Антропогенный фактор

Пирамиды чисел и биомасс отражают статику системы, т. е. характеризуют количество или биомассу организмов в определенный промежуток времени. Они не дают полной информации о трофической структуре экосистемы, хотя позволяют решать ряд практических задач, особенно связанных с сохранением устойчивости экосистем. Пирамида чисел позволяет, например, рассчитывать допустимую величину улова рыбы или отстрела животных в охотничий период без последствий для нормального их воспроизведения.

3. Пирамида энергии отражает величину потока энергии, скорость про хождения массы пищи через пищевую цепь. На структуру биоценоза в большей степени оказывает влияние не количество фиксированной энер гии, а скорость продуцирования пищи.

Установлено, что максимальная величина энергии, передающейся на следующий трофический уровень, может в некоторых случаях составлять 30 % от предыдущего, и это в лучшем случае. Во многих биоценозах, пищевых цепях величина передаваемой энергии может составлять всего лишь 1 %.

В 1942 г. американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий (закон 10 процентов), согласно которому с одного трофического уровня через пищевые цепи на другой трофический уровень переходит в среднем около 10 % поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Остальная часть энергии теряется в виде теплового излучения, на движение и т.д. Организмы в результате процессов обмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90 % всей энергии, которая расходуется на поддержание их жизнедеятельности.

Если заяц съел 10 кг растительной массы, то его собственная масса может увеличиться на 1 кг. Лисица или волк, поедая 1 кг зайчатины, увеличивают свою массу уже только на 100 г. У древесных растений эта доля много ниже из-за того, что древесина плохо усваивается организмами. Для трав и морских водорослей эта величина значительно больше, поскольку у них отсутствуют трудноусвояемые ткани. Однако общая закономерность процесса передачи энергии остается: через верхние трофические уровни ее проходит значительно меньше, чем через нижние.

Вот почему цепи питания обычно не могут иметь более 3—5 (редко 6) звеньев, а экологические пирамиды не могут состоять из большого количества этажей. К конечному звену пищевой цепи так же, как и к верхнему этажу экологической пирамиды, будет поступать так мало энергии, что ее не хватит в случае увеличения числа организмов.

Этому утверждению можно найти объяснение, проследив, куда тратится энергия потребленной пищи (С). Часть ее идет на построение новых клеток, т.е. на прирост (Р). Часть энергии пищи расходуется на обеспечение энергетического обмена 7или на дыхание ( i ?) . Поскольку усвояемость пищи не может быть полной, т.е. 100 %, то часть неусвоенной пищи в виде экскрементов удаляется из организма ( F ). Балансовое равенство будет выглядеть следующим образом:

С = Р + R + F .

Учитывая, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы, становится ясным, почему каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего.

Именно поэтому большие хищные животные всегда редки. Поэтому также нет хищников, которые питались бы волками. В таком случае они просто не прокормились бы, поскольку волки немногочисленны.

Трофическая структура экосистемы выражается в сложных пищевых связях между составляющими ее видами. Экологические пирамиды чисел, биомассы и энергии, изображенные в виде графических моделей, выражают количественные соотношения разных по способу питания организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

4. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

По современным представлениям, биосфера – это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Эти представления базируются на учении В.И. Вернадского о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ веке. Исключительная значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине прошлого века. Этому способствовало развитие экологии, и прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием.

Учение В.И. Вернадского о биосфере – это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.

По представлениям В.И. Вернадского, биосфера включает живое вещество (т. е. все живые организмы), биогенное (уголь, известняки, нефть и др. ), косное (в его образовании живое не участвует, например магматические горные породы), биокосное (создается с помощью живых организмов), а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др. ) и рассеянные атомы. Все эти семь различных типов веществ геологически связаны между собой.

Сущность учения В.И. Вернадского заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты.

Вторым главнейшим аспектом учения является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды. «Организм, - писал Вернадский, - имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена и к нему» (В.И. Вернадский, 1934).

В.И. Вернадский обосновал также важнейшие представления о формах превращения вещества, путях биогенной миграции атомов, т. е. миграции химических элементов при участии живого вещества, накоплении химических элементов, о движущих факторах развития биосферы и др.

Научное определение биосферы принадлежит В. И. Вернадскому. Он очень образно называл биосферу «пленкой жизни», тонкой оболочкой планеты, состав, структура и перемещение энергии в которой в основном обусловлены деятельностью «живого вещества», под которым Владимир Иванович понимал всю совокупность живых организмов — бактерий, растений и животных. Он писал, что жизнь может проявляться только в определенной среде, обеспечивающей дыхание и питание организмов. По способу питания В. И. Вернадский делит живое вещество на две группы:

а) Организмы автотрофные — в своем питании независимые от других организмов, использующие неорганическое вещество. Это зеленые растения, жизнь которых зависит от интенсивности солнечного излучения, составляющие основу биомассы живого вещества; бактерии, живущие вне солнечного воздействия в почвах, илах, воде, играющие громадную роль в накоплении энергии.

б) Организмы, использующие органическое вещество, созданное другими организмами (гетеротрофные организмы).

Впервые, несмотря на недостаточность фактических материалов, В. И. Вернадский попытался определить биомассу (вес) всех живущих на планете организмов и пришел к заключению, что она составляет около 1015 тонн, что по отношению к массе земной коры ничтожно мало и составляет меньше 0,1%. Несмотря на это, роль живого вещества в перемещении химических элементов планеты, как и в преобразовании неживой материи, и вовлечении ее в биосферный круговорот, огромна.

