БИОфизика ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ Модуль 1 Экологическая лимнология и

БИОфизика ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ Модуль 1. Экологическая лимнология и управление качеством воды. Модуль 2. Физическая лимнология и палеолимнология. Модуль 3. Методы исследования водных экосистем.

Форма контроля и экзамен Промежуточный контроль по каждому модулю. I модуль – 3 октября II модуль – 2 ноября III модуль – 5 декабря Оценка – округлённое до целого среднеарифметическое: 3+4+5=12/3=4 0+5+5=10/3=3

Как пройти промежуточный контроль на первом модуле? Посещение занятий (12 занятий) – max 30 баллов Презентация по научной статье – max 30 баллов Тест (15 вопросов) – max 40 баллов Итого max 100 баллов У вас от 81 до 100 баллов – 5 У вас от 61 до 80 баллов – 4 У вас от 41 до 60 баллов – 3 У вас меньше 41 балла – 0 Вопрос: Что мне делать если я не знаю английский, не ходил, не понял, мне было лень? Ответ: это ваши проблемы.

Модуль 1. Экологическая лимнология и управление качеством воды Задереев Егор Сергеевич ведущий научный сотрудник Институт биофизики СО РАН к. б. н. , доцент egor@ibp. ru

Вода на Земле Озера (пресные и соленые) – содержат 2/3 поверхностных вод

Вода: состояния, типы, свойства • Состояния: Жидкость, Пар, Лед • Открытость: Поверхностные, подземные • Соленость: Пресные vs Соленые или Солоноватые, Морские • Подвижность: Реки vs Озера и водохранилища • Продуктивность: Трофический статус: эвтрофные, мезотрофные, олиготрофные • Качество: Грязные Vs Чистые

Зачем нам изучать водные экосистемы? • Разнообразие Пруд для кристаллизации соли в Израиле с общим содержанием растворенных солей 340 г/литр красный от наличия галофильных бактерий условий в которых обнаружена жизнь Антарктида, озеро Восток под слоем льда на глубине около 3000 м, обнаруженная там бактерия Йеллоустоунский национальный парк. Гейзеры среднего бассейна, красный цвет создают термофильные бактерии Черный курильщик в восточной части Тихого океана на глубине 2460 метров

• Местная специфика (Енисей, север, юг) • Польза для человека (энергия, транспорт, рыба, отдых, и др. ) Зарастающее озеро на Севере Красноярского края, рыба, объект как для спортивного туризма, так и промышленной добычи. Озеро Шунет, одно из мест летнего отдыха Красноярцев Красноярское водохранилище, вид из космоса, Красноярская ГЭС

Экосистемные услуги Составляющие благосостояния From Ecosystems and Human Well-Being: Our Human Planet by the Millennium Ecosystem Assessment.

Озеро Урмия (Иран)

РФ ежегодно теряет 33 млрд руб от болезней, вызванных грязной водой 17: 48 06. 11. 2012 МОСКВА, 6 ноя — РИА Новости. Ежегодные потери России, вызванные потреблением гражданами некачественной воды и последующими заболеваниями, составляют около 33 миллиардов рублей, заявила во вторник заместитель председателя Совета Федерации Светлана Орлова. "Вода — это основа здоровья нации. По самым приблизительным оценкам, потери от болезней из-за потребления некачественной воды составляют в год примерно 33 миллиарда рублей… При этом свыше 90% от общего объема использования водных ресурсов приходятся на тепловую и атомную энергетику, сельское и жилищно-коммунальное хозяйство, добывающую и обрабатывающую отрасли промышленности. "В ближайшее время мир столкнется с ситуацией, когда резко возрастет стоимость воды для промышленных нужд и орошения. К такому повороты событий нужно быть готовыми… Я глубоко уверена, что в ближайшем будущем тема экологии будет стоять впереди темы экономики, потому что экономика сегодня действительно претерпевает определенные элементы кризиса", — заключила Орлова. Ранее директор Института водных проблем РАН Виктор Данилов-Данильян также заявлял, что возможностей экстенсивного роста потребления водных ресурсов в мире осталось всего на 10 -15 лет, при этом даже европейская часть России к 2030 году может стать вододефицитной. По его словам, "главный наш враг — это не количество воды, а качество": качество водных ресурсов на европейской территории страны в этом случае будет столь низким, что ее почти невозможно будет использовать.

По большому счету мы будем говорить о том, как водная экосистема функционирует = предоставляет свои услуги

Цель и задачи модуля Познакомиться: • с принципами современной водной экологии • с основами математического моделирования водных экосистем • основными методами контроля качества воды

Введение • Определения и общие особенности водных экосистем • Место и роль системного подхода • Красноярская школа исследования водных экосистем

Примеры определений экосистем: Экосистема – любое единство, включающее все организмы на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (т. е. обмен веществами между биотической и абиотической частями) внутри системы (Odum, 1975).

Можно ли говорить о водной экосистеме как об отдельной системе? Водосборный бассейн Hidden ground water Adapted from: GWP (M. Falkenmark), 2003, Water Management and Ecosystems: Living with Change

эко. СИСТЕМА Системный подход • Целостность системы = несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов. • «Свойства живого вещества отнюдь не являются теми свойствами, которые мы изучаем при исследовании отдельного организма. В совокупности организмов – живом веществе – проявляются новые свойства, не заметные или не существующие, если мы станем изучать отдельный организм» (Вернадский, 1978).

Упорядоченность системы как результат функционирования Фактор упорядочивающий структуру системы и ее функционирование Влияет на систему по принципу обратной связи Результат деятельности системы

Упорядоченность системы как результат функционирования Возможные результаты функционирования водной экосистемы: • Качество воды (комплекс растворенных и взвешенных в воде веществ) и донных отложений • Биоразнообразие (комплекс организмов – видовой состав экосистемы)

Иерархическая организация экосистем каждый ее элемент (функциональная единица) – это система; координация функционирования подсистем направлена от верхних организационных уровней к нижним.

Иерархия биологической организации … Клетка Организм Популяция Экосистема

Включать ли экосистему в иерархию биологической организации? Биологический тип Клетка интеграции Биогеохимический тип интеграции Особь Популяция Сообщество Экосистема Вид Биосфера «… биогеоценотический (экосистемный) уровень изучения явления природы не следует относить к серии биологических уровней, это уровень особого порядка» (Сукачев, 1964)

Трофическая иерархия V Рыбы IV Хищный зоопланктон III Зоопланктон II Фитопланктон I Минеральные и органические в-ва Т Р О Ф И Ч Е С К И Й У Р О В Е Н Ь

Иерархия скоростей изменения • Динамика циркуляции вещества (постоянные параметры, фиксированная структура) – часы, дни • Динамика функционирования системы (переменные параметры, фиксированная структура, параметры меняются вместе с состоянием системы) – дни, месяцы • Динамика структуры системы (меняющаяся структура, взаимодействие между элементами меняется вместе с состоянием системы) – месяцы, годы • Динамика эволюции системы (целевая функция меняется вместе со структурой системы) – десятки, сотни лет

Ряд особенностей водных экосистем (на самом деле многое приложимо и к наземным): • сложность внутреннего строения; • многофакторность воздействий внешней среды; • незамкнутость (информационная, энергетическая, морфологическая, структурная); • существенная нелинейность структурнофункциональных связей; • существенная неоднородность и гетерогенность; • высокая скорость биотического круговорота; • трофические сети во многих сообществах включают большое количество всеядных организмов

И еще…. • в отсутствии экстремальных условий численность популяций и сообществ организмов регулируется либо ограничением ресурсов, либо прессом хищников; • стабильность экосистем обеспечивается за счет сложных регуляторных процессов, среди которых огромное значение имеют положительные и отрицательные обратные связи; • “буферный” характер реакции природных систем на воздействия; • контринтуитивный характер реакции природных систем на внешние воздействия.

Лимнология (from Greek: Λίμνη limnee, "lake"; and λόγος, logos, "knowledge"), область исследования внутренних вод. Часто рассматривается как область экологии или наук об окружающей среде. Рассматривает биологические, химические, физические, геологические и другие свойства внутренних вод (пресные и соленые, реки и озера, природные и искусственные).

Озера мира Collection: David Rumsey Historical Map Collection Author: Colton, G. W. Date: 1865

From: Nature Communications 7, Article number: 13603 (2016), doi: 10. 1038/ncomms 13603

Limnology as a science growth both in publications and in number of journals #sil 2016 #limnology

Гидробиология - наука о живом в водной среде. Современная гидробиология это часть экологии, но в сферу гидробиологии попадают таксономия, экономическая биология, физиология, морфология и прочее. Тесно связана с лимнологией. Основная характеристика - все что связано с водными организмами.

Океанография (compound of the Greek words ωκεανός meaning "ocean" and γράφω meaning "to write"), так же известна как океанология, область наук о земле, которая исследует океан. Включает широкий спектр областей исследования - динамика экосистем и поведение морских организмов; течения и геофизика океана, геологию морского дна, физические процессы в океане и прочее.

"Research output in limnology does not fullfill expectations of the public". Address of @Y_Prairie at #sil 2016

"Our scientific world rich in data and imagination but poor in theory" John Downing #sil 2016

Подход к исследованию водных экосистем • Натурные наблюдения (измерение локальных и интегральных характеристик) и полевые эксперименты • Лабораторные эксперименты в контролируемых условиях (определение механизмов и кинетических констант) • Математическое моделирование (теория и проверка гипотез)

Красноярская школа исследований водных экосистем • Объекты – от океана до молекулы • Методы – от методов космического мониторинга до сайт-направленного мутагенеза • Проекты – от грантов научных фондов России, США, Голландии и других стран до контрактов с крупным бизнесом (например, ГМК «Норникель» ).

Институт биофизики СО РАН • Фундаментальные и прикладные основы биолюминесценции (к. б. н. , Е. С. Высоцкий, д. б. н. В. А. Кратасюк) • Экспериментальная гидроэкология (д. б. н. , проф. М. И. Гладышев) • Космический мониторинг (д. т. н. , проф. А. П. Шевырногов) • Математическое моделирование биологических процессов (член-корр. РАН, д. ф. -м. н. А. Г. Дегерменджи

Сибирский федеральный университет • Фундаментальные и прикладные основы флюоресценции фитопигментов (д. б. н. Н. А. Гаевский) • Классические гидробиологические исследования (к. б. н. С. М. Чупров) Институт вычислительного моделирования СО РАН • Математическое моделирования гидрофизических процессов (д. ф. -м. н. В. М. Белолипецкий)