Совместное действие температуры и влажности. Экологические системы, биоценоз, биоциклы

Министерство  образования Российской Федерации



Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)















РЕФЕРАТ

























Автор: студент гр. ВД-99                  ______________	  /Лещинский А.И./

				                        (подпись)		            (Ф.И.О.)





ОЦЕНКА:	_____________



Дата: ___________________



ПРОВЕРИЛ(а)            ____________  ______________  /                                   /

			            (должность)                (подпись)                               	 (Ф.И.О.)



























Санкт-Петербург

2003год


Оглавление.



	1. Совместное действие температуры и влажности	3

	2. Экологические системы, биоценоз, биоциклы.	5

	2.1. СИНЭКОЛОГИЯ	5

	2.2. БИОЦЕНОЗ	5

	2.3. БИОГЕОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ЕДИНИЦЫ БИОСФЕРЫ	7

	2.3.1. Биогеоценоз	7

	2.3.2. Экосистема	7

	2.4. БИОЦИКЛЫ	9

	4. Большие биохимические циклы. Круговорот кислорода.	10

	4.1. КРУГОВОРОТ  ВЕЩЕСТВ	10

	4.1.1. Круговорот воды	11

	4.1.2. Круговорот кальция	12

	4.1.3. Углерод.	13

	4.1.4. Круговорот азота	14

	4.1.5. Круговорот кислорода.	15

	5. Природные ресурсы и их классификации. Факторы определяющие масштабы их потребления.	18

	Список использованной литературы.	23




1. Совместное действие температуры и влажности



Рассмотрение отдельных факторов среды — это не конечная цель экологического исследования, а способ подойти к сложным экологическим проблемам, дать сравнительную оценку важности различных факторов, действующих совместно в реальных экосистемах.

Температура и влажность являются ведущими климатическими факторами и тесно взаимосвязаны между собой (рис. 1.1).





Рис. 1.1. Влияние температуры на относительную влажность воздуха (по Б.Небелу, 1993)



При неизменном количестве воды в воздухе относительная влажность увеличивается, когда температура падает. Если воздух охлаждается до температуры ниже точки водонасыщения (100%), происходит конденсация и выпадают осадки. При нагревании его относительная влажность падает. Сочетание температуры и влажности часто играет решающую роль в распределении растительности и животных. Взаимодействие температуры и влажности зависит не только от относительной, но и от абсолютной их величины. Например, температура оказывает более выраженное влияние на организмы в условиях влажности, близкой к критической, т.е. если влажность очень велика или очень мала. Влажность также играет более критическую роль при температуре, близкой к предельным значениям. Отсюда одни и те же виды организмов в различных географических зонах предпочитают разные местообитания. Так, по правилу предварения, установленному В. В. Алехиным (1951) для растительности, широко распространенные виды на юге произрастают на северных склонах, а на севере встречаются только на южных (рис. 1.2).







Рис. 1.2. Схема правила предварения (по В. В. Алехину, 1951):

1 — северный вид, обитающий на плакоре, на юге переходящий на склоны северной экспозиции и в балки; 

2 — южный вид, на севере встречающийся на наиболее прогреваемых склонах южной экспозиции



Для животных выявлены принципы смены местообитание (Г. Я. Бей-Биенко, 1961) и принцип смены ярусов (М. С. Гиляров, 1970), согласно которым мезофильные виды в центре ареала, на севере его выбирают более сухие, а на юге — более влажные места или переходят от наземного образа жизни к подземному, как многие насекомые-фитофаги. Чем слабее проявляется влияние климата в тех конкретных местообитаниях, которые выбирает вид, тем больше их способность обитать в разных климатических условиях. Вид выбирает сочетание факторов, наиболее соотгветсгвующих его экологической валентности, путем смены местообитания, и таким образом преодолевает климатические рубежи. t Взаимосвязь температуры и влажности хорошо отражают кли-мадиаграммы, составленные по способу Вальтера-Госсена, на вторых в определенных масштабах сопоставлен годовой ход температуры воздуха с ходом выпадения осадков (рис. 1.3 ). . Климадиаграммы можно построить для отдельных лет, а расположив последовательно и непрерывно одна за другой, получить климатограмму. На климатограммах легко прослеживается экстремально сухие или экстремально холодные годы.





Рис. 1.3. Климадиаграмма по Вальтеру-Госсену для Одессы (по Г. Вальтеру, 1968)



I— высота над уровнем моря, б — число лет наблюдений за температурой (первая цифра) и осадками (вторая цифра), в — средняя годовая температура, г — средняя годовая сумма осадков в мм, д—средний суточный минимум самого холодного месяца, е -•- абсолютный минимум, ж — средний суточный максимум самого теплого ыесяца, з — абсолютный максимум, и — кривая средних месячных температур, к — кривая средних месячных сумм осадков (соотношение Ю°=20 мм), л — то же (соотношение 10°=30 мм), м — засушливый период, н — полузасушливый период, о — влажное время года, п — месяцы со средним суточным минимумом температуры ниже 0°С, р — месяцы it абсолютным минимумом температуры ниже 0°С, с — безморозный [период. По оси абсцисс — месяцы.






2. Экологические системы, биоценоз, биоциклы.



2.1. СИНЭКОЛОГИЯ

Синэкология — часть экологии, изучающая экологические системы. Общепринятого понятия системы до сих пор не существует. Под системой обычно понимают целостное образование, состоящее из взаимосвязанных компонентов (элементов). Любая система состоит из частей (подсистем) и является составным компонентом системного образования более высокого иерархического уровня (надсистемы). Например, биогеоценоз как система состоит из подсистем — биоценоза, популяций растений и животных — и входит в состав биосферы — глобальной системы высокого иерархического уровня. Системы обладают эмерджентными (новыми) свойствами. Каждая система качественно отличается от слагающих ее подсистем и от надсистемы, в которую она входит. Для иллюстрации принципа эмерджентности Ю. Одум приводит два примера. Молекула воды как система состоит из непохожих на нее подсистем — атомов водорода и кислорода. Коралловый риф как система резко отличается от составляющих его подсистем: водорослей и кишечнополостных животных.



