Каждая экосистема обладает рядом свойств определяющих

• Каждая экосистема обладает рядом свойств, определяющих ее существование

1. Свойство необходимого разнообразия элементов • экосистема не может быть сформирована из одинаковых элементов: нижний предел - два элемента, верхний – бесконечное множество • экосистема остается стабильной до того момента, пока обладает необходимым разнообразием составляющих её элементов (снижение разнообразия выход из равновесия и переход на более низкий уровень

коралловые экосистемы - 0, 1% водной поверхности планеты (более четверти океанического животного мира)

• Коралловые рифы образованы органогенными известняками: в прибрежных зонах или на глубинах до 50 метров (максимум 120 метров) • Главное условие – оптимальное сочетание температуры, глубины и уровня солености воды

• риф Кингмен: пустынный атолл в Тихом океане • «машина времени» - экосистема в первозданном виде

• рифовые акулы, хищные красные луцианы

• Место кудрепёра – в середине пищевой цепочки: должен молниеносно нападать и исчезать…

Малоизученный коралл Porties sp. - возраст 500 лет.

Коралловые рифы – до и после

• более 30% коралловых рифов потеряно (в Мексиканском заливе осталось не более 1%): природные и антропогенные факторы • загрязнение океана промышленными отходами • вырубка мангровых лесов, • глобальное потепление и подкисление воды • туризм, браконьерское рыболовство

2. Свойство устойчивости • преобладание внутренних взаимодействий над внешними: экосистема стремиться сохранить свою стабильность - status quo • каждая экосистема - свои пределы устойчивости

3. Свойство саморегуляции и самоорганизации • Связи в экосистеме: прямые и обратные • Прямая - один элемент системы действует на другой без ответной реакции • Обратная - ответное действие элемента • Обратные связи: положительные (стимулирующие) и отрицательные (стабилизирующие)

• Пример положительной (стимулирующей) обратной связи - деградация почвенного покрова в результате хозяйственной деятельности Женщина собирает оставшиеся рисинки, чтобы накормить свою семью. Бангладеш

• Пример отрицательной (стабилизирующей) связи хищник и жертва: рост популяции жертв приводит к росту хищников - хищники сокращают поголовье жертв - численность хищников сокращается, т. е. система стабилизируется • Саморегулирование экосистемы основано на отрицательной обратной связи

4. Свойство эмерджентности • свойства системы не являются простой суммой свойств слагаемых ее элементов: все компоненты имеют свои особенности строения и внутренние механизмы, но при «сложении» компонентов живой и неживой природы появляется новый тип связей

5. Свойство неравномерности • Постепенное накопление незначительных изменений может быть прервано скачком качественных изменений, меняющих свойство системы - точки бифуркации

• Новая Зеландия: с переселенцами до 600 новых видов растений, 130 видов птиц и 48 видов млекопитающих. • При отсутствии врагов в природе: растения разрослись, птицы расселили новые виды, популяции животных превратили леса в пастбище. В результате, большая часть дремучих лесов погибла, началась эрозия и обмеление рек

Биосфера –самая большая экосистема Когда мы пытаемся вытащить что-нибудь одно, оказывается, что оно связано со всем остальным. Закон Мерфи

• Ежегодно во французском городке Сен-Дье проходит Международный фестиваль географии. Эмблемой фестиваля является человек, играющий планетой как мячиком

• При уменьшении в 10 миллионов раз – планета –мячик шар диаметром 1, 28 м. • в руках оказаться не сможет – несмотря на уменьшение, масса шара составит почти 6 тонн.

• Твердая оболочка Земли: на суше в пределах 2 – 6, 5 см, а под океаном не достигать и 1 сантиметра (3 -8 миллиметра). • самая глубокая скважина на планете - 1, 2 см. • высочайшая вершина Эверест– около 9 мм. • прозрачная тонкая газовая оболочка - 2 -4 мм • Оболочка жизни на планете - миллиметр

Понятие «биосфера» • истоки учения - труды европейский естествоиспытателей ХVIII в. • Жан Батист Ламарк: «все живые организмы содержат вещества неорганической природы…» • Термины- Эдуард Зюсс, предложивший считать водную оболочку планеты - гидросферой, твердую оболочку - литосферой, а оболочку, населенную живыми организмами - биосферой.

• В ХХ в. В. И. Вернадский - учение о биосфере - оболочке планеты, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов (почвы, осадочные породы, природные воды, атмосфера появились и развиваются благодаря деятельности живых организмов)

Строение биосферы • Все этажи биосферы заселены • архитектура здания, стройматериалы, распределение жителей, - все имеет общие закономерности построения

• Наибольшее «сгущение» жизни - на границах сред обитания – «пленках жизни» : воздуха и почвы, в прибрежной зоне контакта моря и реки, в приповерхностных слоях океана

Границы биосферы • совпадают с границами жизнедеятельности организмов: • нижний – дно океана или глубинные слои литосферы • верхний - ограничен жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (15 -20 км)

Верхняя граница биосферы • порог пребывания человека 6000 - 7000 м. • верхняя граница растений - 6200 м (выше – насекомые и микроорганизмы) • если не учитывать рекорды (птицы до 13 -14 км, простейшие до 15 км, бактерии до 75 -85 км) верхняя граница реального распространения жизни около 8 -10 км.

Нижняя граница биосферы • в 1841 г. Э. Форбс - на глубине ниже 540 м. морей - жизни нет • в пробе грунта, взятого батискафом «Кайко» на глубине 10. 900 м. было открыто 13 видов новых одноклеточных организмов, существующих уже почти миллиард лет

Жизнь в экстремальных условиях • Максимально адаптированы бактерии • «черные и белые курильщики» : в гидротермальных источниках на дне океана -оазисы жизни хемосинтезирующие бактерии (температура 3500, глубина более 2, 5 км, полное отсутствие света) • В литосфере на глубине 4500 м. в нефтеносных водах найдены микроорганизмы

• на «пределах» биосферы отдельные проявления жизни (споры, бактерии, мицелии грибов) • В холодных или жарких пустынях активная жизнь «замирает» , но и там существуют живые организмы • Совокупность этих областей -парабиосфера

Атмосфера (пар и шар) - легкая газовая оболочка, масса которой в миллион раз меньше массы планеты современный состав атмосферы -эволюция живых организмов

• Первичная атмосфера, образованная в результате вулканических извержений, отличалась отсутствием О 2 и преобладанием СО 2

Переломные периоды планеты • содержание О 2 - 1% (1 -ая точка Пастера): первые аэробные организмы. • концентрация О 2 - 10% (2 -ая точка Пастера): озоновый слой, организмы вышли на сушу. • по мере эволюции - СО 2 до 0, 03%, О 2– 21%

• содержание состава атмосферы поддерживается благодаря «запрограммированным» процессам в биосфере в узком диапазоне: без производства О 2 растениями, он навсегда исчез бы из атмосферы, остановив жизнь на Земле, при повышении жизнь может «сгореть»

• Гидросфера из-за способности воды быть в жидком, твердом или газообразном состоянии, пронизывает все другие оболочки Земли • переходы из одних видов вод в другие - сложный круговорот воды на земном шаре

• Водная поверхность планеты - 71%. • Если прибавить ледники и снежный покров - 86% от общей поверхности планеты

• Морская вода: солёность Мирового океана составляет около 3, 5 промилле (в каждом литре морской воды растворено 35 грамм солей) • в морской воде: 85, 7% кислорода, 10, 8% водорода, 1, 9% хлора, 1, 05% натрия, 1, 35% магния, 0, 09% серы •

• Литосфера - твердая оболочка Земли, из трех слоев – земной коры (0 -40 км), твердой оболочки или мантии (40 -2900 км) и жидкого ядра (2900 -6370 км)

Строение литосферы • континентальная и океаническая кора • На континентах - до 70 км: осадочный, гранитный и базальтовый слои. • Под океанами - 5 -10 км: гранитный слой выклинивается, а осадочный и базальтовый уменьшаются в мощности • Иногда выделяется кора промежуточного типа

Состав литосферы • Горные породы: • магматические (при охлаждении и затвердевании магмы) • осадочные (в результате накопления осадков) • метаморфические (преобразованные осадочные и магматические породы под действием температур и давления)

Педосфера - «благородная ржавчина Земли» • на границе атмосферы и литосферы • Мощность почв зависит от климата, рельефа, времени развития почвы, особенностей слагающих ее пород, биоты • толщина педосферы около одного метра

Состав почв • все элементы системы Д. И. Менделеева • каждый элемент земной коры имеет свой кларк среднее содержание в земной коре. • Кислород - 47, 0%, кремний -29, 5%, алюминий 8, 05%. В сумме эти три элемента составляют 84, 55%. • Если прибавить железо - 4, 65%, кальций -2, 96%, натрий - 2, 50%, калий -2, 50%, магний - 1, 87%, титан 0, 45%, то сумма - 99, 48%. • На остальные 80 элементов приходится чуть более половины процента.

Круговорот веществ в биосфере • непрерывное движение: в океане течения перемешивают слои воды, вода испаряется с водной глади, в атмосфере ветры переносят облака, из облаков идет дождь и снег, поверхностные воды стекаются в рукава рек, реки впадают в океан

• Вместе с водой «подключаются» химические элементы и соединения • повторяющийся цикл перемещения и превращения вещества - круговорот веществ в биосфере • при отсутствии круговоротов - живые организмы давно исчерпали бы все ресурсы планеты, поскольку запасы любого элемента конечны

• большой (геологический) • малый (биогеохимический) круговорот

Геологический круговорот веществ • магматические породы разрушаются, их продукты выносятся в океан, образуя осадочные породы. • Под действием давления и температур, осадочные и магматические породы преобразуются в метаморфические • При новых движениях коры, породы вновь оказываются в зоне интенсивного выветривания

• Малый биогеохимический круговорот - два взаимосвязанных и противоположных процесса: образованием и разложением живого вещества.

• Химические элементы в биосфере постоянно перемещаются как в пределах отдельных сфер (литосферы, гидросферы, атмосферы, педосферы), так и между ними.

• Повторяющиеся перемещения и превращения химических элементов в биосфере при активном участии живого вещества называют биогеохимическими циклами элементов • под циклом понимается круговорот химических веществ из неорганической природы, через растительные и животные организмы, обратно в неорганическую.

• К главным биогеохимическим циклам относят циклы углерода, азота, кислорода, серы и фосфора. Среди летучих соединений всем известна двуокись углерода (СО 2), метан (СН 4), свободный азот (N 2), аммиак (NH 4), сероводород (H 2 S) и двуокись серы (SO 2).

Человек и биосфера • Изменения природы начались с расселением первобытных людей по континентам • Шесть основных этапов взаимодействия общества и природы

1. Этап взаимодействия природы и общества • период присваивающего хозяйства: собирательство, охота и рыболовство • плотность людей лимитирована количеством пищи • развитие - совершенствование каменных орудий • исчезновение многих видов животных привело к голоду: поиск новых вариантов получения пищи

2. Этап взаимодействия природы и общества • период становления производящего хозяйства неолитическая революция: землепашество и скотоводство • в очагах оседлого земледелия - смена природных экосистем пахотными угодьями

• расширение обрабатываемых земель применении переложной и подсечно-огневой системы земледелия обеспечили людей пищей и привели к новым проблемам: нарушение гидрологического режима рек, усиление водной и ветровой эрозии, опустынивание территорий и т. д.

3. Этап взаимодействия природы и общества • Эволюция локальных аграрных сообществ • Очаги - великие речные цивилизации: Нил, Тигр, Евфрат, Инд и Ганг, Хуанхэ и Янцзы • преобразование сельского хозяйства: орошаемое земледелие, террасирование горных склонов • развитие сельского хозяйства и высокие урожаи послужили толчком для демографического роста

4. Этап взаимодействия природы и общества • «осевое время» : заложены основы религий, зародилась философия, установка на «преображение природы» и гармонию с природой

5. Этап взаимодействия природы и общества • эпоха Великих географических открытий взаимодействие локальных цивилизаций • Открытие Америки, Австралии и Океании • мощный колониализм: минеральные и биотические ресурсы стран Востока и Нового Света открыто присваивались европейскими державами

6. Этап взаимодействия природы и общества • Эпоха индустриализации • С середины 18 века в Англии • три основных стадии: революция «пара и угля» , «нефти и электричества» и «ядерной энергетики, микроэлектроники и биотехнологий»

• виток эксплуатации природных ресурсов, рост и распространение городов, первые техногенные катастрофы. • Набранные темпы развития экономики привели к стремительному преобразованию биосферы

Ноосфера как ступень развития биосферы • преобразование биосферы – техногенез • часть преобразованной биосферы – техносфера • отличие эпохи техносферы - изменение биогеохимических потоков: ХХ в. вовлек в процесс рассеивания и дальнейшей концентрации практически все элементы таблицы Менделеева, многие из которых являются токсичными. • В 1927 году Эдуард Леруа ввел понятие «ноосфера» оболочка Земли, включающая человеческое общество с его языком, индустрией, культурой и прочими видами разумной деятельности.

Эксперимент «Биосфера - 2» • в начале 90 -х годов 20 века в Аризоне (США) сложнейшее инженерно-техническое сооружение «Биосфера-2» - моделирование замкнутой экосистемы (миллиардер Эдвард Бас) • площадь 1, 27 гектара

• Задача - выяснение возможностей человека жить в искусственной экосистеме в случае ухудшения условий жизни на Земле или в космических поселениях

• сеть герметичных секций • в каждом отсеке - конкретная экосистема с почвами и растениями, животными и микроорганизмами (тропический лес, саванна, мини-океан с живым коралловым рифом и т. д. ). • своеобразная биологически-сбалансированная минимодель Земли

• Автономное функционирование комплекса - круговорот веществ: воспроизводство кислорода, переработка отходов жизнедеятельности и т. д. • океанические течения, морской прибой, тропические дожди, для очистки воды - водные гиацинты

• 26 сентября 1991 года восемь добровольцев вошли в «Биосферу 2» на два года

• через нескольких недель: рост популяций микроорганизмов и насекомых - резкое уменьшение всходов сельскохозкультур падение кислорода (на 0, 5% в месяц) признаки кислородного голодания.

• • • нехватка пищи - распределение еды огромное количество микробов и насекомых конденсат влаги и искусственный дождь количество О 2 за два года снизилось до 14% «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев — нам нечем будет дышать, если вода загрязнится — нам нечего будет пить» .

• Вывод: на данный момент знания о биосфере недостаточны и создание модели невозможно • Перенаселение, нехватка пищи, сохранение биоразнообразия, загрязнение - основными темы для исследований