Hem › Salong › Levande organismers roll i biosfären. Den levande materiens roll i biosfären Den huvudsakliga uppmärksamheten i läran om biosfären

Levande organismers roll i biosfären. Den levande materiens roll i biosfären Den huvudsakliga uppmärksamheten i läran om biosfären

Fråga 1. Vilken påverkan har levande organismer på biosfären?
Levande varelser bidrar till överföring och cirkulation av ämnen i naturen. Tack vare fotosyntetikens aktivitet minskade mängden koldioxid i atmosfären, syre uppstod och ett skyddande ozonskikt bildades. Aktiviteten hos levande organismer bestämmer jordens sammansättning och struktur (bearbetning av organiska rester av nedbrytare), skyddar den från erosion. Till stor del bestämmer även djur och växter halten av olika ämnen i hydrosfären (särskilt i små vattenförekomster). Vissa organismer kan selektivt absorbera och ackumulera vissa kemiska element - kisel, kalcium, jod, svavel, etc. Resultatet av levande varelsers aktivitet är avlagringar av kalksten, järn- och manganmalmer, reserver av olja, kol, gas.

Fråga 2. Berätta om vattnets kretslopp i naturen.
Under påverkan av solenergi avdunstar vatten från ytan av reservoarer och transporteras av luftströmmar över långa avstånd. Faller på markens yta i form av nederbörd, bidrar det till att förstöra stenar och gör deras ingående mineraler tillgängliga för växter, mikroorganismer och djur. Det eroderar det övre jordlagret och lämnar tillsammans med de ämnen som är lösta i det. kemiska föreningar och suspenderade organiska och oorganiska partiklar i haven och oceanerna. Cirkulationen av vatten mellan hav och land är den viktigaste länken för att upprätthålla liv på jorden.
Växter deltar i vattnets kretslopp på två sätt: de utvinner det från jorden och förångar det till atmosfären; En del av vattnet i växtceller bryts ner under fotosyntesen. I detta fall fixeras väte i form av organiska föreningar, och syre kommer in i atmosfären.
Djur konsumerar vatten för att upprätthålla osmotisk och saltbalans i kroppen och utsöndra det i yttre miljön tillsammans med metabola produkter.

Fråga 3. Vilka organismer tar upp koldioxid från atmosfären?
Koldioxid från atmosfären absorberas av fotosyntetiska organismer, som assimilerar den och lagrar den i form av organiska föreningar (främst glukos). Koldioxid från atmosfären absorberas av fotosyntetiska organismer, som assimilerar den och lagrar den i form av organiska föreningar (främst glukos). Dessutom löser sig en del av atmosfärens koldioxid i havets och havens vatten och kan sedan i form av kolsyrajoner fångas upp av djur - blötdjur, koraller, svampar, som använder karbonater för att bygga skal och skelett. Resultatet av deras aktivitet kan vara bildandet av sedimentära bergarter (kalksten, krita, etc.).

Fråga 4. Beskriv hur fixerat kol återförs till atmosfären.
Kol kommer in i biosfären som ett resultat av dess fixering i fotosyntesprocessen. Mängden kol som binds av växter årligen uppskattas till 46 miljarder ton. En del av det kommer in i djurkroppen och frigörs som ett resultat av andning i form av av CO 2, som återigen kommer ut i atmosfären. Dessutom fylls kolreserverna i atmosfären på av vulkanisk aktivitet och mänsklig förbränning av fossila bränslen. Även om det mesta av koldioxiden som kommer in i atmosfären absorberas av havet och avsätts som karbonater, ökar CO 2 i luften sakta men stadigt.

Fråga 5. Vilka faktorer, förutom de levande organismernas aktiviteter, påverkar vår planets tillstånd?
Förutom aktiviteten hos levande organismer påverkar abiotiska faktorer vår planets tillstånd: rörelsen av litosfäriska plattor, vulkanisk aktivitet, floder och havssurfningar, klimatfenomen, torka, översvämningar och andra naturliga processer. Vissa av dem agerar mycket långsamt; andra kan nästan omedelbart ändra tillståndet för ett stort antal ekosystem (storskaligt vulkanutbrott; en kraftig jordbävning åtföljd av en tsunami; skogsbränder; fall av en stor meteorit).

Fråga 6. Vem introducerade först termen "noosphere" i vetenskapen?
Noosphere (från grekiskans noos - sinne) är ett begrepp som betecknar sfären av interaktion mellan natur och människa; detta är ett evolutionärt nytt tillstånd i biosfären, där människans rationella aktivitet blir den avgörande faktorn i dess utveckling. Termen "noosphere" introducerades först i vetenskapen 1927 av de franska forskarna Edouard Leroy (1870-1954) och Pierre Teilhard de Chardin (1881-1955).

Sammanfattning om ämnet:

Introduktion

Det biologiska kretsloppet är ett fenomen av kontinuerlig karaktär, cykliskt, regelbundet, men inte enhetligt i tid och rum, omfördelning av ämnen, energi och information inom ekologiska system av olika hierarkiska organisationsnivåer - från biogeocenos till biosfären. Cirkulationen av ämnen i hela biosfärens skala kallas en stor cirkel, och inom en specifik biogeocenos - en liten cirkel av biotiskt utbyte.

Akademiker V.I. Vernadsky var den första som postulerade tesen om den viktigaste rollen för levande organismer i bildandet och upprätthållandet av de grundläggande fysikaliska och kemiska egenskaperna hos jordens skal. I hans koncept betraktas biosfären inte bara som ett utrymme som upptas av liv, utan som ett integrerat funktionssystem, på vars nivå den oskiljaktiga kopplingen mellan geologiska och biologiska processer realiseras. De viktigaste egenskaperna hos livet som säkerställer denna koppling är den höga kemiska aktiviteten hos levande organismer, deras rörlighet och förmågan att självreproducera och utvecklas. För att upprätthålla livet som ett planetfenomen är mångfalden av dess former, som skiljer sig i mängden konsumerade ämnen och avfallsprodukter som släpps ut i miljön, av största vikt. Biologisk mångfald är grunden för bildandet av stabila biogeokemiska kretslopp av materia och energi i jordens biosfär.

Frågor om levande organismers roll i den lilla cirkulationen övervägdes av sådana forskare, lärare som Nikolaikin N.I., Shilov I.A., Melekhova O.P. och så vidare.

1. Levande organismers roll i den biologiska cykeln

En specifik egenskap hos livet är utbytet av ämnen med miljön. Varje organism måste ta emot vissa ämnen från den yttre miljön som energikällor och material för att bygga sin egen kropp. Metaboliska produkter som inte längre lämpar sig för vidare användning tas ut. Således försämrar varje organism eller en uppsättning identiska organismer under sin livsaktivitet villkoren för dess livsmiljö. Möjligheten till den omvända processen - att upprätthålla levnadsförhållanden eller till och med förbättra dem - bestäms av det faktum att biosfären är bebodd av olika organismer med olika typer av metabolism.

I sin enklaste form representeras en uppsättning kvalitativa livsformer av producenter, konsumenter och nedbrytare, vars gemensamma verksamhet säkerställer utvinning av vissa ämnen från miljön, deras omvandling på olika nivåer av trofiska kedjor och mineralisering av organiskt material till tillgängliga komponenter för nästa inkludering i cykeln (grundämnen som migrerar längs kedjorna i den biologiska cykeln - kol, väte, syre, kalium, fosfor, svavel, etc.).

Producenter är levande organismer som kan syntetisera organiskt material från oorganiska komponenter som använder externa energikällor. (Observera att att få energi utifrån är ett allmänt villkor för alla organismers liv; energimässigt är alla biologiska system öppna) de kallas även autotrofer, eftersom de själva förser sig med organiskt material. I naturliga samhällen utför producenter funktionen av producenter av organiskt material som ackumuleras i dessa organismers vävnader. Organiskt material fungerar också som en energikälla för livsprocesser; extern energi används endast för primär syntes.

Alla producenter, beroende på arten av energikällan för syntes av organiska ämnen, är indelade i fotoautotrofer och kemoautotrofer. De förra använder energin från solstrålning för syntes i den del av spektrumet med en våglängd på 380-710 nm. Detta är främst gröna växter, men representanter för några andra kungadömen i den organiska världen kan också fotosyntes. Bland dem är cyanobakterier (blågröna "alger"), som uppenbarligen var de första fotosyntetikerna i livets utveckling på jorden, av särskild betydelse. Många bakterier är också kapabla till fotosyntes, som dock använder ett speciellt pigment - bakterioklorin - och inte avger syre under fotosyntesen. De huvudsakliga utgångsmaterialen som används för fotosyntes är koldioxid och vatten (basen för syntesen av kolhydrater), såväl som kväve, fosfor, kalium och andra element av mineralnäring.

Genom att skapa organiska ämnen baserade på fotosyntes binder fotoautotrofer alltså den använda solenergin, som om de lagrar den. Den efterföljande förstörelsen av kemiska bindningar leder till frigörandet av sådan "lagrad" energi. Detta gäller inte bara användningen av fossila bränslen; Energin som "lagras" i växtvävnader överförs i form av mat längs trofiska kedjor och fungerar som grund för energiflöden som följer med den biogena cykeln av ämnen.

Kemoautotrofer använder energin från kemiska bindningar i processerna för syntes av organiskt material. Denna grupp omfattar endast prokaryoter: bakterier, arkebakterier och delvis blågröna. Kemisk energi frigörs i processerna för oxidation av mineralämnen. Exotermiska oxidativa processer används av nitrifierande bakterier (oxidera ammoniak till nitriter och sedan till nitrater), järnbakterier (oxidation av järnhaltigt järn till oxid), svavelbakterier (vätesulfid till sulfater). Metan, CO och vissa andra ämnen används också som substrat för oxidation.

Med alla de olika specifika former av autotrofa producenter är deras allmänna biosfäriska funktion en och består i att involvera element av livlös natur i sammansättningen av kroppsvävnader och därmed i den allmänna biologiska cykeln. Den totala massan av autotrofa producenter är mer än 95 % av massan av alla levande organismer i biosfären.

Konsumenter. Levande varelser som inte kan bygga sin kropp på grundval av användningen av oorganiska ämnen, som kräver intag av organiskt material utifrån, som en del av maten, tillhör gruppen heterotrofa organismer som lever av produkter som syntetiseras av foto- eller kemosyntetika. Mat som utvinns på ett eller annat sätt från den yttre miljön används av heterotrofer för att bygga sin egen kropp och som energikälla för olika former av liv. Således använder heterotrofer energin som lagras av autotrofer i form av kemiska bindningar av organiska ämnen som syntetiseras av dem. I flödet av ämnen under cykelns gång upptar de nivån av konsumenter som är obligatoriskt förknippade med autotrofa organismer (konsumenter av första ordningen) eller med andra heterotrofer som de lever på (konsumenter av andra ordningen).

Den allmänna betydelsen av konsumenter i cirkulationen av ämnen är märklig och tvetydig. De är inte nödvändiga i den direkta cirkulationsprocessen: konstgjorda slutna modellsystem, sammansatta av gröna växter och markmikroorganismer, i närvaro av fukt och mineralsalter, kan existera på obestämd tid. under en lång tid på grund av fotosyntes, förstörelse av växtrester och inblandning av frigjorda grundämnen i en ny cykel. Men detta är endast möjligt under stabila laboratorieförhållanden. I en naturlig miljö ökar sannolikheten för att sådana enkla system dör av många orsaker. "Garanter" för cykelns stabilitet är först och främst konsumenterna.

I processen med sin egen metabolism bryter heterotrofer ner de organiska ämnen som erhålls i matens sammansättning och bygger på denna grund ämnen i sin egen kropp. Omvandlingen av ämnen som primärt produceras av autotrofer i konsumentorganismer leder till en ökning av mångfalden av levande materia. Mångfald är en nödvändig förutsättning för stabiliteten i alla cybernetiska system mot bakgrund av externa och interna störningar. Levande system - från organismen till biosfären som helhet - fungerar enligt den cybernetiska principen. respons.

Djur, som utgör huvuddelen av konsumentorganismer, kännetecknas av rörlighet, förmågan att aktivt röra sig i rymden. Genom detta deltar de effektivt i migrationen av levande materia, dess spridning över planetens yta, vilket å ena sidan stimulerar livets rumsliga avveckling och å andra sidan fungerar som en slags "garantimekanism ” i händelse av förstörelse av liv på någon plats på grund av olika skäl. .

Ett exempel på en sådan "rumslig garanti" är den välkända katastrofen på ca. Krakatoa: som ett resultat av vulkanutbrottet 1883 förstördes livet på ön helt, men det återhämtade sig inom bara 50 år - cirka 1200 arter registrerades. Bosättningen skedde huvudsakligen på bekostnad av Java, Sumatra och närliggande öar, som inte påverkades av utbrottet, varifrån växter och djur på olika sätt återbefolkade ön täckt av aska och frusna lavaflöden. Samtidigt uppträdde filmer av cyanobakterier först (efter 3 år) på vulkanisk tuff och aska. Processen att etablera hållbara samhällen på ön fortsätter; skogsfolkräkningar är fortfarande i de tidiga stadierna av succession och är avsevärt förenklade i struktur.

Slutligen är konsumenternas, främst djurens, roll extremt viktig som regulatorer av intensiteten hos materia och energiflöden längs trofiska kedjor. Förmågan att aktivt autoreglera biomassa och hastigheten för dess förändring på ekosystem- och populationsnivå vissa typer realiseras i slutändan i form av att upprätthålla överensstämmelsen mellan skapandet och förstörelsen av organiskt material i de globala kretsloppssystemen. Inte bara konsumenter deltar i ett sådant regleringssystem, utan de senare (särskilt djur) kännetecknas av den mest aktiva och snabba reaktionen på eventuella störningar i biomassabalansen för intilliggande trofiska nivåer.

I princip fungerar systemet för att reglera flödet av materia i det biogena kretsloppet, baserat på komplementariteten mellan de ekologiska kategorierna av levande organismer som utgör detta system, på principen om avfallsfri produktion. Men idealiskt sett kan denna princip inte följas på grund av den stora komplexiteten i de interagerande processerna och de faktorer som påverkar dem. Resultatet av kränkningen av cykelns fullständighet var avlagringar av olja, kol, torv, sapropeller. Alla dessa ämnen bär den energi som ursprungligen lagrades i fotosyntesprocessen. Deras användning av en person är, så att säga, fullbordandet av cyklerna i den biologiska cykeln "försenad i tid".

Reducerare. Denna ekologiska kategori inkluderar heterotrofa organismer, som, med hjälp av dött organiskt material (lik, avföring, växtskräp, etc.) som föda, sönderdelar det till oorganiska komponenter i metabolismprocessen.

Partiell mineralisering av organiska ämnen förekommer i alla levande organismer. Så i andningsprocessen frigörs CO2, vatten, mineralsalter, ammoniak etc. utsöndras från kroppen. Sanna nedbrytare, som fullbordar cykeln av förstörelse av organiska ämnen, bör därför betraktas som endast de organismer som släpper ut i den yttre miljön endast oorganiska ämnen som är redo att ingå i en ny cykel.

Kategorin nedbrytare omfattar många typer av bakterier och svampar. Genom sin ämnesomsättning är de reducerande organismer. Avglasande bakterier reducerar alltså kväve till dess elementära tillstånd, medan sulfatreducerande bakterier reducerar svavel till vätesulfid. Slutprodukterna av nedbrytning av organiska ämnen är koldioxid, vatten, ammoniak, mineralsalter. Under anaeroba förhållanden går nedbrytningen vidare - till väte; kolväten bildas också.

Hela cykeln för minskning av organiskt material är mer komplex och involverar ett större antal deltagare. Den består av en serie på varandra följande länkar, i en serie av vilka olika förstörande organismer gradvis omvandlar organiska ämnen, först till enklare former, och först därefter till oorganiska komponenter genom inverkan av bakterier och svampar.

Nivåer av organisering av levande materia. Den gemensamma aktiviteten mellan producenter, konsumenter och nedbrytare avgör det kontinuerliga upprätthållandet av den globala biologiska cykeln av ämnen i jordens biosfär. Denna process stöds av de regelbundna relationerna mellan de rumsliga och funktionella delarna som utgör biosfären och tillhandahålls av ett speciellt system av anslutningar som fungerar som en mekanism för homeostas av biosfären - upprätthåller dess stabila funktion mot bakgrund av förändrade yttre och interna faktorer. Därför kan biosfären betraktas som ett globalt ekologiskt system som säkerställer ett hållbart underhåll av liv i sin planetariska manifestation.

Varje biologiskt (inklusive ekologiskt) system kännetecknas av en specifik funktion, ordnade relationer mellan delarna (delsystemen) som utgör systemet och regleringsmekanismer baserade på dessa interaktioner som bestämmer systemets integritet och stabilitet mot bakgrund av fluktuerande yttre betingelser. Av vad som har sagts ovan framgår att biosfären till sin struktur och funktion motsvarar begreppet ett biologiskt (ekologiskt) system.

På biosfärens nivå som helhet genomförs en universell funktionell koppling av levande materia med livlös natur. Dess strukturella och funktionella komponenter (delsystem), på den nivå som specifika cykler av den biologiska cykeln utförs, är biogeocenoser (ekosystem).

2. Liten cirkulation av ämnen i biosfären

Biologisk (biogeokemisk) cykel (liten cykel av ämnen i biosfären) - cykeln av ämnen, vars drivkraft är levande organismers aktivitet. Det biogeokemiska kretsloppet av ämnen äger rum inom biosfären. Cykelns huvudsakliga energikälla är solstrålning, som genererar fotosyntes. I ett ekosystem syntetiseras organiska ämnen av autotrofer från oorganiska ämnen. Det konsumeras sedan av heterotrofer. Som ett resultat av utsöndring under livsaktivitet eller efter organismers död genomgår organiska ämnen mineralisering, d.v.s. omvandling till oorganiska ämnen. Dessa oorganiska ämnen kan återanvändas för syntes av organiska ämnen genom autotrofer.

I biogeokemiska cykler bör två delar särskiljas:

1. en reservfond är en del av ett ämne som inte är förknippat med levande organismer;

2. utbytesfond - en mycket mindre del av ett ämne som är sammankopplat genom direkt utbyte mellan organismer och deras omedelbar omgivning.

Beroende på reservfondens placering kan biogeokemiska cykler delas in i två typer:

1. kretslopp av gastyp med en reservfond av ämnen i atmosfären och hydrosfären (kretslopp av kol, syre, kväve).

2. sedimentära kretslopp med reservfond i jordskorpan (cirkulationer av fosfor, kalcium, järn etc.).

Cyklar av gastyp är perfekta, eftersom har en stor bytesfond, och därför vägar till snabb självreglering. Sedimentära cykler är mindre perfekta, de är mer inerta, eftersom huvuddelen av ämnet finns i reservfonden för jordskorpan i en form som är "otillgänglig" för levande organismer. Sådana cykler störs lätt av olika slags påverkan, och en del av det utbytta materialet lämnar kretsloppet. Den kan återvända till cirkulationen endast som ett resultat av geologiska processer eller genom utvinning av levande materia. Men att utvinna de ämnen som är nödvändiga för levande organismer från jordskorpan mycket svårare än från atmosfären.

Intensiteten av den biologiska cykeln bestäms i första hand av den omgivande temperaturen och mängden vatten. Så, till exempel, fortskrider den biologiska cykeln mer intensivt i fuktiga tropiska skogar än i tundran. Dessutom sker biologiska processer i tundran endast under den varma årstiden.

Producenter, konsumenter, detritofager och nedbrytare av ekosystemet, som absorberar och släpper ut olika ämnen, interagerar med varandra tydligt och på ett samordnat sätt. Organiskt material och syre som produceras av fotosyntetiska växter är de viktigaste livsmedlen för konsumenternas mat och andning. Samtidigt är koldioxid och mineralämnen av gödsel och urin som släpps ut av konsumenterna biogener, välbehövliga producenter. Därför gör ämnen i ekosystemen en nästan komplett cykel, och kommer först in i levande organismer, sedan in i den abiotiska miljön och återvänder till de levande. Här är en av de grundläggande principerna för ekosystemens funktion: mottagandet av resurser och bearbetningen av avfall sker i kretsloppsprocessen för alla element.

Tänk på cyklerna för de viktigaste ämnena och elementen för levande organismer. Den lilla biogeokemiska cykeln av biogena element inkluderar: kol, kväve, fosfor, svavel, etc.

2.1 Kolets kretslopp

Kol finns i naturen i många former, inklusive i organiska föreningar. Den oorganiska substansen som ligger till grund för detta elements biogena cykel är koldioxid (CO2). I naturen är CO2 en del av atmosfären och löses även i hydrosfären. Införandet av kol i sammansättningen av organiska ämnen sker i fotosyntesprocessen, som ett resultat av vilket socker bildas på basis av CO2 och H2O. Därefter omvandlar andra biosyntetiska processer dessa kol till mer komplexa, såväl som till proteiner, lipider. Alla dessa föreningar bildar inte bara vävnader av fotosyntetiska organismer, utan fungerar också som en källa till organiskt material för djur och icke-gröna växter.

I andningsprocessen oxiderar alla organismer komplexa organiska ämnen; slutprodukten av denna process, CO2, släpps ut i miljön, där den återigen kan vara involverad i fotosyntesprocessen.

Under vissa förhållanden i jorden fortgår nedbrytningen av ackumulerade döda rester i långsam takt - genom bildandet av humus av saprofager, vars mineralisering genom inverkan av svampar och bakterier kan fortgå i olika, inklusive låga, hastigheter. I vissa fall är nedbrytningskedjan av organiskt material ofullständig. I synnerhet kan aktiviteten av saprofager hämmas av syrebrist eller ökad surhet. I detta fall ackumuleras organiska rester i form av torv; kol släpps inte ut och cykeln stannar. Liknande situationer uppstod under tidigare geologiska epoker, vilket framgår av avlagringar av kol och olja.

I hydrosfären är suspensionen av kolcykeln associerad med inkorporeringen av CO2 i CaCO3 i form av kalksten, krita och koraller. I detta fall utesluts kol från kretsloppet för hela geologiska epoker. Endast höjningen av organogena bergarter över havet leder till att cirkulationen förnyas genom urlakning av kalksten genom atmosfärisk nederbörd. Och även på ett biogent sätt - genom inverkan av lavar, växtrötter.

Skogar är den huvudsakliga reservoaren av biologiskt bundet kol, de innehåller upp till 500 miljarder ton av detta element, vilket är 2/3 av dess reserv i atmosfären. Människans inblandning i kolets kretslopp leder till en ökning av halten av CO2 i atmosfären och utvecklingen av växthuseffekten.

CO2-cykelhastighet, dvs. tiden det tar för all koldioxid i atmosfären att passera genom levande materia är cirka 300 år.

2.2 Kvävets kretslopp

Huvudkälla kväve av organiska föreningar - molekylärt kväve i atmosfärens sammansättning. Dess övergång till föreningar som är tillgängliga för levande organismer kan utföras på olika sätt. Således syntetiseras elektriska urladdningar under åskväder från kväve och syre i luften, kväveoxid, som med regnvatten kommer in i jorden i form av nitrat eller salpetersyra. Det finns även fotokemisk kvävefixering.

En viktigare form av kväveassimilering är aktiviteten hos kvävefixerande mikroorganismer som syntetiserar komplexa proteiner. När de dör berikar de jorden med organiskt kväve, som snabbt mineraliseras. På så sätt kommer cirka 25 kg kväve per 1 ha årligen i marken.

Den mest effektiva kvävefixeringen utförs av bakterier som bildar symbiotiska bindningar med baljväxter. Det organiska kvävet som bildas av dem diffunderar in i rhizosfären och ingår också i värdväxtens markorgan. På så sätt ackumuleras 150-400 kg kväve per år i marken och underjordiska växtorgan per 1 hektar.

Det finns kvävefixerande mikroorganismer som bildar symbios med andra växter. I vattenmiljö och på mycket våt jord fixerar cyanobakterier direkt atmosfäriskt kväve. I alla dessa fall kommer kväve in i växterna i form av nitrater. Dessa föreningar transporteras genom rötter och vägar till löv, där de används för proteinsyntes; de senare tjänar som bas för djurens kväve näring.

Exkrementer och döda organismer utgör grunden för saprofagorganismernas näringskedjor, som bryter ned organiska föreningar med gradvis omvandling av organiska kvävehaltiga ämnen till oorganiska. Den sista länken i denna reduktionskedja är ammonifierande organismer som bildar ammoniak, som sedan kan gå in i nitrifikationscykeln. På så sätt kan kvävets kretslopp fortsätta.

Samtidigt sker en konstant återföring av kväve till atmosfären genom inverkan av denitrifierande bakterier, som bryter ner nitrater till N2. Dessa bakterier är aktiva i jordar som är rika på kväve och kol. Tack vare deras verksamhet förångas upp till 50-60 kg kväve årligen från 1 ha jord.

Kväve kan uteslutas från kretsloppet genom att ackumuleras i djuphavssediment. Till viss del kompenseras detta av frigörandet av molekylär N2 i sammansättningen av vulkaniska gaser.

2.3 Fosforcykel

Av alla makronäringsämnen (element som behövs för allt liv i stora mängder) är fosfor en av de sällsynta tillgängliga reservoarerna på jordens yta. I naturen finns fosfor i stora mängder i ett antal bergarter. I processen att förstöra dessa bergarter kommer den in i terrestra ekosystem eller lakas ut av nederbörd och hamnar så småningom i hydrosfären. I båda fallen kommer detta element in i näringskedjan. I de flesta fall mineraliserar nedbrytande organismer organiska ämnen som innehåller fosfor till oorganiska fosfater, som återigen kan användas av växter och därmed återigen är involverade i kretsloppet.

I havet kommer en del av fosfaterna med döda organiska rester in i djupa sediment och ackumuleras där och utesluts från kretsloppet. Processen för den naturliga cykeln av fosfor under moderna förhållanden intensifieras genom användningen av fosfatgödselmedel i jordbruket, vars källa är avlagringar av mineralfosfater. Detta kan vara en anledning till oro, eftersom fosforsalter snabbt läcker ut från sådan användning, och omfattningen av exploateringen mineraltillgångar växer hela tiden. Uppgår för närvarande till cirka 2 miljoner ton per år.

2.4 Svavelcykel

Den huvudsakliga reservfonden för svavel finns i sediment och jord, men till skillnad från fosfor finns det en reservfond i atmosfären. Huvudrollen i involveringen av svavel i den biogeokemiska cykeln tillhör mikroorganismer. Vissa av dem är reduktionsmedel, andra är oxidationsmedel.

Svavel förekommer i bergarter i form av sulfider, i lösningar - i form av en jon, i gasfasen i form av vätesulfid eller svaveldioxid. I vissa organismer ackumuleras svavel i sin rena form (S) och när de dör bildas avlagringar av inhemskt svavel på havets botten.

I terrestra ekosystem kommer svavel in i växter från marken huvudsakligen i form av sulfater. I levande organismer finns svavel i proteiner, i form av joner osv. Efter levande organismers död reduceras en del av svavlet i jorden av mikroorganismer till HS, den andra delen oxideras till sulfater och ingår återigen i kretsloppet. Det resulterande svavelvätet flyr ut i atmosfären, oxiderar där och återgår till jorden med nederbörd.

Människans förbränning av fossila bränslen, samt utsläpp kemisk industri, leder till ansamling av svaveldioxid (SO) i atmosfären, som reagerar med vattenånga och faller till marken i form av surt regn.

Biogeokemiska kretslopp påverkas till stor del av människor. Ekonomisk aktivitet bryter mot deras isolering, de blir acykliska.

Slutsats

Komplexa relationer som stöder en stabil cirkulation av ämnen, och med det existensen av liv som ett globalt fenomen på vår planet, har bildats under jordens långa historia.

Den gemensamma aktiviteten hos olika levande organismer bestämmer den regelbundna cirkulationen av enskilda element och kemiska föreningar, inklusive deras införande i sammansättningen av levande celler, transformationer kemiska substanser i metaboliska processer, utsläpp i miljön och destruktion av organiska ämnen, som ett resultat av vilka mineralämnen frigörs, som återigen ingår i biologiska kretslopp.

Således sker kretsloppsprocesserna i specifika ekosystem, men biogeokemiska cykler realiseras i sin helhet endast på biosfärens nivå som helhet. Och den gemensamma aktiviteten av livsformer av hög kvalitet säkerställer utvinning av vissa ämnen från den yttre miljön, deras omvandling på olika nivåer av trofiska kedjor och mineralisering av organiskt material till komponenter som är tillgängliga för nästa inkludering i cykeln (huvudelementen migrerar längs kedjorna i den biologiska cykeln finns kol, väte, kväve, kalium, kalcium, etc.).

Bibliografi

1. Kolesnikov S.I. Ekologi. - Rostov-on-Don: "Phoenix", 2003.

2. Petrov K.M. Allmän ekologi: Samspel mellan samhälle och natur: Uchebn. ersättning. 2:a uppl. - St Petersburg; Kemi, 1998.

3. Nikolaikin N.I. Ekologi.: Proc. för universitet / Nikolaykin N.N., Nikolaykina N.E., Melekhina O.P. - 2:a uppl., reviderad. och ytterligare - M .: Bustard, 2003.

4. Khotuntsev Yu.L. Ekologi och miljösäkerhet: Proc. ersättning för studenter. högre ped. lärobok anläggningar. - M .: Publishing Center "Academy", 2002.

5. Shilov I.A. Ekologi: Proc. för biol. och honung. specialist. universitet I.A. Shilov. - 4:e uppl., Rev. - M .: Higher School, 2003.

Fråga 2. Berätta om vattnets kretslopp i naturen.
Under påverkan av solenergi avdunstar vatten från ytan av reservoarer och transporteras av luftströmmar över långa avstånd. Faller på markens yta i form av nederbörd, bidrar det till att förstöra stenar och gör deras ingående mineraler tillgängliga för växter, mikroorganismer och djur. Det eroderar det övre jordlagret och går tillsammans med de kemiska föreningarna lösta i det och suspenderade organiska och oorganiska partiklar i haven och oceanerna. Cirkulationen av vatten mellan hav och land är den viktigaste länken för att upprätthålla liv på jorden.
Växter deltar i vattnets kretslopp på två sätt: de utvinner det från jorden och förångar det till atmosfären; En del av vattnet i växtceller bryts ner under fotosyntesen. I detta fall fixeras väte i form av organiska föreningar, och syre kommer in i atmosfären.
Djur konsumerar vatten för att bibehålla osmotisk och saltbalans i kroppen och släpper ut det i den yttre miljön tillsammans med metaboliska produkter.

Naturskydd uppfattas vanligen som ett system av åtgärder som syftar till att upprätthålla ett rationellt samspel mellan mänskliga aktiviteter och naturmiljön. Detta system av åtgärder bör säkerställa bevarande och återställande av naturresurser, rationell användning naturliga resurser samt att förhindra direkta och indirekta skadliga effekter industriell produktion om naturen och människors hälsa. Samtidigt är uppdraget satt att upprätthålla en balans mellan utvecklingen av produktionen och hållbarheten i naturmiljön i mänsklighetens intresse. Detta kräver en omfattande studie av de processer som sker i den naturliga miljön och organisationen av alla typer av produktion, med hänsyn till de identifierade mönstren. Den vetenskapliga grunden för studiet av naturliga föremål och ett integrerat förhållningssätt till organisationen av modern produktion är läran om jordens biosfär.

Termen "biosfär" introducerades 1875 av den österrikiske geologen E. Suess; grundaren av den moderna teorin om biosfären är den ryske vetenskapsmannen V. I. Vernadsky. Enligt V. I. Vernadskys uppfattning täcker biosfären det utrymme där levande materia verkar som en geologisk kraft som bildar jordens yta;

I modern utsikt Biosfären är ett komplext dynamiskt stort system som består av många komponenter av livlig och livlös natur, vars integritet upprätthålls som ett resultat av den ständigt verkande biologiska cykeln av ämnen.

V. I. Vernadskys läror är baserade på idéerna om den planetariska geokemiska rollen av levande materia i bildandet av biosfären, som en produkt av en långsiktig omvandling av materia och energi under jordens geologiska utveckling. Levande substans är en uppsättning levande organismer som existerade eller existerade under en viss tidsperiod och är en kraftfull geologisk faktor. Till skillnad från levande varelser som studerats av biologi, kännetecknas levande materia som en biogeokemisk faktor av elementär sammansättning, massa och energi. Det ackumulerar och omvandlar solenergi och involverar oorganiskt material i en kontinuerlig cykel. Atomer av nästan alla kemiska grundämnen har upprepade gånger passerat genom levande materia. I slutändan bestämde den levande materien sammansättningen av atmosfären, hydrosfären, jordar och i stor utsträckning de sedimentära bergarterna på vår planet.

IN OCH. Vernadsky påpekade att levande materia ackumulerar kosmos energi, omvandlar den till energin från jordiska processer (kemiska, mekaniska, termiska, elektriska, etc.) och säkerställer, i ett kontinuerligt utbyte av ämnen med planetens inerta materia, bildningen av levande materia, som inte bara ersätter dess döende massor, utan också introducerar nya egenskaper, och därigenom bestämmer den organiska världens utvecklingsprocess.

Enligt V. I. Vernadskys åsikter inkluderar biosfären fyra huvudkomponenter:

levande materia - helheten av alla levande organismer;

biogena material, dvs produkter som bildas som ett resultat av den vitala aktiviteten hos olika organismer (kol, bitumen, torv, skogsströ, jordhumus och ip.);

bioinert materia - oorganiskt material som omvandlas av organismer (till exempel ytatmosfären, vissa sedimentära bergarter, etc.);

inert materia - bergarter av huvudsakligen magmatisk, oorganiskt ursprung som utgör jordskorpan.

Alla arter av växter, djur och mikroorganismer, som interagerar med miljön, säkerställer deras existens inte som en summa av individer, utan som en enda funktionell helhet, som är en population (populationer av tall, mygga, etc.).

Enligt S.S. Schwartz är en population en elementär grupp av organismer av en viss art, som har alla nödvändiga förutsättningar för att bibehålla sitt antal på obestämd tid. länge sedan och i ständigt föränderliga miljöförhållanden. Med andra ord är en population en form av existens av en art, det supraorganismala systemet som gör en art potentiellt (men inte riktigt) odödlig. Detta tyder på att populationens anpassningsförmåga är mycket högre än hos de enskilda organismerna som utgör den.

En befolkning som en elementär ekologisk enhet har en viss struktur, som kännetecknas av dess ingående individer och deras fördelning i rymden. Befolkningar kännetecknas av tillväxt, utveckling och förmåga att upprätthålla existens under ständigt föränderliga förhållanden.

I naturen utgör populationer av växter, djur och mikroorganismer system av högre rang - samhällen av levande organismer, eller, som de vanligtvis kallas, biocenoser. Biocenos är organiserad grupp populationer av växter, djur och mikroorganismer som lever i interaktion under samma miljöförhållanden. Begreppet "biocenos" föreslogs 1877 av den tyske zoologen K-Mobius, som fann att alla medlemmar i en gemenskap av levande organismer är i nära och konstant relation. Biocenosis är en produkt naturligt urval, när dess stabila existens i tid och rum beror på arten av interaktionen mellan populationer och endast är möjlig med den obligatoriska tillförseln av strålningsenergi från solen och närvaron av en konstant cirkulation av ämnen.

Ibland, för att förenkla studiet av biocenos, är det villkorligt uppdelat i separata komponenter: fytokenos - vegetation, zoocenos - djurvärlden, mikrobiocenos - mikroorganismer. En sådan uppdelning leder till artificiell separation av separata grupper av levande organismer som inte kan existera oberoende. Det kan inte finnas något stabilt system som bara skulle bestå av växter eller bara av djur. Samhällen och deras komponenter måste betraktas som en biologisk enhet olika typer levande organismer.

Biocenosen kan inte utvecklas på egen hand, utanför och oberoende av den oorganiska världens miljö. Som ett resultat bildas vissa relativt stabila komplex, uppsättningar av levande och icke-levande komponenter, i naturen. Ett utrymme med homogena förhållanden bebott av en gemenskap av organismer (biocenos) kallas en biotop, d.v.s. en biotop är en plats för existens, en livsmiljö för en biocenos. Därför kan biocenosen betraktas som ett historiskt etablerat komplex av organismer, karakteristiskt för just denna biotop.

Biocenosen bildar en dialektisk enhet med biotopen, ett biologiskt makrosystem av ännu högre rang - biogeocenosen. Termen "biogeocenosis", som betecknar hela biocenosen och dess livsmiljö, föreslogs 1940 av V.N. Sukachev. Termen är praktiskt taget identisk med termen "ekosystem", som tillhör A. Tensley.

Ett ekologiskt system är ett system som består av levande och icke-levande delar av miljön, mellan vilka det sker ett utbyte av materia, energi och information. Ekologiska system av olika rang kan innefatta ett begränsat eller mycket stort antal komponenter och uppta små eller mycket stora ytor och volymer; det ekologiska systemet i Europa, det ekologiska systemet i landet, det ekologiska systemet i regionen, distriktet, företagets verksamhetsområde, etc.

Biogeocenos förstås som en del av biosfären, där biocenosen (gemenskapen av levande organismer) och biotopen som motsvarar den (delar av atmosfären, litosfären och hydrosfären) förblir homogena och nära sammankopplade till ett enda komplex. . Det vill säga, biogeocenos förstås som ett naturligt naturligt komplex genom vilket ingen signifikant biokenotisk, geomorfologisk, hydrologisk, mikroklimatisk, nattlig-geokemisk eller någon annan gräns passerar. Detta är en region i biosfären som är homogen när det gäller topografiska, mikroklimatiska, hydrologiska och biotiska förhållanden. Begreppet "ekologiskt system" har inte denna begränsning och kan kombinera olika naturliga komplex (skog, äng, flod, etc.). Biogeocenos i sig är ett elementärt ekologiskt system.

Biosfärens elementära strukturella enhet - biogeocenos - består av två inbördes relaterade komponenter (Fig. 3.1):

abiotiska (biotop), inklusive abiotiska delar av miljön som står i relation med levande organismer;

biotic (biocenosis), en gemenskap av levande organismer som lever inom en utvald biotop (utvalt ekologiskt system).

Den abiotiska komponenten inkluderar följande komponenter: litosfär, hydrosfär och atmosfär.

I litosfären urskiljs en sektion av en rad stenar, jordytan, som är livsmiljön för levande organismer och är en del av den utvalda biocenosen. En viktig egenskap biotop är en del av jordens yta med en speciell struktur och materialsammansättning av jordar (pedosfär) inom det valda området.

Hydrosfären inkluderar yt- och grundvatten som ligger inom biotopen och som direkt eller indirekt tillhandahåller den vitala aktiviteten hos levande organismer, såväl som vatten som faller i form av nederbörd inom ett utvalt områdes territorium.

Atmosfären (gaskomponenten) inkluderar: atmosfärisk luft; gaser lösta i yt- och underjordsvatten; gaskomponenten i jordar, såväl som gaser som frigörs från bergskedjan, som direkt eller indirekt påverkar levande organismers vitala aktivitet.

Den biotiska komponenten i den naturliga miljön (biocenos) inkluderar tre komponenter: fytokenos-producenter (producenter) av primärproduktion, ackumulerande solenergi; eocenos - konsumenter, producenter av sekundära produkter, som för sitt liv använder energin som finns i det organiska materialet i fytokenosen; mikrobocenosreducerande medel (störare), organismer som lever av energin från dött organiskt material och säkerställer dess förstörelse (mineralisering) med produktion av initiala mineralelement i en form som är lämplig för användning av växter för reproduktion av primära organiska produkter.

Alla komponenter i den naturliga miljön (biogeocenos), dess biotiska och abiotiska komponenter är i konstant relation och säkerställer den evolutionära utvecklingen av varandra. Sammansättningen och egenskaperna hos litosfären, hydrosfären och atmosfären bestämmer till stor del levande organismer. Samtidigt är levande organismer själva, som tillhandahåller varandras vitala aktivitet, beroende av förändringar i miljöförhållandena. Den yttre miljön förser dem med energi och viktiga näringsämnen.

Således inkluderar biosfären i allmänhet följande livsnivåer: befolkning, biocenos, biogeocenos. Var och en av dessa nivåer är relativt oberoende, vilket säkerställer utvecklingen av makrosystemet som helhet, där den utvecklande enheten är befolkningen. Samtidigt är biosfärens elementära strukturella enhet biogeocenosen, det vill säga samhället av organismer i samband med den oorganiska livsmiljön (se fig. 3.1).

Under moderna förhållanden förändras mänsklig aktivitet naturliga resurser(skogar, stäpper, sjöar). De ersätts av sådd och plantering av kulturväxter. Det är så nya ekologiska system bildas - agrobiogeocenoser eller agrocenoser. Agrocenoser är inte bara jordbruksfält, utan också fältskyddande skogsplantager, betesmarker, skogsplantager, dammar och reservoarer, kanaler och dränerade träsk. I de flesta fall kännetecknas agrobiocenoser i sin struktur av ett litet antal arter av levande organismer, men deras höga överflöd. Även om det finns många specifika egenskaper i strukturen och energin hos naturliga och artificiella biocenoser, finns det inga grundläggande skillnader mellan dem.

Situationen är mycket mer komplicerad med ekologiska system som uppstår i industriföretagens påverkanszoner, städer, dammar och andra stora tekniska strukturer. Här, som ett resultat av människors aktiva inverkan på miljön, bildas kvalitativt nya ekologiska system, vars funktion säkerställs som ett resultat av naturliga processer och den ständiga inverkan av ett industriföretag på det abiotiska (icke-levande) och biotiska (levande) beståndsdelar i naturen.

5. Biotisk cykel av ämnen i biosfären

Existensen av biosfären som helhet och dess enskilda delar säkerställer cirkulationen av ämnen och omvandlingen av energi:

Cirkulationen av ämnen i biosfären utförs i första hand på grundval av den vitala aktiviteten hos en mängd olika organismer. Varje organism utvinner ur miljön de ämnen som är nödvändiga för dess vitala aktivitet och returnerar oanvända. Dessutom konsumerar vissa typer av levande organismer de ämnen de behöver direkt från miljön, andra använder produkter som bearbetas och isoleras först, ytterligare andra sedan, och så vidare tills ämnet återgår till den naturliga1 miljön i sitt ursprungliga tillstånd. Därför uppstår behovet av samexistens av olika organismer (artsmångfald) som kan använda produkterna av varandras livsaktiviteter, dvs. de fungerar praktiskt taget utan avfall; nyproduktion av biologiska produkter.

Det totala antalet levande organismer och hastigheten för deras utveckling i biocenosen beror på mängden energi som kommer in i det ekologiska systemet, hastigheten för dess överföring genom de enskilda elementen i systemet och intensiteten i cirkulationen av mineralämnen. Ett kännetecken för dessa processer är att näringsämnen (kol, kväve, vatten, fosfor etc.) cirkulerar mellan biotopen och biocenosen konstant, det vill säga de används otaliga gånger, och energin som kommer in i det ekologiska systemet i form av en bäck av solstrålning, förbrukas ^ Xia Helt. Enligt lagen om bevarande och omvandling kan energin som kommer in i det ekologiska systemet förändras från en form till en annan. Den andra grundläggande principen är att alla åtgärder som är förknippade med omvandlingen av energi inte kan ske utan dess förlust i form av värme som försvinner i rymden, det vill säga en del av energin som kommer in i det ekologiska systemet går förlorad och kan inte utföra arbete.

Vilket ekologiskt system som helst under sin utveckling tenderar till sitt jämviktstillstånd, när alla dess fn=eic-parametrar antar ett konstant värde, och effektivitetskoefficienten når sitt maximala värde»

Den vitala aktiviteten hos vilken organism som helst säkerställs som ett resultat av de mångsidiga biotiska relationerna som den ingår med andra organismer. Alla organismer kan klassificeras efter utfodringssätt och den trofiska nivå på vilken de finns i den allmänna näringskedjan. Enligt näringsmetoden särskiljs två grupper: autotrofa och heterotrofa.

Autotrofer har förmågan att skapa organiska ämnen från oorganiska ämnen med hjälp av solens energi eller den energi som frigörs vid kemiska reaktioner.

Heterotrofa organismer använder organiskt material som föda. I detta fall kan levande växter eller deras frukter, döda rester av växter och djur användas som mat. Dessutom tjänar varje organism i naturen i en eller annan form som näringskälla för ett antal andra organismer.

Som ett resultat av den successiva övergången av organiskt material från en trofisk nivå till en annan sker materiens kretslopp och överföringen av energi i naturen (fig. 3.2). Samtidigt utesluts organiska ämnen, som rör sig från en trofisk nivå till en annan, delvis från cykeln. Som ett resultat ackumuleras organiska föreningar på jorden i form av mineralavlagringar (torv, kol, olja, gas, oljeskiffer, etc.). Men i huvudsak ackumuleras inte biomassan på jorden, utan hålls på en viss nivå, eftersom den ständigt förstörs och återskapas från samma byggnadsmaterial, d.v.s. inom dess gränser sker en oavbruten cirkulation av ämnen. I tabell. 3.1 tillhandahåller uppgifter om hastigheten för biomassans reproduktion för vissa naturliga ekologiska system.

I processen med vital aktivitet hos organismer omvandlades också den livlösa delen av biosfären radikalt. Fritt syre uppträdde i atmosfären, och en ozonskärm uppträdde i dess övre lager; koldioxid, utvunnen av organismer från luft och vatten, bevarades i avlagringar av kol och kalciumkarbonat.

Som ett resultat av geologiska processer uppstår deformationer och förstörelse av den övre delen av litosfären. Tidigare begravda sedimentära bergarter är återigen på ytan. I framtiden sker deras vittring, där även levande organismer deltar aktivt.

Genom att frigöra koldioxid, organiska och mineralsyror bidrar de till att förstöra stenar och deltar därigenom i migrationsprocessen av kemiska element.

Den totala mängden solenergi som jorden mottar årligen är cirka 2-1024 J. I fotosyntesprocessen bildas cirka 100 miljarder ton organiska ämnen per år och 1,9-1021 J solenergi ackumuleras. För fotosyntesprocesser är 170 miljarder ton koldioxid årligen involverade från atmosfären, cirka 130 miljarder ton vatten bryts ned med fotokemiska medel och 115 miljarder ton syre släpps ut i miljön. Dessutom är 2 miljarder ton kväve, kisel, ammonium, järn, kalcium och många andra ämnen involverade i cirkulationen av ämnen. Totalt är mer än 60 grundämnen involverade i det biologiska kretsloppet.

Syntesfasen av organiskt material ersätts i nästa steg av den biologiska cykeln av fasen av dess förstörelse med samtidig försvinnande av potentiell kemisk energi (i form av termisk energi) i rymden. Som ett resultat av detta övergår organiskt material till gas, flytande och fasta former (mineral och andra föreningar). I processen av dessa tre faser förnyas det biologiska kretsloppet, som stöds av solenergi och där praktiskt taget samma massor av ämnen och kemiska element är involverade.

I processen för den geologiska cirkulationen av ämnen överförs mineralföreningar från en plats till en annan på planetarisk skala, och det sker också en överföring och förändring i tillståndet för aggregation av vatten (flytande, fast - snö, is; gasformig - lares). Vatten cirkulerar mest intensivt i ångtillstånd.

Vattenkretsloppet i biosfären bygger på att total avdunstning kompenseras av nederbörd. Samtidigt avdunstar mer vatten från havet än som återkommer med nederbörd. På land, tvärtom, faller mer nederbörd, men överskottet rinner ut i sjöar och floder och därifrån igen i havet.

Med tillkomsten av levande materia baserad på vattnets kretslopp och mineralföreningar lösta i det, d.v.s. på basis av det abiotiska, geologiska, kretsloppet av organiskt material, eller det lilla biologiska kretsloppet, uppstod.

I den biologiska cykeln är den viktigaste processen transpiration. När jordfuktighet absorberas av en växts rötter kommer mineraliska och organiska ämnen lösta i vatten in i den med vatten. Transpirationsprocessen är också viktig för att reglera växtens temperatur, vilket förhindrar att den överhettas. På grund av värmeförlusten som uppstår under avdunstning av vatten, sjunker växtens temperatur. Samtidigt regleras denna process av växten själv - i varmt väder öppnas stomata på bladen bredare och detta bidrar till en ökning av avdunstning och en minskning av temperaturen, och vid en lägre temperatur täcks stomata , minskar intensiteten av avdunstningen. Således är transpiration både en fysiologisk och fysisk process, eftersom den skiljer sig från vanlig avdunstning från livlös materia i förmågan att reglera själva växten.

Transpirationskapaciteten hos en anläggning uppskattas ofta av transpirationskoefficienten, som kännetecknar volymen vatten som måste spenderas för att bilda en enhetsmassa av torrsubstans i växten. Till exempel för bildning av 1 ton mald växtmassa av vete, dvs. spannmål och halm, 300-500 m3 vatten förbrukas Vattenförbrukningen för travepiration beror på ett stort antal faktorer: växtens natur, väderförhållanden och närvaron av fukt i jorden. I torrt, varmt väder måste växten spendera en stor mängd vatten för transpiration.

Växtrötter absorberar markfukt från olika djup. Vetets rotsystem sträcker sig till ett djup av 2,0-2,5 m, ekrötter tränger ibland ner till ett djup av 20 m. På grund av detta kan växter använda fukt som ligger på stora djup och är mindre beroende av fluktuationer i fukthalten av det ytliga jordlagret.

Avdunstning från marken kan inte betraktas isolerat från transpiration, till exempel under ett skogstak avdunstar lite vatten från markytan, oavsett dess närvaro. Detta beror på att solstrålningen svagt tränger igenom trädkronorna. Dessutom, under skogens tak, saktar luftrörelsens hastighet ner, och den är mer mättad med fukt. Under dessa förhållanden avdunstar huvuddelen av fukten på grund av transpiration.

I vattnets kretslopp är de viktigaste faserna de som sker inom enskilda älvar och sjöar. Vegetationen fyller en viktig sållningsfunktion och håller kvar en del av vattnet som faller i nederbörd. Denna avlyssning, som naturligtvis är maximal vid lätta regn, kan nå upp till 25 % av den totala nederbörden på tempererade breddgrader.

En del av vattnet hålls kvar i jorden, och ju starkare, desto viktigare är det kolloidala markkomplexet (humus och lera). Den del av vattnet som tränger in i jorden till ett djup av 20-30 cm kan åter stiga upp till sin yta genom kapillärer och avdunsta. Sålunda utförs övergången av vatten från ytan till atmosfären som ett resultat av fysisk avdunstning och transpirationsprocessen. Samtidigt ökar mängden vatten som transpireras av växterna med förbättrad vattenförsörjning. Så en björk avdunstar 0,075 m3 vatten per dag; bok - 0,1 m; lind - 0,2 och 1 ha skog - 20-50 m3. 1 hektar björkskog, vars lövvikt är 4940 kg, avdunstar 47 m - "vatten per dag, och 1 hektar granskog, vars nålvikt är 31 tusen kg. Transpirer 43 m:< воды в день. 1 га пшеницы за период развития использует 375 мм осадков, а продуцирует 12,5 т (сухая масса) растительного вещества.

Det biologiska kretsloppet, i motsats till det geologiska kretsloppet, kräver mindre energi. Endast 0.!-0.2% av solenergin som infaller på jorden går åt till att skapa organiskt material (upp till 50% på den geologiska cykeln) - Trots detta. energin som är involverad i det biologiska kretsloppet gör ett bra jobb med att skapa primärproduktion på planeten.

Cirkulationen av ämnen brukar kallas biogeokemiska kretslopp. De huvudsakliga biogeokemiska kretsloppen är cirkulationen av syre, kol, vatten, kväve, fosfor och ett antal andra grundämnen.

I allmänhet är varje cirkulation av något kemiskt element en del av den allmänna grandiosa cirkulationen av ämnen på jorden, det vill säga de är alla nära sammankopplade genom olika former av interaktion. De huvudsakliga länkarna för biogeokemiska cykler är levande organismer, som bestämmer intensiteten av alla cykler och involveringen av nästan alla element i jordskorpan i dem.

Nästan allt molekylärt syre i jordens atmosfär har sitt ursprung och hålls på en viss nivå tack vare aktiviteten hos gröna växter. I stora mängder konsumeras det av organismer i andningsprocessen. Men dessutom, med en hög kemisk aktivitet, kommer syre säkert att komma in i föreningar med nästan alla element i jordskorpan. Man uppskattar att allt syre som finns i atmosfären passerar genom levande organismer (binder under andning och frigörs under fotosyntes) om 200 år, koldioxid kretsar i motsatt riktning om 300 år, och allt vatten på jorden bryts ner och återskapas genom fotosyntes och andning om 2 miljoner år.

Cykeln och migrationen av ämnen i biokemiska kretslopp kan övervägas med kolets kretslopp som exempel (fig. 3.3). På land börjar det med att växter binder koldioxid under fotosyntesen. Koldioxiden som finns i atmosfären tas upp av växter och som ett resultat av fotosyntesen bildas kolväten och syre frigörs.

I sin tur är kolhydrater utgångsmaterialet för bildandet av växter.

Kolet som är fixerat i växten konsumeras till stor del av djur. Djur släpper också ut koldioxid när de andas. De föråldrade växterna och djuren bryts ned av mikroorganismer, vilket resulterar i att kolet från det döda organiska materialet oxideras till koldioxid och kommer ut i atmosfären igen. En liknande cykel av kol förekommer i havet.

En del av koldioxiden från atmosfären kommer ut i havet, där den är i löst form. Det vill säga att havet säkerställer upprätthållandet av koldioxid i atmosfären inom vissa gränser. Kolinnehållet i havet på en viss nivå tillhandahålls i sin tur av de ackumulerade reserverna av kalciumkarbonat i bottensediment. Närvaron av denna permanenta naturliga process reglerar i viss mån halten av koldioxid i atmosfären och i havets vatten.

Kvävets kretslopp, liksom andra biogeokemiska kretslopp, täcker alla områden i biosfären (fig. 3.4). Kväve, som är mycket rikligt i atmosfären, absorberas av växter först efter att det kombinerats med väte eller syre. Under moderna förhållanden ingrep människan i kvävets kretslopp. Han odlar kvävefixerande baljväxter över stora ytor eller artificiellt fixerar naturligt kväve. Man tror att Lantbruk och industrin tillhandahåller nästan 60 % mer fixerat kväve än vad det produceras naturligt.

Fosforens kretslopp, som är ett av huvudelementen som krävs av levande organismer, är relativt enkel. De huvudsakliga källorna till fosfor är magmatiska (apatiter) och sedimentära (fosforiter) bergarter. Oorganisk fosfor ingår i kretsloppet som ett resultat av naturliga lakningsprocesser. Fosfor assimileras av levande organismer, som med sitt deltagande syntetiserar ett antal organiska föreningar och överför det till olika trofiska nivåer. Efter att ha avslutat sin resa genom de trofiska kedjorna bryts organiska fosfater ner av mikrober och förvandlas till mineralortofosfater som är tillgängliga för gröna växter. Fosfater kommer in i vattendrag som ett resultat av flodavrinning, vilket bidrar till utvecklingen av växtplankton och levande organismer som ligger på olika nivåer av den trofiska kedjan av sötvatten eller marina vattenförekomster. Återgången av mineralfosfater till vatten sker också som ett resultat av mikroorganismernas aktivitet. Det bör dock noteras att fosfater som deponeras på stora djup är exkluderade från kretsloppet, vilket måste beaktas vid sammanställning av balansen för denna biogeokemiska cykel. Det finns alltså bara en partiell återföring av fosfor som fallit i havet tillbaka till land. Denna process uppstår som ett resultat av livet hos fåglar som livnär sig på fisk.

En del av fosforn kommer till kontinenten som ett resultat av mänskligt fiske. Mängden fosfor som årligen tillförs med fiskprodukter är dock mycket lägre än dess avlägsnande till hydrosfären, som når många miljoner ton per år. Dessutom, genom att applicera fosfatgödselmedel på fälten, accelererar en person avsevärt processen för borttagning av fosfor i vattendrag och havet. Samtidigt orsakas miljöskador på vattendrag, eftersom de naturliga processerna för vital aktivitet hos organismer som lever i vattnet störs.

Eftersom fosforreserverna är mycket begränsade kan dess okontrollerade förbrukning leda till en rad negativa konsekvenser. Det är den främsta begränsande faktorn för autotrofa organismer i både vatten- och landmiljöer, den huvudsakliga regulatorn för ett antal andra biogeokemiska kretslopp.Till exempel beror innehållet av nitrater i vatten eller syre i atmosfären till stor del på intensiteten i fosforcykeln i biosfären.

6. naturliga ekologiska system

Befolkningars struktur och dynamik. Studiet av populationers struktur och dynamik är av stor praktisk betydelse.

Att inte känna till mönstren för befolkningens liv. Det är omöjligt att säkerställa utvecklingen av vetenskapligt baserade miljö-, ingenjörs- och organisatoriska åtgärder för rationell användning och skydd av naturresurser.

Populationsmetoden för att studera organismers vitala aktivitet är baserad på deras förmåga att reglera deras överflöd och täthet under påverkan av olika abiotiska och biotiska miljöfaktorer.

Huvudparametrarna för en befolkning är dess överflöd och täthet. Populationsstorlek är det totala antalet individer i ett givet område eller i en given volym. Den är aldrig konstant och beror som regel på förhållandet mellan intensiteten av reproduktion och dödlighet.

Befolkningstätheten bestäms av antalet individer eller biomassa per ytenhet eller volym. Till exempel 106 björkplantor per 1 ha. eller 1,5 abborre per 1 m3 vatten kännetecknar populationstätheten för dessa arter. Med en ökning i överflöd ökar He-densiteten endast om befolkningen kan spridas över ett större område eller i en större volym.

Storleken på utbredningsområdet, antalet och tätheten av populationer är inte konstanta och kan variera inom betydande gränser. Ofta är dessa förändringar förknippade med mänskliga aktiviteter. Men huvudorsakerna till sådan dynamik är förändringar i tillvarons villkor, tillgången på mat (dvs energiresurser) och andra orsaker.

Det har konstaterats att antalet populationer kan fluktuera obegränsat. Att hålla befolkningen inom vissa gränser säkerställs av dess förmåga att självreglera. Varje population har alltid lägre OCH övre densitetsgränser, bortom vilka den inte kan gå (Fig. 3.5). Med en gynnsam kombination av faktorer hålls befolkningstätheten på någon optimal nivå, något avvikande från den. Sådana fluktuationer i täthet är vanligtvis korrekta, regelbundna till sin natur och återspeglar tydligt befolkningens reaktion på specifika förändringar i miljöförhållanden. I naturen kan säsongsvariationer i lättja ske, särskilt hos små djur (musliknande gnagare. Insekter, vissa fåglar). Således ökar antalet musliknande gnagare under en säsong ibland med 300-100 gånger, och för vissa insekter med 1300-1500 gånger.

En minskning av densiteten under det optimala orsakar en försämring av befolkningens skyddande egenskaper, en minskning av dess fertilitet och ett antal andra negativa fenomen. Populationer med ett minsta antal individer kan inte existera under lång tid.Det finns kända fall av utrotning av djur med ett lågt antal även i reservat med mycket gynnsamma levnadsförhållanden. Att öka tätheten över det optimala påverkar också befolkningen negativt, eftersom detta förstör matförsörjningen och minskar livsutrymmet.

Populationer reglerar sitt antal och anpassar sig till förändrade miljöförhållanden genom att uppdatera individer. Individer förekommer i befolkningen genom födseln och invandringen och försvinner till följd av död och emigration. Med en balanserad intensitet av födslar och dödsfall bildas en stabil befolkning. I en sådan population kompenseras dödligheten av tillväxt, d.v.s. befolkningsstorlek till dess utbredningsområde hålls på en viss nivå.

Befolkningsjämvikt finns dock inte i naturen. Varje population är utrustad med både statiska och dynamiska egenskaper, så deras täthet fluktuerar konstant. Men under stabila yttre förhållanden uppstår dessa fluktuationer kring något medelvärde. Som ett resultat av detta minskar eller ökar inte populationer, utökar eller begränsar inte deras räckvidd.

Självreglering av befolkningstätheten utförs av två ömsesidigt balanserande krafter som verkar i naturen. Detta är å ena sidan organismernas förmåga att reproducera, å andra sidan processer som är beroende av befolkningstäthet och begränsar reproduktionen. Autoreglering av befolkningstätheten är en nödvändig anpassning för att upprätthålla liv under ständigt föränderliga förhållanden.

En befolkning är den minsta utvecklande enheten. Den existerar inte isolerat, utan i anslutning till populationer av andra arter. Därför är icke-populationsmekanismer för automatisk reglering, närmare bestämt interpopulationsmekanismer, också utbredda i naturen samtidigt. Samtidigt är populationen ett reglerat objekt, och det naturliga systemet, som består av många populationer av olika arter, fungerar som en regulator. Detta system som helhet och populationerna av andra arter som ingår i det påverkar just denna population, och var och en för sig påverkar hela systemet som det är en del av.

Biogeocenosers funktion och struktur. I biocenoser mellan olika typer levande organismer har vissa kopplingar. Huvudformen av dessa kopplingar är näringsförhållanden, på grundval av vilka komplexa kedjor och cykler av näring och rumsliga förhållanden bildas. Det är genom föda och rumsliga relationer (trofiska och aktuella) som olika biotiska komplex byggs upp som förenar arterna av levande organismer till en enda helhet, d.v.s. in i det biologiska makrosystemet - biogeocenos.

Naturliga biogeocenoser representerar vanligtvis samhällen med flera arter. Och ju mer varierande i artsammansättning biocenosen är, desto fler möjligheter har den för en mer komplett och ekonomisk utveckling av material- och energiresurser.

Alla länkar i näringskedjan är sammankopplade och beroende av varandra. Mellan dem, från den första till den sista länken, utförs överföringen av materia och energi (Fig. 3.6, a). När energi överförs från en trofisk nivå till en annan går energi förlorad. Som ett resultat kan leveranskedjan inte vara lång. Oftast består den av 4-6 länkar på land och 5-8 i havet. I någon näringskedja används inte all mat för tillväxt av en individ, d.v.s. för ackumulering av biomassa. En del av det går åt till att täcka kroppens energikostnader: för andning, rörelse, reproduktion, upprätthållande av kroppstemperatur etc. Samtidigt kan biomassan från en länk inte bearbetas helt av nästa länk. I varje efterföljande länk i näringskedjan sker en minskning av biomassa jämfört med den föregående. Det gäller inte bara biomassa, utan även antalet individer och energiflöde.

Detta fenomen studerades av C. Elton och kallades siffrornas pyramid, eller Eltons pyramid (Fig. 3.6.6). Basen av pyramiden bildas av växter - producenter, fytofager ligger ovanför dem. Nästa länk representeras av konsumenter av den andra beställningen. Och så vidare till toppen av pyramiden, som består av de största rovdjuren. Antalet våningar i pyramiden motsvarar vanligtvis antalet länkar i näringskedjan.

Ekologiska pyramider uttrycker den trofiska strukturen i ett ekologiskt system i geometrisk form. De kan byggas av separata rektanglar av samma höjd, vars längd på en viss skala återspeglar värdet på den uppmätta parametern. På så sätt kan pyramider av siffror, biomassa och energi byggas.

Energikällan för ämnens biologiska cykel är solstrålning ackumulerad av gröna växter - autotrofer. Av all solstrålning som når jorden är det bara cirka 0,1-0,2% av energin som fångas upp av gröna växter och tillhandahåller hela den biologiska cykeln av ämnen i biosfären. Samtidigt förbrukas mer än hälften av energin som är förknippad med fotosyntes av växterna själva, medan resten ackumuleras i växtens kropp och sedan fungerar som en energikälla för hela mängden organismer av efterföljande trofiska nivåer.

Funktionerna hos levande materia i biosfären är olika, men de tjänar alla samma syfte - förflyttning av kemiska element. Varför är denna rörelse nödvändig, och hur inträffade den för 3,5 miljarder år sedan, det vill säga innan livet dök upp på jorden? Sedan starten har den levande materiens roll i biosfären blivit nyckeln. Trots sin obetydliga massa, cirka 10 -6 massor av andra skal på jorden, är den bäraren av energi på grund av vilken denna rörelse sker.

Begreppet "levande materia i biosfären" omfattar alla levande organismer på planeten. Oavsett vilken klass, art, släkte och så vidare de tillhör. Dessa är inte bara organiska ämnen, utan också oorganiska, såväl som mineraler. Den "bor" i alla skikt av biosfären - i litosfären, hydrosfären och atmosfären. Om existensvillkoren är olämpliga, hamnar den antingen i ett tillstånd av suspenderad animation, det vill säga saktar ner alla dess processer så mycket att synliga livsyttringar praktiskt taget saknas, eller så dör den.

Särdrag och roll

Hur skiljer man biosfärens levande materia från icke-levande?

För det femte finns det i alla fastillstånd. För det sjätte är det en individuell organism och kännetecknas, med ett generationsskifte, av kontinuitet eller ärftlighet.

Biosfärens levande materia säkerställer migration av kemiska element både från en organism till en annan, och mellan organismen och miljön. Rörelse uppstår när levande organismer smälter mat, utvecklas och växer och även rör sig under livets gång. Den första sådana rörelsen av element kallas kemisk eller biokemisk, och den andra - mekanisk. Dessutom strävar aktiviteten hos levande organismer efter att säkerställa att denna migration fortskrider så snabbt som möjligt och att energin som tas emot från solen används mest effektivt. För att göra detta anpassar, anpassar och utvecklar de hela tiden och kontinuerligt.

Funktioner

Levande organismers roll i biosfären är att utföra flera funktioner. De viktigaste är: energi, destruktiv, koncentration och miljöbildande.

Energifunktion. Det är förknippat med gröna klorofyllorganismers förmåga att fotosyntes. Med hjälp av solenergin de får omvandlar de de enklaste föreningarna som vatten, koldioxid och mineraler till komplexa organiska ämnen, som i sin tur är nödvändiga för andra levande varelsers existens. Växter har denna förmåga. För fotosyntesprocessen använder de bara 1% av solenergin som faller på jorden. De producerar årligen cirka 145 miljarder ton syre, för vilket de förbrukar cirka 200 miljarder ton koldioxid. I det här fallet produceras mer än 100 miljarder ton organiskt material. Det är så växter fyller på atmosfären med fritt syre. Om växter inte gjorde detta permanent, skulle syre, som ett aktivt kemiskt element, ingå i reaktioner och bilda olika föreningar, och som ett resultat skulle det helt försvinna från jordens atmosfär. Och med det skulle livet upphöra att existera. Förutom växter produceras organiskt material i en mycket liten mängd - inte mer än 0,5% av det totala, av vissa bakterier. Denna process kallas kemosyntes. Det handlar inte om solenergi, utan den energi som frigörs under oxidationsreaktionerna av svavel- och kväveföreningar.

Organiska föreningar som syntetiseras på detta sätt - protein, socker och så vidare - tillsammans med energin som finns i dem, är mat och distribueras längs den trofiska kedjan. Dessutom försvinner energin som syntetiseras av växter som värme eller ackumuleras i dött organiskt material och förvandlas till ett fossilt tillstånd. Och i denna är nästa funktion destruktiv.

Denna roll för levande organismer i biosfären kallas också mineralisering av organiska ämnen. Som ett resultat av nedbrytning omvandlas dött organiskt material till enkla oorganiska föreningar. Denna process involverar levande organismer som utför en destruktiv eller destruktiv funktion. I den trofiska kedjan kallas de "reducerare". Dessa är svampar, bakterier, maskar och mikroorganismer. Resultatet av nedbrytningen är: koldioxid, vatten, vätesulfid, metan, ammoniak och så vidare. Som i sin tur är "mat" för växter. Och processen börjar igen.

En viktig roll spelas av nedbrytningsprocessen som äger rum i litosfären. Tack vare honom frigörs element som kisel, aluminium, magnesium och järn från stenar.

Reducerare, med hjälp av de syror de har till sitt förfogande, "extraherar" och "sänder" sådana viktiga kemiska element som kalcium, kalium, natrium, fosfor, kisel och olika spårämnen till den biotiska cirkulationen. Tack vare destruktörerna får jorden sin bördighet.

En annan funktion hos levande organismer är koncentration. Det hänvisar till den process där vissa av deras arter extraherar och sedan ackumulerar vissa kemiska element i sig själva. I det här fallet kan koncentrationen av grundämnen som kol, väte, kväve, natrium, magnesium, kisel, svavel, klor, kalium, kalcium och syre vara hundratals och tusentals gånger högre än i miljön. Till exempel mangan med 1 200 000 gånger, silver med 240 000 och järn med 65 000. Skal, skal och skelett kan vara slående exempel på en sådan ansamling. Med grundämnen "lämpliga" för ackumulering, samlar vissa arter giftiga, giftiga och radioaktiva ämnen i sig själva. Och att få in dem i näringskedjan är helt klart inte positivt.

Motsatsen till koncentrationsfunktionen är spridningsfunktionen. Det visar sig med olika sekret, rörelser och liknande. Till exempel finns det en spridning av järn från blodet, med bett av olika insekter eller blodsugande.

Biosfären är inte bara interaktionen mellan levande organismer och utbytet av energi mellan dem. Den väsentliga rollen för levande organismer i biosfären är dess omvandling. Levande organismer förändrar de fysikalisk-kemiska parametrarna i sin miljö, och denna funktion kallas "miljöbildande". Det är, som ett resultat av alla tidigare övervägda funktioner i aggregatet. Utvinningen av kemiska grundämnen, deras ackumulering och sedan, med hjälp av den mottagna energin, "sändning" på vägen genom det biologiska kretsloppet, ledde till betydande förändringar i den naturliga miljön. Under miljarder år har atmosfärens gassammansättning förändrats, vattnets kemiska sammansättning har förändrats, sedimentära bergarter och bottensediment har uppstått och ett bördigt jordtäcke har uppstått. Och vi står för närvarande inför detta inflytande.

Genom att omvandla den yttre miljön skapar organismer en optimal balans av energi och "näringsämnen" för sin existens och hela biosfären som helhet. Denna balans, som ett resultat av många inre och yttre påverkan, är alltid under hot om förstörelse. Och substansen, på grund av dess listade kvaliteter, motstår sådan påverkan, återställer det trasiga och för systemet till ett stabilt tillstånd.

De övervägda funktionerna hos levande organismer i biosfären rörde två stadier av omvandlingen av organiskt material till oorganiskt och vice versa. I dessa stadier spelar växter sin roll som producenter och bakterier, svampar och mikroorganismer som nedbrytare. Vilken roll spelar konsumenter eller konsumenter, vars huvudtyper är djur?

Djur

Det mest mättade, vad gäller antalet övergångar från en organism till en annan, är stadiet mellan hur växterna producerade syre och slutar när den döda organismen träffar förstörarnas "bord".

Nästa nivå använder inte mer än 1% av energin från den föregående. När fytofager och zoofager dör faller deras kroppar i händerna på saprofager och bakterier. Saprofager är samma förstörare, nedbrytare eller gravgrävare. På deras "bord" fullbordar organiskt material sin resa. Cirkeln är sluten. Under denna cykel förblev mängden materia eller kemiska grundämnen densamma. Som det var för miljoner år sedan. Bara energi går till spillo. Man tror att djurens roll i biosfären är att de bidrar till förflyttning av kemikalier, deltar i deras distribution och i utbyte av energi. Men deras roll verkar vara något bredare. Som ett levande självorganiserande system försöker biosfären balansera och upprätthålla sin inre balans. Massan av dess levande materia måste bibehållas i en viss volym, och denna funktion utförs av djur. Ett exempel skulle vara de biosystem där djurvärlden har försvunnit eller står på gränsen till det. Som ett resultat faller materiens volym, vilket oundvikligen leder till förstörelsen av balansen och systemets död.