2.2. БИОЦЕНОЗ

БИОЦЕНОЗ (от био... и греч. koinos — общий), совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши пли водоёма и характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами среды.

Термин «Биоценоз» был предложен нем. биологом К. Мёбиусом (1877). Биоценоз.— комплекс организмов биогеоценоза, формирующийся в результате борьбы за существование, естественного отбора и других факторов эволюции. По участию в биогенном круговороте веществ в биоценозе. различают три группы организмов. 

Продуценты (производители) — автотрофные организмы, создающие оргапнч. вещества из неорганических; осн. продуценты во всех Б.— зелёные растения (см. Фотосинтез). Деятельность продуцентов определяет исходное накопление оргаиич. веществ в Б. (см. Биомасса, Биологическая продуктивность). 

Коисументы (потребители)— гетеротрофные организмы, питающиеся за счёт автотрофных. 

Консументы 1-го порядка — растительноядные животные, а также паразитич. бактерии, грибы и др. бесхлорофнльные растения, развивающиеся за счёт живых растеши"!. 

Консументы 2-го порядка — хищники и паразиты растительноядных организмов. 

Бывают консументы 3-го и 4-го порядков (сверхпаразнты, суперпаразиты и т. п.), но всего в цепях питания по более 5 звеньев. 

На каждом последующем трофпч. уровне кол-во биомассы резко снижается. Деятельность консумептов способствует превращениям и перемещениям органич. веществ в Б., частичной их минерализации, а также рассеянию энергии, накопленной продуцентами, 

Редуценты (восстановители) — животные, питающиеся разлагающимися остатками организмов {сапрофаги), и особенно непаразитирующие гетеротрофные микроорганизмы — способствуют минерализации органич. веществ, их переходу в усвояемое продуцентами состояние.

Взаимосвязи организмов в Б. многообразны. Кроме трофнч. связей, определяю-

щих цепи питания (иногда очень своеобразные —- см. Паразитизм, Симбиоз), существуют связи, основанные на том, что одни организмы становятся субстратом для других (топические связи), создают необходимый микроклимат и т. п. Часто можно проследить в Б. группы видов, связанные с определённым видом и целиком зависящие от последнего (кон-сорции).

Для биоценоза характерно разделение на более мелкие подчинённые единицы — мероценозы, т. е. закономерно слагающиеся комплексы, зависящие от биоценоза в целом (напр., комплекс обитателей гниющих дубовых пней в дубраве). Если энергетическим источником биоценоза служат не автотрофы, а животные (напр., летучие мыши в биоценозе пещер), то такие биоценозы зависят от притока энергии извне и являются неполноценными, представляя в сущности мероценозы. В биоценозе можно выделить и др. подчинённые группировки организмов, например, синузии. Для биоценоза также характерно разделение на группировки организмов по вертикали (ярусы биоценоза). В годовом цикле в биоценозе изменяются численность, стадии развития и активность отдельных видов, создаются закономерные сезонны е аспекты биоценоза.

Биоценоз — диалектически развивающееся единство, меняющееся в результате деятельности входящих в него компонентов, вследствие чего происходят закономерные изменение и смена биоценоза (сукцессии), которые могут приводить к восстановлению резко нарушенных биоценоза (напр., леса после пожара и т. п.). Различают насыщенные и ненасыщенные биоценозы В насыщенном биоценозе все экологические ниши заняты и вселение нового вида невозможно без уничтожения или последующего вытеснения к.-л. компонента биоценоза. Ненасыщенные биоценоза характеризуются возможностью вселения в них новых видов без уничтожения других компонентов. Можно различать первичные биоценозы, сложившиеся без воздействия человека (целинная степь, девственный лес), и вторичные, изменённые деятельностью человека (леса, выросшие на месте сведённых, население водохранилищ). Особую категорию представляют агробиоценозы, где комплексы основных компонентов биоценоза сознательно регулируются человеком. Между первичными биоценозом и агробиоценозамн имеется вся гамма переходов. Изучение биоценоза важно для рационального освоения земель и водных пространств, т. к. только правильное понимание регулятивных процессов в биоценозе позволяет человеку изымать часть продукции биоценоза без его нарушения и уничтожения.







2.3. БИОГЕОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ЕДИНИЦЫ БИОСФЕРЫ



2.3.1. Биогеоценоз

Термин «биогеоценоз» (био — жизнь, гео — земля, ценоз — сообщество) был предложен В. Н. Сукачевым в 1940 г. Им обозначают наземные и водные природные комплексы — леса и степи, озера и реки и т. д. Наряду с термином «биогеоценоз» существует термин «экологическая система» (экосистема), предложенный А. Тенсли в 1935 г. Термины «биогеоценоз» и «экосистема» отражают близкие понятия. Некоторые авторы их отождествляют, что, однако, неправильно.



2.3.2. Экосистема

Термин «экосистема» (от греч. oikos — жилище, местопребывание и система) истолковывают неоднозначно. Так, Л. О. Карпачевский (1983) этим термином обозначал разнообразные природные объекты, представляющие собой те или иные формы взаимосвязи живого организма со средой своего обитания. Экологическими он называет такие биологические системы, как, например, дерево с растущими на нем лишайниками, клещ, впившийся в кожу животного, и другие подобные сожительства организмов. Микроб или паразит (микроорганизм) во взаимосвязи с растением или животным (макроорганизмом) — это экосистема биогенная, т. е. порожденная живыми организмами. Наряду с этим существуют биокосные системы, в которых средой обитания для организмов служит неживой субстрат органического или неорганического происхождения. Примеры таких экологических систем: личинки жука-могильщика на теле умершего животного, микроорганизмы в капле воды и т. д.

Простые экологические системы объединяются в более сложные. Так, система бактерии — личинки овода — может входить в систему более высокого уровня — надсистему личинки овода —-корова, а корова, в свою очередь, — составной компонент системного образования еще более высокого ранга —луга (пастбища). Биокосные системы могут быть самыми разнообразными. Они отличаются по составу биоты, величине (объему) и т.д. Биокосные системы — лесной колок, озеро, тайга (таежный ландшафт), море. Биосфера, представляющая собой совокупность всех организмов, населяющих нашу планету, со средой своего обитания, — это тоже биокосная система.

Большинство современных авторов под экологической системой понимают сообщество взаимосвязанных организмов разных видов (биоценоз) со средой своего обитания (неживой, косной природой). Организмы и окружающая их среда объединены в одно функциональное целое из-за взаимозависимости и причинно-следственных связей между живой и неживой природой. Размер экологической системы трудно определить в физических мерах изменения (длины, площади, объема). Экосистему можно оценить лишь мерой, учитывающей процессы саморегуляции и самовосстановления составляющих ее средообразующих компонентов.

В современном понимании биогеоценоз (Б ГЦ) — эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их косной среды (рис. 2.1.). БГЦ характеризуется определенным энергетическим состоянием, типом и скоростью обмена веществом и информацией (Реймерс). Биогеоценоз — это элементарная биохорологическая единица биосферы — глобальной экологической системы. Совокупности однотипных БГЦ образуют ландшафты (регионы биосферы). Так, таежные БГЦ формируют таежный ландшафт, степные БГЦ — степной ландшафт и т. д.











Рис.2.1. Функциональная структура биогеоценоза



Биогеоценоз состоит из четырех категорий взаимодействующих слагаемых: продуцентов, консументов, редуцентов и неживых тел.

Компоненты неживой (косной) природы — атмосфера, вода, материнская порода.

В идеальном случае экосистема со сбалансированной жизнедеятельностью автотрофных организмов и гетеротрофных организмов могут приближаться к замкнутой системе, обменивающейся с окружающей средой только энергией. Однако в естественных условиях длительное существование экосистем возможно только при притоке из окружающей среды не только энергии, но и большего или меньшего кол-ва вещества. Все реальные экосистемы, в совокупности слагающие биосферу Земли, принадлежат к открытым системам, обменивающимся с окружающей их средой веществом и энергией.

Термин «экосистема» приложим как к природным, так и к искусственным экосистемам, таким, например. как сельскохозяйственные. угодья, сады, парки. 

В процессе всестороннего изучения природных комплексов взаимодействующих между собой растений, животных и микроорганизмов учёные давали этим надорганпзменным единицам разные названия. Б. ч. из предложенных терминов не получили распространения, некоторые используются лишь в определённых случаях (напр., термином «биом» в США обозначают такие макроэкосистемы, как зона хвойных лесов, степная зона и др.). Термин «экосистема», вытеснивший многие другие термины сходного содержания, предложил в 1935 англ, ботаник А. Тенсли. В 1944 В. Н. Сукачёв стал пользоваться применительно к наземным живым системам термином биогеоценоз, не считая, однако, его тождественным экосистеме. Действительно, даже аквариум или пчелиный улей несомненно представляют собой Э., но не могут быть названы биогеоценозами. Кроме того, общая особенность биогеоценоза — меньшая суммарная биомасса животных по сравнению с биомассой растений, в то время как в водной Э. господствует обратное их соотношение. 

Экосистемы характеризуются видовым составом, численностью особей отдельных видов, их биомассой, распределением и сезонной динамикой. Начиная с 40—50-х гг. 20 в. развернулись исследования, позволяющие количественно характеризовать функциональные особенности экосистем, прежде всего цепи питания, через которые осуществляется биологическая трансформация вещества и энергии. Количеств, выражение интенсивности и эффективности этих процессов с помощью современных методов, в частности математического моделирования экологических систем,— необходимая основа решения актуальных вопросов рационального использования биологических ресурсов природы и сохранения среды обитания человека.





2.4. БИОЦИКЛЫ

БИОЦИКЛЫ, или жизненные области, три самых крупных подразделения биосферы: суша, море и внутр. водоёмы. Каждый биоцикл подразделяется на биохоры, включающие значит, число биотопов. Напр., биотопы песчаных, глинистых и каменистых пустынь объединяются в биохор пустынь, который имеете с биохорами лесов, степей и др. составляет биоциклы суши.




4. Большие биохимические циклы. Круговорот кислорода.





4.1. КРУГОВОРОТ  ВЕЩЕСТВ



КРУГОВОРОТ  ВЕЩЕСТВ   на   земле, повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический  характер. Эти процессы имеют определённое поступательное движение, т. к. при т. н. циклических превращениях в природе не происходит полного повторения циклов, всегда имеются те или иные изменения в количестве и составе образующихся веществ. Понятие К. в. нередко трактовалось метафизически, как движение по замкнутому кругу, что в корне ошибочно.

Ок. 5 млрд. лет назад произошла дифференциация вещества Земли, разделение его на ряд концентрич. оболочек, или геосфер: атмосферу, гидросферу, земную кору, гранитную, базальтовую и др. оболочки, отличающиеся друг от друга характерным химическим составом, физическими и термодинамическими свойствами. Эти оболочки в последующее геологическое время развивались в направлении дальнейшего наиболее устойчивого состояния. Между всеми геосферами в внутри каждой отдельной геосферы продолжался обмен веществом. Вначале наиболее существенную роль играл вынос вещества из недр Земли на поверхность в результате процессов выплавления легкоплавкого вещества Земли и дегазации.

Поскольку можно судить на основании сохранившихся геологических свидетельств, эта стадия обмена была ещё очень обширной в архейскую эру (см. Докембрий). В то время имели место интенсивные колебательные движения в земной коре, обширные горообразовательные процессы, создавшие повсеместно складчатость, а также энергичная вулканическая деятельность, результатом которой явились мощные слои базальтов. Широко развиты были интрузии и процессы гранитизации. Все эти процессы осуществлялись в более грандиозных масштабах, чем и последующие геологии, периоды. В архейскую эру на поверхность Земли выносились вещества в значительно больших количествах и, возможно, из более глубоких областей планеты. В дальнейшем обмен веществом между глубокими областями и поверхностью Земли сократился. В конце докембрия обособились более спокойные области земной коры — платформы и области интенсивной тектонической и магматической деятельности — геосинклинали. С течением времени платформы росли, а геосинклинальные области сужались.

В современный период обмен веществом между геосферами по вертикальному направлению достаточно определённо может наблюдаться в пределах 10—20 км от поверхности Земли и местами — в .50— (if) к.м. Не исключено движение вещества и из более глубоких зон Земли, однако этот процесс в наст, время уже не играет существенной роли в общем К. в. на Земле. Непосредственно непрерывный К. в. наблюдается в атмосфере, гидросфере, верхней части твёрдой литосферы и в биосфере. Со времени появления биосферы (ок. 3,5 млрд. лет назад) круговорот веществ на Земле изменился. К физико-химич. превращениям прибавились биогенные процессы. Наконец, огромной геологической силой стала ныне деятельность человека. См. Земля (раздел Человек и Земля).

Т. о., круговорот веществ на Земле в процессе развития нашей планеты изменялся и в современный период с геологической точки зрения наиболее интенсивен па поверхности Земли. В интенсивный обмен захватывается в литосфере, атмосфере, гидросфере и биосфере единовременно лишь небольшая часть вещества этих оболочек. Наблюдаемый круговорот веществ на Земле слагается из множества разнообразных повторяющихся в основных чертах процессов превращения и перемещения вещества. Отд. циклические процессы представляют собой последовательный ряд изменений вещества, чередующихся с временными состояниями равновесия. Как только вещество вышло из данной термодинамической системы, с которой оно находилось в равновесии, происходит его дальнейшее изменение, пока оно не возвратится частично к первоначальному состоянию. Полного возвращения к первоначальному состоянию никогда не происходит. Вместе с тем благодаря этим повторяющимся процессам на поверхности Земли обеспечивается известная стабильность её рельефа. Яркой иллюстрацией этого может служить круговорот воды в природе (рис. 4.1).







Рис. 4.1. Схема круговорота воды. Содержание воды дано в кг 1см1 в год на поверхности Земли. Испарение и выпадение осадков дано в г/см* в год на поверхность океана или континента соответственно.



4.1.1. Круговорот воды

С поверхности океана испаряется ежегодно огромное кол-во воды, но при этом нарушается её изотопный состав: она становится беднее тяжёлым водородом по сравнению с океаиической водой (в результате фракционирования изотопов водорода при испарении). Между поверхностным слоем воды океана и массой воды более глубоких его зон существует свой регулярный, установившийся обмен. Между парами воды и водой атмосферы и водоёмов устанавливаются локальные временные равновесия. Пары воды в атмосфере конденсируются, захватывая газы атмосферы и вулканические газы, а затем вода обрушивается на сушу. Часть воды при этом входит в химические соединения, другая в виде кристаллогидратной, сорбированной и мн. др. форм связывается рыхлыми осадками земной коры, погребается вместе с ними и надолго оставляет основной цикл. Осадки в процессе метаморфизации и погружения в глубь Земли под влиянием давления и высокой температуры (напр., интрузий) теряют воду, котораярая поднимается по порам пород и появляется в виде горячих источников пли пластовых вод на поверхности Земли, или, наконец, выбрасывается с парами при вулканич. деятельности вместе с нек-рым количеством ювеннльных вод и газов. Другая же, основная масса воды, извлекая растворимые соединения из пород литосферы, разрушая их, стекает реками обратно в океан. В результате этого процесса солевой состав океана в геологич. времени изменяется. Химич. элементы, образующие легкорастворимые соединения, накапливаются в морской воде. Труднорастворимые соединения химических элементов быстро достигают дна океана.



4.1.2. Круговорот кальция

Другой пример — круговорот кальция. Известняки (как и др. породы) на континенте разрушаются, и растворимые соли кальция (двууглекислые и др.) реками сносятся в море. Ежегодно в море сбрасывается с континента ок. 5*108м кальция. В тёплых морях углекислый кальций интенсивно потребляется низшими организмами — фораминиферами, кораллами и др. — на постройку своих скелетов. После гибели этих организмов их скелеты из углекислого кальция образуют осадки на дне морей. Со временем происходит их метаморфизация, в результате чего формируется порода — известняк. При регрессии моря известняк обнажается, оказывается на суше и начинается процесс его разрушения. Но состав вновь образующегося известняка несколько иной. Так, оказалось, что палеозойские известняки более богаты углекислым магнием и сопровождаются доломитом, известняки же более молодые — беднее углекислым магнием, а образования пластов доломитов в современную эпоху почти не происходит. Наконец, при излиянии лавы известняки частично могут быть ею ассимилированы, т. е. войти в большой круговорот веществ.

Т. о., отдельные циклические процессы, слагающие общий круговорот веществ на Земле, никогда не являются полностью обратимыми. Часть вещества в повторяющихся процессах превращения рассеивается и отвлекается в частные круговороты пли захватывается временными равновесиями, а другая часть, которая возвращается к прежнему состоянию, имеет уже новые признаки.

Продолжительность того пли иного цикла можно условно оценить по тому времени, которое было бы необходимо, чтобы вся масса данного вещества могла обернуться один раз на Земле в том или ином процессе (см. табл. 4.1).





Табл. 4.1. — Время,   достаточное для    полного    оборота    вещества



В круговороте участвуют химические элементы и соединения, более сложные ассоциации вещества и организмы. Процессы изменения вещества могут носить преим. характер механического перемещения, физико-химич. превращения, ещё более сложного биологического преобразования или носить смешанный характер. Круговорот веществ, как и отдельные цикличные процессы на Земле, поддерживаются притекающей к ним энергией. Её основными источниками являются солнечная радиация, энергия положения (гравитационная) и радиогенное тепло Земли, когда-то имевшее исключит, значение в происходивших на Земле процессах. Энергия, возникшая при химических и других реакциях, имеет второстепенное значение. Для отдельных частных круговоротов вещества можно оценить затраченную энергию; напр., для ежегодного испарения масс воды с поверхности океана расходуется около 10,5*1023 дж (2,5*1023 кал), или 10% от всей получаемой Землёй энергии Солнца.

Классификация круговорота веществ на Земле ещё не разработана. Можно говорить, например, о круговоротах отдельных хнмических элементов или о биологическом круговороте веществ в биосфере; можно выделить круговорот газов атмосферы или воды, твёрдых веществ в литосфере и, наконец, круговорот веществ в пределах 2—3 смежных геосфер. Изучением круговорота веществ занимались многие русские учёные. В. И. Вернадский выделил геохимическую группу т, н. циклических химических элементов; к ним относят практически все широко распространённые и многие редкие хнмические элементы, например углерод, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, хлор, медь, железо, йод. В. Р. Вильяме и мн. др. рассматривали биологические циклы азота, углекислоты, фосфора и др. в связи с изучением плодородия почв. Из циклич. хнмич. элементов особенно важную роль в биогенном цикле (см. Биогеохимия) играют углерод, азот, фосфор, сера.



4.1.3. Углерод.

Углерод — основной биогенный элемент; он играет важнейшую роль в образовании живого вещества биосферы. Углекислый газ из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелёными растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные и многочисленные органические соединения растений. Растительные, организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения продуцируют в год ок. 1,5*1011 т углерода в виде органической массы, что соответствует 5,8б*1020 дж (1,4-1020 кал) энергии. Растения частично поедаются животными (при этом образуются б. или м. сложные пищевые цепи). В конечном счёте органическое вещество в результате дыхания организмов, разложения их трупов, процессов брожения, гниения и горения превращается в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало мн. др. каустобиолитам — каменным углям, нефти, горючим газам (рис. 4.2).







Рис.  4.2.  Схема  круговорота   углерода. Содержание     углерода     дано    в    г/см2 поверхности      Земли.     Обмен     углерода   дан   в   f   (l*10-6  г)     на   1   см2  поверхности  Земли   в   год.



В процессах распада органических веществ, их минерализации огромную роль играют бактерии (напр., гнилостные), а также мн. грибы (напр., плесневые).

В активном круговороте углерода участвует очень небольшая часть всей его массы (табл. 4.2). 





Табл.    2.— Содержание   углерода

на   поверхности   3 е м л и   и   в земной   коре   (16 км   мощности).



Огромное кол-во угольной к-ты законсервировано в виде ископаемых известняков и др. пород. Между углекислым газом атмосферы и водой океана, в свою очередь, существует подвижное равновесие.

Многие водные организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Из атмосферы было извлечено и захоронено в десятки тысяч раз больше углекислого газа, чем в ней находится в данный момент. Атмосфера пополняется углекислым газом благодаря процессам разложения органических вещества, карбонатов и др., а также, всё в большей мере, в результате индустриальной деятельности человека. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых состоят главным образом из углекислого газа и паров воды. Некоторая часть углекислого газа и воды, извергаемых вулканами, возрождается из осадочных пород, в частности известняков, при контакте магмы с ними и их ассимиляции магмой. В процессе круговорота углерода происходит неоднократное фракционирование его по изотопному составу (12С — 13С), особенно в магматогенном процессе (образование СО2, алмазов, карбонатов), при биогенном образовании органические вещества (угля, нефти, тканей организмов и др.).



4.1.4. Круговорот азота



Источником азота на Земле был вулканогенный NH3, окисленный О2 (процесс окисления азота сопровождается нарушением его изотопного состава—UN — 15N). Основная масса азота на поверхности Земли находится в виде газа (N2) в атмосфере. Известны два пути его вовлечения в биогенный круговорот (рис. 4.3): 





Рис.   4.3.   Схема   круговорота   азота.



1) процессы электрического (в тихом разряде) и фотохимического окисления азота воздуха, дающие разные окислы азота (NO2, NO3 и др.), которые растворяются в дождевой воде и вносятся т. о. в почвы, воду океана; 2) биологич. фиксация N2 клубеньковыми бактериями, свободными азотфиксаторами и др. микроорганизмами. Первый путь даёт около 30 мг NО3 на 1 м2 поверхности Земли в год, второй—около 100 мг NO3 на 1 м2 в год. Значение азота в обмене веществ организмов общеизвестно. Он входит в состав белков и их разнообразных производных. Остатки организмов на поверхности Земли или погребённые в толще пород подвергаются разрушению при участии многочисленных микроорганизмов. В этих процессах органический азот подвергается различным превращениям. В результате процесса денитрификации при участии бактерий образуется элементарный азот, возвращающийся непосредственно в атмосферу. Так, например, наблюдаются подземные газовые струи, состоящие почти из чистого N2. Биогенный характер этих струй доказывается отсутствием в их составе аргона (40Ar), обычного в атмосфере. При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие затем в воздух и в воду океана. В биосфере в результате нитрификации — окисления аммиака и др. азотсодержащих органич. Соединений при участии Nitrosomonas и нитробактерий – образуются различные окислы азота.



4.1.5. Круговорот кислорода.



В круговороте кислорода отчетливо выражены активная геохимическая деятельность живого вещества, его первостепенная роль в этом процессе. Биологический цикл кислорода является планетарным процессом, который связывает атмосферу и гидросферу с земной корой. Ключевые звенья этого круговорота: образование свободного кислорода при фотосинтезе в зеленых растениях, потребление его для осуществления дыхательных функций всеми живыми организмами, для реакций окисления органических остатков и неорганических веществ (например: сжигания топлива) и другие химические преобразования, ведущие к образованию таких окисленных соединений как диоксид углерода и вода, и последующему вовлечению их в новый цикл фотосинтетических превращений.

Если исходить из массы кислорода, синтезируемого протяжении года (с учетом потраченных на процесс дыхания 15%), то можно считать, что ежегодно зеленая растительность нашей планет продуцирует примерно 300-109 т кислорода. Около 75% этого количества выделяется растительностью суши и немногим более 25 % — фотосинтезирующими организмами Мирового океана (В. В. Добровольский, 1980).

Расчет полного прохождения через всю систему круговорота всего атмосферного кислорода можно представить так. Масса атмосферы равна 5,2-1015т, на долю кислорода приходится 23,3 % этого количества. Следовательно, в газовой оболочке Земли содержится около 1,2-1015т кислорода. В процессе фотосинтеза растения ежегодно выделяют примерно 300 млрд т этого газа. Таким образом, за 4 тыс. лет фотосинтетические организмы могли бы «выработать» существующее количество кислорода (К. М. Сытникидр., 1987).

В растворенном состоянии свободный кислород содержится и в природных водах. По данным А. П. Виноградова, суммарный объем вод Мирового океана равен 137-1019л. В 1 л воды растворено от 2 до 8 см3 кислорода. Нетрудно подсчитать, что в водах Мирового океана находится (2,7...10,9)11012т растворенного кислорода.

Нельзя, разумеется, упускать из виду, что часть органического вещества захороняется, вследствие чего из годичного круговорота выводится связанный кислород.

А. М. Алпатьев (1983) дает следующую количественную оценку годичного круговорота кислорода на суше и в океане (млрд т):



Поступление в процессе фотосинтеза на суше		160

Поступление в процессе фотосинтеза в океане		80

Биохимические потребления в океане 			78

Связывается в древесных насаждениях			27

Расход на биологическое окисление			82

» » гетеротрофное дыхание на суше			20

» » технологические процессы 				20

» » процессы выветривания				6

» » усиление окислительных процессов на 		7

обрабатываемых землях

Захоронение с органическим веществом 			1,5



Следует также учитывать использование кислорода для процесса горения и других видов антропогенной деятельности. Предполагается, что в обозримой перспективе ежегодное суммарное потребление кислорода достигнет 210...230 млрд т. Между тем ежегодное продуцирование этого газа всей фитосферой составляет 240 млрд.т.





Рис. 4.4. Упрошенная схема некоторых путей круговорота кислорода на Земле (Клауд, Джибор, 1972)






5. Природные ресурсы и их классификации. Факторы определяющие масштабы их потребления.





ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ, естественные ресурсы, часть всей совокупности природных условий существования человечества и важнейшие компоненты окружающей его естеств. среды, используемые в процессе общественного производства для целей удовлетворения материальных и культурных потребностей общества.

В свете научно-технической революции вопросы, связанные с природными ресурсами, выдвинулись в число самых насущных вопросов современности. В связи с бурным развитием производительных сил, ведущим к поглощению огромных количеств природного сырья, проблемы обеспеченности основными его видами приобрели особую актуальность. Поскольку успешная борьба с загрязнением почвы, атмосферы и гидросферы, оказывающим крайне отрицательное влияние на сохранность природных ресурсов, требует согласованных действий ряда стран, проблемы защиты природных ресурсов носят глобальный характер. Энергетический кризис, разразившийся в капиталистическом мире в 70-х гг. 20 в., показал, что глубинные причины его лежат не столько в природных, сколько в политических и социальных факторах. Этот кризис не ограничился сферой энергетики, а в той или иной мере отразился на мн. отраслях хозяйственной деятслыюсти каппталистического мира.

Классификация природных ресурсов и их значение с. Главные виды природных ресурсов — солнечная энергия, энергия приливов и отливов, внутриземное тепло, водные, земельные, минеральные (в т. ч. топливно-энергетические), растительные, ресурсы животного мира.

Помимо выделения природных ресурсов по принадлежности к тем или иным компонентам природы, деления природных ресурсов на практически неисчерпаемые и исчерпаемые (которые, в свою очередь, подразделяются на возобновляемые и невозобновляемые), природные ресурсы классифицируются также по характеру их использования в материальном производстве (в области энергетики, промышленности, сельского хозяйства и др. отраслей хозяйства) и в непроизводственной сфере (напр., оздоровительные), а также и по признаку одно- и многоцелевого использования.

Подготовленные к использованию и вовлекаемые в хозяйственный оборот природных ресурсов, превращаются в важный компонент обществ, производит, сил. Выявленные и ныне не используемые, но могущие быть использованными в будущем, при изменении условий техники и экономики, природные ресурсы. рассматриваются как потенциальные.

Важными этапами освоения природных ресурсов являются их выявление (разведка), изучение, составление кадастров по отдельным видам (земельный кадастр, водный кадастр, таксация лесов и др.) и в территориальном разрезе (природные ресурсы Земли в целом, суши, Мирового океана и его частей, крупных природных районов, отдельных стран и др.). По современным представлениям, общее количество солнечной энергии, ежегодно получаемое Землёй, составляет примерно 5*1020 ккал, масса атмосферы Земли ок. 5,15*1015 т (из них 23% кислорода в свободном состоянии), ресурсы гидросферы почти 1,5 млрд. кл13, в т. ч. пресной воды в речных руслах 1,2 тыс.км3, ежегодная первичная продукция фито-массы в пересчёте на сухое органич. вещество, по различным данным, от 50 до 100 млрд. т (некоторыми авторами оцениваются до 350 млрд. т), общегеологич. запасы угля 10 —12 триллионов т, железных руд примерно 350 млрд. т, потенциальные запасы природного газа 130—140 триллионов м3.Распределение природных ресурсов характеризуется большой неравномерностью, что служит естественной основой для развития территориального разделения труда. В условиях капиталистической экономики неравномерность порождает глубокие социальные противоречия между странами и районами. Примером неравномерности к размещении ресурсов может служить распределение запасов нефти; так, из общей суммы разведанных в капиталистических развивающихся странах запасов нефти на начало 1974 (71,3 млрд. т) приходится на Ближний и Средний Восток 67%, Африку 12,5%, Юго-Вост. Азию и Дальний Восток 3% , Сев. Америку 9%, Центр, и Юж. Америку 5,5%, Зап. Европу 3%. Между тем подавляющая часть нефти потребляется в Сев. Америке (прежде всего в США), в индустриально развитых капиталистических странах Западной Европы и в Японии.

Познание человечеством природных ресурсов постоянно расширяется, при этом используются новейшие технические средства (искусственные спутники Земли, сверхглубокое бурение и т. д.).

Велика роль научно обоснованных оценок природных ресурсов, имеющих всегда конкрстно-исторический характер. Основные типы оценок: технологическая (производственная), экономическая (выраженная в количественно определённых экономич. категориях), социальная. Правильная оценка природных ресурсов — необходимое условие достижения наибольшего эффекта от их использования.

История использования природных ресурсов. На ранних этапах развития общества важное значение для удовлетворения потребностей населения имели охота и рыболовство. В совершенно незначительных размерах использовались минеральные, ресурсы (камень) для изготовления простейшнх орудий. На последующих этапах развития первобытного общества, а затем докапиталистических классовых формаций в связи с зарождением и ростом земледелия и животноводства стали использоваться почвенно-климатич. ресурсы, естественные ресурсы кормов и вода для орошения. Начали применяться некоторые металлы и их сплавы (бронза, золото, железо и др.) для изготовления орудий труда, оружия, культовых предметов и украшений, а также новые источники энергии (сила ветра и воды, тяговая сила домашних животных).

В период развития капитализма и его безраздельного мирового господства происходило быстрое увеличение масштабов использования естественных ресурсов вообще и прежде всего ресурсов минер, сырья и топлива. По подсчётам В. И. Вернадского, человек использовал в производстве в древние века 19 химических элементов, в начале 20 в. уже 59 (ныне же практически все открытые элементы). За это время во много раз возросла добыча чёрных и цветных металлов, угля (ещё в начале 19 в. его добывалось во всём мире 12—13 млн. т, и 1900 — свыше 700 млн. т в пересчёте на условное топливо), нефти, газа, разных видов химического сырья и минер, строит, материалов. Усиленно вырубались леса с целью получения древесного сырья для промышленности и обращения лесных угодий в сельскохозяйственные, занявшие обширные площади. Рост производит, сил сопровождался огромным ущербом, который наносился природным ресурсам их нерациональным использованием, свойственным самой природе капитализма. «Капиталистическое производство развивает технику и комбинацию общественного процесса производства лишь таким путем, что оно подрывает в то же самое время источники всякого богатства: землю и рабочего» (Маркс К. и Энгельс Ф., Соч., 2 изд., т. 23, с. 515). Особенно хищнически разграблению капиталистическими монополиями подвергались природные колониальных и полуколониальных стран. Одновременно ухудшалось состояние всей природной среды, поскольку при использовании природных ресурсов человек вступает прямо или косвенно во взаимодействие со всей окружающей его природой.

Победа Великой Октябрьской социалистической революции в России, возникновение и развитие мировой системы социализма создали предпосылки для поворота в сторону рационального использования человеком природных ресурсов. В капиталистнческих странах, хотя гос. аппаратом и принимаются меры к более бережному отношению к природным ресурсам, практика капиталистических монополий в области освоения природных ресурсов продолжает оказывать отрицательное влияние на взаимодействие общества и природы. Ныне вопрос коренного улучшения использования природных ресурсов и ресурсообеспечсния человечества имеет большую остроту. Из всей площади суши почти 45 млн. км2, или ок. '/з, уже занято пахотными, сенокосными, пастбищными угодьями, садами и плантациями. Леса занимают более 40 млн. км'* всей суши, из них весьма значит, часть разрабатывается (ежегодно заготавливается свыше 2 млрд. м3 древесины). Мировое потребление важнейших видов полезных ископаемых составило в 1970 по топливным ресурсам (в пересчёте на условное топливо): угля—2,2 млрд. т. нефти — 2,9 млрд. т, газа — 1,4 млрд. т. Из др. видов минер, сырья в 1970 добыто: товарных железных руд порядка 750 млн. т, всех видов цветных и легирующих металлов (в капиталистич. и развивающихся странах)-—около 30 млн. т (по содержанию металла), потреблено минер, удобрений — 60 млн. т питательных веществ. Всего извлекается из природной среды ежегодно порядка 35— 40 млрд. т разных материалов и продуктов. За счёт сжигания топлива связывается в год порядка 15—20 млрд. т свободного кислорода атмосферного воздуха, а количество воды, забираемой ежегодно из источников, оценивается более чем в 56O млрд. т (которые частично безвозвратно теряются, частично нее сбрасываются как сточные воды). Потребности в природных ресурсах быстро растут. По оценкам, для доведения в перспективе потребления первичных материалов и продуктов всем населением Земли до современного уровня их потребления в наиболее разнятых странах нужно утроить суммарный объём их добычи, а по важнейшим видам полезных ископаемых (топливо, металлы) увеличить их добычу в 10 и более раз. С учётом же происходящего роста населения и дальнейшего повышения уровня удельного расхода первичных материалов и продуктов на душу населения общая потребность в природных ресурсах будет ещё намного большей. Поэтому в целях избежания угрозы истощения природных ресурсов огромное значение приобретает разработка системы мероприятий, обеспечивающей усиленную разведку запасов нснозобнов-лясмых ресурсов, поиски новых источников сырья, топлива и энергии (в т. ч. освоение термоядерной энергии, развитие производства синтетических материалов и др.), наиболее полное вовлечение в хоз. оборот разнообразных возобновляемых ресурсов, организацию более интенсивного использования этих видов ресурсов в экологически рациональных масштабах и формах. Вместе с тем' особую актуальность имеют задачи предотвращения нерационального использования природных ресурсв, экономного и улучшенного их использования. Одним из важных путей решения этих задач является широкое применение вторичного сырья и комплексное использование природных ресурсов.

Расширение использования природных ресурсов сопровождается ускоренным ростом межрайонных и межконтинентальных перевозок добытых первичных материалов.

Решение всех этих проблем в капиталистическом мире проходит в условиях конкурентной борьбы монополистических объединений за установление контроля над источниками сырья, использования возникающих трудностей в обеспечении потребностей в природных ресурсах для искусств, взвинчивания цен на сбываемую монополиями продукцию, стремления к сохранению развивающихся стран в качестве поставщиков разнообразного сырья, на которых приходится около 2/3 добычи песоциали-стич. мира нефти и боксита, '/з марганцевой руды, 1/2 меди, 1/3 железной руды и свинца, 1/4 цинка, 2/5 фосфоритов.

Использование природных ресурсов в перспективе.. Исключительно важное значение имеет разработка новых технологических процессов, ведущих к резкому сокращению, а затем и устранению потерь при добыче (заготовке), переработке и использовании природных ресурсов Наряду с лучшим использованием естсственных ресурсов и расширением ресурсно-сырьевой базы высокую актуальность имеет задача охраны природы от загрязнения, связанного в значительной мере с недостатками в организации и технологии эксплуатации ресурсов.

Всё это обусловливает необходимость строгого соблюдения эколого-экопомич. подхода к эксплуатации природных ресурсов.

Кардинальное решение указанных проблем осуществимо, в конечном счете, лишь в условиях планово развиваемого хозяйства, основанного на обобществлении средств производства. Научно-техническая    революция  открывает   широкие   возможности для достижения наиболее рационального использования   естественных   ресурсов   и   увеличения ресурсообеспсченности современного,   человечества и будущих поколений людей. [Использование возобновляемых ресурсов должно базироваться   на   принципах  ресурсооборота,  т. е.  на сбалансированном расходовании   и    возобновлении    их,    а также предусматривать расширенное воспроизводство   этих   ресурсов. При   эксплуатации    невозобновляемых ресурсов необходимо достижение резкого сокращения  потерь  сырья  в  недрах  при   добыче (по нефти, например, в капиталистических  и развивающихся странах они вставляют порядка 50 и более %), переработке и транспортировке, а также максималыюго    увеличения    «внутриобщественного» оборота   извлечённого  вещества природы  за  счёт  всемерной   утилизации вторичного   сырья.    Огромное   значение имеет   повышение   коэффициента   полезного использования  уже извлечённых из природы  видов   исходных   материалов   и продуктов (ныне из всей энергии, заключенной в добытом топливе, используется лишь одна четверть; при заготовке и переработке древесины допускаются значит, потери и т. п.), а также повышение срока службы изделий длит, пользования.

Научно-технический прогресс открывает новые возможности замены истощающихся видов природных ресурсов другими их видами, в т. ч. разного рода синтетическими материалами (напр., замена изделиями из пластмасс дефицитных цветных металлов), делает доступными ранее не использовавшиеся месторождения бедных руд и массивы малоплодородных заболоченных или расположенных в засушливых районах ночв, позволяет реально осваивать огромные и разнообразные ресурсы Мирового океана.

Человечество, развиваясь по пути социального и экономии, прогресса, по пути к социализму и коммунизму, создаёт качественно новую технологию, обеспечивающую эффективное освоение природных ресурсов и поддержание необходимого экологического равновесия в природе. Оно, открывая и вовлекая в оборот принципиально новые источники сырья и энергии, осуществляя планомерное управление использованием природных ресурсов, способно установить гармоничное взаимодействие между обществом и окружающей средой по обмену веществ и Масштабах и формах, удовлетворяющих в длительной перспективе растущие материальные и культурные потребности населения земного шара.


Список использованной литературы.



Большая советская энциклопедия.

Общая экология: Учебник для вузов А.С. Степановских М.:Юнити-Дана 2000-510с.

Сельскохозяйственная экология Н.Л. Урозаев, А.А. Вакулин, А.В. Никитин и др. М.: Колос, 2000-304с.

Агроэкология В.А. Черников, Р.М. Алексанин, А.В. Голубев и др.; под редакцией В.А. Черникова, А.И. Чекереса  М.: Колос 2000-536с.

Н.А. Воронков Экология общая, социальная, прикладная: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей – М.: Агар 1999-424с.





2