Контрольная работа по "Экологии"

Раздел 1. Введение в общую экологию. Основные термины и понятия

Существует образное выражение, что  мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. При этом экология как наука и образ мышления привлекает все более и более  пристальное внимание человечества. 
Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества. 
Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос - дом, жилище; логос - учение). 
По этой причине экологию иногда связывают только с учением о среде обитания (доме) или окружающей среде. Последнее в основе правильно с той, однако, существенной поправкой, что среду нельзя рассматривать в отрыве от организмов, как и организмы вне их среды обитания. Это составные части единого функционального целого, что и подчеркивается приведенным выше определением экологии как науки о взаимоотношениях организмов и среды. 
Такую двустороннюю связь важно подчеркнуть в связи с тем, что это основополагающее положение часто не до учитывается: экологию сводят только к влиянию среды на организмы. Ошибочность таких положений очевидна, поскольку, как будет показано ниже, именно организмы сформировали современную среду. Им же принадлежит первостепенная роль в нейтрализации тех воздействий на среду, которые происходили и происходят по различным причинам. 
Концептуальные основы дисциплины. С момента появления «Экология» развивалась в рамках биологии практически на протяжении целого века - до 60-70-х годов настоящего столетия. Человек в этих системах, как правило, не рассматривался - полагалось, что его взаимоотношения со средой подчиняются не биологическим, а социальным закономерностям и являются объектом общественно-философских наук. 
В настоящее время термин «экология» существенно трансформировался. Она стала больше ориентированной на человека в связи с его исключительно масштабным и специфическим влиянием на среду. Экосистема – это совокупность живых организмов и их среды обитания, которые объединяются круговоротом веществ и потоком энергии. 
Экосистемы состоят из живого (биотического) и неживого (абиотического) компонентов объединенных круговоротом веществ. Совокупность живых организмов (биотический компонент) называется сообществом или биоценозом, а занимаемое им местообитание, со всеми присущими ему факторами среды, биотопом. Биоценоз и биотоп образуют биогеоценоз (экосистему).Общая экология - это наука об экосистемах, которые включают в себя живые организмы и неживое вещество, с которым эти организмы постоянно взаимодействуют.Биоэкология изучает экологию особей, видов (аутоэкология), популяций и сообществ (синэкология), а также экологию биоценозов.  
Биоценоз – совокупность животных, растений и микроорганизмов, населяющих определенный участок среды обитания (биотоп). 
Эволюционная экология - рассматривает экологические аспекты эволюции.Рост численности и расширение технических возможности человечества привели к тому, что сохранение цивилизации зависит от действий направленных на совместное развитие (коэволюцию) Природы и Человека. История природы и история людей взаимозависимы. Сегодня это необходимо осознать каждому.

Биосфера, ее структура  и функции 

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления  организмы существуют и развиваются  в тесном взаимодействии с неживой  природой, причем процессы в живой  природе на поверхности нашей  планеты стали преобладающими. Под  действием солнечной энергии  развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система  – биосфера. В составе биосферы различают: живое вещество, образованное совокупностью организмов;биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.); косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты); биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества. Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии. Атмосфера. Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Литосфера. Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.Одной из составляющих биосферы является биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.  
Косное вещество образуется процессами, в которых живое вещество не участвует (абиогенное вещество). Оно может быть твердым, жидким, газообразным, например, вещество вулканического происхождения.  
Биокосное вещество создается одновременно живыми организмами и косными процессами. К нему относят океаническую и все другие воды биосферы, нефть, приземную атмосферу, почву. Живые организмы в процессе создания биокосного вещества играют ведущую роль.  
Вернадский писал, что оно "создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других". Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты - это почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства, которые зависят от деятельности на Земле живого вещества.

Структурная организация экосистемы 
 
Структурой экосистемы принято называть совокупность ее системообразующих связей. Учитывая характер взаимодействий между биотическим и абиотическим компонентами, можно выделить несколько аспектов единой внутренней структуры экосистемы: 
 
- энергетическую (совокупность энергетических потоков в экосистеме); 
 
- вещественную (совокупность потоков вещества); 
 
- информационную (совокупность внутриэкосистемных информационных потоков); 
 
- пространственную (характеризующую пространственное распределение потоков энергии, вещества и информации внутри экосистемы); 
 
- динамическую (определяющую изменение внутриэкосистемных потоков во времени). 
 
С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса — автотрофный и гетеротрофный

Организменный. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается  в развитии - от момента зарождения до прекращения существования - как  живая система. На этом уровне возникают  системы органов, специализированных для выполнения различных функций. 
Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, в которой создается популяция - надорганизменная система. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования - процесс микроэволгоции. 
Биогеоценотический. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов 'и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества. 
Биосферный. Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.

Все многообразие живых организмов изучает систематика. Животные и  растения относятся к надцарству Ядерные организмы (Эукариоты). В этом надцарстве выделяют царство Растения, царство Животные и царство Грибы. В царстве Растения выделяют подцарства (например, подцарство Высшие растения). В подцарствах различают отделы (например, отдел Покрытосеменные растения в подцарстве Высшие растения). Отделы делят на классы (например, в отделе Покрытосеменные растения есть два класса: Двудольные и Однодольные). Классы делят на порядки (например, порядок Розоцветные в классе Двудольные), порядки – на семейства (например, семейство Крестоцветные в порядке Каперсовые). Семейства делят на роды, а роды – на виды.  
 
Царство Животные делится на подцарство Простейшие и подцарство Многоклеточные. В пределах этих подцарств различают типы (например, тип Хордовые), которые могут делиться на подтипы (в типе Хордовые различают три подтипа: Оболочники, Головохордовые и Позвоночные). Типы и подтипы делятся на классы (например, в подтипе Позвоночные различают классы Круглоротые, Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие). Классы, в свою очередь, делятся на отряды (в ботанике им соответствуют порядки), отряды – на семейства, семейства – на роды, роды – на виды.

Биогеоценоз (от био..., гео... и греч. koinós — общий), взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии; одна из наиболее сложных природных систем. Экологическая структура биогеоценоза. Каждый биогеоценоз слагается из определенных экологических групп организмов, соотношение которых отражает экологическую структуру сообщества, складывающуюся в течение длительного времени в определенных климатических, почвенно-грунтовых и ландшафтных условиях строго закономерно. Например, в биогеоценозах разных природных зон закономерно изменяется соотношение фитофагов (животных, питающихся растениями) и сапрофагов. В степных, полупустынных и пустынных районах фитофаги преобладают над сапрофагами, а в лесных сообществах, наоборот, сильнее развита сапрофагия.       Таким образом, структура биогеоценоза дает возможность определить свойства того или иного сообщества, выяснить перспективу его устойчивости во времени и пространстве, а также предвидеть возможные последствия воздействия на него антропогенного фактора.

Тема 2. Основы биогеохимии

Биогеохимия – наука, изучающая  жизнедеятельность организмов в  качестве ведущего фактора миграции и распределения масс химических элементов на Земле. Основоположник биогеохимии – выдающийся естествоиспытатель и мыслитель XX в. В.И. Вернадский – созданием этой науки открыл совершенно новый и важный аспект познания сложного феномена жизни. Предметом изучения биогеохимии служат процессы миграции и массообмена химических элементов между живыми организмами и окружающей средой.

Термин «биогеохимические циклы» используют для обозначения круговоротов химических элементов в биосфере, которые трассируют из окружающей среды в растения и разнообразные живые организмы и обратно в окружающую среду. Наличие в данном слове части «био» говорит об отношении подобных процессов к жизни, а «гео» указывает на связь с воздухом, водой, земным шаром, земной корой. Впервые данное определение было предложено выдающимся ученым В. Вернадским, а окончательно закрепилось оно после публикаций работ Дж. Хатчинсона в научных изданиях 40-х годов.

В биогеохимических процессах  принимают активное участие многие химические элементы, в частности, водород, углерод, азот и кислород, потребляемые живыми организмами в значительных количествах. Всего в природе  известно более девяноста элементов, из которых сорок необходимы для  функционирования человеческого организма. Однако в процессе своей жизнедеятельности  человек использует и все остальные  элементы, включая в циклический  оборот все большее количество искусственно создаваемых им соединений и совершенно не задумываясь о последствиях подобного  «сотрудничества» с природой.

А тем временем внедрение  новых веществ приводит к возникновению дисбаланса, в частности, локальных дефицитов либо избытков определенных соединений. Круговорот постепенно деформируется и теряет цикличность, то есть происходящие в нем процессы становятся несовершенными. Процесс возвращения веществ в круговорот также нарушается. Снижение или уменьшение круговорота жизненно необходимых веществ, в свою очередь, приводит к биологическим катастрофам. Биологически значимые или биогенные элементы подразделяются на макроэлементы и микроэлементы. Содержание первых в живых организмах составляет более 0,01%, тогда как вторых – менее 0,001%. Макроэлементы, составляющие плоть живых организмов, поступают извне в организм человека; рекомендуемая доза их потребления - более 200 мг. В организм человека, как правило, макроэлементы поступают с пищей. Микроэлементы, несмотря на их столь малое количество, необходимы живому организму, так как принимают участие в биохимических процессах. Для хорошего здоровья нужно поддерживать постоянство внутренней среды организма качественным и количественным содержанием химических веществ на физиологическом уровне. Для этого образ жизни должен быть здоровым, а питание – максимально разнообразным и полноценным.

Тема 3. ПОТОК энергии в биосфере 
 
Поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. В процессе фотосинтеза растения используют лучистую энергию солнечного света для превращения веществ с низким содержанием энергии (СО₂ и Н₂О) в более сложные органические соединения, где часть солнечной энергии запасена в форме химических связей. 
Образованные в процессе фотосинтеза органические вещества могут служить источником энергии для самого растения или переходят в процессе поедания и последующего усвоения от одних организмов к другим: от растения к растительноядным животным, от них – к плотоядным и т.д. Высвобождение заключенной в органических соединениях энергии происходит в процессе дыхания или брожения. Разрушение использованных или отмерших остатков биомассы осуществляют разнообразные организмы, относящиеся к числу сапрофитов (гетеротрофные бактерии, грибы, некоторые животные и растения). Они разлагают остатки биомассы на неорганические составные части (минерализация), способствуя вовлечению в биологический круговорот соединений и химических элементов, что обеспечивает очередные циклы и продуцирования органического вещества. Однако содержащаяся в пище энергия не совершает круговорота, а постепенно превращается в тепловую энергию. В конечном итоге вся поглощенная организмами в виде химических связей солнечная энергия снова возвращается в пространство в виде теплового излучения, поэтому биосфере необходим приток энергии извне.  
В отличие от веществ, которые непрерывно циркулируют по разным блокам экосистемы и всегда могут вновь входить в круговорот, энергия может быть использована только один раз.  
Энергетическая классификация экосистем различает 4 типа:  
 
1) природные несубсидированные экосистемы, получающие энергию только от Солнца (открытые океаны, глубокие озера, высокогорные леса);  
 
2) природные экосистемы, субсидируемые Солнцем и другими естественными источниками (дождевые леса, приливные зоны и т.д.);  
 
3) природные зоны, субсидируемые человеком и Солнцем (агрозкосистемы, аква-культура);  
 
4) зоны, получавшие энергию от других экосистем в виде питания и топлива (города или урбанизированные территории). Экологические фаикторы— свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.