Ev › Yakıt › Doğada enerji akışı. Doğada madde ve enerji döngüsü

Doğada enerji akışı. Doğada madde ve enerji döngüsü

Her yaşam, sürekli bir enerji ve madde akışı gerektirir. Enerji temel yaşam reaksiyonlarını gerçekleştirmek için harcanır, madde organizmaların vücutlarını oluşturmak için kullanılır. Doğal ekosistemlerin varlığına, canlı ve cansız doğa arasındaki karmaşık malzeme ve enerji alışverişi süreçleri eşlik eder. Bu süreçler çok önemlidir ve yalnızca biyotik toplulukların bileşimine değil aynı zamanda fiziksel çevrelerine de bağlıdır.

Toplumdaki enerji akışı– bu, organik bileşiklerin (gıda) kimyasal bağları şeklinde bir seviyedeki organizmalardan diğerine geçişidir.

Maddenin akışı (döngüsü), kimyasal elementler ve bunların bileşikleri formundaki maddenin üreticilerden ayrıştırıcılara ve daha sonra (canlı organizmaların katılımı olmadan meydana gelen kimyasal reaksiyonlar yoluyla) tekrar üreticilere hareketidir.

Maddenin hareketini ölçmek için sıklıkla çeşitli enerji eşdeğerleri (kalori, kilokalori, joule) kullanılmasına rağmen, maddenin dolaşımı ve enerji akışı aynı kavramlar değildir. Bu kısmen, ilki hariç tüm trofik seviyelerde organizmaların yaşamı için gerekli enerjinin tüketilen gıda maddesi biçiminde aktarılmasıyla açıklanmaktadır. Güneş'in ışınım enerjisini yalnızca bitkiler (üreticiler) yaşam aktiviteleri için doğrudan kullanabilirler.

Bir ekosistemde dolaşan bir maddenin kesin bir ölçümü, bireysel kimyasal elementlerin, özellikle de bitki ve hayvan hücrelerinin sitoplazmasının ana yapı malzemesi olanların dolaşımı dikkate alınarak elde edilebilir.

Ekosistemin farklı bloklarında sürekli dolaşan ve döngüye her zaman yeniden girebilen maddelerin aksine enerji vücutta yalnızca bir kez kullanılabilir.

Fizik yasalarına göre enerji bir formdan (ışık enerjisi gibi) diğerine (gıdanın potansiyel enerjisi gibi) dönüşebilir, ancak asla yeniden yaratılmaz veya yok edilmez. Enerjinin bir kısmını kaybetmeden dönüşümüyle ilgili tek bir süreç olamaz. Dönüşümlerinde belli miktarda enerji ısı şeklinde dağılır ve dolayısıyla kaybolur. Bu nedenle örneğin gıda maddelerinin organizmanın vücudunu oluşturan maddelere yüzde yüz verimle dönüşmesi mümkün değildir.

Tüm ekosistemlerin varlığı, tüm organizmaların yaşamsal işlevlerini sürdürebilmeleri ve kendilerini çoğaltabilmeleri için gerekli olan enerjinin sürekli akışına bağlıdır.

Yeşil bitkilere düşen güneş akışının yalnızca yarısı fotosentetik elementler tarafından emilir ve emilen enerjinin yalnızca küçük bir kısmı (1/100'den 1/20'ye kadar) aktivite için gerekli enerji formunda depolanır. bitki dokularından oluşur.

Birincil üreticiden uzaklaştıkça, enerji akış hızı (yani, bir trofik seviyeden diğerine aktarılan, enerji birimleriyle ifade edilen enerji miktarı) keskin bir şekilde azalır.

Bir trofik seviyeden daha yüksek bir seviyeye geçiş sırasında enerji miktarındaki düşüş, bu seviyelerin sayısını bizzat belirler. Herhangi bir trofik seviyenin, önceki seviyenin enerjisinin yalnızca yaklaşık %10'unu (veya biraz daha fazlasını) aldığı tahmin edilmektedir. Bu nedenle toplam trofik düzey sayısı nadiren 3-4'ü aşar.

Farklı trofik seviyelerdeki canlı maddenin oranı genellikle gelen enerjinin oranıyla aynı kurala uyar: seviye ne kadar yüksek olursa, toplam biyokütle ve onu oluşturan organizmaların sayısı o kadar düşük olur.

Farklı organizma gruplarının sayılarının oranı, topluluğun istikrarı hakkında bir fikir verir, çünkü bazı popülasyonların biyokütlesi ve sayısı aynı zamanda bu ve diğer türlerin organizmaları için yaşam alanının bir göstergesidir. . Örneğin, bir ormandaki ağaçların sayısı yalnızca bunların içerdiği toplam biyokütle ve enerji arzını değil, aynı zamanda mikro iklimi ve birçok böcek ve kuş için barınak sayısını da belirler.

Sayı piramitleri tersine çevrilebilir. Bu, av popülasyonunun üreme hızı yüksek olduğunda ve düşük biyokütlede bile meydana gelir; böyle bir popülasyon, biyokütlesi yüksek ancak üreme oranı düşük yırtıcılar için yeterli bir besin kaynağı olabilir. Örneğin, birçok böcek tek bir ağaçta (tersine çevrilmiş bir nüfus piramidi) yaşayabilir ve beslenebilir. Tersine çevrilmiş biyokütle piramidi, birincil üreticilerin (fitoplanktonik algler) çok hızlı bir şekilde bölündüğü ve sayıca çoğaldığı ve tüketicilerinin (zooplanktonik kabuklular) çok daha büyük olduğu ancak uzun bir üreme döngüsüne sahip olduğu su ekosistemlerinin karakteristiğidir.

Mera ve kırıntılı zincirler

Enerji bir toplulukta birçok farklı yolla akabilir. Tüm tüketicilerin besin zincirini temsil eder(tüketici sistemi) iki bağlantının daha eklenmesiyle: bu ölü organik madde Ve ayrıştırıcı besin zinciri(indirgeme sistemi).

Otçullar aracılığıyla bitkilerden enerji akışı(bunlara otlatma denir), çayır besin zinciri denir.

Tüketiciler tarafından kullanılmayan, tükettikleri organizmaların kalıntıları ölü organik maddeyi yeniler. Sindirilmemiş yiyeceklerin bir kısmını içeren dışkıların yanı sıra hayvan cesetleri, bitki artıkları (yapraklar, dallar, algler) içerir ve denir. döküntü.

Ölü organik maddeden kaynaklanan ve ayrıştırma sisteminden geçen enerji akışına kırıntılı besin zinciri denir.

Benzerliklerin yanı sıra mera ve döküntü besin zincirlerinin işleyişinde de derin farklılıklar vardır. Bu, şu gerçeği içerir: tüketici sisteminde dışkı ve ölü organizmalar kaybolur ve indirgeyici sistemde– HAYIR.

Ölü organik maddede bulunan enerji, er ya da geç, ayrıştırıcılar tarafından tamamen kullanılacak ve ayrıştırıcılar sisteminden birkaç kez geçmeyi gerektirse bile, solunum yoluyla ısı olarak dağılacaktır. Tek istisna, yerel abiyotik koşulların ayrışma süreci için çok elverişsiz olduğu durumlardır (yüksek nem, permafrost). Bu durumlarda, zamanla ve uygun koşullar altında yanıcı organik fosillere (petrol, kömür, turba) dönüşen, tamamlanmamış, yüksek enerji yoğunluğuna sahip maddelerin birikintileri birikir.

Bir ekosistemdeki maddelerin döngüsü

Doğal ekosistemlerin bütünlüğü, özellikle içlerinde dolaşan madde akışları dikkate alındığında açıkça ortaya çıkar. Madde, organizmalar ve çevre arasında tekrar tekrar dolaşan kapalı döngüler (dolaşımlar) halinde aktarılabilir.

Kimyasal elementlerin (yani maddelerin) dairesel hareketlerine (kara, hava, su yoluyla) biyojeokimyasal döngüler veya dolaşımlar denir.

Yaşam için gerekli olan elementler ve çözünmüş tuzlara geleneksel olarak denir. besinler(hayat vermek) veya besinler. Biyojenik elementler arasında iki grup ayırt edilir: makrotrofik maddeler ve mikrotrofik maddeler.

Makrotrofik maddeler canlı organizmaların dokularının kimyasal temelini oluşturan elementleri kapsar. Bunlar şunları içerir: karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen, fosfor, potasyum, kalsiyum, magnezyum, kükürt.

Mikrotrofik maddeler canlı sistemlerin varlığı için de çok önemli olan elementleri ve bunların bileşiklerini içerir, ancak son derece küçük miktarlarda. Bu tür maddelere sıklıkla denir mikro elementler. Bunlar demir, manganez, bakır, çinko, bor, sodyum, molibden, klor, vanadyum ve kobalttır. Mikrotrofik elementler organizmalar için çok küçük miktarlarda gerekli olmasına rağmen, bunların eksikliği üretkenliği ciddi şekilde sınırlayabilir.

Besinlerin dolaşımına genellikle kimyasal dönüşümleri eşlik eder. Örneğin nitrat nitrojen, mikroorganizmaların etkisi altında protein nitrojene dönüştürülebilir, daha sonra üreye dönüştürülebilir, amonyağa dönüştürülebilir ve tekrar nitrat formuna sentezlenebilir. Denitrifikasyon ve nitrojen fiksasyonu süreçlerinde hem biyolojik hem de kimyasal çeşitli mekanizmalar rol oynar.

Besin rezervleri değişkendir. Bunlardan bazılarını canlı biyokütle olarak ayırma işlemi, abiyotik ortamda kalan miktarı azaltır. Ve eğer bitkiler ve diğer organizmalar sonunda ayrışmasaydı, besin kaynakları tükenecek ve Dünya'daki yaşam sona erecekti. Bundan şu sonuca varabiliriz Heterotrofların aktivitesi, özellikle detrital zincirlerde çalışan organizmalar,– Besin döngüsünün ve ürünlerin oluşumunun sürdürülmesinde belirleyici bir faktör.

Biyojeokimyasal karbon döngüsüne dönerek, madde transferinin ölçeğini gösteren bazı sayısal verilere bakalım. Bitkiler tarafından organik maddenin sentezi için kullanılan doğal karbon kaynağı, atmosferin bir parçası olan veya suda çözünen karbondioksittir. Fotosentez sırasında karbondioksit (karbon dioksit), hayvanlar için besin görevi gören organik maddeye dönüştürülür. Yakıtların solunumu, fermantasyonu ve yanması karbondioksitin atmosfere geri dönmesini sağlar.

Gezegenimizin atmosferindeki karbon rezervlerinin 700 milyar ton, hidrosferde ise 50.000 milyar ton olduğu tahmin edilmektedir.Yıllık hesaplamalara göre fotosentez sonucunda karada ve sudaki bitki kütlesindeki artış 30 milyar tondur ve Sırasıyla 150 milyar ton Karbon döngüsü yaklaşık 300 yıl sürüyor.

Başka bir örnek fosfor döngüsüdür. Fosforun ana rezervleri, yavaş yavaş (yıkım ve erozyon sonucu) fosfatlarını karasal ekosistemlere bırakan çeşitli kayalar içerir. Fosfatlar bitkiler tarafından tüketilir ve onlar tarafından organik maddelerin sentezlenmesinde kullanılır. Hayvan karkasları mikroorganizmalar tarafından ayrıştırıldığında fosfatlar toprağa geri döner ve daha sonra bitkiler tarafından tekrar kullanılır. Ayrıca fosfatların bir kısmı da su yollarıyla denize taşınıyor. Bu, fitoplanktonun ve ona bağlı tüm besin zincirlerinin gelişmesini sağlar. Deniz suyunda bulunan fosforun bir kısmı guano şeklinde karaya dönebilir.

ekosistem biyosfer enerji döngüsü

giriiş

Ekosistem kavramı ve yapısı

1 Ekosistem kavramı

2 Ekosistemlerin sınıflandırılması

3 Makroekosistemlerin bölgelere ayrılması

4 Ekosistem yapısı

Ekosistemlerin bütünlüğünü sağlayan faktörler

1 Madde döngüsü

2 Ekosistemlerde enerji akışı

3 Ekosistemlerde bütünlüğü ve sürdürülebilirliği sağlayan dinamik süreçler

4 Ekosistemlerin bütünlüğünü ve sürdürülebilirliğini sağlayan küresel bir ekosistem olarak biyosfer

Çözüm

giriiş

Bir ekosistem, içinde maddelerin dolaşımının meydana gelebildiği organizmalar ve inorganik bileşenlerden oluşan herhangi bir koleksiyondur. N.F.'ye göre. Reimers (1990)'e göre ekosistem, bireysel çevresel bileşenler arasında var olan karşılıklı bağımlılık ve neden-sonuç ilişkileri temelinde ortaya çıkan, tek bir işlevsel bütün halinde birleşmiş, canlı varlıklardan ve onun habitatından oluşan herhangi bir topluluktur. A. Tansley (1935) aşağıdaki ilişkiyi önerdi:

Mikroekosistemler, mezoekosistemler, makroekosistemler ve küresel biyosfer bulunmaktadır. Büyük karasal ekosistemlere biyom denir. Ekosistemler düzensiz bir şekilde dağılmış değildir; aksine hem yatay (enlem açısından) hem de dikey (yükseklik açısından) oldukça düzenli bölgelerde gruplandırılmışlardır.

Ekvatordan kutuplara kadar, farklı yarım kürelerdeki biyomların dağılımında belirli bir simetri görülür: tropik yağmur ormanları, çöller, bozkırlar, ılıman ormanlar, iğne yapraklı ormanlar, tayga.

Her ekosistemin iki ana bileşeni vardır: organizmalar ve onların cansız çevrelerinden gelen faktörler. Organizmaların (bitkiler, hayvanlar, mikroplar) tamamına ekosistemin biyotası denir. Trofik yapı açısından (Yunanca trofe - beslenmeden), ekosistem iki aşamaya ayrılabilir: üst, alt.

Aşağıdaki bileşenler bir ekosistemin parçası olarak ayırt edilir: inorganik, organik bileşikler, hava, su ve substrat ortamları, üreticiler, ototrofik organizmalar, tüketiciler veya fagotroplar, ayrıştırıcılar ve detritivorlar.

Dünyadaki güneş enerjisi iki madde döngüsüne neden olur: büyük veya jeolojik ve küçük, biyolojik (biyotik).

Bir ekosistemde madde döngüleri vardır. En çok çalışılanlar şunlardır: karbon, oksijen, nitrojen, fosfor, kükürt vb. döngüleri.

Organizmaların yaşamsal faaliyetlerinin sürdürülmesi ve ekosistemlerdeki madde dolaşımının devamı, yani ekosistemlerin varlığı, güneş enerjisinin sürekli akışına bağlıdır.

Ekosistemlerde, üyelerinin durumlarında, yaşamsal faaliyetlerinde ve nüfus oranlarında sürekli değişiklikler meydana gelir. Herhangi bir toplulukta meydana gelen çeşitli değişiklikler iki ana türe ayrılır: döngüsel ve ilerici.

Küresel bir ekosistem, ekosistemlerin bütünlüğü ve istikrarı ile karakterize edilen bir biyosferdir.

1. Ekosistemlerin kavramı ve yapısı

1 Ekosistem kavramı

Canlı organizmalar ve onların cansız (abiyotik) çevreleri birbirleriyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır ve sürekli etkileşim halindedir. Bir ekosistemin herhangi bir birimi (biyosistem) ekolojik bir sistemdir. Ekolojik sistem veya ekosistem, organizmaları ve cansız çevreyi (birbirlerinin özelliklerini karşılıklı olarak etkileyen bileşenleri ve Dünya'da var olan biçimde yaşamı sürdürmek için gerekli koşulları) içerdiğinden ekolojideki temel işlevsel birimdir. "Ekosistem" terimi ilk kez 1935'te İngiliz ekolojist A. Tansley tarafından önerildi. Günümüzde ekosistemin aşağıdaki tanımı yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir ekosistem, içinde maddelerin dolaşımının meydana gelebildiği organizmalar ve inorganik bileşenlerden oluşan herhangi bir koleksiyondur. N.F.'ye göre. Reimers (1990)'e göre ekosistem, bireysel çevresel bileşenler arasında var olan karşılıklı bağımlılık ve neden-sonuç ilişkileri temelinde ortaya çıkan, tek bir işlevsel bütün halinde birleşmiş, canlı varlıklardan ve onun habitatından oluşan herhangi bir topluluktur. Belirli bir fizikokimyasal ortamın (biyotop) bir canlı organizma topluluğu (biyosenoz) ile birleşiminin bir ekosistem oluşturduğu vurgulanmalıdır. A. Tansley (1935) aşağıdaki ilişkiyi önerdi:

Ekosistem = Biyotop + Biyosinoz

V.N.'nin tanımına göre. Sukachev'e göre biyojeosinoz, “kendisini oluşturan bu bileşenlerin etkileşimlerinin kendine özgü bir özelliği ve belirli bir türde etkileşimleri olan, dünya yüzeyinin belirli bir bölümündeki bir dizi homojen doğal olaydır (atmosfer, kaya, toprak ve hidrolojik koşullar). Kendileri ve diğer doğa olayları arasında madde ve enerji alışverişi vardır ve sürekli hareket ve gelişme içinde, içsel olarak çelişkili bir diyalektik birliği temsil eder."

Ekosistem A. Tensley ve biyojeosinoz kavramlarına ek olarak V.N. Sukachev, çevre ile etkileşime giren herhangi bir organizma üstü yaşam sistemini belirtmek için "ekosistem" teriminin kesinlikle "boyutsuz" kullanılmasını öneren F. Evans'ın (1956) kuralını formüle etti. Ancak birçok yazar “ekosistem” terimine biyojeosinoz anlamını vermiştir. temel ekosistemdir ve aynı zamanda biyosfer ekosistemine kadar biyojeokoenotik üstü oluşumların hiyerarşisinde daha yüksektir.

2 Ekosistemlerin sınıflandırılması

Büyük karasal ekosistemlere biyom denir. Her biyom bir dizi daha küçük, birbirine bağlı ekosistem içerir. Ekosistemlerin çeşitli sınıflandırmaları vardır:

Yaprak dökmeyen tropikal yağmur ormanı

Çöl: Çim ve çalı Chaparral - kışları yağışlı ve yazları kurak olan alanlar

Tropikal Graslenz ve Savannah

Ilıman bozkır

Ilıman yaprak döken orman

Kuzey iğne yapraklı ormanlar

Tundra: Arktik ve Alp

Tatlı su ekosistemlerinin türleri:

Şerit (durgun sular): göller, göletler vb.

Lotik (akan sular): nehirler, akarsular vb.

Sulak alanlar: bataklıklar ve bataklık ormanları

Deniz Ekosistem Türleri

Açık okyanus (pelajik)

Kıta sahanlığı suları (kıyı suları)

Yükselen alanlar (üretken balıkçılığa sahip verimli alanlar)

Haliçler (kıyı koyları, boğazlar, nehir ağızları, tuzlu bataklıklar vb.). Karasal biyomlar burada doğal veya orijinal bitki örtüsü özellikleriyle, su ekosistemleri türleri ise jeolojik ve fiziksel özellikleriyle ayırt edilir. Listelenen ana ekosistem türleri, insan uygarlığının geliştiği çevreyi ve Dünya'daki yaşamı destekleyen ana biyotik toplulukları temsil eder.

3 Makroekosistemlerin bölgelere ayrılması

Ekosistemlerin coğrafi dağılımının incelenmesi yalnızca kıtasal ölçekte ele alınan büyük ekolojik birimler - makroekosistemler düzeyinde gerçekleştirilebilir. Ekosistemler düzensiz bir şekilde dağılmış değildir; aksine hem yatay (enlem açısından) hem de dikey (yükseklik açısından) oldukça düzenli bölgelerde gruplandırılmışlardır. Bu, A.A.'nın periyodik coğrafi bölgeleme yasası ile doğrulanmaktadır. Grigorieva - M.I. Budyko: Dünyanın fiziksel-coğrafi bölgelerinin değişmesiyle birlikte benzer peyzaj bölgeleri ve bunların bazı genel özellikleri periyodik olarak tekrarlanıyor. Bu aynı zamanda yaşamın yer-hava ortamı dikkate alındığında da tartışıldı. Kanunla belirlenen periyodiklik, kuruluk indeksi değerlerinin farklı bölgelerde 0'dan 4-5'e kadar değişmesi, kutuplar ile ekvator arasında üç kez birliğe yakın olmasıyla ortaya çıkmaktadır. Bu değerler peyzajların en yüksek biyolojik verimliliğine karşılık gelir.

Bir hiyerarşik düzeydeki bir dizi sistemdeki özelliklerin periyodik olarak tekrarlanması, muhtemelen, sistemik kümelerin yapısındaki periyodiklik yasası veya bir düzeydeki sistem-periyodik yasa - belirli doğal sistemler olarak formüle edilen, evrenin genel bir yasasıdır ( Organizasyonun alt düzeyi), üst ve alt sistem uzay-zaman sınırları içinde morfolojik olarak benzer yapıların periyodik veya tekrarlanan bir dizisini oluşturur; bunun ötesinde belirli bir düzeyde sistemlerin varlığı imkansız hale gelir. Kararsız bir duruma girerler veya başka bir organizasyon düzeyi de dahil olmak üzere başka bir sistem yapısına dönüşürler.

Sıcaklık ve yağış, ana karasal biyomların dünya yüzeyindeki konumunu belirler. Belirli bir bölgede oldukça uzun bir süre boyunca sıcaklık ve yağış düzenine iklim diyoruz. Dünyanın farklı bölgelerindeki iklim farklıdır. Yıllık yağış miktarı 0 ila 2500 mm veya daha fazla arasında değişir. Sıcaklık ve yağış rejimleri çok farklı şekillerde birleşir.

İklim koşullarının özellikleri de belirli bir biyomun gelişimini belirler.

Ekvatordan kutuplara kadar farklı yarım kürelerdeki biyomların dağılımında belirli bir simetri görülür:

Tropikal yağmur ormanları (kuzey Güney Amerika, Orta Amerika, ekvator Afrika'nın batı ve orta kısımları, Güneydoğu Asya, kuzeybatı Avustralya'nın kıyı bölgeleri, Hint ve Pasifik Okyanuslarının adaları). İklim mevsim değişiminin olmadığı (ekvatora yakınlık), yıllık ortalama sıcaklığın 17°C'nin (genellikle 28°C) üzerinde olduğu, yıllık ortalama yağışın 2400 mm'yi aştığı bir iklimdir.

Bitki örtüsü: ormanlar hakimdir. Bazı ağaç türlerinin boyları 60 m'ye kadar çıkabilmektedir.Gövde ve dallarında kökleri toprağa ulaşmayan epifitik bitkiler ve topraktan kök alıp ağaçların tepelerine tırmanan odunsu asmalar bulunur. Bütün bunlar kalın bir gölgelik oluşturur.

Fauna: Tür kompozisyonu diğer tüm biyomların toplamından daha zengindir. Özellikle çok sayıda amfibiler, sürüngenler ve kuşlar (kurbağalar, kertenkeleler, yılanlar, papağanlar), maymunlar ve diğer küçük memeliler, parlak renkli egzotik böcekler ve rezervuarlardaki parlak renkli balıklar bulunmaktadır.

Özellikleri: Topraklar genellikle ince ve fakirdir, besinlerin çoğu köklü bitki örtüsünün yüzey biyokütlesinde bulunur.

2. Savanlar (ekvatoral Afrika, Güney Amerika, güney Hindistan'ın önemli bir kısmı). İklim yılın büyük bölümünde kuru ve sıcaktır. Islak mevsimde şiddetli yağışlar. Sıcaklık: yıllık ortalama en yüksek. Yağış miktarı özellikle yağışlı mevsimde 750-1650 mm/yıldır. Bitki örtüsü - nadir yaprak döken ağaçlara sahip bluegrass (tahıl) bitkileri. Fauna: antiloplar, zebralar, zürafalar, gergedanlar, yırtıcı hayvanlar - aslanlar, leoparlar, çitalar gibi büyük otçul memeliler.

Çöller (Afrika'nın bazı bölgeleri, örneğin Sahra; Orta Doğu ve Orta Asya, Büyük Havza ve Amerika Birleşik Devletleri'nin güneybatısı ve kuzey Meksika, vb.). İklim çok kuru. Sıcaklık - sıcak günler ve soğuk geceler. Yağış miktarı 250 mm/yıl'dan azdır. Bitki örtüsü: Seyrek çalılar, genellikle dikenli, bazen kaktüsler ve kısa otlar, nadir yağmurlardan sonra zemini hızla çiçekli bir halıyla kaplar. Bitkiler, nadir yağışlardan nemi yakalayan geniş yüzey kök sistemlerine ve ayrıca yeraltı suyu seviyesine (30 m ve daha derin) kadar toprağa nüfuz eden kazık köklere sahiptir. Fauna: Çeşitli kemirgenler (kanguru faresi vb.), kurbağalar, kertenkeleler, yılanlar ve diğer sürüngenler, baykuşlar, kartallar, akbabalar, küçük kuşlar ve büyük miktarlarda böcekler.

4. Bozkırlar (Kuzey Amerika'nın merkezi, Rusya, Afrika'nın belirli bölgeleri ve Avustralya, Güney Amerika'nın güneydoğusu). İklim mevsimseldir. Sıcaklıklar - Yaz sıcaklıkları orta derecede sıcak ile sıcak arasında değişir, kış sıcaklıkları 0°C'nin altındadır. Yağış - 750-2000 mm/yıl. Bitki örtüsü: Kuzey Amerika'nın bazı bozkırlarında 2 m'ye kadar veya daha yüksek yüksekliğe sahip bluegrass (tahıllar) veya örneğin Rus bozkırlarında 50 cm'ye kadar, ıslak alanlarda izole edilmiş ağaçlar ve çalılar hakimdir. Fauna: büyük otçul memeliler - bizon, pronghorn antilopu (Kuzey Amerika), vahşi atlar (Avrasya), kangurular (Avustralya), zürafalar, zebralar, beyaz gergedanlar, antiloplar (Afrika); Yırtıcı hayvanlar arasında çakallar, aslanlar, leoparlar, çitalar, sırtlanlar, çeşitli kuşlar ve tavşanlar, yer sincapları ve yerdomuzları gibi küçük oyuk memelileri bulunur.

5. Ilıman ormanlar (Batı Avrupa, Doğu Asya, doğu ABD). İklim - kış sıcaklıklarının 0'ın altında olduğu mevsimsel 0C. Yağış - 750-2000 mm/yıl. Bitki örtüsü: 35-45 m yüksekliğe kadar geniş yapraklı yaprak döken ağaçlardan (meşe, ceviz, akçaağaç), çalı çalılarından, yosunlardan, likenlerden oluşan ormanlar hakimdir. Fauna: Memeliler (ak kuyruklu geyik, kirpi, rakun, opossum, sincap, tavşan, sivri fareler), kuşlar (ötleğen, ağaçkakan, karatavuk, baykuş, şahin), yılanlar, kurbağalar, semenderler, balıklar (alabalık, levrek, yayın balığı vb.) . ), bol miktarda toprak mikrofaunası (Şekil 12.3).

Biyota mevsimsel iklime uyarlanmıştır: kış aylarında kış uykusu, göç, uyku hali.

6. İğne yapraklı ormanlar, tayga (Kuzey Amerika, Avrupa ve Asya'nın kuzey bölgeleri). İklim uzun ve soğuk kışlardır, yağışların bir kısmı kar şeklinde düşer. Bitki örtüsü: Yaprak dökmeyen iğne yapraklı ormanlar hakimdir; çoğunlukla ladin, çam ve köknar. Fauna: Büyük otçul toynaklılar (katır geyiği, ren geyiği), küçük otçul memeliler (tavşan, sincap, kemirgenler), kurt, vaşak, tilki, kara ayı, boz ayı, wolverine, vizon ve diğer yırtıcı hayvanlar, kısa yaz aylarında çok sayıda kan emen böcek zaman. Kutup günleri ve kutup geceleri nedeniyle iklim oldukça soğuktur. Yıllık ortalama sıcaklık -5°C'nin altındadır. Birkaç haftalık kısa yaz mevsiminde toprak bir metreden fazla derinliğe kadar erimez. Yağış miktarı 250 mm/yıl'dan azdır. Bitki örtüsü: Yavaş büyüyen likenler, yosunlar, çimenler, sazlar ve cüce çalılar hakimdir. Fauna: büyük otçul toynaklılar (ren geyiği, misk öküzü), küçük oyuk memelileri (tüm yıl boyunca, örneğin lemmings), kışın kamuflaj beyazı rengini alan yırtıcı hayvanlar (kutup tilkisi, vaşak, ermin, kar baykuşu). Kısa yaz aylarında, tundrada çok sayıda göçmen kuş yuva yapar; bunların arasında, burada bol miktarda bulunan böcekler ve tatlı su omurgasızlarıyla beslenen özellikle çok sayıda su kuşu vardır.

Kara ekosistemlerinin, özellikle belirgin rahatlamanın olduğu yerlerde dikey yüksekliğe göre bölgelenmesi de çok açıktır.

Nem, biyomun türünü belirleyen ana faktördür. Yeterince büyük miktarda yağışla orman bitki örtüsü gelişir. Sıcaklık ormanın türünü belirler. Bozkır ve çöl biyomlarında da durum tamamen aynıdır. Soğuk bölgelerdeki bitki örtüsü türlerindeki değişiklikler, düşük sıcaklıklarda buharlaşma yoluyla daha az su kaybı yaşandığından, yıllık yağış miktarlarının azalmasıyla ortaya çıkar. Sıcaklık yalnızca permafrostun olduğu çok soğuk koşullarda önemli bir faktör haline gelir.

Dolayısıyla ekosistemlerin bileşimi büyük ölçüde işlevsel “amaçlarına” bağlıdır ve bunun tersi de geçerlidir.

N.F.'ye göre. Reimers (1994), bu, ekolojik tamamlayıcılık (tamamlayıcılık) ilkesine yansır: ekosistemin hiçbir işlevsel parçası (ekolojik bileşen, öğe, vb.), işlevsel olarak tamamlayıcı başka parçalar olmadan var olamaz. Ona yakın ve onu genişleten ekolojik uyum (yazışma) ilkesidir:. İşlevsel olarak birbirini tamamlayan ekosistemin canlı bileşenleri, aynı organizmalar (biyoiklim vb.) tarafından büyük ölçüde dönüştürülen abiyotik ortamın koşullarıyla koordineli olarak bunun için uygun adaptasyonlar geliştirir. Organizmalar ve onların yaşam alanları arasında, dışsal ve senosis tarafından yaratılan ikili bir dizi yazışma vardır.

4 Ekosistem yapısı

Trofik yapı açısından (Yunanca trophe - beslenmeden), ekosistem iki aşamaya ayrılabilir:

Sayma enerjisinin sabitlenmesinin ve basit inorganik bileşiklerin kullanımının hakim olduğu bitkiler veya bunların klorofil içeren kısımları dahil olmak üzere üst ototrofik (kendi kendini besleyen) katman veya "yeşil kuşak".

Alttaki, karmaşık bileşiklerin kullanımının, dönüşümünün ve ayrışmasının baskın olduğu heterotrofik (başkaları tarafından beslenen) katman veya toprak ve çökeltilerden, çürüyen maddeden, köklerden vb. oluşan "kahverengi kuşak"tır.

Biyolojik açıdan bakıldığında bir ekosistemin parçası olarak aşağıdaki bileşenler ayırt edilir:

inorganik;
organik bileşikler;
hava, su ve alt tabaka ortamı;
üreticiler, ototrofik organizmalar;
tüketiciler veya fagotroplar;
ayrıştırıcılar ve detritivorlar.

Bir ekosistemde kategoriler arasındaki gıda ve enerji bağlantıları her zaman nettir ve şu yönde ilerler:

ototroflar - heterotroflar veya daha eksiksiz bir biçimde;

ototroflar -> tüketiciler -> ayrıştırıcılar (yıkıcılar).

Ekosistemlerin temel enerji kaynağı Güneş'tir. Güneşin Dünya gezegenine gönderdiği enerji akışı (T.A. Akimova, V.V. Khaskin, 1994'e göre) yılda 20 milyon EJ'yi aşıyor. Bu akışın yalnızca dörtte biri atmosferin sınırına yaklaşıyor. Bunun yaklaşık %70'i yansıtılır, atmosfer tarafından emilir ve uzun dalga kızılötesi radyasyon şeklinde yayılır. Dünya yüzeyine düşen güneş ışınımı yılda 1,54 milyon EJ'dir. Bu devasa miktardaki enerji, insanlığın 20. yüzyılın sonundaki tüm enerjisinin 5000 katı ve en az 100 milyon yıl boyunca biriken mevcut tüm organik kökenli fosil yakıt kaynaklarının enerjisinin 5,5 katıdır.

Gezegenin yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin çoğu doğrudan ısıya, suyu veya toprağı ısıtarak havayı ısıtıyor. Bu ısı, hava durumunu belirleyen su döngüsünün, hava akımlarının ve okyanus akıntılarının ardındaki itici güç görevi görür ve yavaş yavaş uzaya salınarak orada kaybolur. Ekosistemlerin bu doğal enerji akışındaki yerini belirlemek için, ne kadar kapsamlı ve karmaşık olursa olsun, yalnızca küçük bir kısmını kullandıklarının farkına varmak önemlidir. Bu, ekosistemlerin işleyişinin temel ilkelerinden birini ima eder: ekosistemler, miktarı nispeten sabit ve bol olan, kirletici olmayan ve neredeyse sonsuz güneş enerjisi nedeniyle var olurlar. Güneş enerjisinin listelenen özelliklerinin her birini daha ayrıntılı olarak verelim:

Aşırı. Bitkiler, Dünya'ya ulaşan miktarının yaklaşık %0,5'ini kullanır; güneş enerjisi sonuçta ısıya dönüşür, bu durumda kullanımındaki artışın biyosferin dinamiklerini etkilememesi gerekir.
Saflık. Güneş enerjisi “temizdir”, Güneş'in derinliklerinde gerçekleşen ve enerjisinin kaynağı olan nükleer reaksiyonlara radyoaktif kirlenme eşlik etse de tamamı Dünya'dan 150 milyon km uzakta kalır.
Tutarlılık. Güneş enerjisi her zaman aynı, sınırsız miktarda mevcut olacaktır.
Sonsuzluk. Güneş birkaç milyar yıl sonra sönecek. Ancak bunun bizim için pratik bir önemi yok, çünkü modern verilere göre insanlar yalnızca yaklaşık 3 milyon yıldır varlar. Bu bir milyarın yalnızca %0,3'ü. Dolayısıyla, 1 milyar yıl sonra Dünya'da yaşam imkansız hale gelse bile, insanlığın elinde bu sürenin %99,7'si kalır, ya da her 100 yılda bir yalnızca %0,00001 oranında azalacaktır.

2. Ekosistemlerin bütünlüğünü sağlayan faktörler

1 Madde döngüsü

Her iki döngü de birbirine bağlıdır ve sanki tek bir süreci temsil eder. Atmosferde bulunan oksijenin tamamının organizmalar arasında (solunum sırasında birleşip fotosentez sırasında salındığı) 2000 yıl içinde döngüye girdiği, atmosferdeki karbondioksitin 300 yıl içinde ters yönde döngüye girdiği ve Dünya'daki suyun tamamının tükendiği tahmin edilmektedir. 2.000.000 yıl içinde fotosentez ve solunum yoluyla ayrışıp yeniden yaratıldı.

Abiyotik faktörlerin ve ekosistemin canlı organizmalarının etkileşimine, biyotop ile biyosenoz arasında alternatif organik ve mineral bileşikler formunda sürekli bir madde dolaşımı eşlik eder. Bir ekosistem içerisinde çeşitli aşamaları meydana gelen, canlı organizmalar ile inorganik çevre arasındaki kimyasal element alışverişine biyojeokimyasal dolaşım veya biyojeokimyasal döngü denir.

Su döngüsü. Aktarılan kütleler ve enerji tüketimi açısından Dünya üzerindeki en önemli döngü, gezegensel hidrolojik döngü yani su döngüsüdür.

Her saniyede 16,5 milyon m3 su karışıyor ve buna 40 milyar MW'tan fazla güneş enerjisi harcanıyor (T.A. Akimova V.V. Haskin, (1994)'e göre). Ancak bu döngü yalnızca su kütlelerinin aktarımı değildir. Bunlar faz dönüşümleri, çözelti ve süspansiyonların oluşumu, çökeltme, kristalleşme, fotosentez işlemlerinin yanı sıra çeşitli kimyasal reaksiyonlardır. Hayat bu ortamda doğmuş ve devam etmektedir. Su yaşam için gerekli olan temel elementtir. Kantitatif olarak canlı maddenin en yaygın inorganik bileşenidir. İnsanlarda vücut ağırlığının %63'ünü, mantarlarda %80'ini, bitkilerde %80-90'ını ve bazı denizanalarında %98'ini su oluşturur.

Su, biraz sonra göreceğimiz gibi biyolojik döngüye katılır ve hidrojen ve oksijen kaynağı olarak hizmet eder ve toplam hacminin yalnızca küçük bir kısmını oluşturur.

Sıvı, katı ve buhar hallerinde su, biyosferin üç ana bileşeninde de bulunur: atmosfer, hidrosfer ve litosfer. Tüm sular ortak “hidrosfer” kavramıyla birleşir. Hidrosferin bileşenleri sürekli değişim ve etkileşimle birbirine bağlanır. Sürekli olarak bir durumdan diğerine geçen su, küçük ve büyük döngüler yapar. Okyanus yüzeyinden suyun buharlaşması, atmosferdeki su buharının yoğunlaşması ve okyanus yüzeyine yağış küçük bir döngü oluşturur. Su buharı hava akımlarıyla karaya taşındığında döngü çok daha karmaşık hale gelir. Bu durumda yağışın bir kısmı buharlaşarak atmosfere geri döner, diğeri nehirleri ve rezervuarları besler, ancak sonuçta nehir ve yer altı akışı yoluyla okyanusa geri döner ve böylece büyük döngüyü tamamlar.

Biyotik (biyolojik) döngü. Biyotik (biyolojik) döngü, maddelerin toprak, bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalar arasındaki dolaşımını ifade eder. Biyotik (biyolojik) döngü, kimyasal elementlerin topraktan, sudan ve atmosferden canlı organizmalara akışı, gelen elementlerin yeni karmaşık bileşiklere dönüşmesi ve organik maddelerin bir kısmının yıllık düşüşü ile yaşam sürecine geri dönmesidir. Ekosistem bileşimine dahil olan madde veya tamamen ölü organizmalar. Şimdi biyotik döngüyü döngüsel bir biçimde sunacağız. Merkezi biyotik döngü (T.A. Akimova, V.V., Khaskhin'e göre) ilkel tek hücreli üreticilerden (P) ve ayrıştırıcı-yıkıcılardan (D) oluşuyordu. Mikroorganizmalar hızlı bir şekilde çoğalabilir ve farklı koşullara uyum sağlayabilir, örneğin diyetlerinde her türlü substratı - karbon kaynaklarını - kullanabilirler. Daha yüksek organizmaların bu tür yetenekleri yoktur. Tam ekosistemlerde mikroorganizmaların temelindeki bir yapı şeklinde var olabilirler.

İlk olarak, çok hücreli bitkiler (P) gelişir - daha yüksek üreticiler. Tek hücreli organizmalarla birlikte güneş ışınımının enerjisini kullanarak fotosentez işlemi yoluyla organik madde oluştururlar. Daha sonra birincil tüketiciler birbirine bağlanır: otçul hayvanlar (T) ve ardından etobur tüketiciler. Toprağın biyotik döngüsünü inceledik. Bu tamamen su ekosistemlerinin, örneğin okyanusun biyotik döngüsü için geçerlidir.

Tüm organizmalar biyotik döngüde belirli bir yeri işgal eder ve aldıkları enerji akışı dallarını dönüştürme ve biyokütleyi aktarma işlevlerini yerine getirir. Tek hücreli ayrıştırıcılardan (yıkıcılardan) oluşan bir sistem herkesi birleştirir, maddelerini kişiliksizleştirir ve genel çemberi kapatır. Yeni ve yeni devrimler için gerekli tüm unsurları biyosferin cansız ortamına geri kazandırırlar.

Biyotik döngünün en önemli özellikleri vurgulanmalıdır.

Fotosentez, her yıl büyük miktarda biyosfer maddesini döngüye dahil eden ve onun yüksek oksijen potansiyelini belirleyen güçlü bir doğal süreçtir.

Karbondioksit ve su nedeniyle organik madde sentezlenir ve serbest oksijen açığa çıkar. Fotosentezin doğrudan ürünleri çeşitli organik bileşiklerdir ve genel olarak fotosentez süreci oldukça karmaşıktır.

Oksijenli fotosentez olarak adlandırılan oksijenin katılımıyla fotosenteze ek olarak, oksijensiz fotosenteze veya kemosenteze de odaklanmalıyız.

Kemosentetik organizmalar arasında nitrifikasyon maddeleri, karboksidobakteriler, kükürt bakterileri, tiyonik demir bakterileri ve hidrojen bakterileri bulunur. NH3, NO2, CO, H2S, S, Fe2+, H2 olabilen oksidasyon substratları nedeniyle adlandırılırlar. Bazı türler zorunlu kemolitoototroflardır, diğerleri ise fakültatiftir. İkincisi karboksidobakterileri ve hidrojen bakterilerini içerir. Kemosentez derin deniz hidrotermal menfezlerinin karakteristik özelliğidir.

Fotosentez, birkaç istisna dışında, Dünya'nın tüm yüzeyinde meydana gelir, büyük bir jeokimyasal etki yaratır ve yıllık olarak tüm biyosferin organik - canlı maddesinin yapımında yer alan tüm karbon kütlesinin miktarı olarak ifade edilebilir. Fotosentez yoluyla organik maddenin yapımıyla ilişkili genel madde döngüsü aynı zamanda N, P, S gibi kimyasal elementlerin yanı sıra metaller - K, Ca, Mg, Na, Al'ı da içerir.

Bir organizma öldüğünde, ters süreç meydana gelir; organik maddenin oksidasyon, bozunma vb. yoluyla ayrışması. Nihai ayrışma ürünlerinin oluşumu ile.

Dünyanın biyosferinde bu süreç, canlı maddenin biyokütle miktarının bir şekilde sabit olma eğiliminde olduğu gerçeğine yol açmaktadır. Ekosferin biyokütlesi (2 10|2t), yer kabuğunun kütlesinden (2.10|9t) yedi kat daha küçüktür. Dünyadaki bitkiler her yıl ekosferin biyokütlesinin %1.6.10'una veya %8'ine eşit organik madde üretir. Gezegendeki organizmaların toplam biyokütlesinin %1'inden azını oluşturan yıkıcılar, 10 Biyokütlenin kendi biyokütlesinden kat daha fazla. Biyokütlenin yenilenme süresi ortalama 12.5 yıl. Canlı madde kütlesinin ve biyosferin verimliliğinin Kambriyen'den günümüze (530 milyon yıl) kadar aynı olduğunu varsayalım. küresel biyotik döngüden geçen ve gezegendeki yaşamın kullandığı toplam organik madde miktarı 2.10 " 2-5,ZL08/12.5=8.5L0|9t yani yer kabuğunun kütlesinin 4 katı olacaktır. Bu hesaplamalarla ilgili olarak N.S. Pechurkin (1988) şöyle yazmıştır: "Vücudumuzu oluşturan atomların eski bakterilerde, dinozorlarda ve mamutlarda bulunduğunu söyleyebiliriz."

Atomların biyojenik göçü kanunu V.I. Vernadsky şöyle diyor: “Dünya yüzeyinde ve bir bütün olarak biyosferde kimyasal elementlerin göçü, ya canlı maddenin doğrudan katılımıyla (biyojenik göç) meydana gelir ya da jeokimyasal özellikleri (O2, CO2, H2, vb.) hem şu anda biyosferde yaşayan hem de jeolojik tarih boyunca Dünya üzerinde etkili olan canlı maddelerdir."

VE. 1928-1930'da Vernadsky Biyosferdeki süreçlere ilişkin derin genellemelerinde canlı maddenin beş ana biyojeokimyasal işlevi hakkında fikir verdi.

İlk fonksiyon gazdır.

İkinci işlev konsantrasyondur.

Üçüncü fonksiyon redokstur.

Dördüncü fonksiyon biyokimyasaldır.

Beşinci işlev, sanayi, ulaşım ve tarım ihtiyaçları için yer kabuğunda giderek artan miktarda maddeyi kapsayan insanlığın biyojeokimyasal aktivitesidir.

Biyolojik döngü farklı doğal bölgelerde değişiklik gösterir ve bir dizi göstergeye göre sınıflandırılır: bitki biyokütlesi, çöp, çöp, biyokütlede sabit olan elementlerin miktarı vb.

Toplam biyokütle orman bölgesinde en yüksek olup, ormanlarda yer altı organlarının oranı en düşüktür. Bu, biyolojik döngü yoğunluk indeksi - altlığın kütlesinin altlığın onu oluşturan kısmına oranı - ile doğrulanır.

Karbon döngüsü. Tüm biyojeokimyasal döngüler arasında karbon döngüsü şüphesiz en yoğun olanıdır. Karbon, çeşitli inorganik araçlar arasında ve canlı organizma toplulukları içindeki besin ağları aracılığıyla yüksek oranlarda dolaşır.

CO ve CO2, karbon döngüsünde belirli bir rol oynar.Genellikle Dünya'nın biyosferinde karbon, CO2'nin en hareketli formuyla temsil edilir. Biyosferdeki birincil karbondioksitin kaynağı, mantonun ve yer kabuğunun alt ufuklarının seküler gazdan arındırılmasıyla ilişkili volkanik aktivitedir.

CO2'nin biyosfere göçü iki şekilde gerçekleşir.

İlk yol, tüm bitki dokularının oluşturulduğu glikoz ve diğer organik maddelerin oluşumuyla fotosentez sırasında onu emmektir. Daha sonra besin zincirleri yoluyla taşınarak ekosistemdeki diğer tüm canlıların dokularını oluştururlar. Yüzeydeki bitki ve hayvanların ölümüyle birlikte CO2 oluşumuyla birlikte organik maddelerin oksidasyonu meydana gelir.

Organik madde yakıldığında karbon atomları da atmosfere geri döner. Karbon döngüsünün önemli ve ilginç bir özelliği, yüz milyonlarca yıl önce, uzak jeolojik çağlarda, fotosentez süreçlerinde oluşturulan organik maddenin önemli bir kısmının tüketiciler veya ayrıştırıcılar tarafından kullanılmaması, litosferde birikmesidir. fosil yakıtlar biçiminde: petrol, kömür, petrol şist, turba vb. Bu fosil yakıtlar, sanayi toplumumuzun enerji ihtiyacını karşılamak için büyük miktarlarda çıkarılmaktadır. Onu yakarak bir anlamda karbon döngüsünü tamamlamış oluyoruz.

İkinci yol ise çeşitli rezervuarlarda CO2'nin H2CO3, HCO, CO3'e dönüştüğü bir karbonat sistemi oluşturularak karbon göçü gerçekleştirilir. Suda çözünmüş kalsiyum (veya magnezyum) yardımıyla karbonatlar (CaCO3) biyojenik ve abiogenik yollarla çökeltilir. Kalın kireçtaşı katmanları oluşur. A.B.'ye göre. Ronov'a göre, fotosentetik ürünlerdeki gömülü karbonun, karbonat kayalarındaki karbona oranı 1:4'tür. Büyük karbon döngüsünün yanı sıra kara yüzeyinde ve okyanuslarda da çok sayıda küçük karbon döngüsü vardır.

Genel olarak, antropojenik müdahale olmaksızın, biyojeokimyasal rezervuarlardaki karbon içeriği: biyosfer (biyokütle + toprak ve döküntü), tortul kayalar, atmosfer ve hidrosfer, yüksek derecede bir sabitlik ile korunur (T.A. Akimova, V.V. Haskin'e (1994) göre) ). Bir yandan biyosfer arasında, diğer yandan atmosfer ile hidrosfer arasında sürekli karbon değişimi, canlı maddenin gaz fonksiyonu - fotosentez, solunum ve yıkım süreçleri - tarafından belirlenir ve yaklaşık olarak yaklaşık 6-1010 ton/yıl Atmosfere ve hidrosfere karbon akışı olup, volkanik aktivite sırasında ortalama 4,5 ton/yıl 106 ton/yıl. Fosil yakıtlardaki (petrol, gaz, kömür vb.) toplam karbon kütlesinin 3,2*1015 ton olduğu tahmin edilmektedir, bu da yıllık ortalama 7 milyon ton birikim oranına karşılık gelmektedir. Bu miktar, dolaşımdaki karbonun kütlesiyle karşılaştırıldığında önemsizdir ve adeta döngünün dışına çıkmış ve içinde kaybolmuştur. Dolayısıyla döngünün açıklık (kusurluluk) derecesi 10"4 yani %0,01 ve buna göre kapanma derecesi de %99,99'dur. Bu, bir yandan her karbon atomunun döngüde yer aldığı anlamına gelir. döngünün dışına çıkmadan önce onbinlerce kez derinlere inmiştir.Öte yandan biyosferdeki organik maddelerin sentez ve bozunma akışları birbirine çok yüksek bir hassasiyetle ayarlanmıştır.

Mobil karbon stoğunun %0,2'si sürekli dolaşımdadır. Biyokütlenin karbonu 12 yılda, atmosferde ise 8 yılda yenileniyor.

Oksijen döngüsü. Oksijen (O2), gezegenimizdeki çoğu canlı organizmanın yaşamında önemli bir rol oynar. Kantitatif açıdan bu, canlı maddenin ana bileşenidir. Örneğin dokuların içerdiği suyu da hesaba katarsak insan vücudunda %62,8 oksijen ve %19,4 karbon bulunur. Genel olarak biyosferde bu element, karbon ve hidrojenle karşılaştırıldığında basit maddeler arasında en önemlisidir. Biyosferde, ölümden sonra canlı organizmalarla veya onların kalıntılarıyla hızlı bir oksijen alışverişi vardır. Bitkiler genellikle serbest oksijen üretir ve hayvanlar bunu solunum yoluyla tüketir. Dünyadaki en yaygın ve hareketli element olan oksijen, ekosferin varlığını ve işlevlerini sınırlamaz, ancak suda yaşayan organizmalar için oksijenin varlığı geçici olarak sınırlı olabilir. Biyosferdeki oksijen döngüsü son derece karmaşıktır, çünkü çok sayıda organik ve inorganik madde onunla reaksiyona girer. Sonuç olarak, litosfer ile atmosfer arasında veya hidrosfer ile bu iki ortam arasında birçok episikl meydana gelir. Oksijen döngüsü bazı yönlerden ters karbondioksit döngüsüne benzer. Birinin hareketi diğerinin hareketinin tersi yönde gerçekleşir.

Atmosferdeki oksijenin tüketimi ve bunun birincil üreticiler tarafından değiştirilmesi nispeten hızlı bir şekilde gerçekleşir. Dolayısıyla atmosferdeki tüm oksijenin tamamen yenilenmesi 2000 yıl alır. Günümüzde atmosferde oksijen birikimi oluşmamakta, içeriği (%20,946) sabit kalmaktadır.

Atmosferin üst katmanlarında, ultraviyole radyasyon oksijene etki ettiğinde ozon - O3 - oluşur.

Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %5'i ozon oluşumuna harcanmaktadır - yaklaşık 8,6*1015 W. Reaksiyonlar kolayca tersine çevrilebilir. Ozon bozunduğunda bu enerji açığa çıkar ve bu da atmosferin üst kısmında yüksek sıcaklıkların korunmasını sağlar. Atmosferdeki ortalama ozon konsantrasyonu yaklaşık 106 hacimdir. %; maksimum O3 konsantrasyonuna - hacimce %4-10 "*'a kadar - 20-25 km rakımlarda ulaşılır (T.A. Akimova, V.V. Haskin, 1998).

Ozon bir çeşit UV filtresi görevi görür: sert ultraviyole ışınlarının önemli bir kısmını engeller. Muhtemelen ozon tabakasının oluşumu, yaşamın okyanustan çıkıp karaya yerleşmesinin koşullarından biriydi.

Jeolojik çağlarda üretilen oksijenin çoğu atmosferde kalmadı, ancak litosfer tarafından karbonatlar, sülfatlar, demir oksitler vb. şeklinde sabitlendi. Bu kütle, biyosferde kıtasal ve okyanus sularında çözünmüş gaz veya sülfat şeklinde dolaşan 39 * 1014 ton oksijene karşılık 590 * 1014 tondur.

Nitrojen döngüsü. Azot, proteinlerin ve nükleik asitlerin bir parçası olduğundan önemli bir biyojenik elementtir. Azot döngüsü hem gaz hem de mineral fazlarını içerdiğinden ve aynı zamanda en ideal döngülerden biri olduğundan en karmaşık olanlardan biridir.

Azot döngüsü karbon döngüsüyle yakından ilişkilidir. Kural olarak nitrojen, tüm protein maddelerinin oluşumuna katıldığı karbonu takip eder.

%78 nitrojen içeren atmosferik hava tükenmez bir rezervuardır. Ancak canlı organizmaların büyük çoğunluğu bu nitrojeni doğrudan kullanamaz. Azotun bitkiler tarafından emilebilmesi için amonyum (NH*) veya nitrat (NO3) iyonlarının bir parçası olması gerekir.

Azot gazı, bakterilerin denitrifikasyonu ve bakterilerin mavi-yeşil algler (siyanofitler) ile birlikte sabitlenmesi sonucu sürekli olarak atmosfere salınır, onu sürekli emerek nitratlara dönüştürür.

Nitrojen döngüsü, yıkıcılar seviyesinde açıkça görülebilir. Bitki ve hayvanların ölümlerinden sonra içerdiği proteinler ve diğer organik nitrojen formları, bu organik nitrojeni indirgeyip amonyağa dönüştürerek ihtiyaç duydukları enerjiyi üreten heterotrofik bakterilere, aktinomisetlere, mantarlara (biyoredüktör mikroorganizmalara) maruz kalır.

Topraklarda, mikroorganizmaların katılımıyla amonyum iyonunun (NH4+) nitrite (NO~) veya nitritin nitrata (N0~) oksidasyonunun meydana geldiği bir reaksiyon zincirinden oluşan nitrifikasyon işlemi meydana gelir. Nitritlerin ve nitratların gaz halindeki moleküler nitrojen (N2) veya nitröz oksit (N20) bileşiklerine indirgenmesi, denitrifikasyon işleminin özüdür.

Nitratların inorganik olarak küçük miktarlarda oluşumu, fırtınalar sırasında elektriksel deşarjlar sırasında atmosferik nitrojenin oksijenle bağlanması ve ardından yağmurla birlikte toprak yüzeyine düşmesiyle atmosferde sürekli olarak meydana gelir.

Bir başka atmosferik nitrojen kaynağı da okyanusların dibinde çökelme veya birikme sırasında döngünün dışında kalan nitrojen kaybını telafi eden volkanlardır.

Genel olarak, atmosferden toprağa çökelme sırasında abiyotik kökenli nitrat nitrojeninin ortalama tedariği 10 kg'ı (yıl/ha) aşmaz, serbest bakteriler 25 kg (yıl/ha) üretirken, Rhizobium'un baklagil bitkilerle simbiyozu ortalama 200 kg (yıl/ha) üretim yapmaktadır. Sabit nitrojenin büyük kısmı, bakterilerin nitrifikasyondan arındırılmasıyla N2'ye işlenir ve atmosfere geri gönderilir. Amonifiye ve nitrifiye nitrojenin yalnızca yaklaşık %10'u topraktan yüksek bitkiler tarafından emilir ve biyosinozların çok hücreli temsilcilerinin kullanımına sunulur.

Fosfor döngüsü. Biyosferdeki fosfor döngüsü bitki ve hayvanlardaki metabolik süreçlerle ilişkilidir. Karasal bitkilerde ve alglerde% 0.01-0.1, hayvanlarda% 0.1'den yüzde birkaçına kadar bulunan bu önemli ve gerekli protoplazma unsuru, yavaş yavaş organik bileşiklerden tekrar bitkiler tarafından kullanılabilen fosfatlara dönüşerek dolaşır.

Ancak fosfor diğer biyofilik elementlerin aksine göç sırasında gaz formu oluşturmaz. Fosforun deposu nitrojen gibi atmosfer değil, litosferin mineral kısmıdır. İnorganik fosforun ana kaynakları magmatik kayaçlar (apatit) veya tortul kayaçlardır (fosforitler). Kayalardan inorganik fosfor, kıtasal sularda süzülerek ve çözünerek dolaşıma karışır. Karasal ekosistemlere ve toprağa giren fosfor, bitkiler tarafından sulu bir çözeltiden inorganik fosfat iyonu formunda emilir ve organik fosfat formunda göründüğü çeşitli organik bileşiklere dahil edilir. Fosfor, besin zincirleri yoluyla bitkilerden ekosistemdeki diğer organizmalara doğru hareket eder.

Fosfor, akan sular aracılığıyla su ekosistemlerine taşınır. Nehirler okyanusları sürekli olarak fosfatlarla zenginleştirir. Fosforun fitoplanktonun bir parçası haline geldiği yer. Bazı fosfor bileşikleri sığ derinliklerde göç ederek organizmalar tarafından tüketilirken, diğer kısmı ise büyük derinliklerde kaybolur. Organizmaların ölü kalıntıları farklı derinliklerde fosfor birikmesine yol açar.

Kükürt döngüsü. Hidrojen sülfür H2S ve kükürt dioksit SO2 gibi çok sayıda gaz halindeki kükürt bileşikleri vardır. Bununla birlikte, bu elementin döngüsünün büyük bir kısmı doğada tortuldur ve toprakta ve suda meydana gelir.Ekosistemde inorganik kükürtün varlığı, birçok sülfatın sudaki iyi çözünürlüğü ile kolaylaştırılır. Sülfatları emen bitkiler, bunları azaltır ve polipeptit zincirinin farklı bölgeleri arasında disülfit köprülerinin oluşumu sırasında proteinlerin üçüncül yapısının gelişiminde önemli rol oynayan kükürt içeren amino asitler (metiyonin, sistein, sistin) üretir.

Biyojeokimyasal döngünün birçok temel özelliği açıkça görülebilir:

Toprakta ve çökeltilerde geniş, atmosferde daha küçük rezerv fonu.
Hızla değişen fonda önemli bir rol, belirli oksidasyon veya indirgeme reaksiyonlarını gerçekleştiren özel mikroorganizmalar tarafından oynanır. Oksidasyon ve indirgeme işlemleri sayesinde kükürt, mevcut sülfatlar (SO2") ile toprağın ve çökeltilerin derinlerinde bulunan demir sülfitler arasında değiştirilir. Özel mikroorganizmalar reaksiyonları gerçekleştirir:

S -> S -> SO2 - renksiz, yeşil ve mor kükürt bakterileri; - "H2S (sülfatın anaerobik indirgenmesi) - Desülfovibno; H2S - "SO2" (sülfürün aerobik oksidasyonu) - tiyobasil; SO ve H2S'de organik S. - sırasıyla aerobik ve anaerobik heterotrofik mikroorganizmalar.

Birincil üretim, sülfatın organik maddeye dahil edilmesini sağlar ve hayvanlar tarafından atılım, sülfatın döngüye geri döndürülmesinin bir yolu olarak hizmet eder.

H2S gaz fazının yukarı doğru hareketine yol açan derin deniz çökeltilerinden mikrobiyal rejenerasyon.
Jeokimyasal ve meteorolojik süreçlerin (erozyon, sedimantasyon, sızıntı, yağmur, soğurma-desorpsiyon vb.) biyolojik süreçlerle (üretim ve ayrışma) etkileşimi.
Küresel ölçekte döngünün düzenlenmesinde hava, su ve toprağın etkileşimi.

Genel olarak ekosistem, nitrojen ve fosfora kıyasla daha az kükürte ihtiyaç duyar. Bu nedenle kükürt, bitkiler ve hayvanlar için daha az sıklıkla sınırlayıcı bir faktördür. Aynı zamanda kükürt döngüsü, biyokütle üretimi ve ayrışmasının genel sürecinde önemli bir döngüdür. Örneğin, çökeltilerde demir sülfitler oluştuğunda, fosfor çözünmeyen bir formdan çözünür bir forma aktarılır ve organizmalar tarafından kullanılabilir hale gelir. Bu, bir döngünün diğeri tarafından nasıl düzenlendiğinin bir onayıdır.

2 Ekosistemlerde enerji akışı

Ekosistemin farklı bloklarında sürekli dolaşan, her zaman yeniden kullanılabilen ve döngüye girebilen maddelerin aksine, enerji bir kez kullanılabilir, yani. Ekosistemde doğrusal bir enerji akışı vardır.

Evrensel bir doğa olayı olarak enerjinin tek yönlü akışı, termodinamik yasalarının bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Birinci yasa, enerjinin bir formdan (ışık gibi) diğerine (gıdanın potansiyel enerjisi gibi) dönüştürülebileceğini ancak yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir.

İkinci yasa, enerjinin bir kısmını kaybetmeden dönüşümüyle ilgili tek bir sürecin olamayacağını belirtir. Bu tür dönüşümlerde belirli miktarda enerji erişilemeyen termal enerjiye dönüşür ve dolayısıyla kaybolur. Dolayısıyla, örneğin gıda maddelerinin organizmanın vücudunu oluşturan maddeye %100 verimlilikle dönüşmesi mümkün değildir.

Dolayısıyla canlı organizmalar enerji dönüştürücülerdir. Ve enerji her dönüştürüldüğünde bir kısmı ısı şeklinde kaybolur. Sonuçta bir ekosistemin biyotik döngüsüne giren enerjinin tamamı ısı olarak dağılır. Canlı organizmalar aslında iş yapmak için enerji kaynağı olarak ısıyı kullanmazlar; ışık ve kimyasal enerji kullanırlar.

Besin zincirleri ve ağları, trofik düzeyler. Bir ekosistemde enerji içeren maddeler ototrofik organizmalar tarafından oluşturulur ve heterotroflar için besin görevi görür. Besin bağlantıları, enerjiyi bir organizmadan diğerine aktarmaya yönelik mekanizmalardır.

Tipik bir örnek: Bir hayvan bitkileri yer. Bu hayvan da başka bir hayvan tarafından yenebilir. Bu şekilde, enerji bir dizi organizma aracılığıyla aktarılabilir - her bir sonraki organizma bir öncekiyle beslenir ve bu da ona hammadde ve enerji sağlar.

Bu enerji aktarımı dizisine besin (trofik) zinciri veya besin zinciri denir. Besin zincirindeki her bağlantının yeri trofik bir seviyedir. Daha önce de belirtildiği gibi, ilk trofik seviye ototroflar veya birincil üreticiler olarak adlandırılanlar tarafından işgal edilir. İkinci trofik seviyedeki organizmalara birincil tüketiciler, üçüncü - ikincil tüketiciler vb. denir.

Genel olarak üç tür besin zinciri vardır: Etçillerin besin zinciri bitkilerle başlar ve küçük organizmalardan giderek daha büyük organizmalara doğru ilerler. Karada besin zincirleri üç ila dört bağlantıdan oluşur.

En basit besin zincirlerinden biri şöyle görünür:

bitki -> tavşan -> kurt

üretici -" otobur -> -> etobur

Aşağıdaki besin zincirleri de yaygındır:

Bitki materyali (örneğin nektar) - "sinek -" -" örümcek -> fare -> baykuş.

Gül ağacı özü -> yaprak biti -> -> uğur böceği -> -> örümcek - "böcek yiyen kuş -> yırtıcı kuş.

Su ekosistemlerinde ve özellikle deniz ekosistemlerinde yırtıcıların besin zincirleri karadakilere göre daha uzun olma eğilimindedir.

Ölü bitki kalıntıları, karkaslar ve hayvan dışkılarıyla başlayan üçüncü tip besin zincirlerine, kırıntılı (saprofitik) besin zincirleri veya kırıntılı ayrışma zincirleri adı verilir. Yaprak döken ormanlar, yapraklarının çoğu otçullar tarafından tüketilmeyen ve düşen yaprakların bir parçası olan karasal ekosistemlerin zararlı besin zincirlerinde önemli bir rol oynar. Yapraklar çok sayıda zararlı tarafından ezilir - mantarlar, bakteriler, böcekler (örneğin, collembola), vb. ve daha sonra humusu dünyanın yüzey katmanına eşit şekilde dağıtarak sözde mull'u oluşturan solucanlar tarafından yutulur. Bu seviyede mantarlar miselyum geliştirir. Zinciri tamamlayan çürüyen mikroorganizmalar, ölü organik maddenin son mineralleşmesini sağlar. Genel olarak ormanlarımızın tipik zararlı besin zincirleri şu şekilde temsil edilebilir:

Yaprak çöpü -> solucan -> karatavuk - atmaca;

Ölü hayvan - "leş sineklerinin larvaları" - çim kurbağası -> sıradan çim yılanı.

Tartışılan besin zinciri diyagramlarında her organizma, bir türdeki diğer organizmalarla besleniyor olarak temsil edilir. Bir ekosistemdeki gerçek besin bağlantıları çok daha karmaşıktır; çünkü bir hayvan, aynı besin zincirinden veya farklı besin zincirlerinden farklı türlerdeki organizmalarla, örneğin üst trofik seviyedeki avcılarla beslenebilir. Hayvanlar genellikle hem bitkilerle hem de diğer hayvanlarla beslenirler. Onlara omnivorlar denir.

Ekosistemlerdeki besin ağları çok karmaşıktır ve bunlara giren enerjinin bir organizmadan diğerine taşınmasının uzun zaman aldığı sonucuna varabiliriz.

Ekolojik piramitler. Her ekosistemde besin ağları, çeşitli besin zincirlerinin her seviyesinde temsil edilen organizmaların doğası ve sayısı ile karakterize edilen, iyi tanımlanmış bir yapıya sahiptir. Bir ekosistemdeki organizmalar arasındaki ilişkileri incelemek ve bunları grafiksel olarak tasvir etmek için genellikle besin ağı diyagramları yerine ekolojik piramitler kullanırlar. Ekolojik piramitler bir ekosistemin trofik yapısını geometrik biçimde ifade eder. Aynı genişlikte dikdörtgenler şeklinde inşa edilmişlerdir ancak dikdörtgenlerin uzunluğu, ölçülen nesnenin değeriyle orantılı olmalıdır. Buradan sayı, biyokütle ve enerji piramitlerini alabilirsiniz.

Ekolojik piramitler, herhangi bir biyosinozun trofik yapısını gösterdiğinde temel özelliklerini yansıtır.

boyları söz konusu besin zincirinin uzunluğuyla, yani içerdiği trofik seviyelerin sayısıyla orantılıdır;
şekilleri az çok bir seviyeden diğerine geçiş sırasındaki enerji dönüşümlerinin verimliliğini yansıtır.

Sayı piramitleri. Bir ekosistemin trofik yapısının incelenmesine yönelik en basit yaklaşımı temsil ederler.

Biyokütle piramidi. Her bir trofik seviyedeki organizmaların (biyokütle) toplam kütlesini hesaba kattığından, ekosistemdeki beslenme ilişkilerini daha iyi yansıtır.

Enerji piramidi. Farklı trofik seviyelerdeki organizmalar arasındaki bağlantıları göstermenin en temel yolu enerji piramitleridir. Besin zincirlerinin enerji dönüşüm verimliliğini ve üretkenliğini temsil ederler ve birim zamanda birim yüzey alanı başına biriken ve her trofik seviyedeki organizmalar tarafından kullanılan enerji (kcal) miktarının sayılmasıyla oluşturulurlar.

Tesisin aldığı güneş enerjisinin sadece bir kısmı fotosentez sürecinde kullanılıyor. Karbonhidratlarda sabitlenen enerji, ekosistemin brüt üretimini temsil eder. Karbonhidratlar, protoplazma ve bitki büyümesini oluşturmak için kullanılır. Enerjilerinin bir kısmı nefes almaya harcanır.

İkinci dereceden tüketiciler (avcılar) kurbanlarının tüm biyokütlesini yok etmezler. Üstelik yok ettikleri miktarın yalnızca bir kısmı kendi trofik seviyelerinde biyokütle oluşturmak için kullanılır. Geri kalanı esas olarak nefes alma enerjisine harcanır ve dışkı ve dışkıyla atılır.

1942'de R. Lindeman ilk olarak ders kitaplarında genellikle “% 10 yasası” olarak adlandırılan enerji piramidi yasasını formüle etti. Bu yasaya göre, ortalama olarak enerjinin %10'undan fazlası ekolojik piramidin bir trofik seviyesinden diğerine geçmez.

Başlangıçtaki enerjinin yalnızca %10-20'si sonraki heterotroflara aktarılır. Enerji piramidi yasasını kullanarak, üçüncül etoburlara (trofik seviye V) ulaşan enerji miktarının, üreticiler tarafından emilen enerjinin yaklaşık 0,0001'i olduğunu hesaplamak kolaydır. Buradan enerjinin bir seviyeden diğerine aktarımının çok düşük bir verimlilikle gerçekleştiği anlaşılmaktadır. Bu, belirli bir biyosinozdan bağımsız olarak, besin zincirindeki sınırlı sayıdaki bağlantıyı açıklamaktadır.

E. Odum (1959) son derece basitleştirilmiş bir besin zincirinde - yonca -> buzağı - "çocuk enerjinin dönüşümünü değerlendirdi, kayıplarının büyüklüğünü gösterdi. Diyelim ki, bir alanda yonca mahsulü var diye mantık yürüttü 4 hektar.Bu alanda buzağılar beslenir (yalnızca yonca yedikleri varsayılır) ve 12 yaşındaki bir erkek çocuk yalnızca dana eti yer.Hesaplamaların sonuçları üç piramit şeklinde sunulur: sayılar, biyokütle ve enerji, Yoncanın tarlaya düşen tüm güneş enerjisinin yalnızca %0,24'ünü kullandığını, buzağının bu ürünün %8'ini emdiğini ve buzağı biyokütlesinin yalnızca %0,7'sinin çocuğun yıl boyunca gelişimini sağladığını belirtmektedir.

Böylece E. Odum, gelen güneş enerjisinin yalnızca milyonda birinin etobur biyokütlesine dönüştüğünü, bu durumda çocuğun ağırlığının artmasına katkıda bulunduğunu, geri kalanının ise kaybolduğunu ve bozunmuş bir biçimde çevrede dağıldığını gösterdi. Yukarıdaki örnek, ekosistemlerin çok düşük ekolojik verimliliğini ve besin zincirlerindeki dönüşümün düşük verimliliğini açıkça göstermektedir. Şunu söyleyebiliriz: 1000 kcal (gün m 2) üreticiler tarafından kaydedildi, ardından 10 kcal (gün m) 2) otçulların biyokütlesine girer ve sadece 1 kcal (gün m) 2) - etoburların biyokütlesine. Her biyosinozda belirli bir miktar madde tekrar tekrar kullanılabildiğinden ve enerjinin bir kısmı bir kez kullanılabildiğinden, ekosistemde kademeli bir enerji aktarımının meydana geldiğini söylemek daha yerinde olur.

Tüketiciler ekosistemde yönetim ve dengeleyici bir bağlantı görevi görür.

Tüketiciler, egemenlerin tekelini önleyerek, çeşitlilikte bir çeşitlilik yelpazesi yaratır. Tüketicilerin değerini kontrol etme kuralı haklı olarak oldukça temel kabul edilebilir. Sibernetik görüşlere göre, kontrol sistemi yapı olarak kontrol edilenden daha karmaşık olmalıdır, o zaman araç türlerinin çokluğunun nedeni açıklığa kavuşur. Tüketicilerin kontrol edici önemi aynı zamanda enerjik bir temele de sahiptir. Bir veya başka bir trofik seviyeden geçen enerji akışı, altta yatan trofik seviyedeki gıdanın mevcudiyeti ile kesin olarak belirlenemez. Bilindiği gibi gıdanın tamamen yok edilmesi tüketicilerin ölümüne yol açacağından her zaman yeterli bir “rezerv” kalır. Bu genel modeller nüfus süreçleri, topluluklar, ekolojik piramidin seviyeleri ve bir bütün olarak biyosinozlar çerçevesinde gözlemlenir.

3 Ekosistemlerde bütünlüğü ve sürdürülebilirliği sağlayan dinamik süreçler

Topluluklardaki döngüsel değişiklikler, dış koşulların günlük, mevsimsel ve uzun vadeli periyodikliğini ve organizmaların içsel ritimlerinin tezahürünü yansıtır. Ekosistemlerin günlük dinamikleri esas olarak doğal olayların ritmiyle ilişkilidir ve doğası gereği kesinlikle periyodiktir. Her biyosenozda, yaşam aktivitesi günün farklı saatlerinde gerçekleşen organizma gruplarının bulunduğunu zaten düşünmüştük. Bazıları gündüzleri, bazıları ise geceleri aktiftir. Bu nedenle, belirli bir ekosistemdeki bireysel biyosenoz türlerinin bileşiminde ve oranında, bireysel organizmalar belirli bir süre için kapatıldığından periyodik değişiklikler meydana gelir. Biyosinozun günlük dinamikleri hem hayvanlar hem de bitkiler tarafından sağlanır. Bilindiği gibi bitkilerde fizyolojik süreçlerin yoğunluğu ve doğası gün içinde değişir - fotosentez geceleri gerçekleşmez, bitkilerdeki çiçekler genellikle sadece geceleri açılır ve gece hayvanları tarafından tozlaşır, diğerleri ise gün içinde tozlaşmaya adapte olur. Biyosenozlardaki günlük dinamikler, kural olarak, gündüz ve gece arasındaki sıcaklık, nem ve diğer çevresel faktörler arasındaki fark arttıkça daha belirgindir.

Mevsimsel dinamiklerle biyosinozlarda daha belirgin sapmalar gözlenmektedir. Bunun nedeni, doğal olayların mevsimsel döngüselliğine bağlı olan organizmaların biyolojik döngüleridir. Bu nedenle mevsim değişikliği, hayvanların ve bitkilerin yaşam aktiviteleri (hayvanlarda kış uykusu, kış uykusu, diyapoz ve göç; bitkilerde çiçeklenme, meyve verme, aktif büyüme, yaprak dökülmesi ve kış uykusu dönemleri) üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Biyosinozun katmanlı yapısı genellikle mevsimsel değişkenliğe tabidir. Bitkilerin bireysel katmanları, yılın uygun mevsimlerinde, örneğin yıllıklardan oluşan otsu bir katman tamamen kaybolabilir. Biyolojik mevsimlerin süresi farklı enlemlerde değişir. Bu bakımdan Arktik, ılıman ve tropik bölgelerdeki biyosenozların mevsimsel dinamikleri farklıdır. En açık şekilde ılıman iklim ekosistemlerinde ve kuzey enlemlerinde ifade edilir.

Herhangi bir biyosinozun yaşamında uzun vadeli değişkenlik normaldir. Bu nedenle, Barabinsk orman-bozkırına düşen yağış miktarı yıldan yıla keskin bir şekilde dalgalanıyor, bir dizi kurak yıl, uzun süreli bol yağış dönemleriyle değişiyor. Bunun bitkiler ve hayvanlar üzerinde önemli bir etkisi vardır. Bu durumda, ekolojik nişlerin gelişimi meydana gelir - ortaya çıkan kümede işlevsel sınırlama veya çok az çeşitlilikle eklenmesi.

Biyosenozların bileşimindeki uzun vadeli değişiklikler, atmosferin genel dolaşımındaki periyodik değişikliklerle bağlantılı olarak tekrarlanır ve bu da güneş aktivitesindeki artış veya azalmadan kaynaklanır.

Günlük ve mevsimsel dinamikler sürecinde biyosinozların bütünlüğü genellikle ihlal edilmez. Biyosinoz, niteliksel ve niceliksel özelliklerde yalnızca periyodik dalgalanmalar yaşar.

Ekosistemdeki ilerici değişiklikler sonuçta bir biyosinozun, farklı bir baskın tür kümesiyle bir başkasıyla değiştirilmesine yol açar. Bu tür değişikliklerin nedenleri, uzun süre tek yönde etki eden biyosinozun dışındaki faktörler olabilir; örneğin, su kütlelerinin kirlenmesinin artması, ıslah sonucunda bataklık topraklarının kurumasının artması, otlatmanın artması vb. Bir biyosinozdan diğerine bu değişikliklere ekzogenetik denir. Bir faktörün artan etkisinin, biyosenozun yapısının kademeli olarak basitleşmesine, bileşimlerinin tükenmesine ve üretkenliğin azalmasına yol açması durumunda, bu tür değişimlere konu dışı veya konu dışı denir.

Endogenetik değişiklikler, biyosenozun kendisinde meydana gelen süreçlerin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bir biyosinozun bir diğeriyle art arda değiştirilmesine ekolojik ardıllık denir (Lat. - ardıllık - dizi, değişimden). Süksesyon, ekosistemlerin kendi kendini geliştirme sürecidir. Süksesyon, belirli bir biyosenozda biyolojik döngünün eksikliğine dayanır. Canlı organizmaların hayati aktivitelerinin bir sonucu olarak çevrelerindeki ortamı değiştirdikleri, bazı maddeleri uzaklaştırdıkları ve metabolik ürünlerle doyurdukları bilinmektedir. Popülasyonlar nispeten uzun bir süre boyunca var olduklarında, çevrelerini olumsuz yönde değiştirirler ve sonuç olarak kendilerini diğer türlerin popülasyonları tarafından yerlerinden edilmiş bulurlar ve bunun sonucunda ortaya çıkan çevresel dönüşümler ekolojik açıdan faydalı olur. Biyosenozda baskın türlerde bir değişiklik meydana gelir. Ekolojik kopyalamanın kuralı (ilkesi) burada açıkça görülmektedir. Bir biyosenozun uzun vadeli varlığı, ancak bazı canlı organizmaların aktivitesinden kaynaklanan çevre değişikliklerinin, zıt gereksinimleri olan diğerleri için uygun olması durumunda mümkündür.

Türlerin süksesyon sırasındaki rekabetçi etkileşimlerine dayanarak, belirli abiyotik çevre koşullarına karşılık gelen daha kararlı kombinasyonlar yavaş yavaş oluşturulur. Bir topluluğun yerini diğerinin almasına yol açan bir ardıllık örneği, küçük bir gölün aşırı büyümesi, ardından bir bataklığın ve ardından onun yerine bir ormanın ortaya çıkmasıdır.

İlk olarak, gölün kenarları boyunca sazlar, yosunlar ve diğer bitkilerden oluşan yüzen bir halı oluşturulur. Göl sürekli olarak ölü bitki kalıntılarıyla (turba) doludur. Yavaş yavaş ormanla büyümüş bir bataklık oluşur. Yavaş yavaş ve doğal olarak birbirlerinin yerine geçen toplulukların birbirini takip eden serisine ardıllık serisi denir.

Doğadaki süksesyonların ölçeği son derece çeşitlidir. Planktonik topluluklar (çeşitli yüzen alg türleri ve bunların tüketicileri), rotiferler, su birikintileri ve göletlerdeki kamçılılar, bataklıklar, çayırlar, ormanlar, terk edilmiş ekilebilir alanlar, yıpranmış kayalar vb. kültürlerin bulunduğu kıyılarda gözlemlenebilirler. Bir hiyerarşi vardır. Ekosistemlerin organizasyonunda Aynı zamanda ardışık süreçlerde de kendini gösterir - biyosinozların daha büyük dönüşümleri daha küçük olanlardan oluşur. Düzenlenmiş bir madde döngüsüne sahip istikrarlı ekosistemlerde, toplulukların karmaşık iç yapısını destekleyen yerel ardışık değişiklikler de sürekli olarak gerçekleşmektedir.

Ardıl değişiklik türleri. İki ana ardışık değişiklik türü vardır: 1 - ototrofik ve heterotrofik popülasyonların katılımıyla; 2 - yalnızca heterotrofların katılımıyla. İkinci türün ardıllığı, yalnızca topluluğun var olduğu bir ön tedarikin veya sürekli bir organik bileşik arzının yaratıldığı koşullarda meydana gelir: gübre yığınlarında veya yığınlarında, çürüyen bitki maddelerinde, organik maddelerle kirlenmiş rezervuarlarda vb.

Veraset süreci. F. Clements'e (1916) göre veraset süreci şu aşamalardan oluşur:

Yaşamın işgal etmediği bir alanın ortaya çıkışı.
Çeşitli organizmaların veya bunların temellerinin ona göçü.
Bu bölgede kuruluyorlar.
Kendi aralarındaki rekabet ve bazı türlerin yer değiştirmesi.
Habitatların canlı organizmalar tarafından dönüştürülmesi, koşulların ve ilişkilerin kademeli olarak stabilizasyonu.

Bitki örtüsü değişikliği ile ardıllık birincil ve ikincil olabilir.

Birincil süksesyon, daha önce yerleşimin olmadığı bölgelerdeki ekosistemlerin kolonileşmesinden başlayarak gelişme ve değişme sürecidir. Klasik bir örnek, çıplak kayaların sürekli kirlenmesi ve sonunda üzerlerinde ormanların oluşmasıdır. Böylece Ural Dağları'nın kayalarında meydana gelen ilksel istiflerde aşağıdaki aşamalar ayırt edilir:

Kayalık yüzeyi tamamen kaplayan endolitik ve kabuklu likenlerin yerleşimi. Kabuklu likenler benzersiz bir mikroflora taşır ve protozoa, rotiferler ve nematodlardan oluşan zengin bir fauna içerir. Küçük akarlar (saprofajlar ve öncelikle kanatsız böcekler) ilk önce yalnızca çatlaklarda bulunur. Tüm nüfusun aktivitesi aralıklıdır, esas olarak yağmur şeklindeki yağışlardan veya kayaların sisten gelen nemle ıslanmasından sonra gözlemlenir. Bu organizma topluluklarına öncü topluluklar denir.
Yavaş yavaş sürekli bir halı oluşturan yapraklı likenlerin baskınlığı. Liken halkalarının altında salgıladıkları asitler ve kuruma sırasında talusların mekanik olarak büzülmesi sonucu çöküntüler oluşur, taluslar ölür ve döküntüler birikir. Likenlerin altında çok sayıda küçük eklembacaklılar bulunur: yay kuyruklular, oribatid akarlar, itici sivrisineklerin larvaları, saman böcekleri ve diğerleri. Dışkılarından oluşan bir mikro ufuk oluşur.
Taş seven yosunlar Hedwidia ve Pleurozium schreberi'nin yerleşimi. Altlarında likenler ve alt liken film toprakları gömülür. Buradaki yosun rizoidleri taşa değil, en az 3 cm kalınlığındaki ince toprağa bağlanır.Yosunların altındaki sıcaklık ve nem dalgalanmaları likenlerinkinden birkaç kat daha azdır. Mikroorganizmaların aktivitesi artar, hayvan gruplarının çeşitliliği artar.
Hipnum yosunlarının ve damarlı bitkilerin görünümü. Bitki kalıntılarının ayrışmasında ve toprak profilinin oluşumunda, küçük eklembacaklıların rolü giderek azalır ve daha büyük saprofag omurgasızların katılımı artar: enchytraeidler, solucanlar ve böcek larvaları.
Büyük bitkilerin kolonileşmesi, toprağın daha fazla birikmesini ve oluşumunu teşvik eder. Katmanı çalı ve ağaçların gelişmesi için yeterlidir. Düşen yaprakları ve dalları, yosunların ve ardı ardına gelen diğer küçük türlerin çoğunun büyümesini engeller. Böylece, başlangıçta çıplak olan kayalarda yavaş yavaş likenlerin yosunlarla, yosunların otlarla ve son olarak ormanla yer değiştirmesi süreci başlar. Jeobotanikteki bu tür değişimlere ekogenetik denir çünkü bunlar habitatın kendisinin dönüşümüne yol açar.

İkincil ardıllık, belirli bir bölgede bir zamanlar var olan ekosistemin restorasyonudur. Yerleşik bir biyosinozdaki organizmaların yerleşik ilişkilerinin volkanik bir patlama, yangın, devrilme, çiftçilik vb. sonucunda bozulduğu zaman başlar. Önceki biyosinozun restorasyonuna yol açan değişimlere jeobotanikte demutasyon denir. Bir örnek, yerli flora ve faunanın bir yanardağ tarafından tamamen yok edilmesinden sonra Krakatoa adasındaki tür çeşitliliğinin dinamikleridir. Diğer bir örnek, yıkıcı bir orman yangınından sonra Sibirya'daki koyu iğne yapraklı ormanın (köknar-sedir taygası) ikincil ardışıklığıdır. Daha kavrulmuş bölgelerde rüzgarla savrulan sporlardan öncü yosunlar ortaya çıkar: Bir yangından 3-5 yıl sonra en bol bulunan "ateş yosunu" Funaria hygrometrica, Geratodon purpureus vb.'dir. Daha yüksek bitkiler arasında ateş otu (Chamaenerion angustifolium) çok hızlı bir şekilde bulunur. Zaten 2-3 ay sonra yangında bolca çiçek açan yanık bölgelerin yanı sıra öğütülmüş kamış otu (Calamagrostis epigeios) ve diğer türleri kolonileştirir.

Daha sonraki aşamalar da gözlenir: Kamış çayırı yerini çalılara bırakır, ardından huş ağacı veya titrek kavak ormanı, karışık çam yapraklı orman, çam ormanı, çam sedir ormanı ve son olarak 250 yıl sonra sedir köknar ormanının restorasyonu gerçekleşir. .

İkincil süksesyonlar, kural olarak, birincil olanlardan daha hızlı ve daha kolay gerçekleşir, çünkü bozulmuş habitatta toprak profili, tohumlar, primordia ve önceki popülasyonun bir kısmı ve önceki bağlantılar korunur. Demutasyon, birincil ardıllığın herhangi bir aşamasının tekrarı değildir.

Doruk ekosistemi. Süksesyon, ekosistemdeki tüm türlerin üreme sırasında nispeten sabit bir sayıyı koruduğu ve bileşiminde daha fazla değişiklik olmadığı bir aşamayla sona erer. Bu denge durumuna doruk, ekosisteme doruk adı verilir. Farklı abiyotik koşullar altında farklı doruk ekosistemleri oluşur. Sıcak ve nemli bir iklimde tropik yağmur ormanı, kuru ve sıcak bir iklimde ise çöl olacaktır. Dünyanın ana biyomları, ilgili coğrafi bölgelerin doruk ekosistemleridir.

Veraset sırasında ekosistemdeki değişiklikler. Verimlilik ve biyokütle. Daha önce de belirtildiği gibi, süksesyon doğal, yönlendirilmiş bir süreçtir ve şu veya bu aşamada meydana gelen değişiklikler herhangi bir topluluğun karakteristiğidir ve tür bileşimine veya coğrafi konumuna bağlı değildir.

Dört ana ardışık değişiklik türü vardır:

Veraset süreci boyunca bitki ve hayvan türleri sürekli olarak değişir.
Ardışık değişimlere her zaman organizmaların tür çeşitliliğindeki artış eşlik eder.
Süksesyon sırasında organik maddenin biyokütlesi artar.
Bir topluluğun net üretimindeki azalma ve solunum hızındaki artış, ardıllığın en önemli olgusudur.

Ayrıca, ardıllık aşamalarının değişiminin belirli kurallara uygun olarak gerçekleştiğini de belirtmek gerekir. Her aşama bir sonraki aşamanın ortaya çıkmasına ortam hazırlar. Gelişim aşamalarının geçiş sırası yasası burada işler; doğal bir sistemin gelişim aşamaları yalnızca evrimsel olarak sabit (tarihsel, çevresel olarak belirlenmiş) bir sırayla, genellikle nispeten basitten karmaşığa, kural olarak kayıp olmaksızın takip edebilir. ara aşamaların, ancak muhtemelen çok hızlı geçişleri veya evrimsel olarak sabit yoklukları vardır. Bir ekosistem menopoza girdiğinde, tüm denge sistemlerinde olduğu gibi burada da tüm gelişim süreçleri yavaşlar. Bu durum, ardışık yavaşlama yasasına da yansır: Kararlı bir durumda olan olgun denge ekosistemlerinde meydana gelen süreçler, kural olarak yavaşlama eğilimindedir. Bu durumda, onarıcı veraset türü laik seyrine göre değişir, yani. kişisel gelişim menopoz veya düğüm gelişimi sınırları dahilinde gerçekleşir. Ardışık yavaşlamanın ampirik yasası, G. Odum ve R. Pinkerton kuralının veya olgun bir sistemi sürdürmek için maksimum enerji kuralının bir sonucudur: ardıllık, enerji akışındaki temel bir değişim yönünde, enerji akışını artırma yönünde ilerler. Sistemin korunmasını amaçlayan miktar. G. Odum ve R. Pinkerton'un kuralı ise A. Lotka tarafından formüle edilen biyolojik sistemlerde maksimum enerji kuralına dayanmaktadır. Bu soru daha sonra R. Margalef, Y. Odum tarafından iyi bir şekilde geliştirildi ve "sıfır maksimum" ilkesinin veya olgun bir ekosistemde büyümenin en aza indirilmesinin kanıtı olarak biliniyor: ardışık gelişim halindeki bir ekosistem, en büyük biyokütleyi oluşturma eğilimindedir. en az biyolojik üretkenlik.

Lindeman (1942), enerji dönüşümünün en verimli şekilde gerçekleştiği doruğa ulaşan topluluğa kadar üretkenlikteki artışın ardışıklığa eşlik ettiğini deneysel olarak kanıtladı. Meşe ve meşe dişbudak ormanlarının dizilişi üzerine yapılan çalışmalardan elde edilen veriler, daha sonraki aşamalarda üretkenliklerinin gerçekten arttığını göstermektedir. Ancak doruğa ulaşan topluluğa geçiş sırasında genellikle genel üretkenlikte bir azalma olur. Bu nedenle, yaşlı ormanlardaki üretkenlik genç ormanlara göre daha düşüktür ve bu da kendilerinden önce gelen tür açısından daha zengin otsu katmanlara göre daha az verimli olabilir. Bazı su sistemlerinde üretkenlikte benzer düşüşler gözlemlenmiştir. Bunun birkaç nedeni var. Bunlardan biri, büyüyen orman biyokütlesindeki besin birikiminin döngülerinin azalmasına yol açabilmesidir. Genel üretkenlikteki düşüş, toplumdaki ortalama yaş arttıkça bireylerin canlılığının azalmasının bir sonucu olabilir.

Süksesyon ilerledikçe, topluluğun biyokütlesinde mevcut besin maddelerinin artan bir oranı birikir ve buna bağlı olarak ekosistemin abiyotik bileşenindeki (toprak veya sudaki) içerikleri azalır.

Üretilen döküntü miktarı da artar. Ana birincil tüketiciler otçullar değil, zararlı organizmalardır. Trofik ağlarda da buna karşılık gelen değişiklikler meydana gelir. Detritus besin maddelerinin ana kaynağı haline gelir.

Süksesyon sırasında maddelerin biyojeokimyasal döngülerinin kapalılığı artar. Bitki örtüsünün restorasyonunun başladığı andan itibaren yaklaşık 10 yıl sonra döngülerin açıklığı %100'den %10'a düşer, daha sonra daha da azalarak doruk evresinde minimuma ulaşır. Maddelerin biyojeokimyasal döngüsünün ardışıklık sırasında artan kapalılığı kuralı, bitki örtüsünün ve genel olarak doğal ekosistemlerin antropojenik dönüşümü ile tamamen güvenle ifade edilebilir. Kuşkusuz bu, biyosferde ve onun bölünmelerinde uzun bir dizi anormalliğe yol açmaktadır.

Menopoz sırasında tür çeşitliliğinin azalması, ekolojik öneminin düşük olduğu anlamına gelmez. Türlerin çeşitliliği, ardıllığı ve yönünü şekillendirir ve gerçek alanın yaşamla dolu olmasını sağlar. Kompleksi oluşturan türlerin sayısının yetersiz olması bir dizi oluşturamayacak ve doruk ekosistemlerinin yok olmasıyla yavaş yavaş gezegenin tamamen çölleşmesi söz konusu olacaktır. Çeşitliliğin değeri hem statik hem de dinamik olarak işlevseldir. Tür çeşitliliğinin, süksesyon sürecinin normal doğal seyrinin temelini oluşturan biyosferi oluşturmak için yeterli olmadığı ve çevrenin kendisinin keskin bir şekilde bozulduğu durumlarda, süksesyonun doruğa ulaşmadığını, ancak düğümsel bir toplulukla sona erer - bir paraclimax, uzun vadeli veya kısa vadeli türetilmiş bir topluluk. Belirli bir mekanın ortamının bozulması ne kadar derin olursa, birbirini takip eden aşamalar o kadar erken sona erer.

Bir veya bir grup türün yok edilmesi sonucu kaybolması (yaşam alanlarının antropojenik olarak yok olması, daha az sıklıkla yok olma), menopozun sağlanması, doğal çevrenin tamamen restorasyonu anlamına gelmez. Aslında bu yeni bir ekosistem, çünkü içinde yeni bağlantılar ortaya çıktı, eskilerin çoğu kayboldu ve türlerin farklı bir "yıpranması" gelişti. Kaybolan bir türün geri getirilmesi mümkün olmadığından ekosistem eski durumuna dönemez.

Herhangi bir abiyotik veya biyotik faktör değiştiğinde, örneğin sürekli soğuma veya yeni bir türün ortaya çıkmasıyla, yeni koşullara yeterince uyum sağlayamayan bir tür üç yoldan biriyle karşı karşıya kalacaktır.

Göç. Nüfusun bir kısmı göç edebilir, uygun şartlara sahip habitatlar bulabilir ve orada varlığını sürdürebilir.
Adaptasyon. Gen havuzu, bireylerin yeni koşullarda hayatta kalmasına ve yavru bırakmasına olanak sağlayacak alelleri içerebilir. Birkaç nesil sonra, doğal seçilimin etkisi altında, değişen varoluş koşullarına iyi uyum sağlayan bir popülasyon ortaya çıkar.
Nesli tükenme. Eğer bir popülasyonun tek bir bireyi, olumsuz faktörlerin etkisinden korkarak göç edemezse ve bunlar tüm bireylerin istikrar sınırlarını aşarsa, o zaman popülasyon yok olacak ve gen havuzu yok olacaktır. Bazı türlerin nesli tükeniyor, diğerlerinin ise hayatta kalan bireyleri doğal seçilimin etkisiyle ürüyor, uyum sağlıyor ve değişiyorsa, evrimsel ardıllıktan bahsedebiliriz.

Evrimsel-ekolojik geri döndürülemezlik yasası, ekolojik bileşenlerin dengesizliği sonucu öğelerinin bir kısmını kaybeden veya yerini bir başkasıyla değiştiren bir ekosistemin, değişimler sırasında evrimsel (mikroevrimsel) değişiklikler olması durumunda, ardıllık sırasında orijinal durumuna dönemeyeceğini belirtir. ) Ekolojik unsurlarda meydana gelen değişiklikler (korunmuş veya geçici olarak kaybolmuş). Bazı türlerin ardıllığın ara aşamalarında kaybolması durumunda, bu kayıp işlevsel olarak telafi edilebilir, ancak tamamen telafi edilemez. Çeşitlilik kritik seviyenin altına düştüğünde, silsilenin seyri bozulur ve aslında geçmişin aynısı bir doruğa ulaşılamaz.

Restore edilmiş ekosistemlerin doğasını değerlendirmek için evrimsel-ekolojik geri çevrilemezlik yasası önemlidir. Elementlerin kaybıyla birlikte bunlar aslında yeni oluşan desenler ve bağlantılarla tamamen yeni ekolojik doğal oluşumlardır. Dolayısıyla yeniden iklimlendirme sırasında ekosistemden ayrılan bir türün geçmişe aktarılması, onun mekanik olarak geri dönüşü anlamına gelmemektedir. Bu aslında yenilenen bir ekosisteme yeni bir türün dahil edilmesidir.Evrimsel-ekolojik geri çevrilemezlik yasası, evrimin yönünü yalnızca biyosistemler düzeyinde değil, aynı zamanda biyotanın diğer tüm hiyerarşik düzeylerinde de vurgular.

4 Ekosistemlerin bütünlüğünü ve sürdürülebilirliğini sağlayan küresel bir ekosistem olarak biyosfer

Biyosfer küresel bir ekosistemdir. Daha önce belirtildiği gibi biyosfer, jeobiyosfer, hidrobiyosfer ve aerobiyosfere bölünmüştür (Şekil 2.4). Jeobiyosfer, çevreyi oluşturan ana faktörlere göre bölümlere sahiptir: jeobiyosfer içinde terbiyosfer ve litobiyosfer, hidrobiyosfer içinde marinobiyosfer (okyanusbiyosfer) ve subiyosfer. Bu oluşumlara alt küreler denir. Oluşumlarında çevreyi oluşturan başlıca faktör, yaşam ortamının fiziksel aşamasıdır: aerobiyosferde hava-su, hidrobiyosferde su - tatlı su ve tuzlu su, terbiyosferde katı hava ve litobiyosferde katı su.

Sırasıyla hepsi katmanlara ayrılır: aerobiyosfer - tropobiyosfere ve altobiyosfere; hidrobiyosfer - fotosfere, disfotosfere ve afotosfere.

Buradaki yapıyı oluşturan faktörler, fiziksel çevreye, enerjiye (ışık ve ısı), yaşamın oluşumu ve evrimi için özel koşullara ek olarak - biyotanın karaya, derinliklerine, yüzeyin üzerindeki boşluklara nüfuz etmesinin evrimsel yönleri. Dünya ve okyanusun uçurumları şüphesiz farklıdır. Apobiyosfer, parabiyosfer ve diğer alt ve üst biyosfer katmanlarıyla birlikte, megabiyosferin sınırları içindeki varlığının sözde “yaşam katmanı pastasını” ve jeosferini (ekosferini) oluştururlar.

Sistemik anlamda, listelenen oluşumlar neredeyse evrensel veya gezegen altı boyutların büyük işlevsel parçalarıdır.

Bilim adamları, biyosferde, 7 ana malzeme-enerji ekolojik bileşeninin ve 8'inci - bilgilendirici bileşenin birbirine bağlantısı içinde en az 8-9 düzeyde nispeten bağımsız madde döngüsü olduğuna inanıyor.

Küresel, bölgesel ve yerel madde döngüleri kapalı değildir ve ekosistem hiyerarşisi içerisinde kısmen “kesişmektedir”. Bu maddi-enerji ve kısmen bilgisel "bağlantı", ekolojik üst sistemlerin bir bütün olarak biyosfere kadar bütünlüğünü sağlar.

Ekosistemlerin bütünlüğü ve sürdürülebilirliği. Biyosfer büyük ölçüde dış faktörler tarafından değil, iç kalıplar tarafından oluşturulur. Biyosferin en önemli özelliği, V. I. Vernadsky'nin atomların biyojenik göçü yasasına yansıyan canlı ve cansız şeylerin etkileşimidir.

Atomların biyojenik göçü yasası, insanlığın hem bir bütün olarak Dünya'da hem de bölgelerinde biyojeokimyasal süreçleri bilinçli olarak kontrol etmesini mümkün kılar.

Bilindiği gibi biyosferdeki canlı madde miktarı gözle görülür değişikliklere tabi değildir. Bu model, V.I. tarafından canlı madde miktarının sabitliği yasası şeklinde formüle edildi. Vernadsky: Belirli bir jeolojik dönem için biyosferdeki canlı madde miktarı sabittir. Uygulamada bu yasa, küresel ekosistem - biyosfer için iç dinamik denge yasasının niceliksel bir sonucudur. Canlı madde, atomların biyojenik göçü yasasına göre Güneş ile Dünya arasında bir enerji aracısı olduğundan, ya miktarı sabit olmalı ya da enerji özellikleri değişmelidir. Canlı maddenin fiziksel ve kimyasal birliği yasası (Dünyanın tüm canlı maddeleri fiziksel ve kimyasal olarak birleşmiştir ve ikinci özellikteki önemli değişiklikleri hariç tutar. Bu nedenle, gezegenin canlı maddesi için niceliksel istikrar kaçınılmazdır. Tamamen karakteristiktir. tür sayısı.

Güneş enerjisi akümülatörü olarak canlı madde, hem dış (kozmik) etkilere hem de iç değişikliklere aynı anda yanıt vermelidir. Biyosferin bir yerindeki canlı madde miktarının azalması veya artması, başka bir yerde tam tersi bir sürece yol açmalıdır. Çünkü salınan besinler, canlı maddenin geri kalanı tarafından asimile edilebilir veya eksiklikleri gözlenir. Burada, antropojenik değişim durumunda, doğanın insan tarafından doğrudan bozulmasından çok daha düşük olan sürecin hızını hesaba katmalıyız.

Canlı maddenin fiziksel ve kimyasal birliği yasasına yansıyan canlı madde miktarının sabitliği ve değişmezliğine ek olarak, canlı doğada bilgi ve somatik yapının değişmesine rağmen sürekli olarak korunması söz konusudur. biraz da evrimin gidişatıyla. Bu özellik Yu Goldsmith (1981) tarafından not edilmiş ve biyosferin yapısının korunması yasası - bilgilendirici ve somatik veya ekodinamiklerin birinci yasası olarak adlandırılmıştır.

Canlılar biyosferin yapısını korumak için olgunluğa veya ekolojik dengeye ulaşma çabasındadır. Menopoz arzusu yasası - Yu Goldsmith'in ekodinamiklerin ikinci yasası, biyosfer ve diğer ekolojik sistemler için geçerlidir, ancak spesifikasyonlar olmasına rağmen - biyosfer, alt bölümlerinden daha kapalı bir sistemdir. Biyosferin canlı maddesinin birliği ve alt sistemlerinin yapısının homolojisi, üzerinde ortaya çıkan farklı jeolojik çağlara ve orijinal coğrafi kökenlere ait canlı unsurların evrimsel olarak karmaşık bir şekilde iç içe geçmesine yol açmaktadır. Biyosferin tüm ekolojik seviyelerinde farklı uzay-zamansal kökene ait unsurların iç içe geçmesi, canlı maddenin heterojenez kuralını veya ilkesini yansıtır. Bu ekleme kaotik değildir ancak ekolojik tamamlayıcılık, ekolojik uygunluk (uyum) ve diğer kanunların ilkelerine tabidir. Yu.Goldsmith'in ekodinamiği çerçevesinde, bu onun üçüncü yasasıdır - ekolojik düzen ilkesi veya ekolojik karşılıklılık, bütünün parçaları üzerindeki etkisi nedeniyle küresel bir özelliği, farklılaşmış parçaların parça üzerindeki ters etkisine işaret eder. bütünün gelişimi vb., bu da toplamda bir bütün olarak biyosferin koruma stabilitesine yol açar.

Ekolojik düzen veya sistemik karşılıklılık çerçevesindeki karşılıklı yardım, alanı doldurmanın düzenliliği ve uzay-zamansal kesinlik yasasıyla doğrulanır: alt sistemleri arasındaki etkileşim nedeniyle doğal bir sistem içindeki alanın doldurulması, sistemin homeostatik özelliklerinin, içindeki parçalar arasında minimum çelişkiyle gerçekleştirilmesine olanak tanıyan bir yol. Bu yasadan, doğaya yabancı insan yaratımları da dahil olmak üzere, doğa için “gereksiz” olan kazaların uzun vadeli varlığının imkansız olduğu sonucu çıkmaktadır. Biyosferdeki karşılıklı sistem düzeninin kuralları aynı zamanda, bir doğal sistemin alt sistemlerinin gelişimlerinde aynı sisteme dahil olan diğer alt sistemlerin başarılı gelişimi ve kendi kendini düzenlemesi için bir ön koşul sağladığını belirten sistem tamamlayıcılığı ilkesini de içerir.

Yu Goldsmith'in ekodinamik dördüncü yasası, canlıların öz kontrolü ve öz düzenleme yasasını içerir: canlıların kontrol etkisi altındaki canlı sistemler ve sistemler, süreçlerinde kendi kendini kontrol etme ve kendi kendini düzenleme yeteneğine sahiptir. çevredeki değişikliklere uyum. Biyosferde, öz kontrol ve öz düzenleme, genel etkileşimin kademeli ve zincirleme süreçleri sırasında meydana gelir - doğal seçilimin varlığı mücadelesi (bu kavramın en geniş anlamıyla), sistemlerin ve alt sistemlerin uyarlanması, geniş ortak evrim sırasında , vesaire. Üstelik tüm bu süreçler, doğa açısından - biyosfer ekosistemlerinin ve bir bütün olarak korunması ve geliştirilmesi açısından - olumlu sonuçlara yol açmaktadır.

Yapısal ve evrimsel nitelikteki genellemeler arasındaki bağlantı, küresel habitatın otomatik olarak sürdürülmesi kuralıdır: kendi kendini düzenleme ve abiyotik faktörlerle etkileşim sırasında canlı madde, gelişimine uygun bir yaşam ortamını otodinamik olarak korur. Bu süreç, kozmik ve küresel ekosfer ölçeğindeki değişikliklerle sınırlıdır ve gezegenin tüm ekosistemlerinde ve biyosistemlerinde, küresel ölçeğe ulaşan bir öz düzenleme kademesi olarak gerçekleşir. Küresel habitatın otomatik bakımı kuralı, V.I.'nin biyojeokimyasal ilkelerinden kaynaklanmaktadır. Vernadsky, türlerin yaşam alanlarını koruma kuralları, göreceli iç tutarlılık ve biyosferdeki muhafazakar mekanizmaların varlığı için bir sabit görevi görür ve aynı zamanda sistem-dinamik tamamlayıcılık kuralını doğrular.

Biyosfer üzerindeki kozmik etki, kozmik etkilerin kırılma yasasıyla kanıtlanır: Biyosfer ve özellikle onun alt bölümleri üzerinde etkisi olan kozmik faktörler, gezegenin ekosferi tarafından ve dolayısıyla güç ve zaman açısından değişime tabidir. tezahürler zayıflayabilir, kayabilir, hatta etkilerini tamamen kaybedebilir. Buradaki genelleme önemlidir, çünkü güneş aktivitesinin ve diğer kozmik faktörlerin Dünya'nın ekosistemleri ve içinde yaşayan organizmalar üzerinde sıklıkla eşzamanlı etkileri vardır.

Dünyadaki ve biyosferindeki birçok sürecin, uzayın etkisine bağlı olmasına rağmen, güneş aktivitesi döngülerinin 1850, 600, 400, 178, 169, 88, 83, 33, 22, 16 aralıklarla varsayıldığı unutulmamalıdır. , 11, 5 (11,1), 6,5 ve 4,3 yıl, biyosferin kendisi ve bölümlerinin her durumda aynı döngüsellikle reaksiyona girmesi zorunlu değildir. Biyosfer sisteminin kozmik etkileri tamamen veya kısmen engellenebilir.

Çözüm

Ekosistemler, organizmaları ve cansız çevreyi (birbirlerinin özelliklerini karşılıklı olarak etkileyen bileşenler ve Dünya'da var olan biçimde yaşamı sürdürmek için gerekli koşullar) içerdiğinden ekolojinin temel işlevsel birimidir. Belirli bir fizikokimyasal çevrenin (biyotop) bir canlı organizma topluluğu (biyosenoz) ile birleşimi bir ekosistem oluşturur.

Mikroekosistemler, mezoekosistemler ve küresel ekosistem - biyosfer vardır.

Ekosistemler düzensiz bir şekilde dağılmış değildir; aksine hem yatay (enlem açısından) hem de dikey (yükseklik açısından) oldukça düzenli bölgelerde gruplandırılmışlardır.

Ekosistemlerin temel enerji kaynağı Güneş'tir. Dünya yüzeyine düşen güneş ışınımı yılda 1,54 milyon EJ'dir. Gezegenin yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin çoğu doğrudan ısıya, suyu veya toprağı ısıtarak havayı ısıtıyor. Ekosistemler, miktarı nispeten sabit ve bol olan, kirletici olmayan ve neredeyse sonsuz güneş enerjisi nedeniyle var olur. Dünyadaki güneş enerjisi iki madde döngüsüne neden olur: büyük veya jeolojik ve küçük, biyolojik (biyotik). Her iki döngü de birbirine bağlıdır ve sanki tek bir süreci temsil eder.

Biyojeokimyasal döngülerin veya biyojeokimyasal döngülerin varlığı, sistemin kendi kendini düzenlemesi (homeostazisi) için fırsat yaratır, bu da ekosisteme stabilite sağlar: çeşitli elementlerin içeriğinin yüzdesinin inanılmaz bir sabitliği.

Oldukça fazla sayıda madde döngüsü vardır. Aktarılan kütleler ve enerji tüketimi açısından Dünya üzerindeki en önemli döngü, gezegensel hidrolojik döngü veya su döngüsüdür. Biyotik (biyolojik) döngü, maddelerin toprak, bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalar arasındaki dolaşımını ifade eder. Tüm biyojeokimyasal döngüler arasında karbon döngüsü şüphesiz en yoğun olanıdır. Jeolojik çağlarda üretilen oksijenin çoğu atmosferde kalmadı, ancak litosfer tarafından karbonatlar, sülfatlar, demir oksitler vb. şeklinde sabitlendi. Bu kütle, biyosferde dolaşan 39x1014 ton oksijene karşılık 590x1014 tondur. Kıtasal ve okyanus sularında çözünmüş gaz veya sülfat formunda. Azot, proteinlerin ve nükleik asitlerin bir parçası olduğundan önemli bir biyojenik elementtir. Azot döngüsü hem gaz hem de mineral fazlarını içerdiğinden ve aynı zamanda en ideal döngülerden biri olduğundan en karmaşık olanlardan biridir. Biyosferdeki fosfor döngüsü bitki ve hayvanlardaki metabolik süreçlerle ilişkilidir. Karasal bitkilerde ve alglerde% 0.01-0.1, hayvanlarda% 0.1'den yüzde birkaçına kadar bulunan bu önemli ve gerekli protoplazma unsuru, yavaş yavaş organik bileşiklerden tekrar bitkiler tarafından kullanılabilen fosfatlara dönüşerek dolaşır. Hidrojen sülfür H2S ve kükürt dioksit SO2 gibi çok sayıda gaz halindeki kükürt bileşikleri vardır.

Ekosistemlerde organizmaların yaşamsal faaliyetlerinin ve madde dolaşımının sürdürülebilmesi, yani ekosistemlerin varlığının devam edebilmesi, tüm organizmaların yaşamsal işlevleri ve kendilerini çoğaltabilmeleri için gerekli olan enerjinin sürekli akışına bağlıdır.

Ekosistemin farklı bloklarında sürekli dolaşan, her zaman yeniden kullanılabilen ve döngüye girebilen maddelerin aksine, enerji bir kez kullanılabilir, yani ekosistemde doğrusal bir enerji akışı vardır.

Bir ekosistemde enerji içeren maddeler ototrofik organizmalar tarafından oluşturulur ve heterotroflar için besin görevi görür. Besin bağlantıları, enerjiyi bir organizmadan diğerine aktarmaya yönelik mekanizmalardır. Her ekosistemde besin ağları, çeşitli besin zincirlerinin her seviyesinde temsil edilen organizmaların doğası ve sayısı ile karakterize edilen, iyi tanımlanmış bir yapıya sahiptir.

Ekosistemlerin oluşumu dinamik bir süreçtir. Ekosistemlerde, üyelerinin durumlarında, yaşamsal faaliyetlerinde ve nüfus oranlarında sürekli değişiklikler meydana gelir. Herhangi bir toplulukta meydana gelen çeşitli değişiklikler iki ana türe ayrılır: döngüsel ve ilerici.

Süksesyon doğal, yönlendirilmiş bir süreçtir ve şu veya bu aşamada meydana gelen değişiklikler herhangi bir topluluğun karakteristiğidir ve tür bileşimine veya coğrafi konumuna bağlı değildir. Küresel ekosistem biyosferdir. Daha önce belirtildiği gibi biyosfer, jeobiyosfer, hidrobiyosfer ve aerobiyosfere bölünmüştür. Biyosfer büyük ölçüde dış faktörler tarafından değil, iç kalıplar tarafından oluşturulur. Biyosferin en önemli özelliği, V.I. tarafından atomların biyojenik göçü kanununa yansıyan canlı ve cansız şeylerin etkileşimidir. Vernadsky.

Dünya üzerinde var olan ekosistemler çeşitlidir. Mikroekosistemler (örneğin çürüyen bir ağacın gövdesi), mezoekosistemler (orman, gölet vb.), makroekosistemler (kıta, okyanus vb.) ve küresel biyosfer bulunmaktadır. Büyük karasal ekosistemlere biyom denir. Her biyom bir dizi daha küçük, birbirine bağlı ekosistem içerir. Ekosistemlerin çeşitli sınıflandırmaları vardır: yaprak dökmeyen tropik yağmur ormanları; çöl: çimenli ve çalılık; tropik çayırlar ve savanlar; ılıman bozkır; ılıman yaprak döken orman: kuzeydeki iğne yapraklı ormanlar. Tundra: Arktik ve Alp. Tatlı su ekosistemi türleri: şerit (durgun su): göller, göletler, vb.; Lotik (akan sular): nehirler, akarsular vb.; sulak alanlar: bataklıklar ve bataklık ormanları;

Deniz ekosistemi türleri: açık okyanus (pelajik); kıta sahanlığının suları (kıyı suları); yükselen alanlar (üretken balıkçılığa sahip verimli alanlar); haliçler (kıyı koyları, boğazlar, nehir ağızları, tuzlu bataklıklar vb.).

Her ekosistemin iki ana bileşeni vardır: organizmalar ve onların cansız çevrelerinden gelen faktörler. Organizmaların (bitkiler, hayvanlar, mikroplar) tamamına ekosistemin biyotası denir. Farklı organizma kategorileri arasındaki etkileşim yolları onun biyotik yapısıdır.

Dünyadaki güneş enerjisi iki madde döngüsüne neden olur: büyük veya jeolojik, en açık şekilde su döngüsünde ve atmosferik dolaşımda kendini gösterir ve küçük, biyolojik (biyotik), büyük bir temelde gelişen ve sürekli olarak oluşan, döngüseldir, ancak zaman ve mekan açısından eşit değildir ve çeşitli organizasyon seviyelerindeki ekolojik sistemler içindeki maddenin, enerjinin ve bilginin doğal yeniden dağıtımında az çok önemli kayıplara eşlik eder.

Her iki döngü de birbirine bağlıdır ve sanki tek bir süreci temsil eder. Abiyotik faktörlerin ve ekosistemin canlı organizmalarının etkileşimine, biyotop ile biyosenoz arasında alternatif organik ve mineral bileşikler formunda sürekli bir madde dolaşımı eşlik eder. Bir ekosistem içerisinde çeşitli aşamaları meydana gelen canlı organizmalar ile inorganik çevre arasındaki kimyasal elementlerin değişimine biyojeokimyasal döngü veya biyojeokimyasal döngü denir.

Bu tür döngülerin varlığı, sistemin kendi kendini düzenlemesi (homeostazisi) için fırsat yaratır, bu da ekosisteme istikrar sağlar: çeşitli elementlerin yüzdesinin inanılmaz bir sabitliği. Ekosistemlerin işleyiş prensibi burada geçerlidir: Kaynakların elde edilmesi ve atıkların bertaraf edilmesi, tüm unsurların döngüsü çerçevesinde gerçekleşir.

Kullanılmış literatür listesi

1.Bigon M.I. Ekoloji, bireyler, popülasyonlar ve topluluklar. M.: 1989. - 290 s.

2.Beysenova A.S., Shildebaev Zh.B., Sautbaeva G.Z. Ekoloji. Almatı: "Gylym, 2001. - 201 s.

3.Akimova T.A., Khaskin V.V. Ekoloji. M.: BİRLİK Yayınevi, 1998. - 233 s.

.Gorelov A.A. Ekoloji. Ders kursu. M.: "Merkez" 1997. - 280 s.

.Stadnitsky G.V., Rodionov A.I. Ekoloji. M.: BİRLİK Yayınevi, 1996. - 272 s.

.Sadanov A.K., Svanbaeva Z.S., Ekoloji. Almatı: "Tarım Üniversitesi", 1999. - 197 s.

.Shilov I.A. Ekoloji. M.: Yüksekokul, 2000. - 348 s.

.Reimers N.F. Ekoloji (Teori, yasalar, kurallar, ilkeler ve hipotezler). M.: "Genç Rusya", 1994. - 260 s.

.Tsvetkova L.I., Alekseev M.I., Usenov B.P. ve diğerleri Ekoloji. Teknik üniversiteler için ders kitabı. M.; ASV, St. Petersburg: Khimizdat, 1999, 185 s.

.Girusov E.V. Çevre yönetiminin ekolojisi ve ekonomisi. M.: Hukuk ve Hukuk, BİRLİK. 1998 - 232 s.

.Vronsky V.A. Uygulamalı ekoloji: Ders kitabı. Fayda. Rostov-on-Don: 1995. - 197 s.

.Budyko M.I. Küresel ekoloji. M.: Mysl, 1977.-248 s.

.Alekseenko V.A. Çevresel jeokimya. Ders kitabı. M.: Logolar, 2000 - 410 s.

.Petrov K.M. S-P'nin genel ekolojisi. Öğretici. "Kimya", 1997. - 218 s.

.Andersen J.M. Ekoloji ve çevre bilimi. Biyosfer, ekosistem, dostum. L., 1985. 376 s.

.Girenok F.I. Ekoloji. Medeniyet. Noosfer.M.: 191987. - 281 s.

.Denge arayışında: sosyal politik öncelikler sisteminde ekoloji M.: 1992. - 427 s.

.Toplum ve doğa arasındaki etkileşimin tarihi: Faktörler ve kavram. M.: ANSSSR 1990.

.Stepanovskikh A.S. Uygulamalı ekoloji: Çevrenin korunması. Üniversiteler için ders kitabı. M.: BİRLİK DANA. 2003. 751 s.

Benzer çalışmalar - Ekosistemlerde madde döngüsü ve enerji akışı

“Madde akışı” ve “enerji akışı” terimleri açıkça tanımlanmalıdır. Maddenin akışı, kimyasal elementler ve bunların bileşiklerinin üreticilerden ayrıştırıcılara (tüketiciler aracılığıyla veya tüketiciler olmadan) doğru hareketidir. Enerji akışı, enerjinin, besin zincirleri boyunca organik bileşiklerin (gıda) kimyasal bağları şeklinde bir trofik seviyeden diğerine (daha yüksek) aktarılmasıdır.

Ekosistemin farklı bloklarında sürekli dolaşan ve her zaman döngüye yeniden girebilen maddelerin aksine, gelen enerjinin yalnızca bir kez kullanılabileceğini belirtmek gerekir.

Evrensel bir doğa olayı olarak enerjinin tek yönlü akışı termodinamik yasalarıyla belirlenir. Birinci yasaya göre enerji bir formdan (ışığın enerjisi) diğerine (gıdanın potansiyel enerjisi) geçebilir, ancak asla bir daha yaratılmaz ve iz bırakmadan kaybolmaz.

Termodinamiğin ikinci yasası, enerjinin bir kısmını kaybetmeden dönüşümüyle ilgili tek bir sürecin olamayacağını belirtir. Bu nedenle örneğin gıdanın organizmanın vücudunu oluşturan maddeye %100 verimle dönüşümü mümkün değildir.

Böylece tüm ekosistemlerin işleyişi, tüm organizmaların varlığını sürdürebilmesi ve kendini çoğaltabilmesi için gerekli olan enerjinin sürekli akışıyla belirlenir.

Ekosistemlerde rekabetçi ilişkiler de vardır. Bu açıdan enerji maksimizasyonu yasası (G. Odum - E. Odum) büyük ilgi görüyor: Diğer ekosistemlerle rekabet halinde, enerji arzına en iyi katkıyı sağlayan ve maksimum miktarını en verimli şekilde kullanan hayatta kalır. (korur). Yasaya göre, sistem bu amaçla: 1) yüksek kaliteli enerji (örneğin yağ rezervleri) akümülatörleri (depoları) oluşturur; 2) yeni enerji tedarikini sağlamak için belirli miktarda birikmiş enerji harcar; 3) çeşitli maddelerin dolaşımını sağlar; 4) sistemin istikrarını ve değişen koşullara uyum sağlama yeteneğini destekleyen düzenleyici mekanizmalar oluşturur; 5) Özel enerji türlerine olan ihtiyacı karşılamak için gerekli diğer sistemlerle alışverişi kurar.

Önemli bir durumu vurgulamak gerekir: Enerji maksimizasyonu yasası bilgi açısından da geçerlidir, bu nedenle (N. F. Reimers'e göre) enerji ve bilgi maksimizasyonu yasası olarak da düşünülebilir: enerjiye en çok katkıda bulunan sistem. Enerjinin ve bilginin alınması, üretilmesi ve etkin kullanımı.

Bir maddenin maksimum arzının, diğer benzer sistemlerden oluşan rekabetçi bir grupta sistemin başarısını henüz garanti etmediğini belirtelim.

Biyosinoz organizmaları arasında güçlü besin ilişkilerinin veya bir besin zincirinin ortaya çıktığı ve kurulduğu daha önce belirtilmişti. İkincisi üç ana bağlantıdan oluşur: üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılar.

Fotosentetik organizmalarla başlayan besin zincirlerine otlayan (veya otlayan) zincirler, ölü bitki maddeleri, karkaslar ve hayvan dışkısıyla başlayan zincirlere ise kırıntılı zincirler adı verilir.

Besin zincirindeki her bağlantının konumuna trofik seviye denir; madde ve enerji akışının farklı yoğunlukları ile karakterize edilir. İlk trofik seviye her zaman üreticilerdir; ikincisi otçul tüketicilerdir; üçüncüsü - otçul formlarla yaşayan etoburlar; dördüncü seviye - diğer etoburları tüketmek vb.

Besin zincirinde farklı seviyelerde yer alan birinci, ikinci, üçüncü ve dördüncü dereceden tüketiciler vardır (Şekil 9).

Pirinç. 9.

Bunda tüketicilerin gıda uzmanlığının önemli bir rol oynadığı açıktır. Besin yelpazesi geniş olan türler farklı trofik düzeylerde besin zincirlerine dahil edilebilmektedir. Örneğin bir kişinin diyeti hem bitkisel besinleri hem de otobur ve etoburların etini içerir. Bu nedenle farklı besin zincirlerinde I, II veya III. siparişlerin tüketicisi olarak hareket eder.

Enerjiyi bir seviyeden diğerine aktarırken enerji kaybedildiğinden, güç zinciri uzun olamaz: genellikle 4...6 bağlantıdan oluşur (Tablo 1).

1. Besin zincirlerinin tipik diyagramları (V. M. Ivonin, 1996'ya göre)

Bununla birlikte, aynı tür aynı anda farklı bağlantılarda bulunabildiğinden, bu tür zincirler saf haliyle genellikle doğada bulunmaz. Bunun nedeni doğada az sayıda monofaj bulunmasıdır; oligofajlar ve polifajlar çok daha yaygındır. Örneğin, çeşitli otçullar ve etoburlarla beslenen avcılar birçok zincirin halkalarıdır. Sonuç olarak, her biyosinozda, tek bir bütünü temsil eden besin zincirlerinin kompleksleri evrimsel olarak oluşturulur. Çok karmaşık olan güç ağları bu şekilde oluşturulur.

Böylece, besin zincirinin toplumdaki (bitkiler - üreticiler, hayvanlar - tüketiciler ve mikroorganizmalar - ayrıştırıcılar arasında) enerji aktarımının ana kanalı olduğu sonucuna varabiliriz (Şekil 10). besin zincirleri ve trofik seviyeler daha ziyade bir soyutlamadır. Laboratuvarda açıkça ayrılmış seviyelere sahip doğrusal bir zincir oluşturulabilir. Ancak doğada gerçekten de birçok popülasyonun aynı anda birkaç trofik seviyeye ait olduğu trofik ağlar vardır. Aynı organizma tüketir hem hayvanlar hem de bitkiler; yırtıcı birinci ve ikinci dereceden tüketicilerle beslenebilir; birçok hayvan hem canlı hem de ölü bitkileri yer.

Trofik ilişkilerin karmaşıklığı nedeniyle, bir türün kaybının genellikle topluluk üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Diğer “kullanıcılar” nesli tükenen türlerin besinlerini tüketmeye başlıyor,

Pirinç. 10.

onunla beslenen türler yeni yiyecek kaynakları bulur: genel olarak toplulukta denge korunur.

Üreticiler tarafından emilen enerji, besin zincirleri boyunca akar ve yavaş yavaş tüketilir. Besin zincirinin sonundaki enerji miktarı her zaman başlangıçta olduğundan daha azdır. Fotosentez sırasında bitkiler, kendilerine çarpan güneş enerjisinin ortalama yalnızca %1'ini bağlarlar. Bir bitkiyi yiyen hayvan, yiyeceğin bir kısmını sindiremez ve onu dışkı şeklinde dışarı atar. Genellikle bitki besinlerinin %20...60'ı sindirilir; Emilen enerji, hayvanın yaşamını sürdürmek için kullanılır. Hücrelerin ve organların işleyişine ısı salınımı eşlik eder, yani gıda enerjisinin önemli bir kısmı kısa sürede çevreye dağılır. Yiyeceklerin nispeten küçük bir kısmı yeni doku oluşturmak ve yağ rezervleri oluşturmak için kullanılır. Daha sonra, bir otobur yiyen ve üçüncü trofik seviyeyi temsil eden bir yırtıcı, yalnızca avının vücudunda (ikinci seviye) biyokütle artışı şeklinde tutulan bitki tarafından biriktirilen enerjiden bu enerjiyi alır.

Besin zincirinde madde ve enerji aktarımı sırasında her aşamada enerjinin yaklaşık %90'ının kaybolduğu ve bunun yalnızca yaklaşık onda birinin bir sonraki tüketiciye yani gıda bağlantılarındaki enerjinin aktarımına geçtiği bilinmektedir. organizmaların yüzde on kuralına (Lindemann ilkesi) uymaktadır. Örneğin, üçüncül etoburlara (beşinci trofik seviye) ulaşan enerji miktarı, üreticiler tarafından emilen enerjinin yalnızca 10-4'ü kadardır. Bu, biyosenozun tür kompozisyonunun karmaşıklığına bakılmaksızın, besin zincirindeki sınırlı sayıdaki (5...6) bağlantının (seviyenin) varlığını açıklamaktadır.

Pirinç. on bir.

Ekosistemlerdeki enerji akışı göz önüne alındığında, trofik seviye arttıkça biyokütlenin neden azaldığını anlamak da kolaydır. Burada ekosistemlerin işleyişinin üçüncü temel ilkesi ortaya çıkıyor: Bir popülasyonun biyokütlesi ne kadar büyükse, kapladığı trofik seviye de o kadar düşük olmalıdır, aksi takdirde: uzun besin zincirlerinin sonunda büyük bir biyokütle olamaz.

Yukarıda sıralanan ekosistem işleyişinin üç temel ilkesi (besin döngüsü, güneş enerjisi akışı ve artan trofik seviyeyle birlikte biyokütledeki azalma) genel bir diyagram şeklinde sunulabilir (Şekil 11). Organizmaları beslenme ilişkilerine göre düzenlersek, her biri için enerji ve besin maddelerinin “girdisini” ve “çıkışını” belirtirsek, besinlerin ekosistem içinde sürekli olarak geri dönüştürüldüğü ve enerji akışının bunun içinden geçtiği açık hale gelir.

Ekosistemin farklı bloklarında sürekli dolaşan, her zaman yeniden kullanılabilen ve döngüye girebilen maddelerin aksine, enerji yalnızca bir kez kullanılabilir, yani ekosistemde doğrusal bir enerji akışı vardır.

Evrensel bir doğa olayı olarak enerjinin tek yönlü akışı, termodinamik yasalarının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Birinci Kanun enerjinin bir formdan (ışık gibi) diğerine (gıdanın potansiyel enerjisi gibi) dönüştürülebileceğini ancak yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir. İkinci Kanun enerjinin bir kısmını kaybetmeden dönüşümüyle ilgili tek bir sürecin olamayacağını belirtiyor. Bu tür dönüşümlerde belirli miktarda enerji erişilemeyen termal enerjiye dönüşür ve dolayısıyla kaybolur. Dolayısıyla örneğin gıda maddelerinin organizmanın vücudunu oluşturan maddeye dönüşümü yüzde 100 verimle gerçekleşemez.

Ekolojik piramitler. Her ekosistemde besin ağları, çeşitli besin zincirlerinin her seviyesinde temsil edilen organizmaların doğası ve sayısı ile karakterize edilen, iyi tanımlanmış bir yapıya sahiptir. Bir ekosistemdeki organizmalar arasındaki ilişkileri incelemek ve bunları grafiksel olarak tasvir etmek için genellikle besin ağı diyagramları yerine ekolojik piramitler kullanırlar. Ekolojik piramitler bir ekosistemin trofik yapısını geometrik biçimde ifade eder. Aynı genişlikte dikdörtgenler şeklinde inşa edilmişlerdir ancak dikdörtgenlerin uzunluğu, ölçülen nesnenin değeriyle orantılı olmalıdır. Buradan alabilirsiniz sayılar, biyokütle ve enerji piramitleri.

Ekolojik piramitler, herhangi bir biyosinozun trofik yapısını gösterdiğinde temel özelliklerini yansıtır:

Yükseklikleri, söz konusu besin zincirinin uzunluğuyla, yani içerdiği trofik seviyelerin sayısıyla orantılıdır;

Şekilleri az çok bir seviyeden diğerine geçiş sırasındaki enerji dönüşümlerinin verimliliğini yansıtır.

Sayı piramitleri. Bir ekosistemin trofik yapısının incelenmesine yönelik en basit yaklaşımı temsil ederler. Bu durumda, belirli bir bölgedeki organizmaların sayısı ilk önce sayılır, trofik seviyelere göre gruplandırılır ve uzunluğu (veya alanı) belirli bir alanda yaşayan organizmaların sayısıyla orantılı olan bir dikdörtgen biçiminde sunulur ( veya belirli bir hacimde (su ekosistemi ise). Herhangi bir ortamda hayvanlardan daha fazla bitki, etoburlardan daha fazla otçul, kuşlardan daha fazla böcek vb. olduğu temel bir kural oluşturulmuştur.

Nüfus piramitleri, her trofik seviyedeki organizmaların yoğunluğunu yansıtır. Çeşitli nüfus piramitlerinin yapımında büyük çeşitlilik vardır. Çoğu zaman baş aşağı dururlar.

Örneğin, bir ormanda böceklerden (otçullar) önemli ölçüde daha az ağaç (birincil üreticiler) vardır.

Biyokütle piramidi. Toplam organizma kütlesini hesaba kattığı için ekosistemdeki gıda ilişkilerini daha iyi yansıtır (biyokütle) her trofik seviye. Biyokütle piramitlerindeki dikdörtgenler, birim alan veya hacim başına her trofik seviyedeki organizmaların kütlesini temsil eder. Biyokütle piramidinin şekli genellikle nüfus piramidinin şekline benzer. Her ardışık trofik seviyede biyokütlede bir azalma karakteristiktir.

Biyokütle piramitleri ve sayılar sadece düz değil aynı zamanda ters de olabilir. Ters çevrilmiş biyokütle piramitleri, fitoplanktonik algler gibi birincil üreticilerin çok hızlı bölündüğü ve onların tüketicilerinin (zooplanktonik kabuklular) çok daha büyük olduğu ancak uzun bir üreme döngüsüne sahip olduğu su ekosistemlerinin karakteristiğidir. Bu özellikle, birincil üretkenliğin metabolik hızları artan mikroskobik organizmalar tarafından sağlandığı, yani biyokütlenin düşük, üretkenliğin yüksek olduğu tatlı su ortamları için geçerlidir.

Enerji piramidi. Farklı trofik seviyelerdeki organizmalar arasındaki bağlantıları göstermenin en temel yolu enerji piramitleridir. Besin zincirlerinin enerji dönüşüm verimliliğini ve üretkenliğini temsil ederler ve birim zamanda birim yüzey alanı başına biriken ve her trofik seviyedeki organizmalar tarafından kullanılan enerji (kcal) miktarının sayılmasıyla oluşturulurlar. Bu nedenle, biyokütlede depolanan enerji miktarını belirlemek nispeten kolaydır, ancak her bir trofik seviyede emilen toplam enerji miktarını tahmin etmek daha zordur. Bir grafik oluşturduktan sonra (Şekil 12.28), biyokütle piramidinde önemi küçük görünen ve nüfus piramidinde bunun tersi olan yıkıcıların; Ekosistemden geçen enerjinin önemli bir kısmını alırlar. Üstelik tüm bu enerjinin yalnızca bir kısmı ekosistemin her trofik seviyesindeki organizmalarda kalır ve biyokütlede depolanır; geri kalanı canlıların metabolik ihtiyaçlarını karşılamak için kullanılır: varlığını sürdürmek, büyümek, üremek. Hayvanlar ayrıca kas çalışmaları için önemli miktarda enerji harcarlar.

R. Lindeman ilk kez 1942'de formüle edildi enerji piramidi kanunu, ders kitaplarında buna genellikle “%10 yasası” denir. Bu yasaya göre birinden ekolojik piramidin trofik seviyesi Ortalama olarak enerjinin %10'undan fazlası başka bir seviyeye geçmez.

Tüketiciler ekosistemde yönetim ve dengeleyici bir bağlantı görevi görür. Tüketiciler, egemenlerin tekelini önleyerek, çeşitlilikte bir çeşitlilik yelpazesi yaratır. Tüketicilerin kontrol değeri kuralı haklı olarak oldukça temel kabul edilebilir. Sibernetik görüşlere göre, kontrol sistemi yapı olarak kontrollü olandan daha karmaşık olmalıdır, o zaman tüketici türlerinin çokluğunun nedeni açıklığa kavuşur. Tüketicilerin kontrol edici önemi aynı zamanda enerjik bir temele de sahiptir. Bir veya başka bir trofik seviyeden geçen enerji akışı, altta yatan trofik seviyedeki gıdanın mevcudiyeti ile kesin olarak belirlenemez. Bilindiği gibi gıdanın tamamen yok edilmesi tüketicilerin ölümüne yol açacağından her zaman yeterli bir “rezerv” kalır. Bu genel modeller nüfus süreçleri, topluluklar, ekolojik piramidin seviyeleri ve bir bütün olarak biyosinozlar çerçevesinde gözlemlenir.

Sunum önizlemelerini kullanmak için bir Google hesabı oluşturun ve bu hesaba giriş yapın: https://accounts.google.com

Slayt başlıkları:

Doğada madde ve enerji döngüsü

Maddelerin döngüsü, az çok döngüsel olan, doğadaki maddenin tekrarlanan dönüşüm ve hareket süreçleridir. Gezegenimizdeki tüm maddeler dolaşım halindedir. Doğada iki ana döngü vardır: Büyük (jeolojik) Küçük (biyojeokimyasal)

Maddelerin Büyük Döngüsü Büyük Döngü milyonlarca yıl sürer ve güneş enerjisinin Dünyanın derin enerjisiyle etkileşiminden kaynaklanır. Jeolojik süreçler, kayaların oluşumu ve yıkımı ve ardından yıkım ürünlerinin hareketi ile ilişkilidir.

Küçük madde döngüsü Küçük döngü (biyojeokimyasal), biyosferde, biyosinoz düzeyinde meydana gelir. Özü, fotosentez işlemi sırasında inorganik bileşiklerden canlı maddenin oluşması ve organik maddenin ayrışma sırasında tekrar inorganik bileşiklere dönüştürülmesidir. Biyojeokimyasal döngüler – Vernadsky V.I.

Su döngüsü Tr akışı inf Su buharlaşması Buhar yoğunlaşması Yağış akışı Terleme sızması

Terleme, suyun bir bitki içinde hareket etmesi ve bitkinin yapraklar, saplar ve çiçekler gibi dış organları yoluyla buharlaşması sürecidir. Su bitki yaşamı için gereklidir, ancak köklerden sağlanan suyun yalnızca küçük bir kısmı doğrudan büyüme ve metabolizma için kullanılır.

Su döngüsü

Su döngüsü Suyun büyük bir kısmı okyanuslarda yoğunlaşmıştır. Yüzeylerinden buharlaşan sular doğal ve yapay kara ekosistemlerini besler. Bir bölge okyanusa ne kadar yakınsa, o kadar fazla yağış olur. Kara, suyu sürekli olarak okyanusa döndürür: Nemin bir kısmı, en aktif olarak ormanlarda buharlaşır, bir kısmı nehirler tarafından toplanır: yağmur alır ve suyu eritir. Okyanus ve kara arasındaki nem alışverişi çok yüksek enerji maliyetleri gerektirir; Dünya'ya ulaşan güneş enerjisinin yaklaşık %30'u buna harcanır.

Su döngüsünde insanın etkisi Medeniyetin gelişmesinden önce biyosferdeki su döngüsü dengedeydi; okyanus, buharlaşma yoluyla tükettiği kadar suyu nehirlerden alıyordu. Medeniyetin gelişmesiyle birlikte bu döngü bozulmaya başladı. Özellikle ormanlar giderek daha az su buharlaştırır çünkü... alanları azalıyor ve tam tersine toprak yüzeyi artıyor çünkü Sulanan tarım arazilerinin alanı artıyor. topraklar. Güney bölgelerin nehirleri sığlaştı. Su, okyanus yüzeyinden daha da kötü bir şekilde buharlaşır, çünkü... önemli bir kısmı bir yağ filmi ile kaplıdır. Bütün bunlar biyosfere su tedarikini kötüleştiriyor.

Kuraklık daha sık hale geliyor ve çevre felaketleri ortaya çıkıyor. Örneğin, Afrika'da, Sahra'yı kıtanın kuzey ülkelerinden ayıran yarı çöl bölgesi olan Sahel bölgesinde felaket niteliğinde bir kuraklık 35 yıldan fazla süredir devam ediyor. Karadan okyanusa ve diğer su kütlelerine dönen tatlı su genellikle kirlenir. Birçok Rus nehrinin suyu neredeyse içilemez hale geldi. Canlı organizmaların kullanabileceği tatlı su oranı oldukça küçüktür, bu nedenle tasarruflu kullanılmalı ve kirletilmemelidir! Gezegendeki her dört kişiden biri temiz içme suyundan yoksundur. Dünyanın birçok bölgesinde endüstriyel üretim ve sulama için yeterli su bulunmuyor.

Hidrosferin farklı bileşenleri su döngüsüne farklı şekillerde ve farklı hızlarda katılır. Buzullardaki suyun tamamen yenilenmesi 8000 yıl, yeraltı suyunun 5000 yıl, okyanusun 3000 yıl, toprağın ise 1 yıl alması gerekiyor. Atmosfer buharı ve nehir suları 10-12 günde tamamen yenilenir. Doğadaki suyun döngüsü yaklaşık 1 milyon yıl sürer.

Oksijen döngüsü Oksijen, biyosferdeki en yaygın elementlerin bir parçasıdır. Atmosferdeki oksijen içeriği neredeyse %21'dir. Oksijen, su moleküllerinin ve canlı organizmaların (proteinler, yağlar, karbonhidratlar, nükleik asitler) bir parçasıdır. Oksijen üreticiler (yeşil bitkiler) tarafından üretilir. Ozon oksijen döngüsünde önemli bir rol oynar. Ozon tabakası deniz seviyesinden 20-30 km yükseklikte bulunmaktadır. Atmosferdeki oksijen içeriği 2 ana süreçten etkilenir: 1) fotosentez 2) tüketildiği organik maddenin ayrışması.

Oksijen döngüsü yavaş bir süreçtir. Atmosferdeki tüm oksijenin tamamen yenilenmesi yaklaşık 2000 yıl alır. Karşılaştırma için: Atmosferdeki karbondioksitin tamamen yenilenmesi yaklaşık 3 yıl içinde gerçekleşir. Oksijen çoğu canlı organizma tarafından solunum için kullanılır. Oksijen, içten yanmalı motorlarda, termik santral fırınlarında, uçak ve roket motorlarında vb. yakıt yakarken kullanılır. İlave antropojenik tüketim, oksijen döngüsünün dengesini bozabilir. Şu ana kadar biyosfer insan müdahalesini telafi ediyor: kayıplar yeşil bitkilerle telafi ediliyor. Orman alanının daha da azalması ve daha fazla yakıt yakılmasıyla birlikte atmosferdeki oksijen içeriği azalmaya başlayacak.

BU ÖNEMLİ!!! Havadaki oksijen içeriği %16'ya düştüğünde kişinin sağlığı kötüleşir (özellikle kalp zarar görür), %7'ye düştüğünde kişi bilincini kaybeder, %3'e düştüğünde ise ölüm meydana gelir.

Karbon döngüsü

Karbon döngüsü Karbon, organik bileşiklerin temelidir; proteinler, yağlar ve karbonhidratlar formundaki tüm canlı organizmaların bir parçasıdır. Karbon atmosfere karbondioksit şeklinde girer. Karbondioksitin büyük kısmının yoğunlaştığı atmosferde sürekli bir değişim meydana gelir: bitkiler fotosentez sırasında karbondioksiti emer ve tüm organizmalar onu solunum sırasında serbest bırakır. CO2 formundaki karbonun% 50'ye kadarı, ayrıştırıcılar - toprak mikroorganizmaları tarafından atmosfere geri döndürülür. Karbon döngüyü kalsiyum karbonat olarak terk eder.

Karbon döngüsü üzerinde insanın etkisi Teknojenik insan faaliyetleri karbon döngüsünün doğal dengesini bozar: 1) organik yakıtın yanması sırasında atmosfere yılda yaklaşık 6 milyar ton CO2 salınır: a) Termik santrallerde elektrik üretimi b ) Araba egzoz gazları 2) Ormanların yok edilmesi. Son 100 yılda atmosferdeki karbondioksit seviyesi istikrarlı ve hızlı bir şekilde artıyor. Karbondioksit + metan + su buharı + ozon + nitrojen oksitler = sera gazı. Sonuç, büyük ölçekli doğal afetlere yol açabilen sera etkisi yani küresel ısınmadır.

Azot döngüsü Serbest formda nitrojen havanın bir bileşenidir - %78. Azot organizmaların yaşamı için en önemli elementlerden biridir. Azot tüm proteinlerin bir parçasıdır. Nitrojen molekülü çok güçlüdür, bu nedenle çoğu organizma atmosferik nitrojeni ememez. Azot canlı organizmalar tarafından yalnızca hidrojen ve oksijen içeren bileşikler halinde emilir. Azotun kimyasal bileşiklere sabitlenmesi, volkanik ve fırtına aktivitesinin bir sonucu olarak meydana gelir, ancak çoğunlukla mikroorganizmaların - nitrojen sabitleyicilerin (azot sabitleyici bakteriler ve mavi-yeşil algler) aktivitesinin bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Azot, bitki köklerine organik maddenin (proteinler) sentezi için kullanılan nitrat formunda girer. Hayvanlar azotu bitkisel veya hayvansal besinler yoluyla tüketirler. Azot, ölü organik maddelerin parçalanması yoluyla atmosfere geri döner. Toprak bakterileri, proteinleri atmosfere giren inorganik maddelere - gazlara - amonyağa, nitrojen oksitlere ayrıştırır. Su kaynaklarına giren azot aynı zamanda bitki-hayvan-mikroorganizma besin zincirinden geçerek atmosfere geri döner.

Nitrojen döngüsü üzerinde insanın etkisi Teknojenik insan faaliyetleri, nitrojen döngüsünün doğal dengesini bozar. Araziyi sürerken mikroorganizmaların - nitrojen sabitleyicilerin aktivitesi neredeyse 5 kat azalır, bu nedenle topraktaki nitrojen içeriği azalır ve bu da toprak verimliliğinin azalmasına yol açar. Bu nedenle insanlar, mineral gübrelerin içerdiği fazla nitratları toprağa verirler. Gaz, petrol ve kömürün yanması ve işlenmesi sırasında büyük miktarda nitrojen oksit atmosfere girer ve asit yağmuru şeklinde düşer. Doğal nitrojen döngüsünün yeniden sağlanması, nitrojenli gübrelerin üretiminin azaltılması, nitrojen oksitlerin atmosfere endüstriyel emisyonlarının azaltılması vb. ile mümkündür.

Fosfor döngüsü

Kapalı olan su, karbon, nitrojen ve oksijen döngülerinin aksine fosfor döngüsü açıktır çünkü fosfor atmosfere salınan uçucu bileşikler oluşturmaz. Fosfor, kayaların doğal tahribatı sırasında veya tarlalara fosforlu gübreler uygulandığında ekosistemlere girdiği yerden kayalarda bulunur. Bitkiler inorganik fosfor bileşiklerini emer ve bu bitkilerle beslenen hayvanlar dokularında fosfor biriktirir. Hayvan ve bitkilerin ölü bedenlerinin ayrışmasından sonra fosforun tamamı döngüye dahil olmaz. Bir kısmı topraktan su kütlelerine (nehirler, göller, denizler) sürüklenir ve dibe çöker. Fosfor, insanların yakaladığı balıklarla birlikte küçük miktarlarda karaya geri döner.

Fosfor Döngüsüne İnsanın Etkisi Fosforun karadan okyanusa transferi, insan etkisi altında önemli ölçüde artmıştır. Ormanlar tahrip edildiğinde ve topraklar sürüldüğünde yüzey suyu akış hacmi artar ve ayrıca tarlalardan nehirlere ve göllere uygulanan fosforlu gübreler girer. Karadaki fosfor rezervleri sınırlı olduğundan ve okyanuslardan geri dönüşü zor olduğundan, gelecekte tarımda fosfor eksikliği yaşanabilir ve bu da verimin (başta tahıl ürünleri) azalmasına neden olabilir.

Kategoride popüler: