Скачать презентацию Биосфера Лекция 2 доцент к х н Подолина
лекция 2 Экология.ppt
- Количество слайдов: 20
Скачать презентацию Биосфера Лекция 2 доцент к х н Подолина
Скачать презентацию Биосфера Лекция 2 доцент к х н Подолина
Биосфера Лекция 2 доцент к. х. н. Подолина Е. А.
План лекции Фундаментальная роль живого вещества. Геологический и биологический круговорот веществ и энергии.
План практического занятия 2 • Сообщества и популяции. • Структура сообществ. • Биотические связи организмов в биоценозах. • Агроценозы. • Урбанистические сообщества.
«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот» М. В. Волькенштейн
Живое вещество – совокупность всех форм жизни в биосфере. К основным уникальным особенностям живого вещества можно отнести: • • • способность быстро занимать все свободное пространство; движение не только пассивное; устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти; высокая приспособительная способность; феноменально высокая скорость протекания реакций; высокая скорость обновления живого вещества.
• самовоспроизведение – живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подобных; • индивидуальное развитие – каждой особи свойственен индивидуальное развитие (онтогенез) зарождение, развитие и рост и смерть; • эволюционное развитие – живой материи свойственен филогенез – историческое развитие жизни на Земле; адаптация – живые организмы способны адаптироваться к условиям окружающей среды; • • ритмичность – живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную); • целостность и дискретность – вся живая материя целостна и подчиняется общим законам, а также любая биологическая система состоит из обособленных хотя и взаимосвязанных элементов; • иерархичность – начиная с белков и нуклеиновых кислот и заканчивая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности (функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня).
Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Основные геохимические функции живого вещества: • • энергетическая (биохимическая) – связывание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества; газовая – способность живых организмов изменять и поддерживать определенный состав среды обитания и атмосферы в целом; концентрационная – захват из окружающей среды организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов; окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов, под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (железо, марганец, сера, фосфор, азот) создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода;
• деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности; • транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов (миграция и кочевки животных); • средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды; • информационная – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколений; • биогеохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека.
Целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов, которые обеспечивают механизмы функционирования и устойчивости. Целостность биосферы основывается на теории и практике рационального природопользования. Централизованность. Центральным звеном биосферы является живое вещество, однако это свойство человек рассматривает себя как центр биосферы. Устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возмущения, создаваемые внешними и внутренними воздействиями. Гомеостатические механизмы биосферы подчинены принципу Ле Шателье – Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.
Ритмичность. Суточные – изменение температуры, давления и влажности воздуха, облачности, силы ветра, приливы, отливы, циркуляция бризов, процессы фотосинтеза, поведение животных. Годовая – смена времен года, изменения в интенсивности почвообразования и разрушения горных пород, сезонность и хозяйственной деятельностью человека. Ритмические явления не повторяются полностью в конце ритма того состояния природы, что и объясняет направленное развитие природных процессов. Круговорот веществ и энергозависимость. Существование биосферы невозможно без поступления энергии извне, основная энергия приходит от Солнца, а количество атомов вещества на Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов. Горизонтальная зональность – закономерное изменение природной среды по направлению от экватора к полюсам, она обусловлена неодинаковым количеством поступающего на разные широты тепла в связи с шарообразной формой Земли, вследствие чего зональны климат, воды суши и океана, процессы выветривания, формы рельефа, растительность, почвы, животный мир.
Высотная поясность – закономерная смена природной среды с подъемом в горы от их подножья до вершин, так при подъеме на каждые 100 м температура понижается на 0, 6 о. С и увеличением осадков до высоты 2 -3 км. Смена поясов в горах происходит в той же последовательности, как и на равнине, кроме альпийских и субальпийских лугов. Разнообразие условий обитания и живых организмов – это свойство обусловлено следующими причинами: • разными средами жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной); • разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; • наличием регионов, различающихся по химическому составу; • биологическим разнообразием живых организмов. Каждый вид имеет определенную продолжительность жизнь 10 -30 миллионов лет, поэтому принимавших участие в эволюции биосферы исчисляется сотнями миллионов. Разнообразие видов обеспечивается возможностью дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степени сложности и прочности пищевых и других связей. Однако деятельность человека упрощает экосистемы, уничтожает отдельные виды животных и растений.
2. Геологический и биологический круговорот веществ и энергии. Круговорот веществ – многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, он осуществляется при непрерывном поступлении внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли. • Геологический круговорот– круговорот веществ, движущей силой кот орого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы. • Эндогенные процессы происходят под влиянием внутренней энергии Земли, которая выделяется в результате радиоактивного распада, химических реакций образования минералов, кристаллизации горных пород. • Экзогенные процессы происходят под влиянием внешней энергии Солнца, это процессы выветривания горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород.
Биологический (биогеохимический) круговорот – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов, этот круговорот веществ осуществляется в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация. Органические вещества синтезируются автотрофами из неорганический веществ (фотосинтез), гетеротрофы потребляют автотрофов или других гетеротрофов, в процессе жизнедеятельности (или смерти) органические вещества подвергаются минерализации, превращению в неорганические вещества.
В биогеохимических круговоротах следует различать две части: резервный фонд – часть вещества, не связанная с живыми организмами; обменный фонд – меньшая часть вещества, которая связана прямым обменом между организмами и их непосредственным окружением. Резервный фонд биогеохимического круговорота может располагаться в атмосфере и гидросфере (газовый) (круговорот кислорода, углерода, азота) или в земной коре (осадочный) (круговорот фосфора, серы). Интенсивность биологического круговорота в первую очередь зависит от температуры окружающей среды и количества воды. С появлением хозяйственной деятельности человека появился антропогенный круговорот – обмен веществ, движущей силой которого является деятельность человека. Геологический и биологический круговороты замкнуты, а антропогенный нет, поэтому антропогенный круговорот веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды.
Круговорот воды Вода испаряется с поверхности Мирового океана, переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, а затем вновь возвращается в океан в виде поверхностного и подземного стока, либо выпадает в виде осадков на поверхность океана. В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км 3 воды. Круговорот воды играет основную роль в формировании природных условий на планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 миллиона лет.
Круговорот углерода Растения (автотрофы или продуценты) улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, животные (гетеротрофы или консументы) поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков. Редуценты (бактерии, грибы, животные) минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа. Часть углекислого газа растворяется в мировом океане, а также опускается на дно и накапливается в осадочных породах (эта часть углерода выключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ). Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, 500 миллиардов т углерода (2/3 его запаса в атмосфере). Добыча полезных ископаемых (угля, нефти, газа) приводит к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере и развитию парникового эффекта. Скорость круговорота углекислого газа – время, за которое углекислый газ проходит через живое вещество, составляет 300 лет.
Круговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами. В основном свободный кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза зеленых растений, а потребляется в процессе дыхания животными, растениями и микроорганизмами и при минерализации органических остатков. Небольшое количество кислорода образуется из воды и озона под действием УФ-радиации. Основная доля кислорода продуцируется растениями суши ¾, остальная часть фотосинтезирующими организмами Мирового океана, скорость круговорота – 2 000 лет. Промышленное и бытовое потребление кислорода – 23 % и эта цифра растет, для поддержания жизни на планете количество кислорода должно быть постоянным, поэтому необходимо восполнение кислорода за счет фотосинтеза.
Круговорот азота Атмосферный воздух на 78 % состоит из азота, однако растения не могут поглощать свободный азот, а только в связанной форме, ион аммония, или нитрат- ион. Свободный азот из атмосферы связывают азотфиксирующие бактерии и переводят в доступные растениям формы. В растениях азот закрепляется в белках, нуклеиновых кислотах и передается по цепям питания. После отмирания редуценты минерализуют органические вещества и превращают в аммонийные соединения, нитраты, нитриты, а также в сводный азот, который возвращается в атмосферу. Нитраты и нитриты хорошо растворимы в воде и могут мигрировать в подземные воды и растения и передаваться по пищевым цепям. Неправильное применение азотных удобрений приводит к загрязнению воды, продуктов питания и вызывает заболевания человека.
Круговорот фосфора Основная масса фосфора содержится в горных породах и в круговорот фосфор включается в результате выветривания горных пород. Растения извлекают фосфор из почвы и включают его в состав органических соединений (белков, нуклеиновых кислот, фосфоролипидов), так фосфор передается по цепям питания, после отмирания живых организмов фосфор выделяется и возвращается в почву. Поступление фосфора из почвы в водоемы вызывает бурное развитие синезеленых водорослей и передается по трофическим цепям вплоть до морских экосистем, фосфор, попадая в море, снова попадает в осадочные породы и выключается из биогеохимического круговорота.
Круговорот серы Резервный фонд серы находится в отложениях и в почве и атмосфере. В горных породах сера встречается в виде сульфидов (Fe. S 2), в растворах SO 42 -, в газообразной фазе в виде сероводорода H 2 S или сернистого газа SO 2. в некоторых организмах сера накапливается в чистом виде и после их отмирания на дне морей образуются залежи серы. В морской воде сульфат-ион занимает второе место и является основной доступной формой серы, которая потребляется автотрофами и включается в состав белков. После гибели живых организмов часть серы восстанавливается в почве микроорганизмами до H 2 S, другая часть окисляется до сульфатов и вновь включается в круговорот. Сероводород улетучивается в атмосферу, где окисляется и возвращается в почву с осадками. Сжигание человеком ископаемого топлива, а также выбросы химической промышленности, приводят к накоплению в атмосфере сернистого газа, который реагирует с парами воды, выпадает на землю в виде кислотных дождей.
Скачать презентацию Биосфера Лекция 2 доцент к х н Подолина
лекция 2 Экология.ppt