Столь существенное воздействие живых организмов на все протекающие в биосфере процессы, по мнению В. И. Вернадского, в основном связано с необыкновенно большой способностью их к размножению. Используя имеющиеся в литературе данные, Владимир Иванович подсчитал, что если поставить те или другие организмы в исключительно благоприятные условия их жизни, то они способны «захватить поверхность планеты» в следующие сроки:

Бактерии (на примере холерного вибриона) - 125 суток;

Инфузории туфельки - 67,3 суток;

Зеленый планктон (фитопланктон) - 183 суток;

Большие водоросли - 79 лет;

Цветковые растения (на примере клевера) - 11 лет;

Мухи домашние - 1 год;

Курицы - 18 лет;

Свиньи домашние - 8 лет;

Свиньи дикие (кабан) - 56 лет;

Крысы (пасюк) - 8 лет;

Слоны - 1000 лет;

В. И. Вернадским были определены основные компоненты, слагающие биосферу.

По представлению, биосфера состоит из семи взаимосвязанных частей.

1. Живое вещество —  растительный мир, зеленая оболочка  земли, животный мир, активно потребляющий  растительную массу, и микроорганизмы.

2. Биогенное       вещество — осадочные породы органического происхождения. Они довольно хорошо подразделяются на фитогенные, состоящие в основном из растительных остатков, например, каменный уголь, и зоогенные породы, состоящие из остатков животных организмов, например, меловых отложений.

3. Косное вещество —  горные породы, в основном магматического  неорганического происхождения, слагающие  земную кору.

4. Биокосное вещество, возникающее в результате распада и переработки горных и осадочных пород животными организмами. Классическим примером биокосного вещества является почва, поверхностный слой земной коры, которому присущи свойства как живой, так и неживой природы. Почва состоит из отдельных слоев (горизонтов), возникающих в результате преобразования материнской породы (литосферы) под воздействием воздуха, воды и живого вещества, в первую очередь растений и микроорганизмов. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, способность обеспечивать растения питательными веществами и влагой. Отцом науки о почвах является учитель В. И. Вернадского, Василий Васильевич Докучаев, построивший классификацию почв по генетическому принципу, рассматривая почвообразовательные процессы «как вечно изменяющиеся функции» природных факторов — климата, растительности, рельефа, животного населения и т. д.

5. Радиоактивное вещество. В. И. Вернадский считает, что в  результате естественных ядерных  превращений и при извержении  вулканов в биосферу поступает  довольно большое количество  различных радиоактивных веществ, которые мигрируют в воде, воздухе  и почве и, естественно, попадают  в живые организмы. Интенсивность  поступления радиоактивных веществ  в биосферу, видимо, имеет какую-то  цикличность, о которой, однако, мы  знаем еще очень мало.

6. Рассеянные атомы. Далеко  не все атомы в результате  бурно идущих биосферных процессов  связываются в определенные химические  соединения, какая-то часть их  рассеяна в биосфере. При благоприятных  условиях рассеянные атомы могут вовлекаться в те или другие химические процессы и давать неожиданные химические группировки.

7. Вещества космического  происхождения — космическая  пыль, метеориты. Как показали исследования  последних лет, за сутки на  землю, выпадает несколько десятков  тонн метеоритного вещества. Это  вещество оказывает существенное  влияние на. газовый, ионный и аэрозольный состав верхней атмосферы. В метеоритах обнаружено железо, натрий, магний, кальций, кремний, азот и др. Космическая пыль составляет около 1% массы межзвездного вещества и, несомненно, играет определенную роль в прохождении солнечных лучей к земле.

5. Загрязнение среды – сложный  процесс, связанный с деятельностью  человека. Оно чуждо природным  экосистемам и, накапливаясь в  них, нарушает процессы кругооборота  веществ и энергии, снижает их  производительность, отрицательно  влияет на здоровье людей.

5. Загрязнение  окружающей среды.

Загрязнение – изменение природной среды (атмосферы, воды) в результате наличия в ней примесей. При этом различают загрязнения: антропогенные – вызванные деятельностью человека и естественные – вызванные природными процессами.

Источником загрязнений является хозяйственная деятельность человека: промышленность, сельское хозяйство, транспорт. Доля того или иного источника загрязнения может значительно колебаться в зависимости от региона. Эта проблема становится все более актуальной в связи с ростом народонаселения, развитием вредных ресурсоемких промышленных производств в различных регионах Украины. Подобная тенденция требует необходимости развития природоохранных мероприятий, позволяющих сохранить здоровую окружающую среду.

К экологически опасным промышленным объектам относятся все промышленные предприятия, использующие технологии, в процессе производства связанные с опасными (вредными) воздействиями на окружающую среду, побочным продуктом деятельности которых являются экологически опасные отходы. Таким образом, эти производства оказывают вредные воздействия на все факторы окружающей среды. 

В большинстве случаев загрязнения — это отходы различных производств, появляющиеся наряду с готовой продукцией в результате переработки природных ресурсов топливных, сырьевых, кислорода воздуха, воды и т. д. Отходы производства рассматривать как продукты своеобразного «обмена веществ» между индустриально развитым обществом и природой, как своеобразные «экскременты производства». Промышленные загрязнения делятся на:

—механические (запыление атмосферы, твердые частицы, и разнообразные предметы в воде и почве);

—химические (газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой);

-физические (все виды  энергии как отходы разнообразных  производств, тепловой, механической, в том числе вибрация, шум, ультразвук. Так, для химической промышленности  характерны токсичные отходы, а  для машиностроения — в большой  степени отходы химически инертные (СО2, абразивы и т.д.) Важно то, что абсолютно безвредных отходов  не существует (CO2 снижает в воздухе  относительное содержание О2, а  абразивная пыль, попадая на слизистые  глаз и верх дыхательные пути  может привести к заболеваниям). Именно поэтому вредные вещества  отождествляются с понятием «токсичного  вещества» даже при отсутствии  собственно ядовитых свойств.