Экосистема

Құрастырғандар: "Тұран-Астана" университеті «туризм және сервис» кафедрасының оқытушылары: Асс.профессор, п.ғ.к. Құрсабаев М.Қ, б.ғ.д.,профессор Мырзаханов Н.М, г.ғ.к., доцент Аяпбекова А. Е.,б.ғ.к профессор Ғабдуллина М.Х., П.Ғ.К, доцент Абдикаримова Г.А

«ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ТҰРАҚТЫ ДАМУ» пәніне кіріспе 
Экология ғылымының даму тарихы 
Экология ерте заманда пайда болған. Себебі тірі организмдердің оны қоршаған бейорганикалық және органикалық заттарға әсері қандай болатынын білу қажет болды. Сол кездің өзінде Аристотельдің (384-322 біздің э.д.), Р. Бойльдің (1627-1691) және т.б. ғалымдардың еңбектері осыларды қарастыра бастаған. 
Экологияның даму кезеңін үш этапқа бөлуге болады. 
1 этап – Х1Х ғасырдың 60-шы жылдарына дейін. Бұл аралық экологияның пайда болуы және ғылым ретінде қалыптасу кезеңі. Бұл этапта тірі организмдердің қоршаған ортамен және олардың өмір сүретін ортасы туралы алғашқа ғылыми шолулар жасады. 
XVII-XVIII ғасырда А. Реомюр, 1734 ж. т.б. ғалымдар өздерінің көртеген биологиялық жазбаларында экология туралы жаза бастады. 
Осы кезде Ж. Ламарк (1744-1829ж) және Т. Мальтус (1766-1834ж) ең алғашқы рет адамның табиғатқа көп зиян келтіріп жатқаны туралы ескертулер жасап жаза бастады. 
2 этап – Х1Х ғасырдың 60-шы жылдарынан бастап ХХ-шы ғасырдың 50-ші жылдарына дейін. Бұл кезеңде экология өз алдына ғылым болып шықты. Осы кезеңнің басында К.Ф. Рулье (1814-1858ж), Н.А. Северцова (1827-1885ж) және т.б. көптеген орыс ғалымдары экологияның алғашқы принциптерін және түсініктемелерін берді. Олар осы күнге дейін күшін жойған жоқ. 
1809-1882ж Ч. Дарвин органикалық өмірдің негізгі факторларын ашты. Оны ол “өмір сүру үшін күрес” деп атады. 
Одан кейін 1834-1919ж неміс ғалымы биолог-эволюционист биологияның негізгі бөлігі экология деп атады (1866ж).  
“Экология” грек тілінен аударғанда ол үй туралы ғылым деген мағынаны білдіреді (ойкос – үй, тұратын жер; логос – ілім, білім). Э. Геккель бұл ғылымның анықтамасын былай берді: “Экология деп, біз табиғат экономикасына қатысты білімдерді – жануарлардың оны қоршаған органикалық және бейорганикалық ортамен, әсіресе, өзімен тікелей немесе жанама қатынаста болатын жануарлармен өсімдіктердің өзара ынтымақтастық немесе қастастық, жаулық өркениеттерінің бүкіл жиынтығын зерттейтін ғылым деп айтамыз”. Бұл анықтаманы Э.Геккель “Организмдердің жалпы морфологиясы” деген кітабында берді. 
ХХ-шы ғасырдың басында экология өз алдына ғылым болып шықты. Осы аралықта Ч.Адамс (1913ж) экология туралы бірінші анықтама берді және оданда басқа негізгі шолулар басылып шықты. 
ХХ-шы ғасырда орыстың ғалымы В.И. Вернадский “биосфера” туралы ғылым еңгізді. 
30-шы және 4-шы жылдары (ХХ ғасырдың) экологияның дамыған кезеңі. Экологияның классикалық бағыттарының біріккен кезеңі. Мысалы: өсімдіктер экологиясы, жануарлар экологиясы, микроорганизмдер экологиясы. 
1935 ж А. Тенсли ағылшын эколог-зерттеуші “экосистеманы”, одан кейін В.А. Сукачев “биогеоценоз” деген ұғымдарды еңгізді. 
Экосистема – тірі организмдердің белгілі бір уақытта өмір сүретін ортасы, сонымен қатар топырақтың климаттық физикалық, химиялық өзгерістері және әртүрлі организмдердің сыртқы ортамен әсерлесуі. 
Бұл терминді әртүрлі көлемдегі биоценозға қолдануға болады. 
- микроэкосистема (аквариум, шалшық, арық) 
- мезоэкосистема )талшық, жапырақты орман, жалпақ жапырақты орман) 
- макроэкосистема (океан, тропикалық орман) 
Ең кішкентай экосистема ол жалғыз ағаш барлық сонда өмір сүретіндермен, ең үлкен экосистема жер шарындағы “биосфера”. Экологиялық система табиғи және жасанды болады. Мысалы, жасанды экосистема космостық кеме. 
Ғалымдар барлық жер бетіндегі тірі организмдеріді үш үлкен болкқа бөледі: 
Продуценттер – жер бетіндегі тірі организмдер жай бейорганикалық қосылыстардан күннің энергиясының әсерімен күрделі органикалық заттар түзеді. 
Консументтер – дайын органикалық заттарды жейтін тірі органикалық организмдер. 
Редуценттер – жаны жоқ органикалық заттарды жай бейорганикалық заттарға айналдыратын тірі организмдер. 
Жаны жоқ (өлген) органикалық заттар – құлаған жапырақтар, бұтақтар, ағаштар, өліктер және т.б. 
Осы үш бөлікті экосистеманың “биотикалық бөлігі” немесе “биотикалық” фактор деп атайды (биота - өмір, өмірлік). 
Экосистемаға, организмге әсер ететін ортаның физика-химиялық жағдайлары жатады. Бұл – температура, ылғалдылық, жердің рН-ы, жел, күн сәулесі т.б. факторлар. 
Бұлар “абиотикалық” фактор деп аталады. “а” деген ортаның тірі факторы емес деген сөз. 
3 этап – ХХ-шы ғасырдың 50-ші жылдардан басталады және қазіргі уақытқа дейін. Экологияның комплексті ғылымға айналу кезеңі. Оның қатарына “адамды қоршаған ортаның табиғатың қорғау” деген ғылымда кіреді.

Шыны  электрод. Бұл электрод рН ерітінділерін өлшеу кезінде ерітіндідегі кез келген рН өзгеруіне өте тез және дәл әсерлеседі, нәтижесінде сутек ионының концентрациясын ІМ мен 10^-14М (рН=14) аралығьтнда өлшеуге мүмкіндік береді. рН электродтар күшті қышқылды ерітінділерді өлшегенде, қышқылдық қателік деп аталатын оң, ал сілтілікте рН=9 сілтілік қателік делінетін теріс ауытқушылық береді. Соңғысы шыны электродтың натрий мен калий және басқа да иондардың өзгеруіне сезімталдығымен байланысты.

Жалпы бұл электродтарды әуелі арнайы әзірленген стандартты буферлі ерітінді көмегімен реттеп алады. Электродтардың сипаттамасы шыны табиғатына тәуелді анықталады. Шыны электродының жарғағы сұйық және қатты болып келетін екі түрлі электродтың арасында болады. Ондағы шыны түрлі силикаттардың кеңістікте аса салқындатылған сұйық ерітінді түріндегі сілтілік металдар молекуласының тізбегі сияқты құрылым. Мұнда оның кеңістіктегі үш өлшемді қаңқасында сілтілік металл катионы болады. Олар көршілес оттек иондарының эластростатикалық өрісінде тұтылып тұрады және тор құрылымын өзгертпей-ақ қайтымды орын баса алады. Бұл кезде сілтілік металл иондары ішінара сутек катионымен алмасады.

Шыны электродты рН өлшеу  үшін жарты ғасырдан артық мерзім бойына қолдануда, әйтсе де соңғы  кезде ондағы шыны құрамын өзгерту  арқылы басқа иондарды таңдап, талғап өлшейтін электрод жасау мүмкіндігі пайда болды. Мысалы, шыны құрамындағы алюминий тотығын арттыру арқылы ерітіндідегі натрий катионының активтігін өлшейді. Келесі құрамдағы шыныны әзірлеп, ерітіндідегі калий не күміс ионын анықтайды. Әрине, бұл иондарды анықтауды буферлі ерітінділердің белгілі бір рН мәнінде жүргізеді, ал натрий мен калий иондарын анықтайтын электродта олардың мәні аса үлкен емес. Бұлар таңдайтын шыны электродқа, басқа да бір зарядты катиондарға тән.

Қатты жарғақ-кристалды заттан монокристалл түйіршік түрінде сығымдалып жасалған ток өткізетін қасиеті бар қатты зат. Әдетте нашар еріп, ион өткізу сипатында болатын заттан ион сезгіш элемент әзірленеді. ИТЭ салыстыру ерітіндісімен не онсыз да болуы мүмкін. Мұндай жарғақтағы ионның тасымалы кристалл торының есебінен жүзеге асады. Ондағы бос орынды тек белгілі бір өлшемдегі және зарядтағы ион ғана толтырып, сапалы таңдауды жүргізуге ықпал етеді. Қиыршықты қатты жарғақта электр тоғының пайда болуы кристалл торындағы ең кіші радиусы мен заряды болатын сипаттағы иондарға тікелей байланысты. Атап айтқанда, лантан фторидіндегі қиыршықта фторид ионы өткізгіш. Бос орынның өлшемі мен заряд шамасына деген талабы соншалықты, ол орынға тек қозғалғыш және жалғыз ғана ион барады. Ион таңдаушыны анықтаған кезде кристалды қатты жарғақтың бетінде жүретін химиялық реакцияларға байланысты қосымша кедергілер туындауы мүмкін.

Жалпы фторид иондарының жұмысшы  сипаты ИТЭ ретінде қолданылады: егер лантан фторидінің монокристалына европий фторидін қосса, онда оның электрлік  өткізгіштігі артады. Мұндай ИТЭ сезімталдығы артып, фторидтің концентрациясы 10^-6-дан 1 моль/л-ге дейінгі аралықтағы мөлшерді талдап, анықтауға мүмкіндік береді. Ал фторид мөлшері мұнан аз, яғни 10^-6 болса, ондайда талданатын ерітіндідегі лантан фторидінің ерігіштігі нашарлап, электродтын сезімталдығы төмендейді. Ерітіндіде кездесетін галогенид, нитрат, сульфат сияқтылар мыңдаған есе артық болса да, фторид нақтылы өлшенеді. Әйтсе де сілтілі ортада оның таңдаушы сипаты азаяды. Бұл жай кешенді қосылыс түзетін лигандаларда да байқалады.

Талданатын ортадағы күміс  катионы мен күкірт анионын анықтау үшін қатты жарғақты күміс сульфидінің ұнтағын қосып, кәдімгі ИК-спектрдегідей түйме дақ әзірлейді. Мұндай жарғақтағы күміс ионы қозғалғыш келеді және осындай ИТЭ ерітіндідегі күмістің 10^-7 тіпті 10^-12 моль/л-ге дейінгі мөлшерін анықтайды, әрине, осы кезде күміске сәйкес күкірт анионы да тіркеледі.

Егер ерітіндіде қосымша  қосылыстар болса, керісінше, электрод сезімталдығы артып, күміс пен күкірт ионын анықтау шегі 10^-19 - 10^-20 моль/л-ге дейін жетеді. Ал күміс сульфидіне оның галогенидін, мыс, кадмий, қорғасын сульфидтерін косу арқылы бұл электрод көмегімен тиісті иондарды анықтайды.

Гетерогенді жарғақты электродтар. Мұнда полимерлі жарғак ұясына ион алмасушы бекітіледі, айталық, хлор ионын таңдаушы электродтағы күміс хлориді парафинде немесе силиконды каучукте таралады. Бұл электродтың қолданылуы соңғы кезде сиректеп барады. Ал ионды сезгіш активті зат ретінде барий сульфаты, кальций оксалаты сияқты әр түрлі нашар еритін қосылыстар ондағы енжар ұя ретінде эпоксидті шайырлар, поливинилхлоридтер, силиконды каучуктер және т. б. пайдаланылады. Мұндай ИТЭ потенциалы аса тұрақты, бірақ талғампаздығы жоғары емес.

Фермент-субстратты электрод ферментті субстраттың концентрациясын анықтауға мүмкіндік береді. Уреаза негізіндегі электрод несеп нәріне сезімтал және ол ерітіндідегі несеп нәрінің концентрациясының тез анықталуын қамтамасыз етеді. Мұндай электрод құрамында уреаза ферменті бар гельдің жұқа қабатымен катионға сезімтал шыны электродының беткі қабатын қаптау арқылы әзірленеді. Гель берік болу үшін оны найлон торымен бекітеді. Осындай электродты талданатын ерітіндіге енгізгенде, несеп нәрі гельге сініп, оны уреаза катализдеп реакция жүреді:

Бұл реакция буферлі ерітіндіде, яғни рН = 7 жүреді және осы жүйеде тепе-теңдік 30-60 секундта орнап, электродтын потенциалы өлшенеді.

Онда түзілетін аммоний  ионымен электрод әрекеттесіп, үлгідегі несептің таралым логарифміне оның потенциалы түзу сызықты функция түрінде болады. Ал гель құрамында L- аминқышкылының (L - АОО) оксидазасы болатын фермент-субстратты электрод - аминқышқылының конценграциясындағы аммоний ионымен әрекеттеседі.

Сондай-ақ газды таңдағыш электрод та шығарылады. Мұндай аммиакты электродты аммиак ерітіндісіне енгізгенде, жарғақ арқы- лы аммиак диффузияланып өтеді. Берілген үлгідегі аммиак кон- центрациясының деңгейі мен ерітінді ішіндегі тепе-теңдік бір минутта орналасады. Аммиак ішкі ерітіндімен эрекеттесіп. сезімтал ішкі элемент арқылы анықталынатын гидроксид-ион түзеді:

NH₃+H₂O→NH₄⁺+OH^-

Аммиак концентрациясының 0,1 -ден 10~6 моль/л-re дейінгі аралықтағы, электрод потенциалының аммиак концентрациясынын логарифміне тәуелділігі түзу сызықты. Анықтау кезінде тек жеңіл ұшатын аминдер ғана кедергі болады.

Сұйық жарғақты электродтар. Мұндай жарғақты сумен араласпайтын органикалык еріткіштен оны екі су ерітіндісінің арасына орналастырып жасауға болады. Катиондар жарғақ ерітінді шекарасынан еркін өтеді де, органикалық иондар жарғакта қалып қояды. ал аниондар шекарадан өтпейді.

Демек, осылайша сұйық жарғағы болатын электродтағы ерітінді талданатыннан органикалық сұйықтың (сұйық органикалық ионит) жұқа қабаты арқылы бөлінген. Осы бөліп тұрған органикалық сұйық сумен араласпаса да. анықталатын ионды таңдап. онымен әрекет- теседі. Органикалық ионит кеуекті жарғаққа тарап. оған қышқыл- дық, негіздік немесе хелат түзетін сипат береді.

Сұйықты ионалмастырғыш жарғағы бар электродқа ішкі салыстыру электродын енгізуге болады. Мысалы, кальций - таңцаушы электрод сұйык ионит сіңген поливинилхлоридпен қапталған платина сымынан тұрады. Мұндағы жарғақ пен ерітінді жанасу шегінде химиялык тепе-тендік орнауы нәтижесінде потенциал айырымы туындайды. Ондағы ішкі сұйықтың құрамы гұракты болғандықтан, жарғақ потенциалы тек талданатын ерітінді құрамына сэйкес өзгеред