Исходные понятия

Экология — наука об эволюционно сложившихся взаимоотношениях организмов между собой и средой обитания.

Экосистема — совокупность совместно обитающих организмов разных видов, связанных между собой потоками вещества и энергии (природные, искусственные — различного масштаба и месторасположения, в том числе технические сооружения, например космические станции).

Биоценозы совокупности взаимосвязанных групп организмов, образующих устойчивые экологические системы.

Биотоп (экотоп) — относительно однородная но абиотическим факторам область суши или водоема, занятая определенным биоценозом (биотоп в комплексе с биоценозом формирует биогеоценоз).

Биогеоценоз — эволюционно сложившаяся пространственно ограниченная длительно самоподдерживающаяся и саморегулирующаяся природная система функционально связанных живых организмов и окружающей их абиотической среды.

Экотон — переходная зона между биогеоценозами. Характеризуется значительно более выраженным разнообразием условий (по сравнению с каждым из смежных биогеоценозов) и, соответственно, экологических ниш. В области экотона наблюдается так называемый краевой эффект — повышение числа видов, численности особей в них, интенсификация всех биологических процессов.

Биом — совокупность видов живых организмов и окружающей их среды, составляющая экологическую систему определенной ландшафтно-географической зоны (тундра, хвойные леса, лесостепь, саванна, влажные тропические леса).

Наша планета Земля покрыта оболочками. Выделяют следующие оболочки.

  • 1. Литосфера (толщина около 25 км):
    • • верхний слой — осадочные породы и гранит;
    • • нижний слой — базальт.
  • 2. Гидросфера. Ее составляет Мировой океан; глубина — более 11 км.
  • 3. Атмосфера состоит из следующих частей.

Тропосфера (верхняя граница — 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16 км — в тропических широтах). В ней возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты с градиентом 0,65 °С/100 м.

Стратосфера (11—50 км). На высоте 45 км — озоновый экран, который поглощает 97% ультрафиолетовой части солнечной радиации. В озоновой области наблюдается повышение температуры до 0—10°С. Характеризуется очень низким содержанием паров воды, выраженным повышением температуры с высотой, высокой скоростью ветров (до 80—100 м/с).

Мезосфера (50—90 км). На высоте около 60 км нарастание температуры достигает максимума, после чего она начинает убывать до -70...-80° и ниже; повышение температуры связывают с поглощением солнечного излучения озоновым слоем.

Термосфера (до 700—800 км) — область возникновения полярных сияний — феномена, в основе которого лежит процесс ионизации воздуха под действием ультрафиолетовой и рентгеновской составляющих солнечной радиации.

Экзосфера (800—3000 км) представляет собой смесь сильно разреженных газов, частицы которого постепенно мигрируют в межпланетное пространство; на высоте 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, заполненный атомами водорода, пылевидными частицами кометного и метеорного происхождения и пронизанный электромагнитным излучением и корпускулярной радиацией.

4. Биосфера — часть оболочек Земли, заселенная и преобразуемая живыми организмами (живая оболочка Земли). Учение о биосфере разработал выдающийся русский ученый академик

В. И. Вернадский.

Границы биосферы определяются зонами, в которых значения факторов внешней среды достигают таких величин, при которых существование живых организмов становится невозможным (рис. 15.1).

Распространение живых существ в биосфере

Рис. 15.1. Распространение живых существ в биосфере:

1 — озоновый слой; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 — обитаемые пещеры; 5 — нефтяные скважины, заселенные микроорганизмами

Результаты исследований, выполненных за последние годы, дают основания для расширения границ биосферы. Так, в пробах воздуха, полученных на высотах 20—41 км, обнаружены споры 12 видов бактерий (из них 3 ранее неизвестных, отличающихся очень высокой устойчивостью к ультрафиолету) и 6 видов грибов. Пересматриваются также значения нижней границы биосферы.

Установлено, что в литосфере на глубинах 0,4—2,8 км обитает значительное число бактерий-хемосинтетиков. Среди них большой интерес представляют реликтовые микробные сообщества, способные к автономному (в отрыве от остальной биосферы) существованию на протяжении миллионов лет. Одна из таких микробных ассоциаций была обнаружена в Южной Африке в водоносном слое на глубине 2,8 км. Вода, в которой они обитают, находится под высоким давлением, характеризуется высокой температурой (выше 60°С) и значительным содержанием различных солей (главным образом сульфатов), растворенных газов (диоксид углерода, водород, метан) и простых органических веществ (в основном абиогенного происхождения). Основные группы микроорганизмов данной экосистемы — сульфатрсдуцирующис бактерии и археи-метаногс- ны. Необходимую для жизнедеятельности энергию они получают, восстанавливая при помощи молекулярного водорода соответственно сульфат и диоксид углерода. Предполагают, что эволюционный возраст этого микробного сообщества исчисляется многими миллионами лет. Об этом косвенно свидетельствует определение возраста подземной воды — среды их обитания. Анализ изотопного состава элементов данного раствора позволил оценить его возраст, лежащий в диапазоне 15—25 млн лет.

Наряду с одноклеточными организмами (прокариотами) в образцах воды, полученной с глубин 0,9, 1,3 и 1,7 км, впервые были обнаружены многоклеточные формы жизни — круглые черви. Плотность червей в среде обитания очень мала — одна особь на 15 кубометров воды. Основной источник питания — бактериальные нарастания на твердом субстрате.

Компоненты биосферы:

  • а) живое вещество — совокупность всех живых организмов;
  • б) неживое (косное) вещество — та часть оболочек Земли, которая связана с живым веществом процессами миграции веществ и энергии;
  • в) биокоснос вещество — результат взаимодействия живого и неживого веществ (почва, ил).

Примечание. Считается, что более половины из известных в настоящее время 4500 минералов образовалось при участии живых организмов (лазурит, бирюза, малахит и др.) и поэтому относятся к биокосным субстанциям.

Некоторые количественные параметры биосферы:

  • • живое вещество Земли в целом составляют флора (99% биомассы, 500 000 видов) и фауна (1% биомассы, около 1,5 млн видов, из них 96% — беспозвоночные, 4% — хордовые);
  • • на долю водных организмов приходится 0,13% биомассы, из них 6,3% — растительные; 93,7% — животные (в процентах от общей биомассы водной среды); наземных — 99,87%, из них 99,2% — растительные, 0,8% — животные (в процентах от общей биомассы наземной среды);
  • • в количественном отношении преобладают организмы с низким уровнем организации.

Функции живого вещества:

  • а) газовая (поглощает и выделяет газы);
  • б) окислительно-восстановительная (окисляет и восстанавливает вещества);
  • в) концентрационная (различные виды организмов концентрируют определенные химические элементы);
  • г) гомеостатическая (благодаря сбалансированным взаимоотношениям между различными группами организмов обеспечивает стационарный режим функционирования биосферы).

Биологическое значение функций: вовлечение минеральных компонентов в геохимические процессы, образование атмосферы, почвы, природных вод, некоторых пород, руд и т.д., поддержание динамического равновесия процессов физико-химического перемещения и биогенной миграции атомов химических элементов в биосфере.

Примечания. 1. Биогенное происхождение имеют: а) марганцевые, железные руды, фосфориты, сера (результат деятельности хемосинтезирующих бактерий); б) мел, известняк и другие соли кальция (остатки известковых скелетов беспозвоночных, красных водорослей и цианобактерий); в) залежи кремнезема (остатки губок и ископаемых диатомовых водорослей); г) каменный уголь и нефть (остатки древних растений). 2. Примеры избирательного накопления химических элементов ныне живущими организмами: папоротники (алюминий), хвощи (кремний), асцидии (ванадий), бурая водоросль ламинария (йод), радиолярии (стронций), малина (железо), чеснок (селен), микроскопические грибы рода пенициллиум (платина, золото).

5. Ноосфера — «разумная» оболочка Земли (очеловеченная биосфера).

Экологические факторы это элементы среды обитания, оказывающие прямое или косвенное влияние на живые организмы.

Классификация экологических факторов представлена на рис. 15.2.

Классификация экологических факторов

Рис. 15.2. Классификация экологических факторов

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >