Л. К. Грек Основи екології Курс лекцій



Сторінка3/14
Дата конвертації27.01.2017
Розмір2.43 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Розгалуженість структури сучасної екології свідчить про те, що її формування ще не закінчено, а тільки починається.


1.3. Екологічні проблеми сучасності
Упродовж багатьох років багатства надр, ресурси біосфери споживались і витрачались в максимально можливих обсягах. Людство вступило у XX ст. під гаслом: природа не храм, а майстерня. Такий підхід не міг не завершитись глобальною деградацією природного середовища земної кулі. Найчіткіше вона почала проступати як явище, що охопило всю планету, спочатку 70-х років. Розвиток деградаційних процесів на планеті передрікався давно (I ст. до н.е. Цицерон, X ст. Ібн Сіна – Авіценна). Особливо численними стали застереження про деградацію природи планети у другій половині XX ст., коли окремі локальні екологічні лиха почали переростати в глобальну екологічну кризу. Понад чверть століття тому назад, у 1972 році Римський клуб опублікував тривожний прогноз розвитку людської цивілізації „Межі росту”, виконаний групою фахівців під керівництвом
Д. Медоуза, який передрікав небезпечну деградацію природного середовища. У другій половині XX ст. немало інших відомих вчених висловлювали стурбованість з приводу зростаючої загрози людству з боку наслідків стихійного науково-технічного прогресу. Однак усі ці застереження отримали мало заходів у відповідь – екологічна криза природного середовища посилювалась.

Сучасна екологічна криза має якісно іншу природу порівняно з усіма попередніми кризами. Це перша криза, що охопила всю планету і яка повністю спричинена не природними процесами, а діяльністю людства.

Темпи зміни параметрів біосфери, породжені цією екологічною кризою, виявились у сотні і тисячі разів вищими за темпи природної еволюції. Розпочалася загальна глобальна деградація природного середовища проживання, яка проявляється у двох типах:


  • порівняно невеликих за потужністю, але які діють упродовж тривалого часу;

  • разових катастрофічних, які виникають у разі аварій і небезпечні не лише за потужністю, а й за раптовістю і різкістю дії.

На фоні загальної деградації природного середовища створюються передумови для розвитку надзвичайних екологічних ситуацій та екологічних катастроф.

Під надзвичайними екологічними ситуаціями розуміють виникнення раптових природних лих чи техногенних аварій, що супроводжується великими економічними збитками. Тривалий стан надзвичайної екологічної ситуації спричинює виникнення екологічної катастрофи.



Причини виникнення надзвичайних екологічних ситуацій і катастроф такі:

  • стихійні природні явища, які можуть бути спровокованими діяльністю людини (повені, снігопади в Карпатах у 1999 році;

  • помилкові технологічні рішення (аварія на ЧАЕС);

  • свідоме руйнування природного середовища під час військових дій або актів диверсії.

Число і частота локальних екологічних катастроф у світі впродовж другої половини
XX ст. швидко збільшувалась: за десятиліття з 1980 по 1990 роки великих катастроф зареєстровано 70. Тільки у 1989 році у світі відбулось 1773 великі аварії з викидами в навколишнє середовище нафти та різних токсичних речовин. Почали реєструвати технологічні землетруси (Німеччина, Білорусь), що виникають внаслідок виймання гірських порід, нафти, газу, спорудження водосховищ.

Широкий світовий резонанс мала трагедія в Севезо (Італія). У липні 1976 року на хімічному заводі сталася аварія, внаслідок якої в атмосферу потрапило 2 кг небезпечної речовини-діоксину. Однак ця речовина надзвичайно сильна отрута, що діє у 67 тисяч разів сильніше ніж ціанід калію. Внаслідок аварії в окрузі Севезо багато людей дістали важкі хронічні захворювання, загинуло декілька тисяч сільськогосподарських тварин, почали народжуватись діти з вродженими вадами розвитку.

В 1984 році небезпечна аварія трапилась на хімічному комбінаті у місті Бхопал (Індія). В атмосферу потрапило 30 тонн метилизоціаніту, речовини, яка є проміжним продуктом синтезу багатьох пестицидів. Безпосередньо в момент катастрофи загинуло
2,5 тисячі чоловік, а ще 200 тисяч чоловік дістали тяжкі хронічні отруєння.

У населення України велику тривогу свого часу викликала чернівецька ситуація. Тут у 1988-1989 рр. почало швидко розвиватися незвичайне масове тяжке захворювання дітей, що супроводжувалось випаданням волосся, ураженням нервової системи і дихальних шляхів. Причину захворювання пояснили забрудненням навколишнього середовища талієм і бором внаслідок одноразового промислового викиду.

Моделями особливо великих екологічних катастроф стали Чорнобильська, Аральська екологічна криза, війна в Ірані.

Головна небезпека для людства полягає не в окремих екологічних катастрофах, якими б трагічними не були їхні наслідки, а в поступовій деградації природного середовища під впливом здавалося б малопомітних результатів виробничої діяльності. Вони спричинюють такі глобальні явища як:



  • глобальне потепління;

  • руйнування озонового шару;

  • кислотні дощі;

  • забруднення всіх геосфер планети;

  • деградацію лісів;

  • накопичення і неконтрольоване переміщення токсичних речовин і відходів;

  • спустелювання, ерозію ґрунтів;

  • зменшення біологічної різноманітності.

Спустелювання - це виснаження аридних і напіваридних екосистем під впливом діяльності людини і посух. Відбувається воно в основному в посушливих районах і полягає у сильній деградації природних систем і втраті родючості ґрунтів. Території, які зазнали спустелювання, вже не здатні до самовідновлювання.

Спустелювання у світі вже зазнало 4616 млн. га. земель і площі спустелених земель продовжують збільшуватись. Темп спустелювання впродовж XX ст. був особливо високим: щорічно за його рахунок територія пустель світу зростала на 60 000 км.

Сучасне людство вперше зіткнулося з цією проблемою в 1968-1973 рр., коли спустелювання південного району Сахари, так званого Сахеля, спричинило голод серед місцевого населення.

Іншим яскравим прикладом антропогенного спустелювання є Аральський регіон. У цьому районі в басейнах річок Амудар’я і Сирдар’я у 1960-1990 рр. було споруджено багато великих зрошувальних систем. Річковий стік в Аральське море різко скоротився (до 4,5 км3. у рік) й розпочався швидкий процес його обміління. За останні 25 років рівень води в Аральському морі знизився на 14,5 м. На площі 27 000 км2 оголилось морське дно. Засохло 300 тис. га. прибережних заростей очерету. Солоність води збільшилась втричі. Аральська катастрофа завершилась аридизацією клімату на великій території. Вона позначається на південь від Аралу на 400-1000 км. На відстані 250 км. від Аралу рівень ґрунтових вод знизився на 5 м.

Для нинішнього покоління проблема Аралу не лише екологічна, а й соціальна. В Аральському регіоні мешкає 70% усього населення Середньої Азії. Згортання сільськогосподарського виробництва, ліквідація рибної промисловості та інших галузей господарства створили дуже гостру проблему трудової зайнятості населення.

Арал для людства виявився прикладом рукотворної великорегіональної екологічної катастрофи, спричиненої народногосподарською діяльністю, що ігнорувала екологічні закони.

Під біологічною різноманітністю розуміють міру різновидів біологічних об’єктів усіх рангів на кожному рівні організації живого. Велика біологічна різноманітність - чинник стійкості біосфери, вона дає змогу використовувати широкий асортимент ресурсів, забезпечує функціонування ланцюгів живлення, має рекреаційну та естетичну цінність.

Людством за порівняно недовгу історію його існування було знищено до 10% видів живих організмів. У XX ст. темп знищення видів рослин і тварин досягнув 150 видів за рік. Зменшення біологічної різноманітності видів відбувається завдяки дії таких механізмів:



  • надмірне добування відбувається в тому разі, коли з популяцій рослин або тварин вилучають організмів більше, ніж їх може народитись внаслідок розмноження;

  • руйнування місць проживання, що відбувається під впливом забруднення середовища різноманітними в тому числі й токсичними речовинами або збіднення ресурсів, які використовують живі організми;

  • біологічне забруднення відбувається шляхом свідомого чи випадкового заселення нових видів, які безперешкодно розмножуються за умов відсутності у них природних ворогів і витісняють місцеві види живих організмів (колорадський жук, амброзія полинолиста).

Процес вимирання видів торкнувся усіх континентів і акваторій. Згідно з оцінкою, наведеною у праці „Світ у 2000 році - доповідь президента (США)”, до 2000 року на планеті повністю зникнуть від 500 тис. до 2 млн. видів живих організмів, що становить 15-20% числа існуючих нині видів рослин і тварин.
1.4. Еволюція антропогенної діяльності
Близько 5 млрд. років тому сформувалася літосфера. Первинний океан виник, близько 4 млрд. років тому, оскільки найдавніші осадові породи, утворення яких можливе в той час тільки у воді, мають вік 3,9 млрд. років. Найдавніші рештки мікроорганізмів знайдено в гірських породах, датованих 3,2 млрд. років тому. Три млрд. років тому температура повітря досягала 700 С і за таких умов могли існувати лише бактерії та синьо-зелені водорості. Бурхливий розвиток органічного світу на Землі, освоєння рослинами і тваринами континентів відбулося лише 0,5-0,4 млрд. років тому. Розвиток рослинності зумовив збільшення кисню в атмосфері та поживних речовин в ґрунтах, а також появу великих тварин. Активно змінювався склад поверхні Землі, атмосфери, гідросфери, виникла біосфера. Для утворення біосфери вирішальне значення мала поява на Землі рослинності, яка містить хлорофіл. Подальший процес еволюції живих організмів призвів до появи людини. З появою людей на Землі почався вплив їхньої діяльності на кругообіг речовин та енергетичний обмін у біосфері. На відміну від інших організмів людина - це особливий біологічний вид, який впливає на природу не лише своїми процесами обміну речовин у живій природі, тобто біологічним обміном речовин, а й трудовою діяльністю. Вплив її пов’язаний не тільки з ростом народонаселення, а й з її технічною оснащеністю та вмінням організовувати працю.

Умовно в історії взаємовідносин людського суспільства та природи можна виділити такі етапи, які відрізняються масштабами антропогенного впливу на навколишнє природне середовище. Початок першого етапу розпочинається близько 200 тис. років тому з появою на планеті перших людей сучасного типу. Вплив на природу наших далеких предків у палеоліті був обмеженим. Відбувалося накопичення знань про природу, пристосування людей до природи. Вогонь був першим технічним завоюванням людини. Використання вогню для загону й вилову дичини спричинило 100 тис. років тому виникнення першої екологічної кризи в біосфері, яка пов’язана з руйнуванням рослинного й тваринного світу в різних районах земної кулі. На місці лісів у західній частині Африки та Південно-Східної Азії з’явились савани. Так само близько 20 тис. років тому індійці Північної Америки створили прерії - випалили ліси під пасовиська для бізонів.



Другий етап взаємовідносин суспільства та природи тривав близько 40 тис. років від початку палеоліту до середини XIX ст. В цей період відбувається розвиток сільського господарства, яке супроводжується викоріненням рослинного покрову на значних площах і вирощуванням незначної кількості відібраних людиною видів, які найбільш придатні для харчування. Це призвело до бездумного масового винищення лісів на величезних територіях. Так, тільки в Китаї нині 5% площі вкрито лісами, тоді як на початок неоліту вони займали не менш як 90% території. Невміле використання земель, зрошення непридатних для цього ґрунтів, нищівне випасання на пасовиськах мали катастрофічні наслідки для врожайності Землі. Це сприяло перетворенню родючих земель на безплідні пустелі. Нині там, де була колись колиска нашої цивілізації (південь Палестини, північні райони Сирії і Месопотамії) ще 10 тис. років тому буяли родючі ниви та пасовиська, поступово були винищені ліси, деградували ґрунти і утворилися пустелі.

Третій етап (початок XІX ст. – перша половина XX ст.) – час бурхливого розвитку фізики, техніки, винайдення парового двигуна, електричного мотора, атомної енергії. Основними принципами розвитку суспільства на той час були боротьба з природою, її підкорення, панування над нею та впевненість, що природні ресурси невичерпні. Цей період можна назвати періодом активного використання людиною ресурсів, взаємодії з природою. Глобальний тиск на довкілля був незначним і локальним.

Четвертий етап взаємодії суспільства та природи розпочався з середини XX ст. після закінчення другої світової війни, яка стимулювала різкий стрибок у розвитку науки і техніки. Це період активного розвитку локальних і регіональних екологічних криз, протистояння природи та людського суспільства, хижацької експлуатації всіх природних ресурсів. Він характеризується розвитком глобальної екологічної кризи.

На території нашої держави екологічна криза почала проявлятися ще з середини


50-х років. Саме цей час умовно можна вважати за початок безконтрольного періоду експлуатації природи, а отже, і її забруднення. Сьогодні екологічну ситуацію в Україні не можна вважати задовільною. За даними Держкомстату (2000 р.) щорічно у повітря, водні та земельні ресурси країни надходить від 60 до 100 млн. т. шкідливих речовин. Майже третина води, що надходить у поверхневі водні об’єкти, забруднена, п’ята частина шкідливих речовин, що потрапляють у довкілля зі стаціонарних джерел, надходять у повітряний басейн, дві третини утворених токсичних відходів осідають у навколишньому середовищі.

Протягом 2000 р. у повітряний басейн, води, ґрунти та на земну поверхню потрапило близько 65 млн. т. небезпечних речовин, з них понад три чверті припало на токсичні відходи. У розрахунку на 1км2 території країни в повітря викинуто 9,7 т. шкідливих речовин, а надходження токсичних відходів становить 4,9 тис. т. що перевищує показники розвинутих країн у кілька разів. Надходження забрудників у розрахунку на душу населення становить: в атмосферу - 119 кг, в поверхневі води - 184 кг, у ґрунти та земну поверхню - 998 кг.

У 41 з 45 великих міст України концентрація шкідливих речовин у повітряному басейні значно перевищує допустимі норми. Найбільш забруднені міста - Донецьк, Дніпропетровськ, Запоріжжя, Маріуполь, Дніпродзержинськ, Керч, Макіївка, Кривий Ріг.

Біля 20 млн. га. земельних угідь в Україні вражені ерозією внаслідок надмірної інтенсифікації вирощування сільськогосподарських культур і нераціонального обробітку ґрунту. Від ерозії в Україні орні землі щорічно втрачають 18 млн. т. гумусу. Якщо ще


90 років тому українські чорноземи мали вміст 18% гумусу, то на сьогодні його вміст складає десь біля 3%.

Понад 60% річкового стоку Дніпра використовується промисловістю (гранично допустима величина для річок повинна знаходитись на рівні 20%). Щорічно у водойми країни потрапляє біля 5 млн. т. солей і 15 млн.м3. неочищених стоків тваринницьких комплексів і ферм.

Внаслідок аварії на ЧАЕС в Україні 4,6 млн. га. сільськогосподарських угідь забруднені цезієм-137 (від 0,1 до 15 та більше Кі/см2.). У зв’язку з радіоактивним забрудненням території, повністю вилучено з використання 211,5 тис. га. ріллі.

Заповідні природні комплекси України складають всього 2% її території (у Франції - 8%, Німеччині - 22%). За висновками експертів ООН, такі комплекси повинні складати від 6 до 10% площі держави.

Отже, сучасний кризовий стан навколишнього середовища вимагає екологізації всіх наук і всієї людської діяльності. Тому, який би життєвий шлях ви не обрали, в майбутньому вам потрібні будуть елементарні екологічні знання.
Контрольні питання


  1. Коли виникла екологія, хто вважається її засновником ?

  1. Як змінювався предмет вивчення екології протягом XX століття ?

  1. Чому екологія вважається міждисциплінарною наукою ?

  1. Які традиційні і нові методи екологічних досліджень ?

  1. Які структурні блоки сучасної екології ?

  1. Які глобальні екологічні проблеми людства ?

  1. Охарактеризуйте загальний екологічний стан України.



Тема 2. Основні поняття загальної екології
План

2.1. Екологічні фактори, їх класифікація

2.2. Екологія популяцій

2.3. Екосистеми


„Люди загинуть від невміння користуватись силами природи та від незнання справжнього світу”.

Напис на піраміді Хеопса
2.1. Екологічні фактори, їх класифікація
Екологія розглядає життя організмів в їх взаємозв’язку з навколишнім середовищем і між собою. В екології під навколишнім середовищем розуміють сукупність усіх умов, в яких існують організми. Організми знаходяться під одночасним впливом кліматичних, біологічних факторів, які разом називаються екологічними.

Екологічний фактор - це будь-який елемент середовища, який здатний справляти прямий чи опосередкований вплив на живі організми. Екологічні фактори можна поділити на такі групи:

• фактори неживої природи (абіотичні) - хімічні (газовий склад повітря, сольовий склад води, кислотність і склад ґрунтових розчинів);

фізичні або кліматичні (сонячна енергія, температура, вологість, освітленість, атмосферний тиск, фізичні поля, радіаційний режим);

топографічні (характер рельєфу, висота над рівнем моря) та едафічні (механічний склад ґрунту, вологоємність) фактори впливу зовнішнього неорганічного середовища на живі організми;

• фактори живої природи (біотичні) - сукупність живих організмів , які своєю життєдіяльністю впливають на інші організми;

• антропогенні (антропічні) фактори -фактори, які викликаються впливом на живу природу життєдіяльності людини (табл. 2.1).

Таблиця 2.1

Класифікація екологічних факторів



Екологічні фактори

Абіотичні

Біотичні

Антропогенні

Кліматичні

Мутуалізм

Опосередкований вплив

Хімічні

Хижацтво

Прямий вплив

Топографічні

Паразитизм




Едафічні

Нейтралізм







Аменсалізм







Коменсалізм







Конкуренція




Дію екологічних факторів на живі організми вивчає факторіальна екологія.

Екологічні фактори, зміни яких у часі повторюються регулярно, називають періодичними (припливи і відпливи, океанські течії). Фактори, які виникають раптово і діють катастрофічно називають неперіодичними (виверження вулкана, напад хижака).

Кожний екологічний фактор може діяти на організм з різною інтенсивністю. Нормальна життєдіяльність організмів можлива лише за умови життєвого оптимуму екологічного фактора для конкретного виду, тобто сприятливого впливу фактора, який забезпечує оптимальні умови для життєдіяльності особин даного виду. Чим більшим є відхилення екологічного фактора від оптимальної величини, тим сильніше пригнічується життєдіяльність організмів. Мінімальні і максимальні значення екологічного фактора є критичними – за їх межами життя неможливе. Межі інтенсивності дії фактора, за якими існування організмів стає неможливим, називають верхньою та нижньою межею витривалості. Фактори, які виходять за межі витривалості, називаються лімітуючими або обмежуючими. Вони визначають територію розселення виду. Наприклад, поширення багатьох видів тварин на північ стримується нестачею тепла і світла, на південь - дефіцитом вологи. Оптимум та межі витривалості організму стосовно певного чинника залежать від інтенсивності дії інших (явище взаємодії екологічних факторів). Так, при оптимальній вологості підвищується витривалість проти несприятливої температури і нестачі їжі. З іншого боку, достатня кількість їжі збільшує стійкість організму проти несприятливих кліматичних умов. Проте така взаємна компенсація завжди обмежена, і жодний з необхідних для життя факторів не може замінитися іншим. Здатність організму витримувати певну амплітуду коливання фактора називають іноді ще екологічною валентністю. Для життя організмів велике значення має не тільки абсолютна величина фактора, але й швидкість його зміни.

Для нормального існування організму необхідний певний набір факторів. Якщо хоч один із життєво необхідних факторів відсутній або дія його недостатня, організм не може існувати, нормально розвиватись і давати потомство, наприклад, рослини не зможуть рости при достатній освітленості та наявності вуглекислого газу, якщо їм не буде вистачати вологи.

Організми за ставленням до характеру впливу екологічних факторів називають стенобіонтами і еврибіонтами.



Стенобіонти - організми, що можуть жити лише в певних умовах середовища при дуже незначному коливанні його факторів.

Еврибіонти - організми, що можуть жити в різноманітних умовах навколишнього середовища.

Під впливом екологічних факторів у живих організмів виробляються адаптації. Адаптації можуть бути морфологічними, які виражені в пристосуванні будови (форми) організмів до факторів середовища, фізіологічними - пристосування травного тракту до складу їжі і екологічними - пристосування поведінки тварин до температурних умов, вологості.

Коротко розглянемо групи факторів, об’єднаних характером походження.

Абіотичні. Серед них особливо виділяється група кліматичних факторів. Незважаючи на те що всі абіотичні фактори впливають на живі істоти комплексно, дія кожного з них нерівноцінна. Температура - один з найважливіших факторів, від якого залежить нормальний перебіг усіх життєвих процесів в організмі. Адаптації тварин до температури привели до появи холоднокровних та теплокровних тварин, які набули здатності регулювати температуру свого тіла. Світло - джерело енергії для фотосинтезу, без якого неможливе життя на Землі. Вода необхідна для життя і, може бути важливим лімітуючим фактором.

Дія багатьох абіотичних факторів, включаючи рельєф, вітер, тип ґрунту тощо проявляється опосередковано - через температуру і вологість. Внаслідок цього на невеликій ділянці земної поверхні кліматичні умови можуть суттєво відрізнятися від середніх для даного регіону в цілому. Температура і кількість опадів визначають розміщення на земній поверхні основних природних зон. Різноманітність природних комплексів часто визначається особливостями ґрунтів, від яких залежить надходження вологи. Один і той же фактор за відношенням до різних організмів може відігравати різноманітну роль, наприклад, світло. Для рослин, наземних тварин світло є основним фактором, необхідним для існування, для ґрунтових організмів, мешканців печер цей фактор не має значення.

Екологічні фактори діють на організм різними шляхами. У найпростішому випадку має місце прямий вплив (сонячне проміння нагріває тіло ящірки). Дуже часто екологічні фактори впливають на організм опосередковано, через безліч проміжних ланок. Наприклад, поєднання високої температури повітря з низькою вологістю і відсутністю дощів призводить до посухи - вигоряє рослинність травоїдні мігрують або гинуть.

Радіаційний режим обумовлюється іонізуючим випромінюванням.



Іонізуюче випромінювання - це випромінювання з високою енергією, яке зумовлює перетворення атомів в іони. Біологічна дія випромінювання полягає в ушкодженні, збудженні молекул (у тому числі ДНК), загибелі клітин, виникненні мутацій. Джерелом іонізуючого випромінювання є радіоактивні речовини та космічні промені. Доза опромінення (1 рад) - це така доза опромінення, коли 1 г тканини поглинає 100 ерг енергії. Одиниця дози опромінення людини -1 бер (біологічний еквівалент рентгену); 1 бер дорівнює 0,01 Дж/кг (табл. 2.2).

Таблиця 2.2


Дози опромінення




Джерело опромінення

Доза

Фонове опромінення за рік

100 мбер

Допустиме опромінення за рік

500 мбер

Телевізор, комп’ютер

500 мбер

Рентгенографія зубів

3 бер

Рентгенографія шлунку

25 бер

Променева хвороба (легка форма)

100 бер

Променева хвороба (важка форма)

450 бер

Допустиме аварійне опромінення населення

10 бер

Протягом року людина в середньому отримує дозу 0,1 бер, а за все життя (за 70 років) 7 бер.



Біотичні фактори являють собою форми впливу живих організмів один на одного. Основною формою такого впливу у більшості випадків є харчові зв’язки, на базі яких формуються складні ланцюги харчування. В рослинних і тваринних угрупованнях організмів виникають просторові зв’язки. Все це обумовлює формування біотичних зв’язків. Між організмами виникають різні форми біотичних відносин, які можуть бути найрізноманітнішими. Розрізняють такі типи біотичних зв’язків:

  • конкуренція - боротьба між представниками різних видів за воду, світло, життєвий простір;

  • мутуалізм - представники двох видів організмів своєю життєдіяльністю сприяють один одному (комахи та квіти) ;

  • коменсалізм - коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому (акула і рибка прилипайко);

  • паразитизм - одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів (кліщі, воші, глисти);

  • хижацтво - одні організми вбивають інших і живляться ними;

  • аменсалізм - форма біотичних взаємовідносин, за яких відбувається гальмування росту одного виду продуктами виділення другого. Найбільш відомими формами є антибіоз - пряма конкуренція і алелопатія - виділення отруйних речовин у боротьбі з конкурентами за ресурси.

Антропогенні. Ці фактори спричинюють прямий або опосередкований вплив. Прямий вплив спрямований безпосередньо на живі організми (штучне розведення риб, птахів, охорона рослин і тварин). Непрямий вплив здійснюється шляхом змін клімату, фізичного стану та хімізму атмосфери, водойм, поверхні землі.
2.2. Екологія популяцій
При всіх видах використання природних ресурсів об’єктом діяльності людини виявляються, в першу чергу, популяції рослин та тварин - лікарських, сировинних, рибних, мисливських. Популяція - це сукупність особин певного виду, які здатні до вільного схрещування, населяють певний простір і відокремлені від інших подібних угруповань. Ознаки популяції: чисельність, густота, біомаса, народжуваність, смертність, приріст. Чисельність популяції - кількість особин, які входять до її складу. Густота популяції визначається середнім числом особин, що припадає на одиницю площі або об’єму, який вона займає. Біомаса - маса особин популяції, що припадає на одиницю площі або об’єму. Народжуваність - число особин популяції, які народжуються за одиницю часу, смертність - кількість особин, яка гине за цей самий час. Різниця між народжуваністю і смертністю становить приріст популяції.

Чисельність і густота популяцій, навіть зі сталими умовами існування, непостійні в часі, вони можуть періодично чи неперіодично змінюватись під впливом різноманітних чинників. Чисельність популяції залежить від інтенсивності народжуваності та смертності особин, які в свою чергу залежать від ресурсів, необхідних для нормального функціонування. Якщо густота популяції падає нижче певного рівня, здатного забезпечити зустріч особин різної статі для розмноження, то така популяція приречена на загибель. Надмірне зростання густоти призводить до виснаження ресурсів існування, зростання тиску природних ворогів. Тому визначення оптимальної густоти популяції певного виду є необхідним для визначення її стану, а при загрозі зникнення - для впровадження засобів її охорони. Для кожного комплексу умов середовища існування є певна оптимальна густота популяції того чи іншого виду, за якої народжуваність і смертність врівноважуватимуть одна одну і не спостерігатиметься ані зростання, ані скорочення чисельності особин. Такий врівноважений стан популяцій відповідає поняттю ємності середовища. Ємність середовища існування - це його спроможність забезпечити нормальну життєдіяльність певному числу особин популяцій без помітних порушень умов довкілля. При цьому рівень споживання ресурсів має врівноважуватись їхнім відновленням. Як тільки густота популяції стає вищою або нижчою від певного рівня, в ній виникають процеси саморегуляції, що приводять цей показник у відповідність до ємності середовища та проявляються у коливанні чисельності особин. На зміни у чисельності популяцій впливають також і взаємозв’язки з популяціями інших видів. При зростанні чисельності особин скорочуються запаси їжі, що тягне за собою зменшення чисельності з причини збільшення смертності, а популяція, що скоротилася, дозволяє накопичити запаси їжі, що призводить до збільшення народжуваності, тобто зростання чисельності і т. д. (рис. 2.1).

Отже, в результаті тривалого пристосування до умов існування у видів виробилися різні механізми, які дають змогу уникнути необмеженого росту чисельності і, таким чином, перенаселення і виснаження ресурсів середовища. Підтримання чисельності популяції на певному, оптимальному для даного середовища існування рівні дістало назву гомеостазу популяції.
Збільшення чисельності популяції

(Збільшення інтенсивності розмноження,

зниження смертності)


Збільшення кормових

ресурсів


Зменшення кормових

ресурсів


Зниження чисельності популяції

(зниження інтенсивності розмноження,

збільшення смертності)


Рис. 2.1. Саморегуляція чисельності популяції
Кожна популяція характеризується певною структурою: статевою, віковою, просторовою, етологічною. Структура популяції має пристосувальний характер, бо є наслідком взаємодії особин виду та екологічних факторів. Вона динамічна, тобто змінюється при зміні умов довкілля. Статева структура залежить від співвідношення особин різних статей, а вікова - від розподілу особин за віковими групами. Це дуже важливий показник, який характеризує стан популяції. Так, різке скорочення частки нестатевозрілих особин свідчить про зниження чисельності популяції в майбутньому, коли ці особини стануть статевозрілими і дадуть малочисельне потомство. В останні десятиліття відбуваються зміни вікового складу популяцій людей у бік збільшення групи похилого віку.

Розподіл особин популяції по території, яку вона займає, визначає її просторову структуру. Лише інколи особини однієї популяції, розподілені рівномірно (деякі рослини, вусоногі раки, багатощетинкові черви тощо). Найчастіше їхній розподіл нерівномірний унаслідок різних умов існування в різних частинах території, яку займає популяція або через особливості виду (здатність утворювати скупчення: зграї, табуни, переміщення до місць розмноження).



Етологічна структура популяцій тварин - це система взаємозв’язків між особинами, що проявляється у поведінці. Особинам різних видів властивий поодинокий або груповий спосіб життя. В першому випадку особини популяції більш-менш відокремлені просторово і збираються групами лише на період розмноження (скорпіони, павуки). Груповий спосіб життя пов’язаний з утворенням постійних родин, колоній, табунів, зграй. Тваринам сумісний спосіб життя в стадах і зграях забезпечує добування їжі і захист від ворогів. Встановлено, що сумісне існування тварин скорочує витрати ними енергії, зменшується кількість пошукових рухів і знижується споживання кисню, покращуються умови охорони особин, а в цілому підвищується виживаність. Навіть ті види, які регулярно здійснюють тривалі міграції, зберігають свою популяційну структуру і для розмноження і виведення потомства збираються на свої постійні місцеперебування.
2.3. Екосистеми
Об'єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін запропонований у 1935 році англійським ботаніком А. Тенслі. В це поняття входить не лише комплекс організмів, а й комплекс факторів навколишнього природного середовища. Популяції різних організмів тісно взаємопов’язані не тільки між собою, але і з умовами фізичного середовища існування. Зокрема, вони дістають з довкілля певні речовини, потрібні для забезпечення їхньої життєдіяльності та виділяють туди продукти обміну. Таким чином угруповання організмів утворюють із фізичним середовищем певну систему - екосистему. В кожній екосистемі відбувається колообіг речовин та обмінні енергетичні процеси. Екосистема - це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування, завдяки чому виникає потік енергії, який створює певну трофічну структуру і забезпечує колообіг речовин усередині системи. Термін екосистема близький до терміна біогеоценоз, введеного в обіг російським ученим В. Сукачовим у 1940 році. Біогеоценоз - природна ділянка земної поверхні з певним складом живих і неживих компонентів і динамічною взаємодією між ними. Ці два поняття майже ідентичні, можливо, перше ширше і останнім часом воно більш уживане.

Структура біогеоценозу (екосистеми).

Біогеоценоз містить два компоненти:



  • біотоп (грец. топос - місце) - сукупність на певній території абіотичних факторів - кліматичних і ґрунтових;

  • біоценоз - сукупність живих організмів: I - рослин (фітоценоз), II - тварин (зооценоз); III - мікроорганізмів (мікробіоценоз); IV - грибів (мікоценоз) - біотичний фактор.

Кожний біоценоз має:

  • видову структуру (різноманітність видів, співвідношення їх чисельності);

  • просторову структуру, яка визначається ярусним розташуванням різних видів рослин;

  • екологічну структуру, яка визначається співвідношенням популяцій різних екологічних груп організмів за типом живлення.

Розрізняють автотрофи - організми, що здатні утворювати органічні речовини з неорганічних за допомогою сонячного світла (фотосинтез) або енергії хімічних реакцій (хемосинтез). Гетеротрофи - організми, що живляться готовими органічними речовинами. У кожній екосистемі можна виділити такі компоненти:

1) неорганічні речовини (вуглець, азот, вуглекислий газ, вода та ін.), які вступають у колообіг;

2) органічні речовини (білки, вуглеводи, ліпіди та ін.), які об’єднують біотичну та абіотичну частини екосистеми;

3) клімат (температура, вологість, тиск та ін.);

4) продуценти - автотрофні організми, здатні утворювати органічні сполуки з неорганічних;

5) консументи - гетеротрофні організми, які споживають готову органічну речовину;

6) редуценти (деструктори) - гетеротрофні організми, які розкладають органічну речовину до неорганічних сполук.

Класифікація екосистем

За масштабами екосистеми поділяються на мікроекосистеми (калюжа, ставок), мезоекосистеми (ліс, озеро), макроекосистеми (континент, океан). Глобальною екосистемою є біосфера.

За ступенем трансформації людською діяльністю екосистеми поділяються на природні, антропогенно-природні та антропогенні. У промислово розвинутих країнах майже не залишилось природних екосистем, не видозмінених діяльністю людини. Лісові насадження, луки, ниви - все це антропогенно-природні екосистеми, які хоча й складаються з природних компонентів, але створені і регулюються людьми. До антропогенних екосистем належать такі, в яких переважають штучно створені антропогенні об'єкти і крім людей можуть існувати лише окремі види організмів, що пристосувались до цих специфічних умов. Прикладом таких екосистем є міста, промислові вузли, села, кораблі.

Залежно від роду діяльності людини антропогенні екосистеми поділяють на:

1) промислові (екосистеми металургійного заводу, харчового виробництва та ін.);

2) сільськогосподарські (агроценози, птахофабрики, тваринницькі ферми та ін.);

3) міські екосистеми – урбоекосистеми (екосистеми комунального господарства, житлового будинку та ін.).

Раніше від інших були створені людиною сільськогосподарські екосистеми з метою забезпечення її потреб у продуктах харчування. Агроценози (грец. „агрос” - поле і „ценоз” - загальний) - це ценози, що утворюються і підтримуються людиною завдяки розробленій нею системі агротехнічних та агрохімічних заходів. Вони характеризуються видовою бідністю і одноманітністю, що обумовлює слабку стійкість агроценозів, збільшення кількості шкідників і бур’янів. Без постійного втручання людини вони руйнуються і зникають. Агроценози характеризуються високою продуктивністю одного або кількох видів рослин і тварин і постачають людству до 90% продуктів харчування.

Ланцюги живлення, екологічні піраміди.

У природі всі види живих організмів пов'язані один з одним. Для функціонування екосистем необхідна енергія, джерелом якої є енергія Сонця. Організми дістають енергію за рахунок живлення іншими істотами. Внаслідок цього у природі виникають ланцюги живлення. Ланцюги живлення - ряди взаємопов’язаних видів, в яких кожний попередній є об’єктом живлення наступного. Коли тварина з’їдає рослину ,то більша частина енергії ,що містіться в їжі, витрачається на різні процеси життєдіяльності, перетворюється в тепло і розсіюється. Приблизно 10% енергії ,що міститься в їжі переходить у новозбудовану речовину тіла тварин. Ця закономірність відома як правило 10 відсотків. Наприклад, трофічний (харчовий) ланцюг водної системи може бути представлений так: фітопланктон (мікроскопічні водорості) – зоопланктон - молодь риб – дорослі хижі риби (окунь) Відповідно, для отримання 1 кг окунів має бути витрачено приблизно 10 кг молоді риб,


100 кг зоопланктону чи 1000 кг фітопланктону. Тому, з цього можна зробити важливий практичний висновок – економічно більш вигідно використовувати господарсько цінні види, які мають короткі трофічні ланцюги. Розрізняють два типи ланцюгів живлення:

  • ланцюг виїдання (пасовищний, починається з продуцентів);

  • ланцюг розкладання (детритний, починається з мертвої органічної речовини).

Кількість ланок ланцюга живлення в екосистемі, як правило, не перевищує 4-6 і обмежується правилом екологічної піраміди, згідно з яким загальна біомаса кожної наступної ланки в ланцюзі живлення зменшується. Останнім часом вважають, що краще вживати термін трофічна мережа ,а не ланцюг, оскільки до складу їжі кожного типу входить кілька видів. Кожен з цих видів, у свою чергу, може бути живленням для кількох інших видів.

Ланцюг живлення можна уявити у вигляді піраміди чисел, фундамент якої становлять численні види рослин, наступні рівні утворюють рослиноїдні та м'ясоїдні тварини, чисельність яких швидко зменшується у напрямку вершини, яку посідають нечисленні великі хижаки. Відповідно до того, що саме характеризують піраміди, вони поділяються на три типи:



  • піраміда чисел показує чисельність окремих видів;

  • піраміда біомаси характеризує загальну суху вагу або іншу міру загальної кількості живої речовини;

  • піраміда енергії показує величину потоку енергії чи продуктивність на кожному трофічному рівні.

Піраміди чисел і біомаси можуть бути оберненими, тобто основа може бути меншою, ніж один або кілька верхніх поверхів. Так буває, коли середні розміри продуцентів менші ніж розміри консументів. Навпаки, екологічна енергетична піраміда завжди звужується догори за умови, що будуть враховані всі джерела енергії живлення в системі.

У трофічних ланцюгах усі речовини послідовно переходять від одного виду організмів до іншого. Проте якщо біогенні речовини активно засвоюються і беруть участь у біологічному колообігу, то ксенобіотики - речовини, синтезовані людиною, накопичуються при переході від одного виду трофічного ланцюга до іншого. Оскільки величина біомаси в екологічних пірамідах закономірно зменшується приблизно в 10 разів при переході на новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків на одиницю біомаси збільшується. Так, якщо концентрація пестициду ДДТ у тілі водяних комах становила 0,04 г на один кілограм біомаси, то у рослиноїдних риб вона дорівнювала 10, у хижих риб досягала 50 і у птахів, які харчувалися рибою - до 75 г на один кілограм біомаси. Отже, впродовж чотирьох ланок трофічного ланцюга концентрація ДДТ зросла в 1875 разів. Аналогічно концентруються і інші ксенобіотики. Концентрування речовин у трофічних ланцюгах слід враховувати в разі забруднення біосфери ксенобіотиками, тому що при споживанні в їжу тварин і птахів концентрації цих шкідливих речовин можуть бути значними. Трофічні ланцюги виконують також і бар'єрну функцію, що сприяє самоочищенню завдяки концентруванню речовин і виведенню їх з біологічного колообігу.

Кількість та інтенсивність збільшення біомаси характеризують біологічну продуктивність виду, угруповання або екосистеми. Біопродуктивністю називають швидкість продукування біомаси на певній площі за одиницю часу. Вона може бути первинною (продуктивність продуцентів) і вторинною (біомаса, створена консументами та організмами, які розкладаються). Первинна продуктивність материків становить близько
53 млрд. т. органічної речовини, Світового океану - до 30 млрд. т. На суші основним джерелом первинної біомаси є тропічні ліси, ліси Полісся та Сибіру, в океані - зони глибинних вод біля материків у тропіках, які збагачені фосфором і азотом, а також материкові мілини холодних морів.

Уся біомаса планети здатна приготувати не більш як 7 - 10 млрд. чоловік за одними даними і не більше як 12 млрд. чоловік за іншими. Уже нині щорічної біомаси, яку збирає людство, недостатньо для харчування населення Землі. Тому необхідно вирішити проблему регулювання чисельності населення Землі, підвищення продуктивності біосфери та її охорони від посиленого антропогенного тиску.



Поняття про сукцесію.

Екосистема (біогеоценоз) може нормально функціонувати лише за більш чи менш стабільних умов довкілля, що необхідно для здійснення колообігу речовин. Біогеоценози здатні до підтримання гомеостазу, однак у них можуть відбуватись послідовні зміни. Сукцесія - процес зміни екосистеми за рахунок витіснення одних видів іншими внаслідок зміни зовнішніх умов середовища. Окремі види по-різному реагують на зміну умов:



  • знижують чисельність чи гинуть;

  • поліпшують умови для інших видів і їх популяція зростає (звалища сміття на околицях населених пунктів зумовлюють заселення їх бур’янами, які люблять пухкий і родючий ґрунт);

  • з’являються нові види в екосистемі.

Сукцесії за участю рослин бувають первинними і вторинними. Первинні сукцесії - це поява і розвиток рослинних угруповань в місцях, де рослинності раніше не було (заростання ставків і перетворення їх на болото, а потім на суходільну екосистему). Вторинні сукцесії - це відновлення природної рослинності після певних порушень (пожеж, вирубування лісу ). Процес сукцесії триває аж поки екосистема не досягне значної видової різноманітності.
Закономірності сукцесії:

  • процес сукцесії відбувається в одному напрямку;

  • зростає видове різноманіття організмів;

  • сукцесії сприяють формуванню зрілих (клімаксних) екосистем зі значним видовим різноманіттям, розвиненими механізмами саморегуляції і здатністю до самовідтворення.

Найчастіше причинами сукцесії є :

1) вплив життєдіяльності організмів;

2) антропогенний вплив (осушення боліт, надмірне навантаження на ліси, розорювання земель, забруднення водойм).

Антропогенні дії часто призводять до спрощення екосистем. Такі явища називають дигресіями. Отже, сукцесії можуть бути прогресивними, тобто такими, що ведуть екосистему до стійкого стану розвиненої, зрілої системи, і регресивними, що ведуть екосистему шляхом спрощення і розпаду. Кожна екосистема має певну сталість і може протистояти несприятливим впливам, але такий запас міцності не безмежний. На жаль, це не завжди враховується, хоча протягом історії людства прикладів руйнування екосистем було більш ніж достатньо.


Контрольні питання


  1. Які є групи екологічних факторів?

  1. Яким може бути характер змін інтенсивності екологічних факторів?

  1. Охарактеризуйте форми впливу різних екологічних факторів на живі організми.

  1. Що таке популяція, яка її структура?

  1. Як регулюється чисельність популяції?

  1. Що таке ємність середовища?

  1. Що таке біогеоценоз та екосистема?

  1. Як відбувається перетворення енергії в екосистемі?

  1. Складіть порівняльну характеристику агроценозу та біогеоценозу.

  1. Що таке сукцесії, які її типи?

Тема 3. Біосфера

План


3.1. Вчення В. І. Вернадського про біосферу

3.2. Колообіг речовин у біосфері

3.3. Ноосфера
Біосфера - це й мешканці, й дім, і ми в нім.

М. Вассоєвич
3.1. Вчення В. І. Вернадського про біосферу
Біосфера - область існування живих організмів на Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери, літосфери. Біосфера включає верхню частину літосфери, всю гідросферу і нижню частину атмосфери - тропосферу. Нижня межа життя проходить по літосфері на глибині 2 - 3 км, верхня - на висоті 20 - 22 км. Межі біосфери зумовлюються цілою низкою факторів. Важливою причиною нерівномірного розміщення живих організмів в атмосфері є наявність сил гравітації та космічне випромінювання. Існуванню живих організмів на великих глибинах літосфери заважає висока температура земних надр. У гідросфері живі організми зустрічаються на максимальній глибині.

Центральною ланкою біосфери виступають живі організми, включаючи людину. Перші уявлення про біосферу як „зону життя” належать французькому натуралісту


Ж. Б. Ламарку (1802). Термін „біосфера” вперше запропонував у 1875 році австрійський геолог Е. Зюсс. Науково обґрунтував учення про біосферу в 1926 році український вчений В.І. Вернадський. Він довів, що живі організми мають вирішальний вплив на всі геологічні процеси, які формують обличчя Землі. Саме життєдіяльністю живих організмів зумовлюється хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері, утворення і руйнування гірських порід. Живі організми не тільки пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а й активно їх змінюють.

Основні компоненти біосфери.

Усю сукупність живих організмів у біосфері В. І. Вернадський назвав „живою речовиною”, яка складає єдину термодинамічну систему (оболонку) та в якій зосереджується життя і відбувається постійна взаємодія живого з абіотичними умовами середовища. Основні характеристики живої речовини: біомаса, хімічний склад, енергія. В біосфері виділяють шість типів речовини:

1) жива речовина - сукупність усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів;

2) біогенна речовина - продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці);

3) нежива речовина - в утворенні якої організми не брали участі (гірські породи абіогенного походження, вода);

4) біокосна речовина - продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії (ґрунт);

5) радіоактивна речовина;

6) космічна речовина.



Особливості живої речовини.

Згідно із законом фізико-хімічної єдності живої речовини, уся жива речовина має єдину фізико-хімічну природу. На основі узагальнення досліджень природничих наук


В. І. Вернадський дійшов висновку, що в біосфері „встановилася рівновага в основних своїх рисах... з археозою і незмінно діє впродовж 1,5 - 2 млрд. років”. Стійкість біосфери за цей час виявляється в сталості загальної маси (1019 т.), енергії, зв'язаної живою речовиною (4,21*1018 кДж) і середнього хімічного складу всього живого.

