Шпаргалка по экологии

Реакция синтеза органических веществ с помощью световой энергии называется фотосинтезом. В ходе фотосинтеза усваивается порядка 200 млрд т СО2 и выделяется около 145 млрд т свободного кислорода. Поток солнечной энергии, используемой для фотосинтеза, может быть прямым либо отраженным от других предметов, сквозь них прошедшим. Зеленым листом поглощается в среднем 75% падающей на него лучистой энергии, но на фотосинтез используется только небольшая ее часть. На уровень фотосинтеза влияют внешние факторы - температура, свет, диоксид углерода и кислород. Оптимальными температурными условиями являются тепловые условия, при которых фотосинтез достигает 90% своей максимальной величины. Повышение концентрации СО2 в атмосфере ведет к усилению фотосинтеза (до определенного предела). Недостаток воды может быть ограничителем процесса фотосинтеза.

Диоксид углерода и вода - основные исходные вещества, которые используются для фотосинтеза, осуществляемого пигментной системой - хлорофиллом (в некоторых случаях его аналогами). Хлорофилл придает листьям растений зеленую окраску. Процесс фотосинтеза выражается через уравнение: солнечная энергия

6СО2 + 12Н2ОС6 Н12О6 + 6О2 + 6Н2О.

Продукты реакции фотосинтеза - вода, кислород и углеводы, молекулы которых обладают богатой энергией.

Кислород возвращается в атмосферу через мелкие поры в листьях растений - устьица, а углеводы становятся со временем пищей для консументов. В результате фотосинтеза накапливается первичная продукция - биомасса растений.

Современный газовый состав атмосферы образовался в результате процесса фотосинтеза. Благодаря процессу фотосинтеза замыкается круговорот углерода в биосфере. В результате деятельности фотасинтезирующих организмов появился кислород, играющий важнейшую роль в жизни большинства живых организмов. Кислород под действием ультрафиолетовых лучей превращается в озон.

Озоновый слой планеты является экраном, отражающим губительные ультрафиолетовые солнечные лучи.

Процессы фотосинтеза протекают и у прокариот - бактерий, архебактерий, цианобактерий, использующих для этой функции пигмент бактериохлорин и не выделяющих в окружающую среду кислород.

Среди прокариот распространены также различные формы хемосинтеза. Микроорганизмы, в ходе своей жизнедеятельности осуществляющие процесс синтеза органических веществ из углекислого газа за счет энергии окисления аммиака, сероводорода и других веществ, называются хемотрофами. Хемотрофы являются начальным этапом круговорота веществ в экосистемах районов геотермальных источников.

Пищевые цепи - трофические цепи - включают ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего.

Всех первичных консументов независимо от размеров и места обитания можно считать растительноядными животными на пастбище. От растений через таких животных, называемых пасущимися, идет поток энергии. Этот поток обозначается пастбищной пищевой цепью.

В пастбищных пищевых цепях наблюдается явление «выедания» в результате повышения плотности популяций. Несмотря на большое количество растительноядных животных, масса наземных растений очень велика.

Между членами трофической цепи складываются сложные отношения, которые прошли длительный путь совместной эволюции. При возрастании плотности популяции включаются регулирующие механизмы, которые закономерно сменяют друг друга. В результате этого растения выработали средства защиты от потребителей - защитные покровы, химические вещества, делающие их несъедобными для консументов. В ответ на повышение плотности жертв возрастает их потребление каждой особью хищника (до определенных пределов).

При высокой плотности популяции влияют на ее динамику различные инфекционные заболевания. Так работает защита пастбищных цепей от выедания. Связь типа регуляции с положением вида в трофической цепи проявляется только в среднем и только в наземных экосистемах. Напротив, основные продуценты водной среды - микроскопические планктонные водоросли - могут сильно выедаться зоопланктоном.

Организмы, использующие в качестве пищи мертвое органическое вещество (трупы, фекалии, растительный опад и т. п.), называются редуцентами. Поток энергии от мертвого органического вещества - детрита - до полного использования и рассеивания в виде тепла при дыхании, называется детритной пищевой цепью. Животные участвуют на первых стадиях разложения - они измельчают ткани пищевых объектов, разлагая в процессе пищеварения молекулы белков, углеводов. Основная часть процесса деструкции идет в почве. В категорию редуцентов входят многие виды бактерий, грибов и актиномицетов и простейших, завершающих минерализацию органического вещества. Энергия в цепях разложения частично аккумулируется в составе тканей организмов-редуцентов, тела которых после гибели также попадают в цикл редукции. При определенных условиях (недостатке кислорода, повышенной кислотности, высокой влажности, мерзлоте) редукция в почве замедляется и происходит накопление не полностью переработанного высокоэнергоемкого вещества, превращающегося со временем в торф, нефть и уголь.

Окружающая среда служит источником необходимых веществ для процессов обмена в организме.

Комплекс факторов естественной среды обитания воздействует на живой организм. Поэтому любой организм адаптируется к факторам среды.

Важнейшие экологические факторы, действующие на жизнедеятельность организмов, следующие.

Температура. Влияет на скорость обменных процессов. Существуют верхний и нижний температурный пороги жизни. Эти пороги неодинаковы для разных видов живых организмов. Ряд видов бактерий обитают в горячих источниках с температурой воды 70 "С, растения степей, саванн и пустынь выдерживают нагревание до 5060 "С, растения влажных тропических лесов, водоросли теплых морей погибают при температуре чуть выше 0 °С, морозоустойчивые формы растений выдерживают полное зимнее промерзание.

Вода и минеральные соли. Вода составляет основную массу организмов растений и животных (5080%, у ряда видов до 95%). Водный обмен организма со средой складывается из двух процессов:

1) поступления воды в организм - в виде питья из источников, в виде росы, тумана, дождя, с пищей;

2) отдачи ее во внешнюю среду - с мочой, экскрементами, путем испарения.

Осадки определяют режим водоемов, почвенной влаги и влажности воздуха. Необходимое условие нормальных функций организма - определенный набор солей, входящих в ткани и играющих важную роль в обменных механизмах клеток.

Многие растения (суккуленты и склерофиты) приспособились к жизни в условиях постоянного и регулярного дефицита влаги, на засоленных почвах (растения-галофиты). Пустынные животные адаптируются к водному голоданию. Изменение содержания солей в пище вызывает у млекопитающих-фитофагов также ряд адаптивных реакций.

Кислород. Кислород необходим абсолютному большинству живых организмов, в том числе высшим растениям и животным, для получения энергии в результате аэробного окисления органических веществ. У растений дыхание осуществляется всеми органами и тканями.

Организмы, обитающие в водной среде, используют специальные органы дыхания (жабры) либо извлекают его всей поверхностью тела. В транспорте кислорода принимают участие дыхательные пигменты (гемоглобин) крови.

У обитателей воздушной среды увеличена дыхательная поверхность и активизирована вентиляция легких. У видов, обитающих в высокогорных районах, повышено содержание гемоглобина и эритроцитов. У ныряющих животных запасы кислорода накапливаются в крови и мышцах.

Свет. Большинству видов растений и животных свойственны суточная периодичность проявления активности, сезонный характер репродукции.

Человечество вносит косвенные изменения в состав и условия существования природных сообществ всеми формами своей деятельности, приобретающей глобальный характер.

Производство и применение фреонов (хлорфторуглеводородов) привело к истощению озонового слоя, особенно в районах полюсов. Функция озонового слоя - защитного экрана на пути ультрафиолетового излучения, губительного для живых организмов, ослабевает.

Существенно изменяется состав атмосферного воздуха планеты благодаря увеличению выбросов диоксида углерода и аэрозолей, что ведет к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли - созданию «парникового эффекта». В результате потепления климата прогнозируются таяние ледников, подъем вод Мирового океана, затопление большой площади материков. Дальнейшие последствия этого процесса трудно предсказать.

Ежегодно на материки обрушиваются стихийные бедствия: наводнения, землетрясения, ураганы и смерчи, сильнейшие засухи, стремительные увеличения популяций вредителей, уничтожающих сельскохозяйственные и лесные угодья.

Огромный вред наносят окружающей природной среде ТЭЦ, ГЭС, АЭС, ТЭС. Строительство этих объектов коренным образом меняет ландшафт, плотины перегораживают пути миграции поднимающихся на нерест рыб, образуя искусственные водохранилища, выбросы продуктов сгорания загрязняют атмосферный воздух, отходы отработанного ядерного топлива пополняют объекты их временного захоронения.

Добыча полезных ископаемых ведет к истощению разведанных ресурсов, образованию техногенного ландшафта, состоящего из безжизненных отвалов пустых пород, покрывающих плодородные почвы.

Нормальное функционирование природных экосистем невозможно без лесных сообществ, которые катастрофически уничтожаются. Этот процесс сопровождается утратой видового разнообразия. Процесс синантропизации животных и птиц сопровождается бурным ростом популяций этих видов. Растет количество видов интродуцентов, вытесняющих естественных обитателей экосистем.

Загрязнение вод Мирового океана стоками также является экологической проблемой, состоящей в аккумуляции токсичных веществ в организмах гидробионтов. Загрязнение водных объектов в результате разлива нефти и нефтепродуктов приводит к массовой гибели животных и птиц. Особая опасность заключается в проникновении в подземные воды пестицидов, гербицидов, солей тяжелых металлов, радиоактивных загрязнений.

Экологической проблемой глобального характера являются общее ухудшение состояния здоровья населения планеты: высокая смертность, патологические изменения у новорожденных детей, распространение инфекций.

Виды антропогенных воздействий на природу:

1) хищническое использование биологических ресурсов планеты, сопровождающееся истреблением представителей флоры и фауны;

2) различного рода загрязнения компонентов биосферы в результате выбросов в атмосферный воздух, сброса токсичных веществ, стоков, загрязнение почвы при добыче полезных ископаемых, в результате сельскохозяйственной деятельности, биологическое засорение почв.

В результате эксплуатации биологических ресурсов человеком истреблены сотни видов крупных млекопитающих, птиц. Неумеренная охота и борьба с вредителями нарушили механизмы воспроизводства популяций и явились причинами исчезновения с лица земли многих видов.

Истребление лесов происходило ради получения древесины. Утрачены многие формы растительности.

Рост промышленных предприятий, развитие всех видов транспорта, урбанизация влияют на процессы круговорота веществ в биосфере.

Наблюдается изменение исходного естественного газового состава атмосферы - уменьшение кислорода и существенное увеличение СО2. Результат процесса возрастания содержания СО2 в атмосфере - «парниковый эффект». Промышленные предприятия выбрасывают в воздух миллионы тонн пыли, токсичных газов, золы. Все виды транспорта загрязняют вредными выбросами атмосферный воздух, водные объекты и почвы. В результате сельскохозяйственной деятельности человека происходит загрязнение почв и грунтовых вод гербицидами, ядохимикатами, минеральными удобрениями. При использовании пестицидов в широких масштабах нарушается общая структура биоценоза (происходит повышение численности вредителей), происходит накопление токсинов в пищевых продуктах, потребляемых человеком.

Добыча полезных ископаемых сопровождается нарушением ландшафтов, загрязнением буровыми растворами, образованием отвалов пустых пород, скрывающих под собой плодородные слои почв. Рост промышленности и урбанизация стали причинами загрязнения рек, озер и других континентальных водоемов промышленными и бытовыми стоками. Особую опасность для водных биоценозов представляют токсины, нефтепродукты, ПАВ, соли тяжелых металлов. Обилие органических веществ ведет к эвтрификации водоемов и гибели ценных видов рыб, ухудшению питьевых качеств воды. В результате снижения уровня биологической самоочистки вод часть загрязнений из пресноводных объектов попадает в моря и океаны. Ежегодно в воды Мирового океана попадает, до 10 млн т нефти и нефтепродуктов, нарушая условия существования планктона и других гидробионтов.

Согласно формулировке, принятой Всемирной организацией здравоохранения, Здоровье человека - объективное состояние и субъективное чувство полного физического, психологического (психического) и социального комфорта.

Масштабы современного антропогенного воздействия человеческого общества на компоненты биосферы велики и имеют последствия, которые уже ощутимы для поколений людей, живущих в начале третьего тысячелетия.

Здоровье человека зависит от качества атмосферного воздуха, питьевой воды, пищевых продуктов, комфортности проживания и эмоционального состояния общества.

Все эти условия находятся в прямой зависимости от состояния окружающей природной среды. Вдыхание загрязненного воздуха, потребление некачественной питьевой воды и загрязненных пестицидами, солями тяжелых металлов, а также модифицированных продуктов питания оказывают губительное влияние на организм человека, вызывая различные заболевания и отравления.

Общее состояние населения планеты характеризуется:

1) старением населения. Численность населения многих европейских стран с учетом возрастного состава находится в таком состоянии, что через 1525 лет людей пенсионного возраста будет гораздо больше, чем работоспособных людей, которым предстоит «кормить» данную категорию общества. Это произойдет вследствие низкой рождаемости, которая отмечается в последние десятилетия XX в. Общая численность населения планеты растет благодаря высокой рождаемости в азиатских странах, Китае;

2) увеличением городского населения, а следовательно, проживанием людей в искусственно созданных экосистемах (факторы городской среды);

3) увеличением смертности населения в результате различных хронических болезней органов дыхания, инфекционных заболеваний, болезней органов кровообращения, злокачественных новообразований, наследственных заболеваний;

4) массовой гибелью людей в природных катастрофах - наводнениях, землетрясениях, цунами, засухах;

5) гибелью людей в военных конфликтах, в результате террористических актов, при транспортных и промышленных авариях и т. п.

Укрепление здоровья населения в глобальном масштабе невозможно без создания национальных программ охраны здоровья, имеющих серьезную поддержку на государственном и местном уровнях, без тесного сотрудничества в области эпидемиологического контроля окружающей природной среды. Современная медицина обладает большими возможностями профилактики различных заболеваний, их диагностики и лечения. Сделать эти возможности доступными для каждого человека является трудной задачей в некоторых странах по экономическим причинам.

Природные ресурсы - важнейшие компоненты окружающей человека среды, используемые для удовлетворения всевозможных материальных и культурных потребностей общества.

По природным группам природные ресурсы делятся на минеральные, растительные, животного мира, климатические, ресурсы энергии природных процессов.

Солнечная энергия, энергия приливов, текущей воды и тепло земных недр являются неисчерпаемыми ресурсами, так как использование их человеком не приводит к видимому истощению как сегодня, так и в будущем.

Исчерпаемые ресурсы подразделяются на возобновимые и невозобновимые. К Возобновимым природным ресурсам относятся чистый воздух, пресная вода, плодородие почв, растения и животные.

Полезные ископаемые, добываемые человеком, являются Невозобновимыми природными ресурсами.

Сроки потребления их несоизмеримы со сроками самовосстановления (каменный уголь, нефть, природный газ и т. д.).

Можно Разделить природные ресурсы:

1) на заменимые. Например, использование в качестве источника энергии вместо полезных ископаемых энергии ветра и Солнца;

2) незаменимые - пресная вода, атмосферный воздух и др.;

3) реальные - те природные ископаемые, которые используются сегодня;

4) потенциальные - ресурсы, которые на данном уровне развития производительных сил нельзя освоить, но их запасы уже определены человеком.

Чтобы избежать тяжелых экологических последствий нерационального природопользования, необходимо разумно сочетать экологические интересы общества с экономическими. Направления рационального использования и охраны природных ресурсов построены на следующих правилах:

1) темпы потребления возобновимых ресурсов не должны превышать темпов их самовосстановления;

2) темпы потребления невозобновимых ресурсов не должны превышать темпов их замены возобновимыми ресурсами;

3) предельная интенсивность поступления в природную среду загрязняющих веществ с выбросами, сточными водами и отходами не должна превышать темпов их переработки и обезвреживания в природных, водных и наземных экосистемах.

Охрана и восстановление природных ресурсов невозможны без локального и глобального экологического мониторинга - измерения и контроля их состояния, расширения и увеличения числа заповедных зон, уникальных природных комплексов, восстановления лесов, эффективной, максимально глубокой переработки уже добытых полезных ископаемых, развития безотходного производства.

Тепловой, энергетический баланс между биосферой и космическим пространством, энергетические процессы в экосистемах, антиэнтропийные процессы в живом веществе и энергетика отдельных живых организмов составляют энергетику биосферы. Любое нарушение целостности участка биосферы влечет за собой разнообразные процессы, ведущие к частичной деструкции среды.

Мировой энергетический баланс производства первичных энергоресурсов составляют: органическое топливо (уголь, сланцы, торф), жидкое топливо - нефть, природный и нефтяной газ. На энергию, полученную с использованием нетрадиционных источников (ветра, солнечной энергии, приливов, тепла недр), приходится 1, 01, 5% от всего мирового объема. Используются первичные источники энергии в основном на производство электроэнергии, на обеспечение движения транспорта, для работы промышленных предприятий и для обеспечения потребностей коммунально-бытового хозяйства общества людей. Любая энергоустановка оказывает воздействие на окружающую природную среду. Это выражается через изъятие больших территорий, образование различных отходов, выбросов в атмосферу, нарушение гидрологического режима водных объектов, загрязнение тепловое, радиационное, шумовое, электромагнитное.

Виды в естественной природе не разрушают среду своего обитания, так как это грозит им вымиранием.

И лишь только человек на протяжении всего существования своего вида занимается приспособлением окружающей среды к удовлетворению своих потребностей. Такому хозяйствованию есть предел. Преобразование природы ограничено действием законов, правил и принципов экологии и природопользования. При получении из природных систем полезной продукции на ее единицу в среднем затрачивается все больше энергии. Рост энергетических затрат не может продолжаться бесконечно. Здесь уместно вспомнить один из законов Б. Коммонера: «Ничто не дается даром». Согласно Закону пирамиды энергий (Р. Линдемана) с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии. Говорить о «круговороте энергии» нельзя, поскольку в обратный поток поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (не более 0, 25%).

Человек в своей хозяйственной деятельности должен учитывать все эти факторы. Потребности человека в некоторых жизненных благах могут до определенной степени заменяться более полным удовлетворением других потребностей (замещение физических потребностей духовными).