Контрольная работа по "Экология"

Контрольная работа

1.Биогеохимические  циклы (малые и большие). Автотрофные  и гетеротрофные организмы. Функции  живого вещества. Энергетическая  функция. Фотосинтез. Средообразующая функция.

Круговорот веществ - закономерный процесс многократного участия  веществ в явлениях, протекающих  в биосфере планеты. Вещество, вовлеченное  в круговорот, не только перемещается, но и испытывает трансформацию и  нередко меняет свое физическое и  химическое состояния. Особенно активную роль в ускорении круговорота  и трансформации играют живые  организмы.

Солнечная энергия на Земле  вызывает два вида круговоротов веществ:

1)  большой (биогеохимический) - в пределах биосферы;

2) малый (биотический) - в  пределах элементарных экологических  систем.

Большой круговорот веществ - это безостановочный планетарный процесс закономерного циклического, неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы.

Малый круговорот веществ развивается на основе большого и заключается в круговой циркуляции веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными.

Оба круговорота взаимосвязаны  и представляют собой единый процесс, который обеспечивает воспроизводство  живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

На нашей планете всегда существовал геохимический круговорот веществ, но с появлением жизни на Земле геохимические связи стали  биогеохимическими - более сложными и разнообразными. Поэтому говорят  о биогеохимическом круговороте  веществ или биогеохимическом цикле.

Различают три основных типа биогеохимических круговоротов:

1) круговорот воды;

2) круговорот элементов  преимущественно в газовой фазе (кислорода, углерода, азота и  др.);

3) круговорот элементов  преимущественно в твердой и  жидкой фазах (фосфора и др.).

Круговорот углерода на суше начинается с фиксации углекислого газа растениями в процессе фотосинтеза.

Из СО2 и НзО образуются углеводы и высвобождается кислород, Фиксированный в растениях углерод в некоторой степени потребляется животными. Отжившие животные и растения разлагаются микроорганизмами, в результате чего углерод мертвого органического вещества окисляется до углекислого газа и снова попадает в атмосферу. Кроме того, углерод частично выделяется на всех стадиях круговорота в составе CO₂ во время дыхания растений и животных. Подобный круговорот углерода совершается и в океане.

Круговорот азота. Азот, которого очень много в атмосфере, усваивается растениями лишь после соединения его с водородом или кислородом. Это, как правило, происходит в результате различных физических явлений, протекающих в атмосфере (атмосферная фиксация) и производстве (промышленная фиксация), а также в результате действия азотфиксирующих бактерий или водорослей (биофиксация). Соединения азота используются растениями и через них по пищевым цепям попадают к животным. Растительные и животные отходы, мертвые организмы разлагаются, и с помощью денитрифицирующих бактерий происходит восстановление азота и возвращение его в атмосферу.

Биогеохимические  круговороты веществ и связанные  с ними превращения энергии являются основой динамического равновесия и устойчивости биосферы. Нормальные, ненарушенные биогеохимические циклы  имеют почти круговой, почти замкнутый  характер. Этим поддерживается известное  постоянство и равновесие состава, количества и концентрации компонентов  в биосфере, например состава атмосферного воздуха, концентрации солей в воде океанов и т.п. В свою очередь, подобное постоянство обусловливает  генетическую и физиологическую  приспособленность живых организмов к существованию на Земле.

Однако следует  отметить, что в биосфере существует небольшая часть микроорганизмов, сочетающих в себе автотрофный и  гетеротрофный способы питания. Такую промежуточную форму организмов между растениями и животными  представляют собой жгутиковые -- эвглены, сохраняющие хлорофилл и обладающие автотрофным способом питания, а  некоторые из них в зависимости  от условий среды и освещения  меняют автотрофный способ питания  на гетеротрофный.

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. 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.

Каждый  последующий этап развития жизни  сопровождался все более интенсивным  поглощением биосферой солнечной  энергии. Одновременно нарастала энергоемкость  жизнедеятельности организмов в  изменяющейся природной среде, и  всегда накопление и передачу энергии  осуществляло живое вещество. Современная  биосфера образовалась в результате длительной эволюции под влиянием совокупности космических, геофизических и геохимических  факторов. Первоначальным источником всех процессов, протекавших на Земле, было Солнце, но главную роль в становлении  и последующем развитии биосферы сыграл фотосинтез. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов, способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования  из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов (хлорофилл и др.) простейших соединений (воды, углекислого газа и минеральных элементов) в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов. Процесс протекает следующим образом. Фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, содержащегося в хлоропласте зеленого листа, в результате чего высвобождается электрон одного из ее атомов. Этот электрон, перемещаясь внутри хлоропласта, реагирует с молекулой АДФ, которая, получив достаточную дополнительную энергию, превращается в молекулу АТФ – вещества, являющегося энергоносителем. Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и диоксид углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода, а сама при этом утрачивает часть энергии и превращается вновь в молекулу АДФ.

В результате фотосинтеза растительность земного  шара ежегодно усваивает около двухсот  миллиардов тонн углекислого газа и  выделяет в атмосферу примерно сто  сорок пять миллиардов тонн свободного кислорода, при этом образуется более  ста миллиардов тонн органического  вещества. Если бы не жизнедеятельность  растений, исключительно активные молекулы кислорода вступили бы в различные  химические реакции, и свободный  кислород исчез бы из атмосферы примерно за десять тысяч лет. К сожалению, варварское сокращение человеком массивов зеленого покрова планеты являет реальную угрозу уничтожения современной  биосферы. В процессе фотосинтеза  одновременно с накоплением органического  вещества и продуцированием кислорода  растения поглощают часть солнечной  энергии и удерживают ее в биосфере. На фотосинтез используется около 1% солнечной энергии, падающей на Землю. Возможно, этот низкий показатель связан с малой концентрацией углекислого газа в атмосфере и гидросфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы суши и океана связывают около 3•1018 кДж солнечной энергии, что примерно в десять раз больше той энергии, которая используется человечеством.

В отличие  от зеленых растений некоторые группы бактерий синтезируют органическое вещество за счет не солнечной энергии, а энергии, выделяющейся в процессе реакций окисления серных и азотных  соединений. Этот процесс именуется  хемосинтезом. В накоплении органического  вещества в биосфере он, по сравнению  с фотосинтезом, играет ничтожно малую  роль. Внутри экосистемы энергия в  виде пищи распределяется между животными. Синтезированные зелеными растениями и хемобактериями органические вещества (сахара, белки и др.), последовательно переходя от одних организмов к другим в процессе их питания, переносят заключенную в них энергию. Растения поедают растительноядные животные, которые в свою очередь становятся жертвами хищников и т. д. Этот последовательный и упорядоченный поток энергии является следствием энергетической функции живого вещества в биосфере.

Средообразующая функция

Живое вещество преобразует физико-химические параметры среды в условия, благоприятные  для существования организмов. В  этом проявляется еще одна главная  функция живого вещества — средообразующая. Например, леса регулируют поверхностный сток, увеличивают влажность воздуха, обогащают атмосферу кислородом.

Можно сказать, что средообразующая функция - совместный результат всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота (в ходе фотосинтеза растения выполняют газовую функцию: поглощают углекислый газ и выделяют кислород); деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к восстановлению благоприятных условий существования выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий. Он заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Например, на повышение содержания углекислого газа в атмосфере биосфера отвечает усилением фотосинтеза, который снижает концентрацию кислорода. Таким образом, устойчивость биосферы оказывается явлением не статическим, а динамическим.

Средообразующая роль живого вещества имеет химическое проявление и выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах изменения вещественного состава биосферы. В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер). Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и биогеохимические, связанные с деятельностью человека.

Газовые функции заключаются в участии  живых организмов в миграции газов  и их превращениях. В зависимости  от того, о каких газах идет речь, выделяется несколько газовых функций.

1. Кислородно-диоксидуглеродная – создание основной массы свободного кислорода на планете. Носителем данной функции является каждый зеленый организм. Выделение кислорода идет только при солнечном свете, ночью этот фотохимический процесс сменяется выделением зелеными растениями углекислого газа.

2. Диоксидуглеродная, не зависимая от кислородной – образование биогенной угольной кислоты как следствие дыхания животных, грибов и бактерий. Значение функции возрастает в области подземной тропосферы, не имеющей кислорода.

3. Озонная и пероксидводородная – образование озона (и, возможно, пероксида водорода). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от разрушительного действия радиации Солнца. Выполнение этой функции вызвало образование защитного озонового экрана.

4. Азотная – создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотовыделяющими бактериями при разложении органического вещества. Реакция происходит в условиях как суши, так и океана.

5. Углеводородная  – осуществление превращений  многих биогенных газов, роль  которых в биосфере огромна.  К их числу относятся, например, природный газ, терпены, содержащиеся  в эфирных маслах, скипидаре и  обусловливающие аромат цветов, запах хвойных.

Вследствие  выполнения живым веществом газовых  биогеохимических функций в течение  геологического развития Земли сложились  современный химический состав атмосферы  с уникально высоким содержанием  кислорода и низким содержанием  углекислого газа, а также умеренные  температурные условия.

2.Адаптивные особенности и экологические группы растений по отношению к солёности почвы.