Властивості живої речовини:

  • здатність швидко освоювати весь вільний простір;

  • рух (пасивний та активний);

  • стійкість за життя і швидке розкладання після смерті (включення в колообіги);

  • висока здатність пристосовуватися до різних умов життя;

  • велика швидкість перебігу реакцій;

  • висока швидкість оновлення живої речовини.

В результаті високої швидкості оновлення живої речовини за всю історію існування життя загальна маса живої речовини, яка пройшла через біосферу, приблизно в 12 разів перевищує масу Землі.

Усі перелічені властивості живої речовини зумовлюються концентрацією в ній значних запасів енергії.



Функції живої речовини в біосфері:

  • енергетична, пов’язана з накопиченням енергії в процесі фотосинтезу, передачею її по харчових ланцюгах, розсіюванням;

  • газова - здатність змінювати і підтримувати певний газовий склад середовища існування та атмосфери в цілому;

  • окисно-відновна функція пов’язана з прискоренням під впливом живої речовини процесів окиснення та відновлення;

  • концентраційна пов’язана зі властивістю організмів накопичувати в своєму тілі розсіяні хімічні елементи. Наслідком цієї функції організмів є утворення покладів горючих копалин, вапняків, рудних родовищ;

  • деструктивна функція - це руйнування організмами і продуктами їх життєдіяльності решток органічної і неорганічної речовини. Основний механізм цієї функції пов’язаний з колообігом речовин;

  • транспортна функція пов’язана з перенесенням речовини та енергії в результаті активного руху організмів (міграції тварин, птахів);

  • середовищеутворююча, з цією функцією пов’язана зміна фізико-хімічних характеристик середовища. Результатом цієї функції є все природне середовище, яке створене живими організмами і підтримується ними у стабільному стані;

  • інформаційна функція проявляється в тому, що живі істоти накопичують певну інформацію, закріплюють її в спадкових структурах і передають наступним поколінням.

Властивості біосфери:

  • біосфера - відкрита система її існування неможливе без надходження енергії ззовні. На неї впливають космічні сили, перш за все сонячна активність;

  • біосфера - саморегулююча система, для якої характерна організованість. Цю властивість на сучасному етапі називають гомеостазом, маючи на увазі здатність повертатися у вихідний стан, гасити виникаючі збурення, включенням ряду механізмів. Біосфера за свою історію пережила ряд таких збурень і переборола їх (виверження вулканів, зустрічі з астероїдами, землетруси). Але окремі великі збурення вона вже гасити не в силах. Наслідком цього є або розпад екосистеми, або поява нестійких штучно створених систем;

  • біосфера - система, яка характеризується великим різноманіттям. В наш час описано
    2 млн. видів (1,5 млн. видів тварин і 0,5 млн. видів рослин). Для біосфери різноманітність видів - одна з найважливіших властивостей. Різноманітність - головна умова стійкості будь-якої екосистеми та біосфери в цілому. Усі функції живих організмів у біосфері можуть виконуватись тільки завдяки їх величезному різноманіттю;

  • важлива властивість біосфери - наявність в ній механізмів, які забезпечують колообіг речовин і пов'язану з ним невичерпність окремих хімічних елементів та їх сполук. При відсутності колообігу, за короткий проміжок часу був би вичерпаний основний будівельний матеріал живого - вуглець. Тільки завдяки колообігам та постійному притоку сонячної енергії забезпечується безперервність процесів у біосфері.


3.2. Колообіг речовин у біосфері
Здійснення функцій живої речовини пов’язано з міграцією атомів у процесі колообігу речовин у біосфері. В ній постійно триває колообіг води і всіх хімічних елементів, які входять до складу живих організмів. Та частина міграції хімічних елементів, яка відбувається за участю живих організмів, називається біогенною, а поза ними - абіогенною.

Колообіг оксигену. Оксиген є найпоширенішим елементом у біосфері і головною складовою живої речовини. В тілі людини міститься 62,8% оксигену і 19,4% карбону. Колообіг оксигену ускладнюється через його здатність утворювати численні хімічні сполуки. В результаті виникає багато циклів між атмосферою, літосферою та гідросферою.

Атмосферний кисень і оксиген, що міститься в численних поверхневих мінералах ( залізні руди, осадові кальцити), мають біогенне походження. Спочатку в атмосфері Землі кисню не було. Його почали виробляти автотрофи.

Формування в атмосфері озонового екрана, здатного затримувати сонячну радіацію, відбулося за вмісту кисню в атмосфері, що становив 1% сучасного. Це сприяло інтенсивному розвитку автотрофних організмів у верхніх горизонтах води, інтенсифікувало фотосинтез і відповідно утворення кисню. Колообіг кисню відбувається в основному між атмосферою і живими організмами. Частково кисень утворюється шляхом дисоціації озону під дією сонячної радіації у верхніх шарах атмосфери. Вільний кисень регенерується в процесі фотосинтезу зелених рослин. Джерелом кисню є вода і вуглекислий газ, його утворення відбувається за допомогою сонячної енергії. Процес продукування та виділення кисню в процесі фотосинтезу протилежний процесу його споживання гетеротрофами під час дихання.

Для повного відновлення всього атмосферного кисню потрібно 2000 років. Якщо не враховувати антропогенної діяльності, в наш час процеси фотосинтезу й дихання зрівноважені. Тому накопичення кисню в атмосфері не відбувається і його вміст залишається сталим. Оксиген, фіксований літосферою у вигляді алюмосилікатів, кремнезему, карбонатів, сульфатів, оксидів феруму тощо, становить 590х1014 т. У біосфері циркулює 39х1014 т. O2 у вигляді газу чи сульфатів, розчинених в океанічних і континентальних водах.



Колообіг карбону. В атмосфері міститься вуглекислий газ, оксид карбону ( ІІ ), як малі компоненти - вуглеводні, зокрема, метан та інші органічні сполуки. Карбон - основний хімічний елемент живої речовини, оскільки входить до складу різноманітних органічних речовин. Сполуки карбону (у вигляді корисних копалин і карбонатів, а також алмазу і графіту) знаходяться в літосфері. У воді містяться розчинні солі карбону, на дні - карбонатні мули, утворені внаслідок накопичення мертвих решток організмів, що будують своє тіло з карбонату кальцію. Сполуки карбону у ґрунті - це рештки організмів, продукти їх метаболізму та вуглекислий газ, що виділяється під час дихання організмів і розкладання органічних речовин в аеробних умовах. Вуглекислий газ рослини поглинають листям і кореневою системою для синтезу органічних речовин, які по харчовим ланцюгам переходять до тіла тварин. Після загибелі організмів завдяки діяльності редуцентів сполуки карбону повертаються в біосферу у формі вуглекислого газу. У ґрунті дуже часто колообіг карбону гальмується. Органічні рештки мінералізуються частково, перетворюючись у нову органічну речовину - гумус. Частина органічної речовини, що повністю не розклалась, накопичується в осадових породах. Величезні поклади вугілля, нафти, вапняків у водному середовищі є прикладом цього явища .Людська діяльність значно впливає на колообіг цього біофільного елемента. Сполуки карбону у вигляді оксидів потрапляють в атмосферу при спалюванні горючих корисних копалин, вуглеводні - під час нафтовидобутку та нафтопереробки, численні органічні сполуки утворюються в процесі органічного синтезу.

Колообіг нітрогену. Нітроген у вигляді газоподібних сполук знаходиться в повітрі, у вигляді органічних сполук - в тілах живих організмів, у ґрунті - у вигляді солей амонію, нітратів і нітритів. У колообіг азот залучається завдяки біологічній ( бактерії, синьо-зелені водорості), промисловій (виробництво мінеральних добрив) і атмосферній (блискавка) азотфіксаціям. Завдяки цим процесам атмосферний азот перетворюється в нітрати, які можуть засвоюватись рослинами. Іншим джерелом нітрогену для рослин є розкладання органічних решток, внаслідок чого утворюються сполуки амонію, сечовина, аміак, які завдяки діяльності особливих бактерій перетворюються в речовини, доступні для рослин. Повернення азоту в атмосферу відбувається внаслідок розкладання сполук, що містять нітрати, до вільного азоту та кисню особливими ґрунтовими бактеріями. .Людина своєю діяльністю здійснює значний вплив на колообіг нітрогену. Систематичне застосування азотних добрив зумовлює збільшення концентрації сполук нітрогену в ґрунтах, водах, продуктах харчування. Високий вміст нітратів в рослинах становить небезпеку для здоров’я людини і тварин, оскільки внаслідок споживання такої їжі нітрати перетворюються на нітрити, які, сполучаючись з гемоглобіном крові, перешкоджають переносу кисню кров’ю.

Колообіг фосфору. Особливістю колообігу фосфору є те, що він має лише одну газоподібну сполуку - фосфін, який утворюється під час гниття органічних решток. Більшість фосфатів не розчинні у воді. Мінералами є апатити і фосфорити. У ґрунті фосфор входить до складу решток мертвих організмів. Поширеним фосфоровмісним добривом є гуано - послід морських птахів .Редуценти мінералізують органічні сполуки фосфору з відмерлих організмів у фосфати, які знову споживаються коренями рослин. Сполуки фосфору накопичуються на дні водойм і в прибережній зоні морів та океанів у вигляді решток живих організмів і фосфатів. На суходіл потрапляють з рибою та під час видобування корисних копалин. Кислотні дощі прискорюють міграцію фосфору завдяки розчиненню фосфатів. Для підвищення родючості ґрунтів на поля вносять добрива, зокрема, й фосфорні. Змивання їх у водойми спричинює евтрофікацію водойм (підвищення біологічної продуктивності екосистеми внаслідок нагромадження біогенних елементів, головним чином, нітрогену і фосфору).

Колообіг сульфуру. Цей хімічний елемент утворює газоподібні сполуки: гідрогеносульфур та оксиди сульфуру (IV, VI). Більшість сульфатів розчинні у воді, тоді як сульфіди більшості металів малорозчинні. Сульфур у складі органічних сполук міститься в живих організмах, горючих корисних копалинах. Сірка, яка знаходиться в ґрунті, є продуктом розкладання материнських гірських порід, що містять пірити і халькопірити, а також продуктом розкладання органічних речовин. У ґрунті діють численні мікроорганізми, що перетворюють сульфіди на сульфати й сірку і навпаки. Корені рослин поглинають сполуки сульфуру, які входять у створювані рослинами органічні речовини. Після відмирання рослин сполуки сульфуру повертаються в ґрунт. Таким чином підтримується колообіг сульфуру в природі. Людина своєю діяльністю значно збільшує концентрацію сполук сульфуру в навколишньому середовищі. Великі кількості оксидів сульфуру утворюються під час спалювання сміття, різних видів палива, добування металів із сульфатів, у виробництві та використанні сульфатної кислоти.
3.3. Ноосфера
Якісно новий етап розвитку біосфери розпочався в сучасну епоху, коли діяльність людини за своїми масштабами порівнюється з геологічними процесами. Як відмічав
В. І. Вернадський, біогеохімічна роль людини за останнє сторіччя стала значно переважати роль інших, навіть найбільш активних в біогеохімічному відношенні організмів. При цьому використання природних ресурсів відбувається без урахування закономірностей розвитку і механізмів функціонування біосфери. Антропогенні зміни в біосфері інтенсифікують колообіги речовин, змінюють склад і структуру її компонентів.

Саме сьогодні настав той час, коли розум у найбільш високому розумінні повинен визначати ставлення до навколишнього природного середовища. Свого часу це передбачав В. І. Вернадський. У 1944 році він сформулював поняття ноосфери (від грец. noos - розум), тобто сфери розуму на нашій планеті, коли людина, ставши потужною геологічною силою, осягаючи закони природи, може перебудовувати „своєю працею і думкою область свого життя”.

В. І. Вернадський встиг тільки в загальних рисах намітити основи цього вчення (він помер у січні 1945 р.), але його слова залишаються актуальними і звучать застережливо: „У геологічній історії біосфери перед людиною відкривається величезне майбутнє, якщо вона зрозуміє це і не буде використовувати свій розум і свою працю на самознищення”.

Біосфера - замкнена система. Стійкий розвиток людства можливий тільки за тієї умови, що воно, спираючись на свій розум, зуміє „включити” свою технологічну діяльність у природний колоообіг речовин, який існує мільйони років. Фундаментальна постановка завдання - гармонізація стосунків з природою шляхом перебудови технологій таким чином, щоб вони перестали бути шкідливими. Для цього необхідна й перебудова свідомості людини. Перебудова людської діяльності повинна йти не супроти, а в унісон з організованістю біосфери, бо людство, що творить ноосферу, усіма своїми коренями пов’язане з біосферою.

Ноосфера - це біосфера, перетворена людьми відповідно до пізнаних і практично освоєних законів її будови і розвитку. Вона є необхідним і природним наслідком людських зусиль.

Що ж таке ноосфера - утопія чи реальна стратегія виживання? Праці


В. І. Вернадського дозволяють більш обґрунтовано відповісти на поставлене запитання, оскільки в них зазначений ряд конкретних умов, необхідних для становлення і існування біосфери:

  • заселення людиною всієї планети;

  • різке перетворення засобів зв’язку й обміну між країнами;

  • посилення зв’язків, у тому числі політичних, між усіма країнами світу;

  • початок переважання геологічної ролі людини над іншими геологічними процесами, що відбуваються в біосфері;

  • розширення меж біосфери і вихід у космос;

  • відкриття нових джерел енергії;

  • рівність людей усіх рас і релігій;

  • посилення ролі народних мас у вирішенні питань зовнішньої і внутрішньої політики;

  • свобода наукової думки і наукового пошуку від тиску релігійних, філософських і політичних факторів та створення в державному устрої умов, сприятливих для свободи наукової думки;

  • продумана система народної освіти і зростання добробуту трудящих; створення реальних умов для запобігання бідності, недоїдання і голоду; здійснення заходів, спрямованих на боротьбу з поширеними хворобами;

  • розумне перетворення природи Землі з метою зробити її здатною задовольняти всі матеріальні, естетичні і духовні потреби зростаючого населення;

  • виключення війн з життя суспільства.

Якщо говорити про виконання цих умов на даний час, то одні з них не виконані, інші виконані з різними результатами, у тому числі з трагічними наслідками для біосфери. Коли людина виконає всі умови, тоді тільки можна буде говорити про утвердження нового стану біосфери - ноосфери.

Процес утворення ноосфери досить поступовий, і сьогодні думки вчених про реальність ноосфери неоднозначні. Навіть сам Вернадський, за всієї властивої йому геніальності, де в чому помилявся. Ноосферу треба сприймати як символ віри, як ідеал розумного втручання людини в біосферні процеси і вживати необхідних заходів щодо втілення цього ідеалу. „Біосфера перейде так чи інакше, рано чи пізно в ноосферу... На певному етапі розвитку людина вимушена буде взяти на себе відповідальність за подальшу еволюцію планети, інакше у неї не буде майбутнього,” – писав В. І. Вернадський.





Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал