Проблемы современной экологи (стр. 5 из 6)
Однако при всем разнообразии расходов энергии максимальные затраты энергии идут на дыхание, в сумме с неусвоенной пищей они составляют до 90 % от потребленной энергии. Тогда результирующий поток энергии, переходящий на следующий, более высокий трофический уровень, составляет в среднем около 10 % энергии, полученной данным уровнем. В результате на верхние трофические уровни (к хищникам) переходит всего тысячная доля процента от энергии зеленых растений.
Эта закономерность называется обычно "правилом десяти процентов". Конечно, данное правило является ориентировочным, но оно ярко иллюстрирует, насколько низок КПД всех биологических систем и велико значение процессов диссипации энергии в биосфере.
В результате этого количество энергии, доступное для потребления, падает по мере возрастания трофического уровня организма. Это приводит к тому, что цепи питания не могут быть длинными, чаще всего они состоят из 4-6 звеньев. Например, "трава-заяц-лиса" или "трава-муха-лягушка-цапля-лиса". Однако такие линейные цепи в чистом виде в природе практически не встречаются. Первое трофическое звено – растение – может служить источником питания нескольким видам консументов, причем те, в свою очередь, также могут являться составной частью нескольких различных пищевых цепей. Например, заяц, как консумент I порядка, может служить пищей нескольким хищникам – лисе, волку и др. В результате в биоценозе формируются сложные пищевые или трофические сети. Более сложные сети характеризуются повышенной надежностью и более интенсивным круговоротом веществ.
18. Фотосинтез. Уравнение фотосинтеза. Хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины и их роль в фотосинтезе.
Фотосинтез – один из удивительных процессов живой природы, обеспечивающий нашу планету массой органических веществ и свободным кислородом. Благодаря фотосинтезу (совместно с хемосинтезом) обеспечивается не только вся потребность автотрофных организмов в органических веществах, необходимых для различных процессов биосинтеза, но косвенным образом и вся потребность гетеротрофных существ в органических питательных веществах (пища животных и разные иные формы питания).
Фотосинтез – это процесс, в результате которого зеленые растения, используя энергию солнечного света, преобразуют простые соединения с низким содержанием энергии в сложные органические соединения, в которых солнечная энергия запасена в форме химической энергии.
6CO2 + 6H2O + hv → C6H12O6 + 6O2↑
Из глюкозы вместе с получаемыми из почвы минеральными элементами питания - биогенами - образуются все ткани растительного мира - белки, углеводы, жиры, липиды, ДНК, РНК, то есть органическое вещество планеты.
19. Понятие биомассы и продуктивности. Виды продуктивности.
Биомасса – это количество живого вещества тех или иных организмов или всего сообщества, приходящееся на единицу площади или объема (т/га, кг/га, г/м3, г/м2, дж.). Ее определяют в сыром или сухом виде.
Более 90% биомассы живого вещества приходится на биомассу наземных растений (фитомассу), остальное - на водную растительность и гетеротрофные организмы. Основная роль в живом веществе Земли принадлежит автотрофным растениям суши (наземная). Географическое распределение автотрофных организмов крайне неравномерно: оно зависит от количества тепла и влаги. Так, главные запасы фитомассы приходятся на тропические области (более 55%).
Биомасса гетеротрофных организмов суши, прежде всего животных (зоомасса), во много раз меньше биомассы растений. Наиболее высока биомасса почвенных микроорганизмов и беспозвоночных, а доля наземных позвоночных в общей зоомассе - всего от 0,2% до 4%.
Продуктивность сообщества - это важный функциональный показатель сообщества, а также его отдельных элементов (автотрофного и гетеротрофного компонентов, отдельных трофических уровней, популяций каких-либо видов) является их способность к созданию (продуцированию) новой биомассы.
Продуктивность (продукция) экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество, которое может быть использовано в качестве пищи.
Различают разные уровни продуцирования органического вещества.
Первичная продукция - органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени.
Вторичная продукция – прирост массы консументов в единицу времени.
20. Биосфера как особенность планеты Земля. Распределение жизни в биосфере. Компоненты биосферы.
Биосфера (от греч. биос – жизнь, сфера – шар) – это наружная оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых.
Понятие биосферы как сферы обитания живых организмов или сферы, занятой жизнью, было предложено в 1875 г. австрийским ученым Э. Зюссом, а основателем учения о биосфере - определенного единства живой и косной материи – является русский геохимик Владимир Иванович Вернадский (1868–1945).
Биосфера включает в себя: живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов (растения, животные, микроорганизмы), биогенное вещество, то есть органо-минеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть), биокостное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (костной) природой (водой, атмосферой, горными породами) и почвенный покров.
Нижняя граница биосферы опускается на 2-3 км от поверхности суши и на 1-2 км ниже дна океана. Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой.
21. Основные «сферы жизни», входящие в состав биосферы.
Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу), террабиосферу – поверхность самой суши, и литосферу (литобиосферу) – верхние горизонты твердой земной оболочки.
Биогеосфера («пленка жизни») – это своеобразная оболочка земного шара, где сконцентрировано практически все живое вещество. Она располагается на границе поверхностного слоя земной коры с атмосферой и в верхней части водной оболочки Земли.
Атмосфера – это газовая оболочка Земли. Она состоит из нескольких сфер – тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы и экзосферы. Химический состав воздуха до высоты 100 км остается практически постоянным (азот – 78.09%, кислород – 20.94%, аргон – 0.93%, диоксид углерода – 0.03%, остальные газы в микроколичествах).
Гидросфера – водная оболочка Земли, она включает в себя совокупность поверхностных вод, а также воду, находящуюся в пределах литосферы и атмосферы. Гидросфера представлена океанами, морями, озерами, реками и искусственными водоемами.
Вода в атмосфере – это водяной пар и его конденсат (капельки воды и ледяные кристаллы). Воды гидросферы по вертикали делятся на две зоны. Верхняя зона - эфотическая, определяется глубиной проникновения солнечного света(100 м). В этой зоне живут фотосинтезирующие организмы. В нижних слоях, куда не проникает солнечный свет, - афотической зоне – обитают живые организмы, использующие готовые органические вещества, синтезированные организмами эфотической зоны. Это хемосинтетики – сероводородные бактерии.
Литосфера – внешняя прочная оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии Земли. Поверхность Земли обладает неоднородностью по высоте: от 8848 м над уровнем моря (г. Джомолунгма) до 11034 м (Марианская впадина). Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры, в основном, в почве.
22. Биогеохимической круговорот веществ в природе. Основные биогеохимические циклы (углерода, кислорода и др.).
Существование экосистем и в целом возможность жизни на Земле обусловлены круговоротом химических элементов, поэтому говорят, что жизнь есть движение, а круговорот веществ является одним из важнейших механизмов функционирования биосферы. Нарушение баланса в круговороте, обусловленное хозяйственной деятельностью человека, ведет к экологически кризисным ситуациям в экосистемах, регионах и в биосфере в целом.
Биогеохимический цикл – это круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы снова в неорганическую среду с использованием энергии Солнца и энергии химических реакций.
Сущность круговорота в следующем. Минеральные элементы проникают в ткани растений и животных в процессе их роста и там входят в состав органических веществ. После смерти организма эти вещества вновь попадают в окружающую среду. Здесь они претерпевают сложные превращения, и в итоге минерализуются, после чего попадают в новые организмы.
К главным циклам относятся круговороты элементов и веществ: С, Н2О, N2, P, S, O2, требующихся всем организмам в наибольших количествах.
Углерод, кислород, азот, фосфор и сера являются компонентами для построения основных молекул живого вещества - углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Эти круговороты создаются живым веществом и одновременно поддерживают жизнедеятельность самих живых организмов.
Круговорот углерода. Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность. Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород. Круговорот углерода, обусловленный живыми организмами, составляет только часть его общего круговорота, называемого быстрым круговоротом, и длительность его исчисляется временем жизни организма. На более длительное время исключается углерод из кругооборота – медленный круговорот- с горючими ископаемыми.