Контрольная работа
Вариант 4
1.Биогеохимические циклы – циркуляция в биосфере химических
элементов и неорганических соединений
по характерным путям из внешней среды
в организмы, и из организмов во внешнюю
среду. Такое перемещение элементов и
неорганических соединений, необходимых
для жизни, можно назвать круговоротом
элементов питания.
Различают два основных круговорота:
большой (геологический) и малый (биотический).
Большой круговорот, продолжающийся
миллионы лет, заключается в том, что горные
породы подвергаются разрушению, а продукты
выветривания (в том числе растворимые
в воде питательные вещества) сносятся
потоками воды в Мировой океан, где они
образуют морские напластования и лишь
частично возвращаются на сушу с осадками.
Геотектонические изменения, процессы
опускания материков и поднятия морского
дна, перемещения морей и океанов в течение
длительного времени приводят к тому,
что эти напластования возвращаются на
сушу и процесс начинается вновь.
Малый круговорот (часть большого) происходит
на уровне экосистемы и состоит в том,
что питательные вещества, вода и углерод
аккумулируются в веществе растений, расходуются
на построение тела и на жизненные процессы
как самих этих растений, так и других
организмов (как правило животных), которые
поедают эти растения (консументы). Продукты
распада органического вещества под действием
деструкторов и микроорганизмов (бактерии,
грибы, черви) вновь разлагаются до минеральных
компонентов, доступных растениям и вовлекаемых
ими в потоки вещества.
Автотрофные и гетеротрофные
организмы (экологическая классификация
живых организмов по типу питания). Все
живые организмы, обитающие на Земле, представляют
собой открытые системы, зависящие от
поступления вещества и энергии извне.
Процесс потребления вещества и энергии
был назван питанием.
В 80-х гг. XIX в. немецкий
биолог Вильгельм Пфеффер разделил все
живые организмы по способу питания. Это
деление сохранилась до нашего времени.
Пфеффер исходил из
того, что зеленое растение в природе не
нуждается в притоке органического вещества
извне, а само способно синтезировать
его в процессе фотосинтеза. Растения,
используя энергию солнечного света и
поглощая минеральные вещества из почвы
и воды, синтезируют органические вещества.
Эти соединения служат растениям материалом,
из которого они образуют свои ткани, и
источником энергии, необходимой им для
поддержания своих функций. Для высвобождения
запасенной химической энергии растения
разлагают произведенные органические
соединения на исходные неорганические
компоненты - диоксид углерода, воду, нитраты,
фосфаты и другие, завершая тем самым круговорот
питательных веществ.
Только исключительно
зеленым растениям природой дано искусство
создавать органические вещества из воды
и воздуха, используя солнечную энергию.
Пфеффер назвал их автотрофами, что означает
«самопитающиеся, самокормящиеся» (от
греч. «авто» - сам, «трофе» - кормиться,
питаться). Автотрофные растения не только
кормятся сами, но и кормят все остальные
живые организмы.
В зависимости от источника
энергии автотрофы были поделены на фотоавтотрофов
и хемоавтотрофов. Первые используют для
биосинтеза световую энергию (растения,
цианобактерии), вторые используют для
биосинтеза энергию химических реакций
окисления неорганических соединений
(хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие,
серобактерииидр.).
Организмы, которые
нуждаются в готовом органическом веществе,
образованном другими, Пфеффер назвал
гетеротрофами, что означает «питающиеся
другими» (от греч. «гетер» - другой). К
таким организмам относятся все животные,
которые извлекают необходимую им энергию
из готовой пищи, поедая растения или других
животных. Сюда же можно отнести группу
бесхлорофильных растений-паразитов,
которые, присасываясь к корням своих
собратьев, поглощают необходимые вещества.
Некоторые живые организмы
способны как к автотрофному, так и гетеротрофному
питанию. Такие организмы называют миксотрофами.
Они способны синтезировать органические
вещества и питаться готовыми органическими
соединениями. Например, насекомоядные
растения, эвгленовые водоросли и др.
Функции
живого вещества.
Выделяют следующие основные
геохимические функции живого вещества:
1. Энергетическая
(биохимическая) - связывание и запасание солнечной
энергии в органическим веществе и последующее
рассеяние энергии при потреблении и минерализации
органического вещества. Эта функция связана
с питанием, дыханием, размножением и другими
процессами жизнедеятельности организмов.
2. Газовая - способность живых организмов
изменять и поддерживать определенный
газовый состав среды обитания и атмосферы
в целом. С газовой функцией связывают
два переломных периода (точки) в развитии
биосферы. Первая из них относится ко времени,
когда содержание кислорода в атмосфере
достигло примерно 1% от современного уровня.
Это обусловило появление первых аэробных
организмов (способных жить только в среде,
содержащей кислород). Второй переломный
период связывают со временем, когда концентрация
кислорода достигла примерно 10% от современной.
Это создало условия для синтеза озона
и образования озонового слоя в верхних
слоях атмосферы, что обусловило возможность
освоения организмами суши.
3. Концентрационная - «захват» из окружающей среды
живыми организмами и накопление в них
атомов биогенных химических элементов.
Концентрационная способность живого
вещества повышает содержание атомов
химических элементов в организмах по
сравнению с окружающей средой на несколько
порядков. Результат концентрационной
деятельности живого вещества - образование
залежей горючих ископаемых, известняков,
рудных месторождений и т.п.
4. Окислительно-восстановительная - окисление
и восстановление различных веществ с
участием живых организмов. Под влиянием
живых организмов происходит интенсивная
миграция атомов элементов с переменной
валентностью (Fe, Mn, S, P, N и др.), создаются
их новые соединения, происходит отложение
сульфидов и минеральной серы, образование
сероводорода
5. Деструктивная - разрушение организмами и
продуктами их жизнедеятельности как
остатков органического вещества, так
и косных веществ. Наиболее существенную
роль в этом отношении выполняют редуценты
(деструкторы) - сапрофитные грибы и бактерии.
6.Транспортная - перенос вещества и энергии
в результате активной формы движения
организмов.
7. Средообразующая - преобразование физико-химических
параметров среды. Результатом средообразующей
функции является и вся биосфера, и почва
как одна из сред обитания, и более локальные
структуры.
8. Рассеивающая - функция, противоположная
концентрационной - рассеивание веществ
в окружающей среде. Например, рассеивание
вещества при выделении организмами экскрементов,
смене покровов и т.п.
9. Информационная - накопление живыми организмами
определённой информации, закрепление
её в наследственных структурах и передача
последующим поколениям. Это одно из проявлений
адаптационных механизмов.
10.Биогеохимическая
деятельность человека - превращение и перемещение
веществ биосферы в результате человеческой
деятельности для хозяйственных и бытовых
нужд человека. Например, использование
концентраторов углерода - нефти, угля,
газа.
Таким образом, биосфера представляет
собой сложную динамическую систему, осуществляющую
улавливание, накопление и перенос энергии
путём обмена веществ между живым веществом
и окружающей средой.
Энергетическая функция. Энергетическая функция
выполняется, прежде всего, растениями,
которые в процессе фотосинтеза аккумулируют
солнечную энергию в виде разнообразных
органических соединений. Чтобы биосфера
могла существовать и развиваться, ей
необходима энергия. Собственных источников
энергии она не имеет и может потреблять
энергию только от внешних источников.
Главным источником для биосферы является
Солнце. По сравнению с Солнцем, энергетический
вклад других поставщиков (внутреннее
тепло Земли, энергия приливов, излучение
космоса) в функционирование биосферы
ничтожно мал (около 0,5% от всей энергии,
поступающей в биосферу). Солнечный свет
для биосферы является рассеянной лучистой
энергией электромагнитной природы. Почти
99% этой энергии, поступившей в биосферу,
поглощается атмосферой, гидросферой
и литосферой, а также участвует в вызванных
ею физических и химических процессах
(движение воздуха и воды, выветривание
и др.) Только около 1% накапливается на
первичном звене ее поглощения и передается
потребителям уже в концентрированном
виде. По словам Вернадского, зеленые хлорофилльные
организмы, зеленые растения, являются
главным механизмом биосферы, который
улавливает солнечный луч и создает фотосинтезом
химические тела - своеобразные солнечные
консервы, энергия которых в дальнейшем
становится источником действенной химической
энергии биосферы, а в значительной мере
- всей земной коры. Без этого процесса
накопления и передачи энергии живым веществом
невозможно было бы развитие жизни на
Земле и образование современной биосферы.
Фотосинтез - образование высшими растениями,
водорослями, фотосинтезирующими бактериями
сложных органических веществ, необходимых
для жизнедеятельности как самих растений,
так и всех других организмов, из простых
соединений (например, углекислого газа
и воды) за счёт энергии света, поглощаемой
хлорофиллом и другими фотосинтетическими
пигментами. Один из важнейших биологических
процессов, постоянно и в огромных масштабах
совершающийся на нашей планете. В результате
фотосинтеза растительность земного шара
ежегодно образует более 100 млрд. т органического
веществ (около половины этого количества
приходится на долю фотосинтеза растений
морей и океанов), усваивая при этом около
200 млрд. т CO2 и выделяя во внешнюю
среду около 145 млрд. т свободного кислорода.
Полагают, что благодаря фотосинтезу образуется
весь кислород атмосферы. Фотосинтез –
единственный биологический процесс,
который идёт с увеличением свободной
энергии системы; все остальные (за исключением
хемосинтеза) осуществляются за счёт потенциальной
энергии, запасаемой в продуктах фотосинтеза.
Количество энергии, ежегодно связываемой
фотосинтезирующими организмами океана
и суши (около 3×1021дж), во много раз больше
той энергии, которая используется человечеством
(около 3×1020дж).
Средообразующая функция. Эта функция является
в значительной мере интегративной (результат
совместного действия других функций).
С ней в конечном счете связано преобразование
физико-химических параметров среды. Эту
функцию можно рассматривать в широком
и более узком планах.
В широком понимании результатом данной
функции является вся природная среда.
Она создана живыми организмами, они же
и поддерживают в относительно стабильном
состоянии ее параметры практически во
всех геосферах.
В более узком плане средообразующая
функция живого вещества проявляется,
например, в образовании почв. В. И. Вернадский,
как отмечалось выше, почву называл биокосным
телом, подчеркивая тем самым большую
роль живых организмов в ее создании и
существовании. Роль живых организмов
в образовании почв убедительно показал
Ч. Дарвин в работе «Образование растительного
слоя земли деятельностью дождевых червей».
Известный ученый В. В. Докучаев назвал
почву «зеркалом ландшафта», подчеркивая
тем самым, что она продукт основного ландшафто-образующего
элемента - биоценозов и, прежде всего,
растительного покрова.
Локальная средообразующая деятельность
живых организмов и особенно их сообществ
проявляется также в трансформации ими
метеорологических параметров среды.
Это прежде всего относится к сообществам
с большой массой органического вещества
(биомассой). Например, в лесных сообществах
микроклимат существенно отличается от
открытых (полевых) пространств. Здесь
меньше суточные и годовые колебания температур,
выше влажность воздуха, ниже содержание
углекислоты в атмосфере на уровне полога,
насыщенного листьями (результат фотосинтеза),
и повышенное ее количество в припочвенном
слое (следствие интенсивно идущих процессов
разложения органического вещества на
почве и в верхних горизонтах почвы).
2. Процесс засоления - это накопление легкорастворимых
солей в почвенных горизонтах. Избыток
солей в почве токсичен для большинства
растений. Наиболее вредны легко растворимые
соли, которые легко проникают в цитоплазму
(NaCl, CaCl2, Na2SO4 и т.д.). Менее токсичны трудно растворимые
соли. Это CaSO4, СaCO3 и т.д. На Земле засолено более 25% всех
почв, в основном находящихся в аридных
областях.
Основными типами засоленых
почв являются солончаки и солонцы. Почвы
солончаков постоянно и сильно увлажнены
солеными водами. Летом часто на поверхности
солончаков возникает солевая корочка.
Почвы солонцов с поверхности не засолены,
верхний слой выщелоченный, безструктурный.
Нижние горизонты уплотнены и насыщены
ионами натрия. Образование солонцов происходит
при вымывании солей.
На засоленных почвах поселяются
растения, приспособленные к высокому
содержанию солей - галофиты . Растения
незасоленных почв называют гликофитами
. Флора галофитов богата и разнообразна
в аридных районах.
В зависимости от морфо-физиологических
особенностей и путей адаптации к засолению
различают несколько групп галофитов:
1. Эугалофиты или растения-соленакопители. Способны
накапливать до 10-50% солей от массы золы.
Имеют характерный внешний облик с преобладанием
суккулентных черт.
2. Криногалофиты или растения-солевыделители. Эти растения
выделяют наружу избыток соли в виде солевого
раствора через особые железки на листьях
(тамарикс - Tamarix, франкения - Frankenia, кермек
- Armeria и др.) и часто имеют на поверхности
листьев налет из кристаллов солей. По
строению листа многие криногалофиты
близки к мезофитам.
3. Гликогалофиты. К этой группе относятся
многие растения ксерофильного облика
(например полыни - Artemisia). Корни у них мало
проницаемы для солей, т.к. высокое содержание
углеводов создает высокое осмотическое
давление, поэтому в тканях растений соли
не накапливаются.
4. Псевдогалофиты. Эту группу составляют растения,
избегающие засоления благодаря глубокой
корневой системе. Их сосущие корни располагаются
в глубоких, мало засоленных горизонтах.
К таким растения можно отнести, например
тростник - Phragmites.
3. Под загрязнением водных ресурсов понимают
любые изменения физических, химических
и биологических свойств воды в водоемах
в связи со сбрасыванием в них жидких,
твердых и газообразных веществ, которые
причиняют или могут создать неудобства,
делая воду данных водоемов опасной для
использования, нанося ущерб народному
хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Источниками загрязнения признаются объекты,
с которых осуществляется сброс или иное
поступление в водные объекты вредных
веществ, ухудшающих качество поверхностных
вод, ограничивающих их использование,
а также негативно влияющих на состояние
дна и береговых водных объектов.