Контрольная работа по курсу "Экология"

Таким образом, в процессе любого превращения энергии из одного вида в другой всегда происходят потери полезной энергии, которая переходит в менее полезную, рассеивающуюся в виде низкотемпературного тепла и не способную выполнять работу. В то же время в природных экосистемах энергетические потоки создают (возможно, спонтанно) из хаоса природных веществ порядок, т. е. структуры,  обладающие низкой энтропией.

 

Экосистемы с энергетической точки зрения представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с окружающей средой энергией и веществом, уменьшая тем самым энтропию внутри себя, но увеличивая ее вовне, в соответствии с законами термодинамики.

 

Для эффективности использования энергии природная система создаёт хранилища концентрированной потенциальной энергии, часть которой тратит на получение новой и поддержание порядка: обеспечивает круговорот веществ, обмен с другими системами.

Все типы неживых систем регулируются теми же законами термодинамики, что и живые системы. Различие в том, что живые системы, используя часть запасённой потенциальной энергии, способны самовосстанавливаться и поддерживать порядок (уровень энтропии), а машины приходится ремонтировать за счёт внешней энергии.

Живая материя отличается от неживой способностью аккумулировать из окружающего пространства свободную энергию, концентрировать её и качественно преобразовывать, чтобы противостоять росту энтропии внутри себя.

Эффективность использования энергии определяется соотношением полезной работы и величины всех энергетических затрат при ее выполнении.

Чем больше отношение количества полезной работы ко всему количеству энергии, затраченной на ее производство, тем выше эффективность использования энергии.

Показателем энергоэффективности является отношение количества полезной энергии на выходе системы ко всей полезной энергии на входе.

 

Энергоэффективность зависит также от соответствия качества энергии качеству выполняемой работы.

 

Для выполнения различных видов работы может применяться энергия разного качества. Чтобы горел свет, работали электродвигатели, электронные приборы, двигались автомобили и летали самолеты, требуется высококачественная концентрированная энергия. А для отопления жилых и других помещений можно использовать менее качественное низкотемпературное тепло (менее 100°С). Необходимость в высококачественной концентрированной энергии для поддержания жизнедеятельности городов и всего современного общества, потребует рано или поздно разработки способов концентрации энергии низкого качества.

 

Но, пока недостаточно разработаны технологии концентрации энергии, можно использовать и низкокачественную энергию для «низкокачественных» работ.

 

Ошибка людей, определяющих те или иные затраты на какие-либо процессы, связана с тем, что они упускают из вида многообразие фактически расходуемой энергии.

 

Энергоэффективность должна рассчитываться как отношение энергии,воплощённый в продукции, ко всем затратам энергии.

При разработке будущей стратегии в стране и в мире в целом необходимо руководствоваться: использовать энергию такого качества, которое соответствует выполненной работе и развивать энергосберегающие технологии.

 

Вопрос № 6. Сколько трофических уровней может быть в трофической цепи? Какое место в ней занимает человек?

 

Ответ:

 

Перенос энергии пищи в процессе питания от ее источника через последовательный ряд живых организмов называется пищевой, или трофической цепью.

 

Трофические цепи - это путь однонаправленного потока солнечной энергии, поглощенной в процессе фотосинтеза, через живые организмы экосистемы в окружающую среду, где неиспользованная часть ее рассеивается в виде низкотемпературной тепловой  энергии.

 

Организмы, получающие энергию Солнца через одинаковое число ступеней, принадлежат к одному трофическому уровню.

 

Так, зеленые растения - продуценты - занимают первый трофический уровень; травоядные животные - первичные консументы - второй; хищники - вторичные консументы - третий. Могут   присутствовать  хищники,   поедающие   первых   хищников  -третичные консументы, расположенные на четвертом уровне, и т. д. Но обычно наблюдается не более пяти уровней, так как на каждом уровне количество аккумулированной энергии резко падает

 

Трофические уровни	Функции организмов	Организмы	Примеры
1	Продуценты	Растения	Лиственные деревья, травы, водоросли
II	Первичные консументы	Растительноядные животные	Гусеницы,  насекомые, заяц, корова, плотва
III	Вторичные консументы	Хищники   1-го порядка	Лиса, волк, дрозд, щука
IV	Третичные консументы	Хищники 2-го порядка	Гриф, сова, тигр
V	Четвертичные консументы	Хищники 3-го порядка	Ястреб, акула, крокодил

 

Продуценты, или автотрофы – это такие организмы, которые в качестве питательного материала используют простые неорганические вещества: воду, углекислый газ, нитраты, фосфаты и др.

Консументы (лат. consume – потреблять), или гетеротрофные организмы (гр. heteros – другой, trophe – пища), т.е. «питающиеся другими»

Консументы, или гетеротрофы используют в качестве источника и энергии, и питательного материала готовое органическое вещество. Консументы осуществляют процесс разложения органических веществ. Их делят на фаготрофов (гр. phagos – пожирающий) и сапротрофов (гр. sapros – гнилой).

Фаготрофы питаются непосредственно растительными или животными организмами. К ним относятся крупные животные – макроконсументы.

Сапротрофы используют для питания органические вещества мертвых остатков. К этой группе относятся как мелкие организмы (муравьи, черви и др.), так и крупные животные (гиены, шакалы, вороны и др.)

Третья группа организмов – редуценты (лат. reductio – восстановление), или деструкторы (лат. destructio – разрушение).

Редуценты, или деструкторы – это консументы, участвующие в последней стадии разрушения, т.е. в минерализации органических веществ, которые они восстанавливают до неорганических соединений (CO2, H2O и др.) Редуценты очищают природную среду от отходов, они возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. Таким образом жизненный цикл возобновляется.

К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) – микроконсументы. Их выделяют в отдельную группы потому, что роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без них в биосфере накапливались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

 

 

Пищевые цепи знакомы каждому: человек может потреблять мясо коров, которые едят траву, улавливающую солнечную энергию, но он может использовать и более короткую пищевую цепь, питаясь зерновыми культурами. В первом случае человек является вторичным консументом на третьем трофическом уровне, а во втором – первичным консументом на втором трофическом уровне. Но чаще всего человек является одновременно и первичным, и вторичным, и даже третичным консументом.

Таким образом, поток энергии разделяется между двумя или несколькими трофическими уровнями в пропорции, соответствующей долям растительной и животной пищи и рационе.

 

Вопрос 7: Какой процесс называется нитрификацией?

 

Ответ:

 

Воздух по объему почти на 80% состоит из молекулярного азота N2 и представляет собой крупнейший резервуар этого элемента. Все живые организмы нуждаются в азоте, который используют в различных формах для образования белков и нуклеиновых кислот.

 

Поступление азота в биотический круговорот можно проиллюстрировать на примере минерализации наиболее сложных высокомолекулярных азотсодержащих органических веществ - белков. Распад белков идет в несколько стадий.

На первой стадии происходит расщепление белков до аминокислот микроорганизмами, вырабатывающими ферменты протеазы:

БЕЛКИ ® ПЕПТОНЫ ® ПОЛИПЕГПИДЫ ® АМИНОКИСЛОТЫ.

Затем аминокислоты (RCHNH2СООН) разлагаются бактериями, актиномицетами, грибами как в аэробных, так и в анаэробных условиях:

RCHNH2СООН + О2 ® RCOOH + NН3 +СО2

RCHNH2СООН + Н2О ® RCHOHCOOH + NH3

В результате белкового обмена в животных организмах выделяется мочевина СО(NН2)2, которая тоже служит источником NН3:

СО(NН2)2 + Н2О ® 2NН3 + СО2

Поскольку продуктом разложения аминокислот является аммиак NН3, эта стадия называется аммонификацией.

При аммонификации могут образовываться также сероводород Н2S, индол С2Н7N, скатол С9Н9N, этилмеркаптан С2Н3SН. Все эти вещества обладают неприятным резким запахом, поэтому распад белков часто называют гниением.

 

На второй стадии выделившийся аммиак в природных условиях частично используется растениями, а частично окисляется, взаимодействуя с кислородом. Эта стадия превращений азота называется нитрификацией и протекает в процессе жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий в две фазы. В первой фазе аммиак окисляется до азотистой кислоты (или нитритов:

2NН3 + 3О2 ® 2НNО2 + 2Н2О + Q1,

во второй фазе азотистая кислота окисляется до азотной (или до нитратов):

2НNО2 + О2 ® 2НNО3 + Q2.

На третьей стадии образовавшиеся при нитрификации нитриты и нитраты в анаэробных условиях служат источником кислорода для окисления безазотистых органических веществ. При этом нитриты и нитраты восстанавливаются до газообразного азота, который и поступает в атмосферу.

Этот процесс называется денитрификацией:

5Сорг + 4КNО3 ® 3СО2 + 2К2СO3 + 2N2 ­

Денитрификация протекает с потреблением энергии за счет жизнедеятельности бактерий, в основном, из рода Pseudomonas и Micrococcus.

В сточных водах, особенно при биологической очистке, в процессе нитрификации часто образуются излишние количества нитритов и нитратов, которые при их сбросе в водоемы могут вызывать нежелательное «цветение» воды. Поэтому процессы денитрификации используются для глубокой доочистки сточных вод от минеральных соединений азота, которые восстанавливаются до газообразного азота N2 и отдуваются в воздух. В данном случае человек стремится возвратить в атмосферу излишки азота, образующиеся при принудительном разложении органических веществ на очистных сооружениях. Этот процесс называется антропогенной денитрификацией.

Азотфиксация (связывание молекулярного азота) - процесс, обратный денитрификации.

Влияние человека на круговорот азота достаточно велико. Он выращивает на обширных площадях бобовые растения, увеличивая азотфиксацию, а также промышленным способом связывает азот.

 

 

 

 

Вопрос № 8: Какие биогеохимические циклы называются осадочными?

 

Ответ:

 

Биогеохимический цикл – это круговорот химических веществ из неорганической природы через живые организмы обратно в неорганическую природу.

 

Для большинства химических элементов и соединений, которые обычно связаны с литосферой, а не с атмосферой, характерны осадочные циклы.

Осадочный цикл-это цикл, в коротом циркуляция химических элементов идёт путём эрозии почв, осадкообразования, горообразования, вулканической деятельности, переноса веществ организмами.

 

Твердые вещества, переносимые по воздуху как пыль, выпадают на землю в виде сухих осадков или с дождем. Осадочные циклы имеют общую направленность «вниз».

Из осадочных циклов наибольшую важность имеет круговорот фосфора. Образующиеся при минерализации органических веществ фосфаты поступают с отходами и сточными водами в наземные и водные экосистемы, где вновь могут потребляться растениями в процессе фотосинтеза. Особенность биогеохимического цикла фосфора заключается в том, что, в отличие от азота и углекислого газа, резервным фондом его является не атмосфера, а горные породы и отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи.

 

 

Вопрос № 9: Сформулируйте закон минимума и толерантности

 

 

Ответ:

 

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия и в ответных реакциях живых организмов можно выявить ряд общих закономерностей.

Эффект влияния факторов зависит не только от характера их действия (качества), но и от количественного значения, воспринимаемого организмами: высокая или низкая температура; степень освещенности, влажности; количество пищи и т.д. В процессе эволюции выработалась способность организмов адаптироваться к экологическим факторам в определенных количественных пределах. Уменьшение или увеличение значения фактора за этими пределами угнетает жизнедеятельность, а при достижении некоторого минимального или максимального уровня наступает гибель организмов.

Количественный диапазон любого экологического фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности, называется экологическим оптимумом (лат. optimus - наилучший). Значения фактора, лежащие в зоне угнетения,  называются экологическим пессимумом (лат.     pessimum -  наихудший).    Минимальное и максимальное значения фактора, при которых наступает гибель, называются соответственно экологическим минимумом и экологическим максимумом.

 

Свойство организмов адаптироваться к существованию 
в том или ином диапазоне экологического фактора назы 
вается экологической пластичностью.

Представление о лимитирующих факторах основывается  на  двух законах экологии: законе минимума и законе толерантности.