Скачать презентацию Предмет изучения экологии Первый принцип выделения в
Предмет изучения экологии.pptx
- Количество слайдов: 84
Предмет изучения экологии Первый принцип выделения – в соответствии с уровнем организации живой материи (эколигия- начиная с организма). Второй принцип выделения – в соответствии с типом среды и местообитания. Предмет экологии – взаимоотношения живых организмов в определенных условиях среды. Третий принцип – это область приложения экологических знаний. Предмет экологии – природные ресурсы, загрязнители окружающей среды и их действие на те или иные живые организмы. Структура экологии: Общая экология : Аутэк(раздел экологии изуч. Взаимоотн. Отдельных орг-в с окруж. Средой) Дэмэк(наука о популяциях, котор изуч действие факторов на популяции и их числ. ) Синэк(разд. Эк. Изуч взаимод. Популяций различн. Видов, сост. Сррбщества, их развит, динамику числ, структуру, вл. Факторов среды. ) Теоретическая экология; Прикладная экология; Экология растений, экология насекомых, экология микроорганизмов; Глобальная экология; Экология человека; Социальная экология;
Определ эколог. И основн понятия Жизнь – особая форма организации материи со специфическим обменом веществ и энергией с окружающей средой. Организм – развивающаяся от момента зарождения до гибели живая система, в которой выделяются органы, специализирующиеся на выполнении определенных функций, поддерживающих жизнедеятельность системы. Популяция – совокупность особей одного вида, объединенных общим местом обитания с относительно однородными экологическими условиями, имеющих общий генофонд. Биоценоз – единое сообщество совместно обитающих различных видов живых организмов (растений, животных, микроорганизмов), населяющих относительно однородное пространство. Экосистема — это сообщество живых организмов различных видов вместе с жизненным пространством, которое оно занимает. Биом – крупная экосистема, расположенная в определенной климатической и ландшафтно-географической зоне. Биосфера - совокупность всех экосистем планеты в пределах атмосферы, гидросферы и литосферы, охватывающая все биомы планеты. Экология- наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Экосистема = биогеоценоз+биотоп
Взаимосвязь и отличие между экологией и охраной природы. Экология- наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Охрана окружающей среды – это система мер, направленных на сохранение атмосферы, почв, вод, земных недр, растительности и животного мира, рациональное использование природных ресурсов, предупреждающая вредное влияние результатов деятельности общества на природу и здоровье человека.
Задачи экологии В общетеоретическом плане: Изучение механизмов адаптации живых организмов к среде; Исследование регуляции численности популяций; Изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания; Разработка теории устойчивости экологических систем; Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов. Основные прикладные задачи: Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей среде под влиянием деятельности человека; Улучшение качества окружающей среды; Сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов. Стратегическая задача экологии: развитие теории взаимодействия природы и общества, где человеческое общество рассматривается как неотъемлемая часть биосферы.
Место экологии среди др наук. Взаимосвязь с химией. С химией: обмен в-в между орг-м и средой, круговорот в-в, биогеохимические циклы, биохимия. С физикой: закономерности биологических процессов подчиняются фундамент. Законам физики(закон сохранения масс, 2 нач. термодин. ) Матем: мат. Моделирование и прогнозирование География: геоэкология, ландшафная экология. Медицина: экология и здоровье. Философия: экология не только отрасль науки, сколько метод мышления. Биология: тесная связь.
Становление экологии как науки. Экология — это новая область науки, появившаяся во второй половине XX века. Точнее, считается, что в качестве отдельной дисциплины экология зародилась на рубеже XX века, и что она получила общественную известность в 1960 -е годы, в связи с широко распространённым беспокойством за состояние окружающей среды. 1661 г. Дж. Эвелин – плохое качество воздуха в Лондоне А. Фабре – эрозия почвы в Альпах 1896 г. Сванте Аррениус – теория парникового эффекта 1962 г. – Рэйчел Карсон «Молчаливая весна»
Антропоцентризм. Высшую ценность представляет человек. Иерархическая картина мира. Целью взаимодействия с природой является удовлетворение тех или иных прагматических потребностей, т. е. получение определенного «полезного продукта» . Характер взаимодействия с природой определяется тем, что правильно и разрешено то, что полезно человеку и человечеству. Этические нормы и правила действуют только в мире людей и не распространяются на взаимодействие с миром природы. Дальнейшее развитие природы мыслится как процесс, который должен быть подчинен процессу развития человека. Экоцентризм Высшую ценность представляет гармоничное развитие человека и природы. Отказ от иерархической картины мира. Целью взаимодействия с природой является максимальное удовлетворение как потребностей человека, так и потребностей всего природного сообщества. Характер взаимодействия с природой определяется тем, что правильно и разрешено то, что не нарушает существующее в природе экологическое равновесие. Этические нормы и правила равным образом распространяются как на взаимодействие между людьми, так и на взаимодействие с миром природы. Развитие природы и человека мыслится как процесс коэволюции, взаимовыгодного единства.
Экологические проблемы. Характеризуются: сложностью, многофакторностью, непредсказуемостью, неоднородностью во времени и пространстве. Существуют на трех уровнях: глобальные, региональные, локальные. Основн. Этапы развит. Междунар. Сотрудн. Этапы: 1970 -е. 1972 г. Стокгольм – Всемирная конференция ООН по окружающей среде. Цель: Влияние на окружающую среду с приоритетом контроля загрязнения и охраны ресурсов + Социальноэкономическое развитие. Итоги: Начало международного сотрудничества в области охраны окружающей среды. Принятие программы ООН по окружающей среде – ЮНЕП. Недопущение странами причинения ущерба окружающей среде других государств в результате каких-либо видов деятельности, находящихся под их юрисдикцией и контролем. 1979 Конференция ООН Женева. (подписание конференции по трансграничному загрязнению атм. Воздуха. 1987. опубликован доклад «Брутланд» Устойчивое развитие – развитие цивилизации, обеспечивающее сбалансированное решение социально-экономических задач и проблем сохранения благоприятной окружающей среды, природно-ресурсного потенциала в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений людей. 1992 Рио-де-Жанейро. Конференция ООН по окружающей среде и развитии при ООН. Цель: Заложить основу глобального партнерства между развивающимися и более индустриализированными странами, базирующегося на взаимной необходимости и общих интересах, для гармонизации будущего планеты. ЮНЭП+ПРООН. 1997 г. Киотский протокол Развитые страны и страны с переходной экономикой должны к 2008 -2012 гг. сократить свои выбросы парниковых газов в среднем не менее чем на 5% от уровня 1990 г.
Мониторинг окр. Среды. Мониторинг - система повторных наблюдений одного или более элементов окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями и в соответствие с заранее подготовленной программой. Виды: Глобальный, Национальный, Региональный, Локальный Биоэкологический (санитарно–гигиенический), Геосистемный (геоэкологический), Биосферный (глобальный) Мониторинг отдельных сред, Ингредиентный монитринг Программа: Задачи: Определение источников воздействия и выявление причин антропогенных изменений; Оценка фактического состояния природной среды; Прогноз и оценка будущего состояния среды.
программа
Требования к мониторингу. Комплексный характер: исследование совокупности природных объектов и воздействующие на них факторов, использование всего арсенала методов. Систематичность слежения за состоянием среды и оперативность получения информации. Репрезентативность (представительность) объектов наблюдений. При выборе объектов необходимо учитывать типичность (а в ряде случаев, наоборот, уникальность) физико-географических условий, направления и степени антропогенного воздействия как на региональном, так и на локальном уровнях. Проведение одновременных наблюдений по одной и той же программе на измененной человеком территории и участках с ненарушенной природой.
Приоритетные напр. И загрязн. В-ва в мониторинге. Территория – Города, Объекты питьевого водоснабжения, Места нерестилища рыб Среда - Атмосферный воздух, Пресноводные водоемы Источники загрязнения (в городах) - Автотранспорт, ТЭС, предприятия цветной металлургии Вещества, воздух: SO 2, Взвешенные частицы, O 3, Оксиды азота, Pb, CO 2, CO, Углеводороды. Вещества, вода: Cd и его соединения, NO 3, NO 2, Hg и ее соединения, Нефтепрод, Фториды, As. Вещества, продукты питания: Радионуклиды, Cd и его соединения, NO 3, NO 2, Hg и ее соединения, Pb.
Методы наземного слежения в мониторинге. Биоиндикация(Неспецифическая (изменения под действием различных факторов). Специфическая (изменения под действием одного фактора). Регистрирующая (реакция на изменения состояния окружающей среды изменением численности, повреждением тканей, изменением скорости роста и др. )Биоиндикация по аккумуляции (загрязняющие вещества концентрируются в определенных органах и частях тела). ) Преимущества живых индикаторов: Необязательно применение дорогостоящих физических и химических методов для измерения биологических параметров; Суммируют все без исключения биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом; Указывают на пути и места скоплений в различных экосистемах токсикантов; Позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека. Геофизический: программа исследований включает инструментальное определение радиационного, теплового и водного балансов. Геохимический: изучение функционирования и развития природных систем на основе результатов анализа миграции химических элементов (методы аналитической химии). Картографический мониторинг – контроль, оценка и прогноз состояния окружающей среды с помощью построения карт различного происхождения.
Аэрокосмический мониторинг. Аэрокосмический мониторинг основан на бесконтактной регистрации (дистанционной индикации) электромагнитных волн отраженного солнечного света и собственного излучения поверхности Земли с самолетов, вертолетов и космических аппаратов. Преимущества: Возможность достаточно частой повторности (и даже непрерывности) наблюдений во времени; Получение на одном изображении обширных и отдаленных территорий; Возможность пространственно-временного анализа одновременно нескольких компонентов природы в их взаимосвязи. Методы: Фотографирование: во всей видимой части спектра (длина волн 0, 4 – 0, 8 мкм) и в ближней ИК (0, 8 – 1, 1 мкм). Телевизионная съемка: перспективна для регистрации быстро меняющихся природных и природно-антропогенных явлений (пылевых бурь, пожаров, наводнений и др. ). Спектрометрическая индикация: определение характеристик отражательной способности природных и антропогенных образований (коэффициент спектральной яркости). Инфракрасная индикация: регистрация длинноволнового отражения солнечного света (0, 7 – 2, 5 мкм) и собственного теплового излучения Земли (3 мкм и более). Микроволновая индикация: регистрация пассивного радиотеплового излучения Земли в диапазоне 0, 3 – 30 см.
Основные этапы развития жизни и закономерности эволюции. Этапы развития жизни: По мнению ученых, жизнь на Земле зародилась на дне мелких теплых морей. Первичные организмы питались готовыми органическими веществами либо другими организмами. Развитие фотосинтетического аппарата - появление новых видов живых организмов - обогащение атмосферы кислородом. Содержание кислорода в атмосфере примерно 1% от современного уровня (первая точка Пастера) - около 1, 2 млрд. лет назад - первые аэробные организмы (обмен веществ идет с участием кислорода). Восстановительные процессы дополнились окислительными. Выход живых организмов на сушу. Содержание кислорода примерно 10% от современного уровня (вторая точка Пастера) - около 600 млн. лет назад - условия для синтеза озона и образования озонового слоя в атмосфере. Формирование наземной флоры и фауны. Закономерности эволюции: Необратимость эволюции. В ходе геологического времени происходит ускорение биологической эволюции. На фоне общей тенденции ускорения эволюции были отдельные эпохи повышенного видообразования. Эволюция отдельных групп организмов протекала с разной скоростью.
Гипотеза креационизма. Все существующее во Вселенной, в том числе жизнь, создано единой Силой – Творцом в результате нескольких актов сверхъестественного творения в прошлом. Организмы, населяющие сегодня Землю, происходят от сотворенных по отдельности основных типов живых существ. Сотворенные виды были с самого начала превосходно организованы и наделены способностью к некоторой изменчивости (микроэволюция). Этернизм (от лат. eternus – вечный) Земля никогда не возникала, а существовала вечно. Земля всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало, виды также существовали всегда. В. Прейер (1880 г. )
Гипотеза самозарождения. Жизнь возникла из неживого вещества самопроизвольно. Источником спонтанного зарождения служат либо неорганические соединения, либо гниющие органические остатки. Аристотель: лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. Демокрит: начало жизни - в иле, Фалес – в воде, Анаксагор – в воздухе. Гельмонт: рецепт получения мышей из пшеницы и грязного белья. Бэкон: гниение – зачаток нового рождения. Несостояельность гипотезы(Луи Пастер) Везде где наблюд. Микроорганизмы они заносяться извне. Гипотеза панспермии С. Аррениус Жизнь занесена на Землю из космоса. Микроскопические споры простейших организмов переносятся с планеты на планету космической пылью. Пылинки движутся в космическом пространстве с огромной скоростью, подгоняемые солнечным ветром. Споры микрооргнизмов, выдерживая космические температуры и излучения, служат семенами жизни во Вселенной. В 1970–е годы нобелевский лауреат Ф. Крик (Великобритания) и профессор Л. Оргел (США). Осеменение планет производится не хаотично, а целенаправленно. Источник его – высокоразвитые цивилизации, существовавшие миллиарды лет назад на планетах других звездных систем. Зная о неизбежности своего конца, они запустили в просторы Вселенной вечные «семена жизни» .
Биохимические гипотезы возник. Жизни. Опарин - идея о постепенном возникновении жизни на Земле из неорганических веществ путем длительной эволюции биологически активных веществ. Химическая эволюция предшествовала биологической эволюции. Возникновение органических веществ. Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др. ). Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов. Холдейн Образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее развития было типичным и массовым явлением. Органическое вещество в метеоритах впервые обнаружил шведский химик И. Берцелиус при анализе углистого хондритового метеорита Алаис в 1834 г. В органическом веществе метеоритов обнаружены углеводороды, спирты, карбоновые кислоты, пурины, пиримидины и др.
Биосфера и ноосфера. Уч. Вернадского. Биосфера - это совокупность всех экосистем планеты в пределах атмосферы, гидросферы и литосферы, охватывающая все биомы Земли. Зюсс нач. 19 века. Вернадский: Биосфера – это не только область распространения жизни, но и ее производное На ранних этапах геологической истории наша планета была безжизненной. Эволюция земной коры определялась факторами неживой природы. С возникновением жизни на Земле живые организмы стали активно изменять, преобразовывать земную кору. Образовалась новая комплексная геологическая оболочка Земли — биосфера, переработанная жизнью и заселенная живыми организмами. Ноосфера – это гипотетическая стадия развития биосферы, когда в будущем разумная деятельность людей станет главным определяющим фактором ее устойчивого развития. Необходимые предпосылки для создания ноосферы: Человечество должно быть единым целым; Наличие реального равенства людей; Рост общего уровня жизни; Исключение войн из жизни общества.
Границы и устойчивость биосферы. Границы: Естественная верхняя граница биосферы - озоновый слой. Верхняя граница жизни расположена не выше 5 -6 км над твердой оболочкой. Нижняя граница биосферы не превышает около 3 км на суше и 5, 5 км в области океана. Причины устойчивости: Магнитное поле Земли, Энергия солнца, Кислород и озон, Потоки вещества и энергии, Разнообразие живых организмов, Круговорот веществ
Живое в-во и его функц. Живое вещество – совокупность всех живых организмов, населяющих биосферу и связанных с другими веществами биогенной миграцией элементов. Свойства: Обмен веществом, энергией и информацией. Стремление заполнить собой все окружающее пространство или «давление жизни» Возможность произвольного перемещения в пространстве. Эволюционный процесс присущ только живому веществу. Функции: Энергетическая – Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе. Запасание энергии в хим. связях и передача её по цепям питания и разложения. Геохимическая – Вовлечение хим. элементов Земли в живые организмы и возвращение их путём биогенной миграции снова в среду. Создание осадочных пород, углей, горючих сланцев и др. Концентрационная – Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности организмов вещества для построения тела и вовлечения их в биокруговорот веществ. Газовая – создание свободного кислорода и переход его в озон, выделение свободного азота при разложении живого вещества, выделение СО 2. Деструктивная – разложение минеральных веществ неживой природы, минерализация биогенного и небиогенного органического вещества. Средообразующая – Преобразование физ-хим. параметров среды, создание благоприятной для жизни среды. Транспортная – перенос вещества против силы тяжести. Историческая – эволюционное развитие жизни, эволюция организмов, экосистем и биосфнры. Самовоспроизводящаяся – живое только от живого.
Гидросфера- водная оболочка. Значение- возникновение жизни, поддерж. Климата на планете, круговорот воды. Хим состав вод: В морской воде Na+ > Mg 2+ > Ca 2+ ; Cl- > SO 42 - > HCO 3 - В континентальных водах Mg 2+< Na+ < Ca 2+ ; Cl- < SO 42 - < HCO 3 - Загрязнения: Дифицит престной воды-глобальная проблема. Основной причиной загр. Вод явл. Прямой сброс в воду отходов промышл. И коммунальных сточных вод. Такие сбросы снижают кол-во кислорода в воде, увелич. Колво примесей и их токсичность, происходит замор(гибель водных орг-в)
Литосфера- каменная оболочка. Значение: Природные ресурсы Минеральные грязи Размещение зданий, сооружений, транспортных коммуникаций и др. Земная кора (0, 4% массы Земли) + верхняя часть мантии Земли (до 200 км). Толщина земной коры в среднем 17 км (4 -70 км) Кларк — константа распространенности химического элемента в крупной геохимической системе (земной коре, биосфере, почве, растительности и т. п. ), которая представляет собой среднее содержание элемента в этой системе, выраженное, например, в весовых или атомных процентах. Литотоксичность, гидротоксичность, атмотоксичность (зависит от степени подвижности элемента и времени присутствия в конкретной среде). Геоэкологичность (характеризуют относительное потенциальное экологическое неблагополучие территории, где встречаются те или иные минералы). ЛЭм=1/Y (ЛЭi) ЛЭi (литоэкологичность элемента) = Тл/Кларк У — показатель устойчивости минерала, учитывающий химическую, механическую и гидроаэродинамическую устойчивость и имеющий три градации: высокую (У= 10), среднюю (У = 5) и низкую (У = 1) Загрязнение почвы поисходит при чрезмерном применении в сх минеральных удобрений и пистицидов. Вместе с орг-ми удобрениями в почву могут попадать бактерии, яйца паразит. Червей. Так же загрязн. Нефтепродуктами, радионуклидами, тяжелыми Ме.
Состав и структура Атмосферы. Наибольшее значение имеют: Кислород атмосферы, который используется в процессах дыхания и минерализации органического вещества Углекислый газ, необходимый для нормального протекания процесса фотосинтеза Озон, задерживающий губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение Солнца. Атмосфера предохраняет планету от метеоритной бомбардировки. Тропосфера (10) – Стратосфера (45) – Мезосфера (80) – Ионосфера (140) Озоновый слой на высоте 25 км Состав: N 2 O 2 Ar CO 2 Ne He CH 4 Kr N 2 O H 2 Xe O 3 Загрязнение атм. Происходит из-за сжигания большого колва топлива, выхлопные газы авто. СО 2 и СО-парниковвый эффект, SO 2 SO 3 - кислотные осадки, NO 2 NO-формир свободных радикалов, приводят к развитию патологич заболеваний. Сl- разруш озоновый слой 1 молек разруш. 100 тыс молекул О 3.
Техносфера. Планетарное пространство, находящееся под воздействием производственной деятельности людей и занятое продуктами этой деятельности. Значительная часть современной техносферы – это надприродное образование, генетически не связанное с законами биосферы. Техническое вещество – средства производства. Техногенное вещество – здания, сооружения, коммуникации и т. п. Масса техногенного вещества – 8, 5 х 1012 т, что почти в 1, 5 раза больше массы биоты биосферы. Совокупность процессов добычи, транспортировки, переработки определенных видов природных ресурсов в полезную продукцию представляет собой ресурсный цикл (антропогенный круговорот вещества). Техносферный круговорот веществ существенно разомкнут и в количественном, и в качественном отношении. Экологизация техносферы Создание системы управления воздействием промышленных предприятий на окружающую среду; Совершенствование технологий очистки промышленных выбросов и сбросов; Совершенствование системы экологического менеджмента; Создание малоотходных и безотходных технологий, производств: Более чистое производство, «зеленая» химия.
Большой и малый круговороты в-в. Многократное, циклическое, неравномерное во времени перераспределение вещества между компонентами биосферы. Большой (геологический, биосферный) и малый (биологический). Различаются по масштабам, причинам, компонентам и продолжительности. Круговорота энергии не бывает Биологический - Обмен химическими элементами между живыми организмами и атмосферой, гидросферой и литосферой Обязательные компоненты: Химические вещества и источник энергии, Продуценты, Консументы, Редуценты Восходящая часть характеризует взаимодействие растений с абиотической средой (создание продукции) Нисходящая часть характеризует все звенья экосистемы, обеспечивающие разложение синтезированной продукции до неорганических веществ Различия: Биологический круговорот – в пределах биогеоценоза, геологический – на больших территориях, материках Причина и движущая сила биологического круговорота – разный характер питания продуцентов и редуцентов, геологического – круговорот воды между океаном и суш. В биологическом участвуют биогенные элементы, в геологическом – все Продолжительность циклов в биологическом кратковременна (год, десятки и сотни лет), в геологическом – десятки и сотни тысяч лет
Круговорот воды. Включает выпадение осадков, испарение, конденсацию и сток. Включает три основные "петли": Поверхностного стока: вода становится частью поверхностных вод; Испарения - транспирации: вода впитывается почвой, удерживается в качестве капиллярной воды, а затем возвращается в атмосферу, испаряясь с поверхности земли, или же поглощается растениями и выделяется в виде паров при транспирации; Грунтовых вод: вода попадает под землю и движется сквозь нее, питая колодцы и родники и, таким образом, вновь попадая в систему поверхностных вод.
Круговорот углерода.
Круговорот азота. 3 пути фиксации азота: 1 атмосферная фиксация. Под действ. Электрич разрядов. N 2 +О 2 =NO и NО 2…которые связ с парами воды образ кислоты. . и попадая в нее диссоц на нитраты и нитриты. Поглащ раст. И включ. В биолог круговорот. Биологическая фиксация. Она осущ. Азотофиксирующ. Бактериями, которые переводят азот в доступные для раст формы. (в виде иона аммония). Аммонифицирующ. Бактерии после отмирания раст. И жив. Разлаг азотосодерж в-ва до своб. Азота. Большая часть аммиака поддверг окисл нитрифицир. Бакт. До нитритов и нитратов и снова использ раст. Промышленная. Связ при произв. Минеральных удобрений. Азот из удобр. Усв. В аммонийной и нитратной формах. Возвращ. азот в атмосферу при помощи группы денитрифицир. Бактерий. В результ. Происх. Восст. Азотистых соед. До молекулярного азота. Часть азота с поверхностным стоком попад. В моря, где он включ в морские орг-мы и донные отложения.
Круговорот фосфора. Фосфор – один из основных компонентов живого вещества, входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), клеточных мембран, аденозинтрифосфата (АТФ) и аденозиндифосфата (АДФ), жиров, костей и зубов. Запасы фосфора, доступные живым существам, сосредоточены в литосфере. Основные источники неорганического фосфора – изверженные или осадочные породы. В земной коре содержание фосфора не превышает 1%, что лимитирует продуктивность экосистем. Из пород земной коры неорганический фосфор вовлекается в циркуляцию континентальными водами, поглощается растениями, которые при его участии синтезируют различные органические соединения и таким образом включается в трофические цепи. В отличие от циклов углерода, кислорода, азота цикл фосфора в биосфере существенно разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океанических осадках. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие пути естественного возврата фосфора в почву.
Круговорот фосфора.
Круговорот серы. Из природных источников сера попадает в атмосферу в виде сероводорода, диоксида серы и частиц сульфатов. Около одной трети соединений серы, включая диоксид серы – антропогенного происхождения. В атмосфере протекают реакции, приводящие к кислотным осадкам: 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 , SO 3 + H 2 O H 2 SO 4
Круговорот кислорода.
Антропогенный круговорот веществ Совокупность процессов добычи, транспортировки, переработки определенных видов природных ресурсов в полезную продукцию представляет собой ресурсный цикл (антропогенный круговорот вещества). Техносферный круговорот веществ существенно разомкнут и в количественном, и в качественном отношении.
Классификация экологических факторов. По характеру воздействия Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ Косвенно действующие — влияющие опосредованно через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др. ) По происхождению: Абиотические, антропогенный По расходованию: Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде. Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы) По направленности: Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11 -летним солнечным циклом Осцилляторные — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)
Закономерности действия экологических факторов. Закон экологической индивидуальности видов: экологические спектры (толерантность) разных видов не совпадает, каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора: наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Закон неоднозначного действия: действие каждого экологического фактора неоднозначно на разных стадиях развития организма. Пределы выносливости(толерантности)- диапазон силы воздействия фактора, в котором возможна жизнед-ть орг-ма. 3 зоны действия: Зона пессимума- диапазон силы возд. фактора, где сохран. Возможность сущест. Жизни, но замедляется рост и развитие. Зона нормы- диапазон силы действия фактора, в пределах которых наблюд. Рост и развитие, но угнетается размножение. Зона оптимума- диапазон силы действ. Фактора, в пределах которого надлюд. Мах жизнедеятельность. . хороший рост, развитие и размножение.
Основные характеристики света. Характеристики: Интенсивность, длина волны, продолжительность воздействия Виды радиации: Прямая, рассеянная, отражённая, поглощённая Альбедо земной поверхности - величина, характеризующая ее способность отражать (рассеивать) падающее на нее излучение и равное отношению количества отраженного света к общему количеству падающего. Длина волны: 99% его энергии заключено в интервале 100— 4000 нм. Три области: ультрафиолетовая (УФ) с длинами волн < 390 нм, видимая - от 390 до 760 нм и инфракрасная (ИК) - более 760 нм. Распределение солнечной энергии: УФ-около 9%, видимая — 47%, ИК — 44%.
Фотопериодизм. Реакция организмов на изменение длины дня называется фотопериодизмом. Фотопериодизм наследственно закреплен. Проявляется в сочетании с другими факторами, например, температурой. Если в день Х холодно, то растение зацветет позже. Способность организма определять время дня и года называют «биологическими часами» . Суточная периодичность свойственная большинству видов растений и животных. Сформировалась под влиянием трех факторов – вращения Земли вокруг своей оси, вращения Луны относительно Земли и перемещения звезд по небосводу. Суточные ритмы называют циркадными, что в переводе означает близкие к суткам.
Знач. УФ и ИК и видимой части спектра для живых орг-в. Фотосинтетически активная радиация. Наземная среда: Информационное значение, средство ориентации. Гремучие змеи «видят» в инфракрасной области, а у пчел область видимого света смещена в сторону ультрафиолета. У ряда птиц зрительное восприятие распространяется на часть УФ зоны спектра. Это доказано более чем для 30 видов птиц. У человека свыше 300 физиологических процессов, которые протекают в суточном ритме. Водная среда: Порог зрительной чувствительности некоторых организмов приближается к 10 -10 полуденного освещения. Увеличение глубины связано у одних видов с редукцией органов зрения, а у других – с развитием гипертрофированных глаз, способных воспринимать очень слабый свет. Наличие на больших глубинах светящихся организмов. Фотосинтетически активной является радиация в диапазоне 380 -710 нм. В среднем 1 -2% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Наиболее активными лучами солнечного света для фотосинтеза являются оранжево-красные (650 -680 нм) и синефиолетовые (400 -500 нм).
Фототропизм и фототаксис. Фототропизм Это способность растений поворачиваться в сторону источника света. Фототропические явления вызываются перераспределением особых ростовых веществ - ауксинов, вырабатываемых верхушкой стебля и корня. Фототропическая реакция подчиняется так называемому «закону количества раздражения» : важны не фактическая интенсивность света и не продолжительность освещения, а общее его количество, т. е. произведение интенсивности на продолжительность. Экологическое значение фототропизма: для стеблей и листьев важно занять такое положение, при котором растение будет получать оптимальное количество света. Бывает Положительный, отрицательный и плагиотропизм (под углом к источнику света) Листовая мозаика — явление, при котором листья расположены в пространстве таким образом, что их пластинки не затеняют друга. Листовая мозаика позволяет растению более рационально использовать падающий на него солнечный свет. Фототаксис Это способность организмов, обладающих свободным движением (жгутиковые, пурпурные бактерии и др. ), перемещаться по направлению к источнику света. Перемещение взвешенных в цитоплазме хлоропластов под влиянием света: в темноте хлоропласты располагаются более или менее равномерно; при слабом освещении они перемещаются на освещенную стенку клетки, а при сильном солнечном свете хлоропласты переходят на боковые стенки и свет падает на грани.
Экологические группы растений по отношению к свету. Светолюбивые (гелиофиты: ) Адаптивные особенности: приземистость, розеточное расположение листьев, укороченные или сильно ветвящиеся побеги. Ранневесенние растения степей и полупустынь, лиственница, акация, подорожник, кувшинка Тенелюбивые (сциофиты): Адаптивные особенности: мозаичное расположение листьев у древесных пород, темно-зеленые крупные листья, расположенные горизонтально Лесные травы, зеленые мхи, ель, пихта, бук, самшит Теневыносливые (факультативные гелиофиты): Адаптивные особенности: у древесных пород световые листья (поверхность кроны) толстые и грубые, теневые - матовые, неопушенные Большинство деревьев, эвкалипты. Группы растений по типу фотопериодической реакции: Растения короткого дня: для перехода к цветению требуется менее 12 ч светлого времени в сутки. Длинного дня: … более 12 ч. Фотопериодически нейтральные: длина фотопериода безразлична и цветение наступает при любой длине дня, кроме очень короткой.
Биоритмы и их проявление в природе. Сезонные, годичные ритмы Наибольшую активность физиологические процессы имеют, как правило, в светлое, теплое время года, наименьшую - в темное, холодное время года. У растений сезонные биоритмы связаны с определенными сроками образования семян, формирования клубней и т. п. У большинства животных различные физиологические процессы проявляются сезонно: размножение, линька, спячка, миграции и т. д. Биологические циклы с окологодовой периодичностью названы цирканными ритмами (от лат. circa – около, annus - год). Собственный ход цирканного ритма чаще всего бывает несколько меньше астрономического года. Суточная периодичность свойственная большинству видов растений и животных. Сформировалась под влиянием трех факторов – вращения Земли вокруг своей оси, вращения Луны относительно Земли и перемещения звезд по небосводу. Первый фактор определяется солнечными сутками (24 часа), второй - лунными сутками (24, 8 часа), третий – звездными (23, 9 часа). Накладываясь друг на друга, эти факторы воспринимались организмами как ритмика, близкая, но не точно соответствующая 24 -часовому периоду. Суточные ритмы называют циркадными, что в переводе означает близкие к суткам. Внутренние ритмы: ни один физиологический процесс не осуществляется с одинаковой интенсивностью. Для нормальной жизнедеятельности любой организм должен переходить из состояния высокой физиологической активности в состояние относительного покоя. Если это не достигается, физиологические функции организма нарушаются. Внешние ритмы: не сопровождаются существенными отклонениями физиологических функций, а проявляются в основном изменениями двигательной активности.
Роль температурного фактора. Границы существования жизни. ТД определение: Равновесное состояние характеризуется некоторой величиной, которая при тепловом контакте двух равновесных систем становится для них одинаковой в результате обмена энергией. Эта величина называется температурой. Молекулярно-кинетическая теория позволяет определить абсолютную температуру идеального газа через среднюю энергию совокупности частиц системы. Т=2/ik
Эффективные температуры развития. Развитие пойкилотермных животных и растений сильно зависит от температуры окружающей среды. Крайние минимальные и максимальные температуры, при которых возможно развитие организмов, называются соответственно нижним и верхним порогом развития. Эффективная температура – это разница между наблюдаемой температурой среды и температурным порогом развития. Для осуществления генетической программы развития животных с непостоянной температурой тела и растений им необходимо получать определенное количество тепла. Это количество тепла определяется суммой эффективных температур. СУТ рассчитывают по формуле: С = (t–t 1)n t – наблюдаемая температура, t 1 – нижний порог развития, n - продолжительность развития в днях.
Особенности поведения гомойо-, пойкило- и гетеротермных животных. Пойкилотермные животные: Не имеют постоянной температуры тела (температура близка к температуре окружающей среды). Насекомые, пресмыкающиеся. Особенности поведения: (поиск мест наиболее или наименее прогреваемых солнцем). Сезонные различия в характере обмена веществ. Анабиоз: Состояние живого организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др. ) настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз наблюдается при резком ухудшении условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др. ). При наступлении благоприятных условий жизни происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов. Животные, впадающие в анабиоз, могут терять ½ и даже ¾ заключённой в тканях воды. Явление анабиоза используется для приготовления сухих живых вакцин, длительного хранения клеточных культур и др. Гомойотермные животные: Постоянная температура тела. Млекопитающие, птицы. Поддержание температуры за счёт: Химическая и физическая терморегуляции, поведенческие способы регуляции, морфологические адаптации Правило Бергмана: Животные в северных, холодных областях обитания имеют большие размеры, чем разновидности этих же видов на юге. Правило Аллена: В холодных местностях, на севере или в горах у птиц, зверей – уши, клюв, хвосты и ноги – выступающие части тела короче, чем у тех же животных в южных широтах. Гетеротермные животные: Группа гомойотермных животных, у которых периоды постоянной температуры тела сменяются периодами значительных её колебаний, зависящих от изменений температуры среды. Непостоянство температуры тела проявляется в период спячки.
Адаптации растений к высоким и низким температурам. Значение температуры для растений: Наиболее интенсивно процесс фотосинтеза идет в диапазоне температур от +15 до + 25 С. Растения не могли бы существовать, если бы не получали тепло извне. Больше всего тепла выделяют прорастающие семена, молодые растущие побеги, распускающиеся цветки. При дыхании растений тепла выделяется немного. Приспособления растений к высоким температурам: Семена и целые растения лучше переносят жару в состоянии покоя. Многие травянистые пустынные растения в самое жаркое время переходят в состояние летнего покоя. Они как бы прячутся от жары в почве. В степях, а в лесной зоне на сухих склонах, обитает травянистое растение «медвежье ухо» . Всё растение густо покрыто сильно ветвящимися светлыми волосками. Светлые волоски рассеивают и отражают солнечные лучи, и растение не так сильно нагревается. Приспособления растений к низким температурам: Чтобы выдержать сильные морозы, растения получают естественную закалку. Перед наступлением зимы в живых клетках растений увеличивается содержание сахаров и жиров. Это защищает их от замерзания в период глубокого покоя зимой, когда все жизненные процессы приостанавливаются. В период весенних заморозков в растениях вырабатываются особые вещества, помогающие перенести кратковременные холода. Они придают молодым побегам красную, красно-фиолетовую или красно-бурую окраску. Адаптации можно поделить на 3 вида: биохимические, физиологические, морфологич
Вода как среда обитания. В водной среде обитает примерно 7% от общего количества видов животных на земном шаре и 8% видов растений. Эволюция на суше протекала значительно быстрее. Вода является более стабильной средой, в которой факторы претерпевают сравнительно незначительные колебания. Все водные организмы обладают по сравнению с наземными облад. Более широкими предел-и выносл. Плотность воды значительна и превосходит в 800 раз воздушную среду. Определяет выталкивающую силу, обуславливает возможность организмов жить в водной толще, не опускаясь на дно. У водных растений очень слабо или вовсе не развивается механическая ткань, поэтому их стебли очень эластичны и легко изгибаются. У многих водных животных покровы обильно смазываются слизью, уменьшающей трение при передвижении, а тело приобретает обтекаемую форму. С увеличением глубины возрастает плотность воды, что соответствует более высоким давлениям. Глубоководные организмы приспособлены к высокому давлению (встречаются рыбы из групп бесскелетных форм). Прозрачность воды и световой режим Проникновение света в воде затруднительно, так как часть падающей солнечной радиации отражается от поверхности воды, другая поглощается. Световой день в воде короче, чем на суше. Лучи разных участков солнечного спектра неодинаково поглощаются водой на разной глубине. С увеличением глубины ослабляются красные лучи, сине-зеленые лучи проникают на значительные глубины. Увеличение глубины связано у одних видов с редукцией органов зрения, а у других – с развитием гипертрофированных глаз, способных воспринимать очень слабый свет.
Вода как среда обитания. Температурный режим В воде более мягкий, чем на суше. Резкие колебания температуры сглаживаются высокой теплоемкостью воды. Водным организмам нет необходимости приспосабливаться к сильным морозам или жаре. Однако, даже незначительные отклонения в тепловом режиме воды могут привести к существенным изменениям в жизни животных и растений. Соленость воды Различают морские и пресноводные организмы. Морские виды не могут жить в пресной воде, а пресноводные – в морях из-за нарушения работы клеток. Типично морские и типично пресноводные виды стеногалинные организмы, т. е. не переносят значительных изменений солености воды. Пресноводные растения и животные обитают в гипотонической среде, т. е. в среде, в которой концентрация растворенных веществ ниже, чем в жидкостях тела и тканей. Из-за разницы в осмотическом давлении вне и внутри тела в организм постоянно проникает вода, и гидробионты пресных вод вынуждены интенсивно удалять ее. В связи с этим у них хорошо выражены процессы осморегуляции. Концентрация солей в жидкостях тела и тканей многих морских организмов изотонична концентрации растворенных солей в окружающей воде. Поэтому осморегуляторные функции у них не развиты в такой степени, как у пресноводных. Газовый режим В воде кислорода в 21 раз меньше, чем в воздухе. Растворимость невелика и сильно уменьшается при загрязнении или нагревании. Среди гидробионтов много видов, относящихся к организмам, способным переносить низкое содержание кислорода в воде. Различные организмы проявляют неодинаковую потребность в кислороде. Углекислый газ растворяется в воде примерно в 35 раз лучше кислорода. В воде его почти в 700 раз больше, чем в атмосфере. Углекислый газ обеспечивает фотосинтез водных растений и принимает участие в формировании скелетных образований беспозвоночных животных.
Экологические зоны мирового океана. Открытые воды – пелагическая система, участки дна – бентическая система и различные зоны у берега – эпитораль, литораль, сублитораль Группы живых организмов: Планктон: дрейфуют пассивно или не имеют достаточно мощности, чтобы противостоять движению воды. За год фитопланктон создает продукцию в 15 -45 раз превосходящую его фактическую биомассу. Нектон: способны удерживаться в зонах высокой продуктивности, противостоять течениям, мигрировать в благоприятные места обитания. Бентос: обитают на дне, укрепляются в субстрате – камнях, скалах, песке или иле
Вода как экологический фактор. Воде принадлежит важнейшая роль в истории развития Земли. Почти все процессы на Земле протекают при ее участии. Является частью клеток, тканей, растительных и животных соков. Вода обладает большой растворяющей способностью по сравнении с другими жидкостями. Удельная теплоемкость воды (4200 Дж/(кг* К)) чрезвычайно велика по сравнению с удельной теплоемкостью других веществ. Удельная теплоемкость – это тепловая энергия, поглощаемая или отдаваемая при изменении температуры 1 кг вещества на 1 К. При нагревании от 0 до 4 С объем воды не увеличивается, а уменьшается и максимальная плотность достигается не в точке замерзания (0 С), а при 4 С. У воды самое большое поверхностное натяжение из всех жидкостей (75 * 103 Дж/м 2).
Источники влаги у наземных организмов. Основной источник влаги для растений - почвенная влага. Почвенная вода подразделяется на свободную, капиллярную, гигроскопическую. Основной разновидностью свободной воды является гравитационная. Гравитационная вода под действием силы тяжести постоянно уходит в более глубокие слои. Растения легко усваивают ее, пока она находится в зоне корневой системы. Запасы гравитационной воды пополняются осадками. Капиллярная вода заполняет мельчайшие промежутки между частицами почвы – капилляры. Капиллярная влага хорошо усваивается растениями. Гигроскопическая влага – почвенная вода, которая прочно связана с почвенными частицами и перемещается только при нагревании преимущественно в виде паров. Физиологически совершенно недоступна растениям. Она образует мертвый запас воды в почве.
Атмосферный воздух как источник влаги. Климатодиаграммы. Для многих живых организмов источник воды - атмосферный воздух. Влажность воздуха является одной из основных характеристик климата и погоды. В нижних слоях атмосферы до высот 1, 5 – 2 км содержится 50% всей влаги. Влажность воздуха обуславливает активную жизнь организмов, влияет на продолжительность развития, плодовитость и смертность. Влажность среды часто является фактором, лимитирующим численность и распространение организмов по земному шару. Абсолютная влажность воздуха – это масса водяного пара в 1 м 3 воздуха. Относительная влажность воздуха характеризует степень насыщения воздуха водяными парами при определенной температуре и представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной в процентах. Определяется по формуле: r=p/ps * 100. Климатодиаграмма - Всякое графическое представление одного или нескольких элементов климата в данном месте или районе, независимо от выбора координат на графике. Правило Глогера: Во влажном климате животные имеют более темную окраску, чем в засушливом.
Экологические группы растений по отношению к воде. Гигрофильные (влаголюбивые), Ксерофильные (сухолюбивые), Ксерофиты – суккуленты и склерофиты. Суккуленты – это растения, обитающие в засушливых районах и переносящие неблагоприятный период за счет накапливаемых запасов влаги в стеблях (кактусы) или в листьях (алоэ). Склерофиты – засухоустойчивые растения с жесткими листьями и стеблями. Они не накапливают в себе влагу, а наоборот интенсивно ее испаряют (полынь, верблюжья колючка и др. ). Мезофильные, предпочитающие умеренную влажность. Адаптации Анатомо-морфологический характер (листья-колючки кактуса служат для уменьшения испарения), Физиологический характер (различная длина корневой системы растений), Поведенческий характер (складывание листьев).
Гомо- гетеротипические реакции. Формы взаимодействия между особями и популяциями. Две группы взаимодействий: Внутривидовые (гомотипические от греч. homoios – одинаковый) Эффект группы. Многие животные нормально развиваются только тогда, когда объединяются в группы. Существование в группе, с одной стороны, облегчает поиск и добывание пищи, защиту от врагов, с другой – способствует саморегуляции численности. Группам присущи все свойства популяций, но они характеризуются более высокими уровнями объединения и способности к самоорганизации. Внутри группы наблюдается тесное общение особей посредством запахов, звуков, специфики поведения. Эффект массы представляет собой переуплотнение популяции. Как правило, эффект массы отрицательно сказывается на плодовитости, скорости роста, длительности жизни животных. Межвидовые (гетеротипические от греч. heteros – разный). Принцип конкурентного исключения Суть принципа заключается в том, что два вида с одинаковыми потребностями не могут существовать вместе; один из них через какоето время обязательно вытеснит другой. Это положение названо принципом конкурентного исключения (вытеснения) или принципом Гаузе.
Биотические факторы среды. Конкуренция-взаимоневыгодный тип взаимодействия между видами со сходными потребностями. Один вид вытесняет другой. Хищничество-тип взаимоотн. Видов разных трофических уровней, когда один(хищник)поедает другого(жертва). Симбиоз-длительное сожительство 2 иои более видов, извлек. Взаимную или одностор. Выгоду. 3 видов: паразитизм, комменсализм, мутуализм.
Взаимоотношения хищник – жертва. Лотки-Вольтера. Есть закрытый ареал Отсутствует иммиграция и эмиграция Достаточно пищи Уравнение изменения количества жертв: , где dxdt- скорость прироста популяции жертв, Х – величина популяции жертв, а - коэффициент рождаемости жертв. Уравнение изменения количества хищников , где - коэффициент убыли хищников, У-величина популяции, dydt - скорость роста популяции хищников В. Вольтерра сформулировал три закона: Закон периодического цикла. Колебания численности двух видов являются периодическими и зависят от коэффициента роста популяций хищника и жертвы и их исходной относительной численности. Закон сохранения средних величин. Средняя численность популяций обоих видов остается относительно постоянной, независимо от первоначальной численности до тех пор, пока скорости увеличения и уменьшения популяций, а также интенсивность хищничества постоянны. Закон нарушения средних величин. Если уничтожить особей обоих видов пропорционально плотности их популяций, то средняя численность популяции жертвы будет расти, а хищника – падать.
Модель Лотки-Вольтерра Встречи хищников и жертв(которые ), убивают жертв с коэффициентом и рождают новых хищников с коэффициентом . Система уравнений:
54. Взаимоотношения жертва-хищник. Гаузе. Г. Ф. Гаузе провел эксперименты в упрощенной системе инфузории (хищник) – дрожжи (жертва). Отношения популяций могут развиваться по трем сценариям: У добычи нет убежища, после пика численности жертвы нарастает пик численности хищника, затем все особи жертвы уничтожаются, после чего от голода погибает популяция хищника. Первый этап происходит по сценарию № 1. Но если какое-то количество особей жертвы имеет надежное укрытие, то после гибели хищника от голода популяция жертвы начинает интенсивно размножаться. Наиболее редкий сценарий – в случае, когда у жертвы, как в сценарии № 2, есть убежище или популяция жертвы пополняется пришельцами (иммигрантами), взаимоотношения популяций начинают складываться в виде периодических колебаний численности по сценарию Лотки – Вольтерры. Принцип Гаузе – два вида со сходными экологическими требованиями не могут длительное время занимать одну и ту же экологическую нишу.
Г. Ф. Гаузе провел эксперименты в упрощенной системе инфузории (хищник) – дрожжи (жертва). Отношения популяций могут развиваться по трем сценариям: У добычи нет убежища, после пика численности жертвы нарастает пик численности хищника, затем все особи жертвы уничтожаются, после чего от голода погибает популяция хищника.
Экологическая ниша, её диверсификация Экологическая ниша - это совокупность всех требований организма к условиям существования, включая занимаемое им пространство, функциональную роль в сообществе и его устойчивость по отношению к факторам среды (температуре, влажности, кислотности и др. ). Разделение экологических ниш в результате межвидовой конкуренции между обитающими совместно видами осуществляется в основном по трем направлениям: Пространственное размещение. Большой пестрый дятел ищет пропитание в основном на стволах деревьев, средний пестрый – на больших ветвях, а малый пестрый дятел – на ветках кроны. Пищевой рацион. Близкородственные виды животных характеризуются иногда различными пищевыми потребностями. Пищевые рационы пустынных ящериц состоят у одних видов преимущественно из муравьев, у других - из термитов, у третьих - из ящериц других видов. Распределение активности во времени. Разные типы суточной (у ласточек, летучих мышей) или сезонной (у некоторых видов ящериц, насекомых) активности.
Популяции: понятие, классификация. Популяция - группа особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией. Классификация: Ландшафтно-биотопический подход: Географическая: популяция белок в смешанных лесах Беларуси. Экологические: популяция белок сосновых лесов Заволжья. Элементарные (локальными, биотопическими, местными) – совокупность особей, занимающих небольшой участок однородной площади. По способу размножения: Панмиктические: популяция раздельнополых организмов, в которой равновероятно формирование любых брачных пар. Клональные: с однородным генетическим материалом, происходящим от одной особи (бесполое размножение). Клонально-панмиктические - половое размножение сочетается с бесполым.
57. Статические показатели популяции. Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. Численность – общее количество особей на выделяемой территории или в данном объеме. Плотность популяции определяется количеством особей (либо биомассой) на единице площади или в единице объема, занимаемого популяцией. Структура популяции – это определенная организация, формирующаяся, с одной стороны, на основе биологических свойств вида, а с другой – под влиянием абиотических факторов и популяций других видов: Пространственная (Равномерное распределение - особи размещены через более или менее равные промежутки (деревья в зрелом сосновом лесу). Cлучайное распределение - широко представлено среди растений и многих видов животных. Групповое распределение – стаи, колонии, стада. Групповое размещение обеспечивает популяции более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям. ) Возрастная (количественное соотношение особей разного вида. Возрастная структура обычно представлена поколениями), Половая (соотношение мужских и женских особей. Соотношение полов в популяции устанавливается по генетическим законам, а затем на него влияет среда), Поведенческая (система взаимоотношений между членами одной популяции. Особи могут вести одиночный образ жизни и групповой)
Динамика популяций Рождаемость определяется как число новых особей, появившихся в единицу времени в результате размножения. В живых организмах заложена огромная возможность к размножению Она характеризуется биотическим потенциалом, представляющим собой скорость, с которой при беспрерывном размножении (возможном при идеальных экологических условиях существования) особи определенного вида могут покрыть земной шар равномерным слоем. Смертность - количество особей, погибших за определенный период. Первый тип – смертность одинакова во всех возрастах; Второй тип - повышенная гибель особей на ранних стадиях развития; Третий тип - повышенная гибель взрослых (старых) особей. Прирост популяции - Разница между рождаемостью и смертностью; Прирост – положительный нулевой и отрицательный. Любая популяция способна (теоретически) к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды абиотического и биотического происхождения. Скорость роста популяции определяется величиной биотического или репродуктивного потенциала. Динамика описывается уравнением А. Лотки: d. N/dt r. N N – численность особей, t – время, r – биотический потенциал. Причины колебания численности популяции При наличии пищи численность популяции растет, но при максимальной численности пища становится лимитирующим фактором, и недостаток его приводит к снижению численности. Взлеты и падения численности популяции могут происходить в процессе конкуренции нескольких популяций из-за одной экологической ниши. Сложные взаимоотношения популяций хищника и жертвы, паразита и хозяина. Абиотические факторы (температурный режим, влажность, химический состав среды и др. ) оказывают сильное влияние на численность популяции и нередко вызывают ее значительные колебания.
59 -60. Экологические стратегии выживания видов, стратегия и особенности развития организмов K- и r-типа. Три основных типа стратегий выживания. Виоленты (силовики) – подавляют всех конкурентов (деревья, образующие коренные леса) Патиенты – виды, способные выжить в неблагоприятных условиях (тенелюбивые растения) Эксплеренты (наполняющие) – виды, способные быстро появляться там, где нарушены коренные сообщества (на вырубках и гарях, на отмелях и т. д. ). Все многообразие экологических стратегий заключено между двумя типами эволюционного отбора, которые обозначаются константами логистического уравнения: r-стратегия и K-стратегия r-стратегия - отбор, направленный на повышение скорости роста популяции и таких качеств, как высокая плодовитость, ранняя половозрелость, способность быстро распространяться на новые места обитания. К-стратегия – отбор, направленный на повышение выживаемости в условиях стабилизировавшейся численности. Это отбор на конкурентноспособность, повышение защищенности от хищников и паразитов, повышение вероятности выживаемости каждого потомка. Каждая популяция испытывает на себе комбинацию r- и K-стратегий.
61. Понятие и структура экосистемы. Экологическая система – это взаимосвязанная, единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания. Организмы нельзя отделить от окружающей среды. Вместе они составляют единую физическую систему. Такого рода системы являются основными единицами природы на планете. Основные характеристики - поток энергии и круговорот веществ, функциональная структура, выраженность пищевых цепей и сетей, эмерджентность (как бы важна совокупность), упорядоченность, иерархичность, динамичность. Классификация природных экосистем: Микроэкосистемы (экосистема гниющего пня или дерева в лесу, прибрежные заросли водных растений), Мезоэкосистемы (болото, сосновый лес) Макроэкосистемы (океан, море, пустыня) Концепция экосистемы базируется на принципе (законе) «энергетической проводимости» , согласно которому поток энергии, вещества и информации в системе должен быть сквозным, охватывающим всю экосистему или косвенно отзывающимся в ней. Иначе система не будет иметь свойств единства и целостности. В разных экосистемах длительность и скорость прохождения потока энергии, вещества и информации будет разной, специфической для конкретной экосистемы. Изолированное саморазвитие экосистемы невозможно. Само движение вещества и энергии в экосистеме подчинено ряду закономерностей: Закон сохранения массы, Первый закон термодинамики, Второй закон термодинамики, Закон максимизации энергии (выживает та система, которая способствует лучшему поступлению энергии и использует ее максимальное количество наиболее эффективным способом), Правило основного обмена (динамическая система в стационарном состоянии использует приход энергии, вещества и информации главным образом для своего самоподдержания и саморазвития) Продуктивность экосистемы – это скорость производства биомассы в единицу времени. В более продуктивном сообществе больше организмов. Продуктивность может выражаться в единицах массы, энергии, числа особей. Продукция: Первичная – это органическое вещество, создаваемое растениями–продуцентами в единицу времени. Валовая и чистая Вторичная продукция – прирост за единицу времени массы консументов и редуцентов.
62. Гомеостаз и сукцессия Гомеостаз – способность экосистем (организмов, популяций) противостоять изменениям и сохранять равновесие. Гомеостаз обеспечивается механизмами обратной связи. Стабильность экосистемы легче всего достигается в том случае, если экосистема состоит из максимально возможного числа компонентов. Тогда экологические возможности разных видов могут дополнять друга так, что различные воздействия – как внешние (особенно изменения абиотических факторов, к которым невозможно приспособиться), так и внутренние (например, чрезмерные скорости размножения некоторых организмов) будут сглаживаться. Сукцессия - Последовательная смена во времени одних экосистем другими на определенном участке земной поверхности. Первичная сукцессия – процесс развития и смены биоценозов на незаселенных ранее участках (голая скала-лишайники-мхи-травылес). Первичные сукцессии развиваются на лишенном жизни месте, где условия существования изначально не являются благоприятными. Вторичные сукцессии происходят на участке, занятом предшествующее время хорошо развитым сообществом и освободившемся: под влиянием внутренних факторов – в частности, жизнедеятельности организмов, после разрушения сообщества под воздействием внешних причин (стихийные бедствия – пожары, наводнения и т. п. ) в результате деятельности человека. Вторичные сукцессии развиваются быстрее, чем первичные. Состояние окончательного равновесия сообщества называется климаксом.
63. Биогеоценоз и экосистема. Экологическая система – это взаимосвязанная, единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания. Организмы нельзя отделить от окружающей среды. Вместе они составляют единую физическую систему. Такого рода системы являются основными единицами природы на планете. Основные характеристики - поток энергии и круговорот веществ, функциональная структура, выраженность пищевых цепей и сетей, эмерджентность (как бы важна совокупность), упорядоченность, иерархичность, динамичность. Биогеоценоз — это совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши, которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Отличия биогеоценоза от экосистемы Любой биогеоценоз выделяется только на суше. На море, в океане и вообще в водной среде биогеоценозы не выделяются. Биогеоценоз имеет конкретные границы. Они определяются границами растительного сообщества — фитоценоза. Биогеоценоз существует только в рамках фитоценоза. Там, где нет фитоценоза, нет и биогеоценоза. Понятия «экосистема» и «биогеоценоз» тождественны только для таких природных образований, как лес, луг, болото, поле и т. п.
64. Экологические пирамиды Количество биомассы в каждом трофическом уровне (пирамиды биомасс); Количество особей в каждом трофическом уровне (пирамиды чисел); Количество энергии приходящее на биоценоз, задействованное и расходуемое по трофическим уровням (пирамиды энергии).
65. Пищевой фактор для организма и популяции. Адаптации. Пищевой фактор для популяции Обилие пищи ослабляет защитные системы сообщества, нарушаются демографические и иные параметры, что может привести к значительной смертности или даже гибели популяции. Наряду с климатическими факторами наличие источников пищи определяет особенности географического распространения животных. Сезонные особенности существования продуцентов определяют характер жизнедеятельности консументов. Адаптации: Устройство ротового аппарата, форма и размеры клюва. Поведенческие адаптации (затаивание хищников, строительство ловчих сетей пауками, сезонные миграции птиц, создание пищевых запасов грызунами). Физическая защита от поедания (твердая скорлупа, раковина, колючки, шипы и т. д. ). Химическая защита проявляется в ядовитости или раздражающем действии. Криптизм – маскировка (криптическая окраска). «Мимикрия» или «подражание» (съедобный и незащищенный организм имеет сходство с несъедобным или опасным).
Пищевые цепи и сети. Трофическая структура. Цепь питания- последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещ-ва и энергии от источника к потребителю. Пасбищные цепи- цепи питания, которые включают продуцентов и ранные виды консументов. Трофический уровень- совокупность организмов, в зависимости от способа питания и вида корма, сост. Определенное звено пищевой цепи. Детритные цепи- пищевая цепь, которая начинается с детрита, включ. Редуцентов нескольких порядков и заканчив. Минеральными вещ-ми.
67. Питание продуцентов Совокупность процессов усвоения химических элементов из окружающей среды автотрофными организмами. Содержание различных элементов в растении видоспецифично, но не строго постоянно, зависит от доступности этих элементов в окружающей среде, возрастного состояния растения и др. причин. Одни элементы содержится в значительных количествах – макроэлементы (N, Р, К, Са, S, С, Н, О), другие – в незначительном количестве – микроэлементы. Некоторые растения обладают способностью концентрировать в себе весьма значительные количества отдельных элементов. Редис и салат концентрируют в себе серебро, табак - цинк и хром. Основные биогенные элементы поступают в растение в форме простых химических соединений СО 2, Н 2 О и минеральных солей; Две формы питания – воздушная (для обеспечения растения как автотрофного организма углеродом в форме СО 2), и корневая (для обеспечения растения иными биогенными элементами и водой); Отсутствие для большинства видов активных форм поиска пищи. Наличие возможности повторного использования элементов минерального питания за счет их перехода из стареющих органов в более молодые, т. е. реутилизации. По отношению к кислотности почвы Ацидофильные (кислые почвы): черника Нейтрофильные (нейтральные почвы): большинство культурных растений Базифильные (щелочные почвы): растения степей, пустынь и полупустынь Индиффирентные: ландыш По отношению к плодородию почвы Олиготрофы (малоплодородные почвы): сосна Мезотрофы (умеренная потребность к питательным веществам): большинство лесных растений Эфтрофы (большое количество питательных веществ): дуб В планетарном масштабе важнейшая роль питания растений заключается в обеспечении связи минеральной и органической части биосферы и круговорота биогенных элементов.
68. Питание консументов. Совокупность процессов использования консументами как гетеротрофными организмами в качестве источника пищи и энергии органических веществ. Питание состоит из трех процессов: поиск пищи, потребление и пищеварение. Способы добывания: Простое добывание пищи, Симбиоз, Антибиоз По виду потребляемой пищи: Фитофаги, Зоофаги, Сапрофаги По специализации: Стенофаги и Эврифаги Тип питания: Абсорбтивный (всасывание поверхностью тела растворенных веществ) Голозойный (потребление твёрдой органической пищи, которая переваривается в пищеварительном тракте)
69. Радиоактивность окружающей среды. N 02 N 04 T 12 2 T 12
70. Закон радиоактивного распада. Нет формул. Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Формулировка by Е. Бондаренко: Количество нераспавшихся атомов обратно пропорционально количеству прошедших периодов полураспада. d. N/dt=- N, где t – момент времени, N – количество нераспавшихся атомов, - константа распада, А – активность. В экспоненциальной форме: =log 2/T 12 Ещё в какой-то форме: A= N 1 Бк=1 распад 8 сек
71. Виды радиоактивных распадов. α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4 He). β-распад (точнее, бета-минус-распад, β − -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино. β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино. Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Гамма-распад – электромагнитное излучение.
72. Виды ионизирующих излучений. Способы. Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий): рентгеновское излучение; , гамма-излучение. Потоки частиц: бета-частиц (электронов и позитронов); , альфа-частиц (ядер атома гелия-4); , нейтронов; протонов, других ионов, мюонов и др. ; , осколков деления (тяжёлых ионов, возникающих при делении ядер). Природные источники ионизирующего излучения: Спонтанный радиоактивный распад радионуклидов. Термоядерные реакции, например на Солнце. Индуцированные ядерные реакции в результате попадания в ядро высокоэнергетичных элементарных частиц или слияния ядер. Космические лучи.
72. Виды ионизирующих излучений. Способы. Искусственные источники ионизирующего излучения: Искусственные радионуклиды. Ядерные реакторы. Ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение). Рентгеновский аппарат как разновидность ускорителей, генерирует тормозное рентгеновское излучение. Способы защиты: От альфа-лучей можно защититься путём: увеличения расстояния до ИИИ, т. к. альфачастицы имеют небольшой пробег; использования спецодежды и спецобуви, т. к. проникающая способность альфа-частиц невысока; исключения попадания источников альфа-частиц с пищей, водой, воздухом и через слизистые оболочки, т. е. применение противогазов, масок, очков и т. п. В качестве защиты от бета-излучения используют ограждения (экраны), с учётом того, что лист алюминия толщиной несколько миллиметров полностью поглощает поток бета-частиц; Защиту от рентгеновского излучения и гамма-излучения необходимо организовывать с учётом того, что эти виды излучения отличаются большой проникающей способностью. Наиболее эффективны следующие мероприятия (как правило, используемые в комплексе): увеличение расстояния до источника излучения; сокращение времени пребывания в опасной зоне; экранирование источника излучения материалами с большой плотностью (свинец, железо, бетон и др. ); использование защитных сооружений (противорадиационных укрытий, подвалов и т. п. ) для населения; использование индивидуальных средств защиты органов дыхания, кожных покровов и слизистых оболочек; дозиметрический контроль внешней среды и продуктов питания.
73. Дозы облучения Поглощенная доза — это энергия ионизирующего излучения, переданная единице массы вещества. D=EM Дж/кг=Гр Эквивалентная доза: H=W*D=Зв W-коофиц качества узлучения. Альфа=20 гама бета=1 Эфективная эквивалентная доза: E= W*H=Зв. . Wтканевой весовой множитель. Коллективная доза — это доза облучения, воспринимаемая коллективом людей, подвергнутых облучению. Ожидаемая доза — это доза, которая воспринимается по истечению определённого времени. Мощность дозы — это доза облучения, воспринимаемая в единицу времени, например, Р/час (рентген в час).
74. Принципы обеспечения радиационной безопасности. Основные принципы: Принцип нормирования - непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ионизирующего излучения; Принцип обоснования - запрещение всех видов деятельности по использованию источников ионизирующего излучения, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к естественному радиационному фону облучением; Принцип оптимизации - поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ионизирующего излучения. При радиационной аварии: Предполагаемые мероприятия по ликвидации последствий радиационной аварии должны приносить больше пользы, чем вреда; Виды и масштаб деятельности по ликвидации последствий радиационной аварии должны быть реализованы таким образом, чтобы польза от снижения дозы ионизирующего излучения, за исключением вреда, причиненного указанной деятельностью, была максимальной.
75. Типы реакторов. Белорусская АЭС. Реактор – это устройство, в активной зоне которого осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер некоторых тяжелых элементов под действием нейтронов. Реакторы с водой под давлением: Реакторы водо-водяного типа с обычной ( «легкой» ) водой под давлением нашли широкое развитие в России (ВВЭР). Общее название реакторов этого типа в других странах — PWR. Преимущества: дешевизна теплоносителя-замедлителя и относительная безопасность в эксплуатации, несмотря на необходимость использования в этих реакторах обогащенного урана. Кипящий ядерный реактор: Вода (теплоноситель) доводится до кипения в активной зоне, а образующийся пар направляется непосредственно на турбину (одноконтурная схема). Топливо - UO 2, обогащенный до 2. 6% 235 U. Реакторы на быстрых нейтронах: , Теплоноситель - расплавы металлов или солей. , Наибольшее распространение – натрий, свинец/висмут. В быстрых реакторах замедлитель отсутствует. Преимущества: Возможность вовлечения в энергетику делящегося урана-238 – основного изотопа в природном уране. Высокопоточный реактор на быстрых нейтронах позволяет нарабатывать Pu-239 – ценное топливо для реакторов. Большая степень выгорания топлива (т. е. больший срок кампании). Недостатки: Невозможность использования простейшего теплоносителя – воды. , Конструкционная сложность. , Высокие капитальные затраты. , Реакторы на тяжелой воде: реакторов данного типа в 7 странах мира. Канадский реактор CANDU, топливо - природный уран, охлаждение - за счет тяжелой воды. Недостаток - в активной зоне присутствует слишком много урана, что приводит к нестабильности активной зоны. После 20 -тилетней эксплуатации необходимо производить дорогостоящие ремонтные работы. В конце 90 -х годов ХХ века эксплуатация 9 реакторов CANDU была либо приостановлена, либо заморожена. Белорусская АЭС-2006 — типовой проект российской атомной станции нового поколения « 3+» с улучшенными технико-экономическими показателями Реактор — ВВЭР-1200 с электрической мощностью не менее 1150— 1200 МВт. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) — 92 %. Длительность периода между перегрузками топлива — до 24 месяцев. Река Вилия будет главным источником обеспечения электростанции водой. Использование дополнительных пассивных систем безопасности в сочетании с активными традиционными системами. Защита от землетрясения, цунами, урагана, падения самолета. Двойная защитная оболочка реакторного зала. «Ловушка» расплава активной зоны, расположенная под корпусом реактора. Пассивная система отвода остаточного тепла. Увеличение срока службы энергоблока до 60 лет. Увеличение срока службы ядерного реактора за счёт ужесточения требований к химическому составу стали с целью понижения критической температуры охрупчивания. Увеличен диаметра корпуса реактора и количество комплектов образцов-свидетелей, отслеживающих текущее состояние и определяющих прогнозную оценку изменений свойств металла корпуса.
76. Переработка урановой руды в ЯТ. 1. Обжиг руды. 2. Выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор. U 3 O 8 + 4 H 2 SO 4 + Mn. O 2 = 3 UO 2 SO 4 + Mn. SO 4 + 4 H 2 O 3. Избирательное выделение урана из раствора. 4. Перевод урана в твёрдое состояние. 5. Конечной продукцией химического производства является UF 4. 6. Газообразным фтором переводится в UF 6. 7. UF 6 подвергается обогащению по изотопу 235 U. 8. Из обогащенного UF 6 гидролизом получают UO 2 F 2 9. UO 2 F 2 обрабатывают гидроксидом аммония. 10. Выпавший в осадок диуранат аммония отфильтровывают и обжигают, получая UO 2, который прессуют и спекают в виде небольших керамических таблеток. Металлический уран: Максимальная температура ограничена 660°С. При этой температуре происходит фазовый переход - изменяется кристаллическая структура урана - сопровождается увеличением объёма урана - разрушение оболочки ТВЭЛов. После деления ядра образуются два осколка деления, суммарный объём больше объёма атома урана. Часть осколков деления - газы (криптон, ксенон и др. ). Накапливаются в порах урана и создают внутреннее давление, которое увеличивается с повышением температуры. Ядерное топливо «распухает» . Хорошее ядерное топливо - тугоплавкие соединения урана: оксиды, карбиды и интерметаллические соединения. UO 2: температура плавления 2800°С, нет фазовых переходов, менее подвержен распуханию. Не взаимодействует с цирконием, ниобием, нержавеющей сталью и другими материалами при высоких температурах. Основной недостаток — низкая теплопроводность, которая ограничивает удельную мощность реактора по температуре плавления.
77. ОЯТ Свойства ОЯТ определяются: Мощностью и типом реактора, Глубиной выгорания топлива в реакторе, Кампанией реактора, Коэффициентом воспроизводства вторичных делящихся материалов, Временем выдержки топлива после выгрузки из реактора. Характеристики ОЯТ: Реактор не может работать на одной загрузке до полного выгорания топлива. После определенного периода времени, называемого кампанией реактора первоначально загруженное ЯТ выгружают из реактора и заменяют свежим. Кампания реактора зависит от конструкции реактора и от вида ЯТ. В современных энергетических реакторах на тепловых нейтронах - 2 -4 года, в реакторах на быстрых нейтронах - менее года. КПД современных энергетических реакторов составляет примерно 30%. Это означает, что для обеспечения электрической мощности 1000 МВт необходим реактор с тепловой мощностью 3300 МВт Коэффициент воспроизводства - отношение числа образовавшихся делящихся ядер к числу выгоревших из первоначально загруженного топлива. КВ > 1: в реакторе осуществляется расширенное воспроизводство топлива. Реакторы-размножители. Наибольший коэффициент воспроизводства имеют реакторы на быстрых нейтронах (КВ=1, 4).
ОЯТ Из реакторов на тепловых нейтронах, наибольший КВ имеют тяжеловодные реакторы, а также газоохлаждаемые реакторы с графитовым замедлителем (0, 7 -0, 8). Легководные водо-водяные реакторы имеют наименьший КВ (0, 5 -0, 6). Временное хранение ОЯТ Операция, обязательная для всех АЭС, которой завершается топливный цикл реактора. Отработавшее топливо извлекается из реактора, помещается в водный бассейн. Вода служит экраном для излучения и охладителем. Стены и дно бассейна покрыты двойной металлической облицовкой из углеродистой и нержавеющей стали. В качестве альтернативы: часть отработавшего топлива хранится на поверхности земли в бетонных или стальных контейнерах ( «сухие контейнеры» ). Хранение в бассейне выдержки на АЭС в течение 5 -10 лет для снижения тепловыделения и распада короткоживущих радионуклидов. В 1 кг ОЯТ АЭС в первый день после его выгрузки из реактора содержится от 26 до 180 тыс. Ки радиоактивности. Через год активность 1 кг ОЯТ снижается до 1 тыс. Ки. Через 30 лет—до 0, 26 тыс. Ки. Активность уменьшается до норм, определяющих безопасность транспортировки ОЯТ по железной дороге, его извлекают из хранилища при АЭС и перемещают либо в долговременное хранилище