы. Нормальным считается давление 760 мм рт. ст., что соответствует 101,3 кПа. Давление также влияет на жизнедеятельность большинства организмов на планете. Особенно сильно это влияние сказывается при расселении организмов на территориях с большими перепадами высот.

  5. Абиотические факторы почвенного покрова. Почвой называется рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Одним из основных свойств почвы является плодородие. Оно зависит от множества факторов, которые можно отнести к двум основным группам – физические и химические свойства почвы. В совокупности эти факторы называются эдафическими.

  6. Орографические факторы. Это факторы, определяемые рельефом местности. К таким факторам относятся перепад высот, особенности склона и т. д. Подобные факторы формируют комплекс микроклиматических условий. На уровне особи абиотические факторы влияют на поведение животных, изменяют трофические отношения и характер метаболизма, влияют на способность к размножению, скорость роста и продолжительность жизни. На уровне популяций абиотические факторы воздействуют на такие параметры, как рождаемость, смертность, среднюю продолжительность жизни особи, скорость роста популяции и пространственное распределение, динамику численности.

 

Биотические факторы

  Биотические факторы связаны с воздействием жизнедеятельности одних организмов на другие. К биотическим факторам относят также факторы почвенного покрова, представляющие собой совокупность биохимических процессов. Подобные факторы разделяют на действующие внутри вида (гомотипические ) и между видами (гетеротипические).

Гомотипические взаимодействия формируют механизмы поддержания оптимальной для данных условий существования плотности популяции. Они весьма сложны и разнообразны. Все их разнообразие можно свести к шести основным видам:

·  внутривидовая конкуренция: соревнование между организмами одного вида за одни и те же условия существования и размножения;

·  фактор скученности: изменение поведения и биохимии животных при образовании ими больших популяций;

·  эффект группы: влияние группы в целом и числа организмов в ней на физиологию, поведение, развитие и размножение особей;

·  эффект массы: воздействие роста популяции на свойства среды и организмов популяции;

·  дисперсия: процесс саморазреживания популяции на территории;

·  каннибализм: поедание особями одного и того же вида друг друга;  

·  стресс-реакция: состояние напряжения, выражающееся в поведении и изменении биохимии у особи при изменении условий обитания.

Гетеротипические взаимодействия весьма разнообразны. Выделяют следующие виды взаимодействий между видами:

·  нейтрализм: никакого взаимного влияния (примеры: синицы и сосны, лось и синица);

·  конкуренция: популяции имеют близкие требования к условиям среды, если стоят на одном трофическом уровне. В результате происходит взаимное ослабление популяций (примеры: деревья в лесу, хищники в одном биоценозе, культурные и сорные растения);

·  антагонизм: виды имеют идентичные требования к среде обитания, и одна из популяций будет неизбежно вытеснена (пример: узкопалый и широкопалый рак, американская и европейская норка, крысы и мыши);

·  аменсализм: одна популяция угнетает другую, но сама при этом не испытывает ничего со стороны второй. Часто угнетение проявляется в форме химического подавления (пример: ель и светолюбивая травянистая растительность, грецкий орех и виноград. Кустарник чапраль выделяет терпены, подавляющие рост соседних растений);

·  хищничество: вторая популяция отрицательно действует на первую, но сама при этом извлекает пользу. Хищники, как правило, крупнее жертвы. Этот тип взаимодействия приводит к циклическим колебаниям численности хищника и жертвы (пример: хищный клещ Typhlodromus и травоядный Eotetranychus);

·  паразитизм: взаимодействие аналогично предыдущему типу, паразит мельче хозяина, но превосходит его численно (пример: животные и глисты);

·  комменсализм: первая популяция извлекает пользу, а для второй взаимодействие безразлично (пример: квартирантство – эпифитные растения на деревьях, акула и рыба-прилипала; нахлебничество – белка и клест);

·  протокооперация: взаимодействие взаимополезное, но необязательное (пример: дуб и липа);

·  мутуализм: взаимодействие взаимополезное и обязательное (пример: насекомые и насекомоопыляемые растения);

·  симбиоз: взаимодействие взаимополезно, но с элементами паразитизма (пример: актиния и рак-отшельник).

 

БИОЦЕНОЛОГИЯ

Энергия

Солнца

 

CO2

                    

 

                           Фото–          

                       синтез

                                      Дыхание      Дыхание

                           

Вторичные консументы

Первичные консументы

Продуценты (автотрофы) отрофов)

                         Энергия                           Энергия

                             

 

 

 

 

 

 

                                                                                

                                                                                     

                                                                                                  Дыхание

 

Рис. 5.1. Трофическая цепь

 

Однако далеко не все организмы могут для удовлетворе­ния своих физиологических потребностей ограничиваться потреблением растительной пищи, строя белки своего тела непосредственно из бел­ков растений. Многим видам эволюция предопределила необходимость использования животных белков со специфичным набором аминокислот. Это – плотоядные животные. Они также являются консументами, но в отличие от растительноядных – консументами вторичными (или второго порядка). На этом трофическая цепь может не закончиться, и вторич­ный консумент может служить источником пищи для консумента треть­его порядка и т. д.

  Например, в дубовом лесу первичным образователем и накопите­лем вещества и энергии являются деревья дуба. Ими питаются расти­тельноядные насекомые, например гусеницы опасного вредителя из от­ряда бабочек – не-парного шелкопряда. Однако на гусеницу нападают дру­гие насекомые, откладывающие свои яйца в ее тело. Личинки таких насекомых-паразитов развиваются за счет питания тканями гусеницы. В свою очередь, эти паразиты могут поедаться другими насекомыми (вторичными паразитами). Таким образом, в экологической системе прослеживается четкая последовательность в развитии одних организ­мов за счет других, своего рода цепь, состоящая из различных звеньев. Но эта цепь в некоторых звеньях может видоизменяться, поскольку гусеницами могут питаться разные птицы. Цепи могут быть относительно простыми, короткими, например, “осина– заяц– лиса” и более сложными, например “трава–насекомые–лягушки–змеи– хищные пти­цы”. Разные трофические цепи связаны между собой общими звеньями в очень сложную систему, которая носит название трофической сети. Очевидно, что звенья, образующие трофическую сеть, неравнозначны, в первую очередь, с точки зрения занимаемого места. Поэтому в экологии принято говорить не просто о звеньях цепи, а об опреде­ленных трофических уровнях.

На первом уровне находятся зеленые растения – продуценты; следующий трофический уровень составляют растительноядные организмы; за ними следуют представители более высокого уровня – плотоядные организмы, которые, в свою очередь, служат источником питания для следующего уровня – плотоядных вто­рого порядка.

В процессе питания на всех трофических уровнях образуются от­ходы. Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья. Значительная часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает. В итоге, так или иначе, все созданное органичес­кое вещество должно замениться в результате минерализации органи­ки. Это происходит благодаря наличию в экосистеме особых трофичес­ких (детритных) цепей – цепей деструкторов, разрушителей. Эти деструкторы – пре­имущественно бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные – разлагают орга-нические остатки всех трофических уровней продуцен­тов и консументов до минеральных веществ. Разлагающиеся органичес­кие продукты жизнедея-тельности также служат пищей деструкторам. Эти организмы называются сапрофагами или биоредуцентами. Минеральные вещества, а также ди­оксид углерода, выделяющийся при дыхании сапрофагов, снова посту­пают в распоряжение продуцентов.

Трофическая цепь в биогеоценозе является одновременно энер­гетической цепью, т. е. последовательным упорядоченным потоком пе­редачи энергии Солнца от продуцентов ко всем остальным звеньям.

Консументы, питаясь органическим веществом продуцентов, получают от них энергию, частично идущую на построение собственного органического вещества и связывающуюся в молекулах соответствующих органических соединений, а частично расходуются на дыхание, тепло­отдачу, выполнение движений в процессе поиска пищи, ускользания от врагов и т. п.

Таким образом, в экосистеме происходит непрерывный обмен энергией между пищевыми уровнями, заключающийся в передаче ее от одного пищевого уровня к другому. В силу второго закона термодинамики этот процесс связан с рас­сеиванием энергии на каждом последующем звене, т. е. с ее потерями и возрастанием энтропии. Это рассеивание все время компенсируется поступлением энергии от Солнца.

В процессе жизнедеятельности сообщества создается и расходу­ется органическое вещество. Это значит, что каждая экологическая система обладает определенной продуктивностью. Продуктивность оце­нивают, соотнося массу вещества (продукцию) с некоторой единицей времени, т. е. рассматривая ее как скорость образования вещества (биомассы).

Продуктивность экологических систем и соотношение в них раз­личных трофических уровней принято выражать в форме трофических пирамид. Пер­вая пирамида была построена Ч. Элтоном и носит название пирамиды Элто-на, или пирамиды чисел. Пирамиды наглядно иллюстри­руют соотношение биомасс и эквивалентных им количеств энергии в каждом звене пищевой це-пи, используются в практических расчетах при обосновании, например, необ-ходимых площадей под сель­скохозяйственные культуры с тем, чтобы обеспе-чить кормами скот, а следовательно – потребность населения в животном белке.

Биосфера – глобальная природная экосистема Земли.

Основные понятия

 

Одно из основных понятий экологии – биосфера – было введено биологом Ж. Б. Ламарком в начале ХIХ в. и определено в 1875 г. австрийским геологом Эдвардом Зюссом (1831–1914) как особая оболочка Земли, область распространения жизни. Современное оригинальное учение о биосфере было создано на основе идей великого русского естествоиспытателя академика В. И. Вернадского и представляет собой, пожалуй, экологическую многомерную концепцию, а не обычное научное понятие.

Биосфера - это наружная оболочка Земли, включающая как биоту, так и область ее обитания, распространения на земном шаре, с учетом не только природных абиотических сред, но и продуктов системного взаимодействия живого и косного вещества.

К природным абиотическим средам относят те части биосферы, где есть хотя бы следы жизни или продукты взаимодействия с ней. Такие условия выполняются в следующих средах:

   1. Нижние слои атмосферы (тропосфера, нижняя часть стратосферы – до высот около 20 км на экваторе) - там, где еще встречаются живые микроорганизмы. Остальные части атмосферы (стратосфера, мезосфера, ионосфера, экзосфера) не относятся к биосфере, так как в них все микроорганизмы уничтожаются УФ-излучением Солнца, не ослабленным на больших высотах озоновым защитным слоем.

   2. Верхние слои литосферы (земной коры), в которых на глубинах 3...4 км находили даже живые бактерии, а углеводороды и осадочные породы с останками живых организмов встречаются до глубин 11 км (на суше) и до 17 км - от поверхности океана. Основным же компонентом литосферы является почва, частично – осадочная порода. Гранитный, базальтовый слои, тем более – астеносфера, являющиеся частью литосферы, к биосфере не относятся.

3. Вся гидросфера (совокупность всех поверхностных и подземных вод, включающая Мировой океан, ледники, водяной атмосферный пар), в которой повсеместно распространены разнообразные живые организмы (хотя бы микроорганизмы).

4. Эниосфера (сфера природных полей и излучений, взаимодействующих с веществом и организмами, создающих при этом основные энергетические и информационные потоки), пронизывающая все остальные компоненты биосферы в их соответствующих средовых границах.

Таким образом, биосфера распространяется в атмосфере до высоты  20 км (в среднем). Ее верхняя граница определяется высотой локализации озонового слоя земли, выше которого невозможно существование живых организмов (вследствие поглощения озоном жесткого УФ-излучения). Биосфера занимает всю толщу гидросферы. В литосфере же микроорганизмы существуют не глубже 4 км, а биокосные и биогенные вещества расположены на глубинах не более 17 км (от поверхности океана), т. е. общая толщина биосферы в среднем не превышает 37 км, что составляет приблизительно 0,5 % от земного радиуса.

В наши дни человечество стало ведущим биологическим видом Земли, и при его активном воздействии биосфера с неизбежностью превращается в ноосферу. При этом в природу вводятся новые антропогенные факторы и среды, изучаемые в курсе экологии человека.

АУТЭКОЛОГИЯ

1234Следующая ⇒

Поделиться: