Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Экология Т.А. Пузанова лекция 4

  • Be the first to comment

Экология Т.А. Пузанова лекция 4

  1. 1. • Каждая экосистема обладает рядом свойств, определяющих ее существование
  2. 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. 3. коралловые экосистемы - 0,1% водной поверхности планеты (более четверти океанического животного мира)
  4. 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. 5. • риф Кингмен: пустынный атолл в Тихом океане• «машина времени» - экосистема в первозданном виде
  6. 6. • рифовые акулы, хищные красные луцианы
  7. 7. • Место кудрепёра – в середине пищевой цепочки: должен молниеносно нападать и исчезать…
  8. 8. Малоизученный коралл Porties sp. - возраст 500 лет.
  9. 9. Коралловые рифы – до и после
  10. 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. 11. 2. Свойство устойчивости• преобладание внутренних взаимодействий над внешними: экосистема стремиться сохранить свою стабильность - status quo• каждая экосистема - свои пределы устойчивости
  12. 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. 13. • Пример положительной (стимулирующей) обратной связи - деградация почвенного покрова в результате хозяйственной деятельностиЖенщина собирает оставшиеся рисинки, чтобы накормить свою семью. Бангладеш
  14. 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. 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. 16. 5. Свойство неравномерности• Постепенное накопление незначительных изменений может быть прервано скачком качественных изменений, меняющих свойство системы - точки бифуркации
  17. 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. 18. Биосфера –самая большая экосистема Когда мы пытаемся вытащить что-нибудь одно, оказывается, что оно связано со всем остальным. Закон Мерфи
  19. 19. • Ежегодно во французском городке Сен-Дье проходит Международный фестиваль географии. Эмблемой фестиваля является человек, играющий планетой как мячиком
  20. 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. 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. 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. 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. 24. Строение биосферы• Все этажи биосферы заселены• архитектура здания, стройматериалы, распределение жителей, - все имеет общие закономерности построения
  25. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 31. Атмосфера (пар и шар) - легкая газовая оболочка, массакоторой в миллион раз меньше массы планетысовременный состав атмосферы -эволюция живыхорганизмов
  32. 32. • Первичная атмосфера, образованная в результате вулканических извержений, отличалась отсутствием О2 и преобладанием СО2
  33. 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. 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. 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. 36. • Водная поверхность планеты - 71%.• Если прибавить ледники и снежный покров - 86% от общей поверхности планеты
  37. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 45. • большой (геологический)• малый (биогеохимический) круговорот
  46. 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. 47. • Малый биогеохимический круговорот - два взаимосвязанных и противоположных процесса: образованием и разложением живого вещества.
  48. 48. • Химические элементы в биосфере постоянно перемещаются как в пределах отдельных сфер (литосферы, гидросферы, атмосферы, педосферы), так и между ними.
  49. 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. 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. 51. Человек и биосфера• Изменения природы начались с расселением первобытных людей по континентам• Шесть основных этапов взаимодействия общества и природы
  52. 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. 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. 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. 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. 56. 4. Этап взаимодействия природы и общества• «осевое время»: заложены основы религий, зародилась философия, установка на «преображение природы» и гармонию с природой
  57. 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. 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. 59. • виток эксплуатации природных ресурсов, рост и распространение городов, первые техногенные катастрофы.• Набранные темпы развития экономики привели к стремительному преобразованию биосферы
  60. 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. 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. 62. • Задача - выяснение возможностей человека жить в искусственной экосистеме в случае ухудшения условий жизни на Земле или в космических поселениях
  63. 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. 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. 65. • 26 сентября 1991 года восемь добровольцев вошли в «Биосферу 2» на два года
  66. 66. • через нескольких недель: рост популяций микроорганизмов и насекомых - резкое уменьшение всходов сельскохозкультур - падение кислорода (на 0,5% в месяц) - признаки кислородного голодания.
  67. 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. 68. • Вывод: на данный момент знания о биосфере недостаточны и создание модели невозможно• Перенаселение, нехватка пищи, сохранение биоразнообразия, загрязнение - основными темы для исследований

×