Документ описывает свойства экосистем, включая разнообразие, устойчивость, саморегуляцию и эмерджентность, а также их динамику под воздействием природных и антропогенных факторов. Рассматриваются коралловые рифы как примеры экосистем, а также влияние человека на биосферу через различные стадии развития и взаимодействия с природой. Основное внимание уделяется важности защиты экосистем и сохранения биосферы в условиях глобальных изменений.

1. • Каждая экосистема обладает рядом
свойств, определяющих ее существование

2. 1. Свойство необходимого разнообразия
элементов
• экосистема не может быть сформирована из
одинаковых элементов: нижний предел - два элемента,
верхний – бесконечное множество
• экосистема остается стабильной до того момента,
пока обладает необходимым разнообразием
составляющих её элементов (снижение разнообразия -
выход из равновесия и переход на более низкий
уровень

3. коралловые экосистемы - 0,1% водной
поверхности планеты (более четверти
океанического животного мира)

4. • Коралловые рифы образованы органогенными
известняками: в прибрежных зонах или на
глубинах до 50 метров (максимум 120 метров)
• Главное условие – оптимальное сочетание
температуры, глубины и уровня солености воды

5. • риф Кингмен: пустынный атолл в Тихом океане
• «машина времени» - экосистема в первозданном виде

6. • рифовые акулы, хищные красные луцианы

7. • Место кудрепёра – в середине пищевой цепочки:
должен молниеносно нападать и исчезать…

8. Малоизученный коралл Porties sp. - возраст 500 лет.

9. Коралловые рифы – до и после

10. • более 30% коралловых рифов потеряно (в
Мексиканском заливе осталось не более 1%):
природные и антропогенные факторы
• загрязнение океана промышленными отходами
• вырубка мангровых лесов,
• глобальное потепление и подкисление воды
• туризм, браконьерское рыболовство

11. 2. Свойство устойчивости
• преобладание внутренних взаимодействий над
внешними: экосистема стремиться сохранить свою
стабильность - status quo
• каждая экосистема - свои пределы устойчивости

12. 3. Свойство саморегуляции и
самоорганизации
• Связи в экосистеме: прямые и обратные
• Прямая - один элемент системы действует на другой
без ответной реакции
• Обратная - ответное действие элемента
• Обратные связи: положительные (стимулирующие) и
отрицательные (стабилизирующие)

13. • Пример положительной (стимулирующей) обратной
связи - деградация почвенного покрова в результате
хозяйственной деятельности
Женщина собирает оставшиеся рисинки, чтобы накормить свою семью. Бангладеш

14. • Пример отрицательной (стабилизирующей) связи -
хищник и жертва: рост популяции жертв приводит к
росту хищников - хищники сокращают поголовье
жертв - численность хищников сокращается, т.е.
система стабилизируется
• Саморегулирование экосистемы основано на
отрицательной обратной связи

15. 4. Свойство эмерджентности
• свойства системы не являются простой суммой
свойств слагаемых ее элементов: все компоненты
имеют свои особенности строения и внутренние
механизмы, но при «сложении» компонентов живой и
неживой природы появляется новый тип связей

16. 5. Свойство неравномерности
• Постепенное накопление незначительных изменений
может быть прервано скачком качественных
изменений, меняющих свойство системы - точки
бифуркации

17. • Новая Зеландия: с переселенцами до 600 новых видов
растений, 130 видов птиц и 48 видов млекопитающих.
• При отсутствии врагов в природе: растения разрослись,
птицы расселили новые виды, популяции животных
превратили леса в пастбище. В результате, большая
часть дремучих лесов погибла, началась эрозия и
обмеление рек

18. Биосфера –самая большая экосистема
Когда мы пытаемся вытащить что-нибудь одно,
оказывается, что оно связано со всем остальным.
Закон Мерфи

19. • Ежегодно во французском городке Сен-Дье проходит
Международный фестиваль географии. Эмблемой
фестиваля является человек, играющий планетой как
мячиком

20. • При уменьшении в 10 миллионов раз – планета –мячик -
шар диаметром 1,28 м.
• в руках оказаться не сможет – несмотря на уменьшение,
масса шара составит почти 6 тонн.

21. • Твердая оболочка Земли: на суше в пределах 2 – 6,5 см,
а под океаном не достигать и 1 сантиметра (3-8
миллиметра).
• самая глубокая скважина на планете - 1,2 см.
• высочайшая вершина Эверест– около 9 мм.
• прозрачная тонкая газовая оболочка - 2-4 мм
• Оболочка жизни на планете - миллиметр

22. Понятие «биосфера»
• истоки учения - труды европейский
естествоиспытателей ХVIII в.
• Жан Батист Ламарк: «все живые
организмы содержат вещества
неорганической природы…»
• Термины- Эдуард Зюсс,
предложивший считать водную
оболочку планеты - гидросферой,
твердую оболочку - литосферой, а
оболочку, населенную живыми
организмами - биосферой.

23. • В ХХ в. В.И.
Вернадский - учение о
биосфере - оболочке
планеты, структура и
энергетика которой
определяются
совокупной
деятельностью живых
организмов (почвы,
осадочные породы,
природные воды,
атмосфера появились и
развиваются благодаря
деятельности живых
организмов)

24. Строение
биосферы
• Все этажи
биосферы заселены
• архитектура здания,
стройматериалы,
распределение
жителей, - все имеет
общие
закономерности
построения

25. • Наибольшее
«сгущение» жизни - на
границах сред
обитания – «пленках
жизни»: воздуха и
почвы, в прибрежной
зоне контакта моря и
реки, в
приповерхностных
слоях океана

26. Границы биосферы
• совпадают с границами жизнедеятельности
организмов:
• нижний – дно океана или глубинные слои
литосферы
• верхний - ограничен жёстким излучением
ультрафиолетовых лучей (15-20 км)

27. Верхняя граница биосферы
• порог пребывания
человека 6000 - 7000 м.
• верхняя граница
растений - 6200 м (выше
– насекомые и
микроорганизмы)
• если не учитывать
рекорды (птицы до 13
-14 км, простейшие до 15
км, бактерии до 75-85
км) верхняя граница
реального
распространения жизни -
около 8-10 км.

28. Нижняя граница биосферы
• в 1841 г. Э. Форбс -
на глубине ниже 540
м. морей - жизни нет
• в пробе грунта,
взятого батискафом
«Кайко» на глубине
10.900 м. было
открыто 13 видов
новых одноклеточных
организмов,
существующих уже
почти миллиард лет

29. Жизнь в экстремальных условиях
• Максимально адаптированы
бактерии
• «черные и белые
курильщики»: в
гидротермальных источниках
на дне океана -оазисы жизни
-хемосинтезирующие бактерии
(температура 3500, глубина
более 2,5 км, полное
отсутствие света)
• В литосфере на глубине 4500
м. в нефтеносных водах
найдены микроорганизмы

30. • на «пределах» биосферы -
отдельные проявления
жизни (споры, бактерии,
мицелии грибов)
• В холодных или жарких
пустынях активная жизнь
«замирает», но и там
существуют живые
организмы
• Совокупность этих
областей -парабиосфера

31. Атмосфера (пар и шар) - легкая газовая оболочка, масса
которой в миллион раз меньше массы планеты
современный состав атмосферы -эволюция живых
организмов

32. • Первичная
атмосфера,
образованная в
результате
вулканических
извержений,
отличалась
отсутствием О2
и
преобладанием
СО2

33. Переломные периоды планеты
• содержание О2 - 1% (1-ая точка Пастера): первые
аэробные организмы.
• концентрация О2 - 10% (2-ая точка Пастера): озоновый
слой, организмы вышли на сушу.
• по мере эволюции - СО2 до 0,03%, О2– 21%

34. • содержание состава атмосферы поддерживается
благодаря «запрограммированным» процессам в
биосфере в узком диапазоне: без производства О2
растениями, он навсегда исчез бы из атмосферы,
остановив жизнь на Земле, при повышении жизнь
может «сгореть»

35. • Гидросфера из-за способности воды быть в жидком,
твердом или газообразном состоянии, пронизывает все
другие оболочки Земли
• переходы из одних видов вод в другие - сложный
круговорот воды на земном шаре

36. • Водная
поверхность
планеты - 71%.
• Если прибавить
ледники и
снежный покров
- 86% от общей
поверхности
планеты

37. • Морская вода: солёность Мирового океана составляет
около 3,5 промилле (в каждом литре морской воды
растворено 35 грамм солей)
• в морской воде: 85,7% кислорода, 10,8% водорода, 1,9%
хлора, 1,05% натрия, 1,35% магния, 0,09% серы
•

38. • Литосфера - твердая оболочка Земли, из
трех слоев – земной коры (0-40 км),
твердой оболочки или мантии (40-2900 км)
и жидкого ядра (2900-6370 км)

39. Строение литосферы
• континентальная и
океаническая кора
• На континентах - до 70
км: осадочный,
гранитный и
базальтовый слои.
• Под океанами - 5-10 км:
гранитный слой
выклинивается, а
осадочный и базаль-
товый уменьшаются в
мощности
• Иногда выделяется кора
промежуточного типа

40. Состав литосферы
• Горные породы:
• магматические (при
охлаждении и затвердевании
магмы)
• осадочные (в результате
накопления осадков)
• метаморфические
(преобразованные осадочные
и магматические породы под
действием температур и
давления)

41. Педосфера - «благородная ржавчина Земли»
• на границе атмосферы и
литосферы
• Мощность почв зависит
от климата, рельефа,
времени развития почвы,
особенностей
слагающих ее пород,
биоты
• толщина педосферы -
около одного метра

42. Состав почв
• все элементы системы Д.И. Менделеева
• каждый элемент земной коры имеет свой кларк -
среднее содержание в земной коре.
• Кислород - 47,0%, кремний -29,5%, алюминий 8,05%. В
сумме эти три элемента составляют 84,55%.
• Если прибавить железо - 4,65%, кальций -2,96%,
натрий - 2,50%, калий -2,50%, магний - 1,87%, титан
0,45%, то сумма - 99,48%.
• На остальные 80 элементов приходится чуть более
половины процента.

43. Круговорот веществ в биосфере
• непрерывное движение: в океане течения переме-
шивают слои воды, вода испаряется с водной глади, в
атмосфере ветры переносят облака, из облаков идет
дождь и снег, поверхностные воды стекаются в рукава
рек, реки впадают в океан

44. • Вместе с водой «подключаются» химические элементы
и соединения
• повторяющийся цикл перемещения и превращения
вещества - круговорот веществ в биосфере
• при отсутствии круговоротов - живые организмы давно
исчерпали бы все ресурсы планеты, поскольку запасы
любого элемента конечны

45. • большой (геологический)
• малый (биогеохимический) круговорот

46. Геологический круговорот веществ
• магматические породы разрушаются, их продукты
выносятся в океан, образуя осадочные породы.
• Под действием давления и температур, осадочные
и магматические породы преобразуются в
метаморфические
• При новых движениях коры, породы вновь оказы-
ваются в зоне интенсивного выветривания

47. • Малый биогеохимический круговорот - два
взаимосвязанных и противоположных процесса:
образованием и разложением живого вещества.

48. • Химические элементы в биосфере постоянно
перемещаются как в пределах отдельных сфер
(литосферы, гидросферы, атмосферы, педосферы), так и
между ними.

49. • Повторяющиеся перемещения и превращения
химических элементов в биосфере при активном
участии живого вещества называют
биогеохимическими циклами элементов
• под циклом понимается круговорот химических
веществ из неорганической природы, через
растительные и животные организмы, обратно в
неорганическую.

50. • К главным биогеохимическим циклам относят циклы
углерода, азота, кислорода, серы и фосфора. Среди
летучих соединений всем известна двуокись углерода
(СО2), метан (СН4), свободный азот (N2), аммиак (NH4),
сероводород (H2S) и двуокись серы (SO2).

51. Человек и биосфера
• Изменения природы
начались с расселением
первобытных людей по
континентам
• Шесть основных этапов
взаимодействия общества и
природы

52. 1. Этап взаимодействия природы и
общества
• период присваивающего хозяйства: собирательство,
охота и рыболовство
• плотность людей лимитирована количеством пищи
• развитие - совершенствование каменных орудий
• исчезновение многих видов животных привело к
голоду: поиск новых вариантов получения пищи

53. 2. Этап взаимодействия природы и
общества
• период становления производящего хозяйства -
неолитическая революция: землепашество и
скотоводство
• в очагах оседлого земледелия - смена природных
экосистем пахотными угодьями

54. • расширение обрабатываемых земель при применении
переложной и подсечно-огневой системы земледелия
обеспечили людей пищей и привели к новым
проблемам: нарушение гидрологического режима рек,
усиление водной и ветровой эрозии, опустынивание
территорий и т.д.

55. 3. Этап взаимодействия природы и
общества
• Эволюция локальных аграрных сообществ
• Очаги - великие речные цивилизации: Нил, Тигр,
Евфрат, Инд и Ганг, Хуанхэ и Янцзы
• преобразование сельского хозяйства: орошаемое
земледелие, террасирование горных склонов
• развитие сельского хозяйства и высокие урожаи
послужили толчком для демографического роста

56. 4. Этап взаимодействия природы и
общества
• «осевое время»: заложены основы религий, зародилась
философия, установка на «преображение природы» и
гармонию с природой

57. 5. Этап взаимодействия природы и
общества
• эпоха Великих географических открытий -
взаимодействие локальных цивилизаций
• Открытие Америки, Австралии и Океании
• мощный колониализм: минеральные и биотические
ресурсы стран Востока и Нового Света открыто
присваивались европейскими державами

58. 6. Этап взаимодействия природы и
общества
• Эпоха индустриализации
• С середины 18 века в Англии
• три основных стадии: революция «пара и угля», «нефти
и электричества» и «ядерной энергетики,
микроэлектроники и биотехнологий»

59. • виток эксплуатации природных ресурсов, рост и
распространение городов, первые техногенные
катастрофы.
• Набранные темпы развития экономики привели к
стремительному преобразованию биосферы

60. Ноосфера как ступень развития биосферы
• преобразование биосферы – техногенез
• часть преобразованной биосферы – техносфера
• отличие эпохи техносферы - изменение
биогеохимических потоков: ХХ в. вовлек в процесс
рассеивания и дальнейшей концентрации практически
все элементы таблицы Менделеева, многие из которых
являются токсичными.
• В 1927 году Эдуард Леруа ввел понятие «ноосфера» -
оболочка Земли, включающая человеческое общество с
его языком, индустрией, культурой и прочими видами
разумной деятельности.

61. Эксперимент «Биосфера - 2»
• в начале 90-х годов 20 века в Аризоне (США) -
сложнейшее инженерно-техническое сооружение
«Биосфера-2» - моделирование замкнутой экосистемы
(миллиардер Эдвард Бас)
• площадь 1,27 гектара

62. • Задача - выяснение возможностей человека жить в
искусственной экосистеме в случае ухудшения условий
жизни на Земле или в космических поселениях

63. • сеть герметичных секций
• в каждом отсеке - конкретная экосистема с почвами и
растениями, животными и микроорганизмами
(тропический лес, саванна, мини-океан с живым
коралловым рифом и т.д.).
• своеобразная биологически-сбалансированная мини-
модель Земли

64. • Автономное функционирование комплекса - круговорот
веществ: воспроизводство кислорода, переработка
отходов жизнедеятельности и т.д.
• океанические течения, морской прибой, тропические
дожди, для очистки воды - водные гиацинты

65. • 26 сентября 1991 года восемь добровольцев вошли в
«Биосферу 2» на два года

66. • через нескольких
недель: рост
популяций
микроорганизмов и
насекомых - резкое
уменьшение всходов
сельскохозкультур -
падение кислорода
(на 0,5% в месяц) -
признаки
кислородного
голодания.

67. • нехватка пищи - распределение еды
• огромное количество микробов и насекомых
• конденсат влаги и искусственный дождь
• количество О2 за два года снизилось до 14%
• «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от
окружающей природы. Если не будет деревьев — нам
нечем будет дышать, если вода загрязнится — нам
нечего будет пить».

68. • Вывод: на данный момент знания о биосфере
недостаточны и создание модели невозможно
• Перенаселение, нехватка пищи, сохранение
биоразнообразия, загрязнение - основными темы для
исследований