- •Российский государственный социальный университет
- •Факультет Охраны труда и окружающей среды
- •А.В. Гапоненко
- •Общая экология
- •Раздел Факториальная экология
- •Тема Предмет и объекты изучения экологии.
- •Экология и история ее развития. Место экологии в системе естественных и социальных наук. Методы экологических исследований.
- •Современное состояние экологии как комплекной социально-естественной науки о взвамоотношениях организмов. Содержание, предмет, объект и задачи экологии.
- •??? 3 Экология – теоретическая основа охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.
- •Влияние среды на организм.
- •Влияние живых организмов на среду.
- •Экологические факторы среды и их классификация.
- •Приспособление организмов к неблагоприятным условиям среды
- •Основные абиотические факторы.
- •Основные биотические факторы.
- •??? Антропогенный фактор.
- •Тема Среды жизни. Приспособление организмов к среде жизни
- •Среды обитания и их влияние на живые организмы
- •Наземно – воздушная среда жизни и ее особенности. Адаптации организмов к обитанию в наземно-воздушной среде
- •Водная среда жизни. Адаптации организмов к водной среде
- •Почвенная среда жизни. Почвенные организмы.
- •Уменьшение засоленности почвы
- •Живой организм как особая среда обитания. Средообразующая роль живых организмов.
- •Тема Основы демэкологии (экологии популяций)
- •Вид и его экологическая характеристика
- •Популяция как форма существования вида.
- •Показатели популяций.
- •Возрастная и половая структуры популяций.
- •Пространственная и этологическая структуры популяций.
- •Динамика популяций.
- •???. Методы количественного учета в популяциях, их специфика у растений и животных.
- •Тема Основы синэкологии (экологии сообществ и экосистем)
- •Экосистемы и принципы их функционирования
- •Биоценозы (сообщества), их таксономический состав и функциональная структура.
- •Структура биоценоза.
- •Внутривидовые взаимодействия в биоценозе. Межвидовые взаимоотношения в биоценозе.
- •Экологические ниши. Многомерность ниши. Ниша фундаментальная и реализованная. Влияние конкуренции на ширину экологической ниши. Прерывание ниш. Ниши общие и специализированные.
- •Устойчивость и развитие биоценозов.
- •Экосистемы и принципы их функционирования.
- •Потоки вещества и энергии в экосистеме. Биологическая продуктивность экосистем.
- •Динамика экосистем. Саморегуляция и устойчивость экосистем.
- •Искусственные экосистемы.
- •Раздел Биосфера история ее становления, развития и современное состояние
- •Тема Основы учения о биосфере
- •Определение понятия «биосфера»
- •Строение оболочек Земли, их структура, зональность, динамика.
- •РольВ.И. Вернадскогов формировании современного учения о биосфере.
- •Живое и биокосное вещество, их взаимовозникновение и перерождение в круговоротах веществ и энергии.
- •Биотические процессы в биосфере.
- •1. Традиционная.
- •2. Концепция биотической регуляции окружающей среды.
- •Круговороты биогенных элементов и их модификация.
- •Круговороты газообразного и осадочного циклов
- •Кругообороты воды, углерода, азота, фосфора и серы.
- •Основные теории происхождения биосферы
- •Биохимическая эволюция живых организмов.
- •Главные этапы биохимической эволюции живых организмов
- •Основные тенденции эволюции биосферы. Роль человека в эволюции биосферы. Ноосфера. Учение в.И. Вернадского о ноосфере.
- •Раздел Глобальные, региональные и локальные проблемы биосферы
- •Антропогенное воздействие на биосферу и его последствия
- •Антропогенез
- •Отличительные признаки человека:
- •Расселение человека.
- •Современная эволюция человека.
- •Специфика эволюции человека.
- •Расогенез
- •Коэволюционный характер развития пррироды и общества на современном этапа развития биосферы.
- •Экологические кризисы и катастрофы в истории человечества.
- •Понятие о риске. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации.
- •Масштабы антропогенного воздействия на биосферу. Ответные реакции природы.
- •Антропогенное влияние и глобальные проблемы современной биосферы. Понятие загрязнения природной среды. Источники загрязнения биосферы. Загрязнение природных вод, атмосферы, почвы.
- •Радиоактивное загрязнение.
- •Демографическая проблема.
- •Сокращение озонового слоя.
- •Парниковый эффект и его последствия.
- •Ресурсный кризис
- •Экология урбанизированных территорий
- •Урбанизация и ее проблемы.
- •О возможностях сокpащения темпов pасползания гоpодов
- •Интенсификация использования энеpгетических pесуpсов
- •Загpязнение воздушной сpеды гоpодов
- •Дегpадация водных pесуpсов
- •Загрязнение почв
- •Геоэкологические проблемы городов
- •Комплексное воздействие городов на природную среду
- •Здоровье человека и среда обитания
- •Техногенные системы и их взаимодействие с окружающей средой
- •Государственное регулирование природопользования.
- •Основные положения экологического законодательства
- •Правовые аспекты охраны лесов
- •Основные правовые принципы и положения в области охраны животного мира
- •Основные принципы государственного законодательства в области охраны атмосферного воздуха
- •Основы реализации, цели водного законодательства Российской Федерации
- •Кадастры природных ресурсов
- •Особо охраняемые природные территории
- •Защита генофонда биосферы. Красные книги животных и растений
- •Экологический туризм как часть природосберегающей стратегии
- •Экологический мониторинг
- •Динамика состояния растительного и животного мира, суши, рыбных ресурсов. Мониторинг окружающей среды
- •Виды мониторинга окружающей среды
- •Уровни мониторинга окружающей среды и его организация
- •Экологическая безопасность России
- •Экологическое состояние Московского региона.
- •Международное сотрудничество в решении экологических проблем
- •Принципы международного сотрудничества в области охраны окружающей среды
- •Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды
- •Концепции и глобальные модели будущего мира
Круговороты газообразного и осадочного циклов
Все биогеохимические круговороты подразделяют на 2 основных типа: круговорот газообразных веществ и осадочные циклы.
Круговорот газообразных веществ – заключается в перемещении питательных веществ из атмосферы и гидросферы в живые организмы и обратно; они быстротечны и длятся от нескольких часов до нескольких дней.
Осадочные циклы включают движение питательных веществ между земной корой (почва, горные породы), гидросферой и живыми организмами. Элементы в этих циклах перемещаются значительно медленнее, чем в газообразных циклах. ряде случаев период их обращения достигает нескольких тысяч лет; в осадочных циклах участвуют более 35 химических элементов (Р, Са, S, Fe и др.)
Круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества. В.И. Вернадский выделил 5 таких функций:
газовая – основные газы атмосферы земли, азот и кислород биогенного происхождения, как и все подземные газы – продукт разложения отмершей органики;
концентрационная – организмы накапливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит С – среди неметаллов, Са – среди металлов. Концентраторами Si являются диатомовые водоросли, I – морские водоросли (ламинария), Р – скелеты позвоночных животных;
окислительно-восстановительная – организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с переменной валентностью;
биохимическая – размножение, рост, и перемещение в пространстве («расползание») живого вещества;
биогеохимическая деятельность человека – охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов С, как уголь, нефть, газ, и др., для хозяйственных и бытовых нужд.
В биогеохимических круговоротах следует различать две части:
резервный фонд – огромная масса движущихся веществ, не связанных с организмами;
обменный фонд – значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенным веществом между организмами и их непосредственным окружением.
Следует отметить лишь один-единственный на Земле процесс, который не тратит, а запасает, связывает солнечную энергию – это создание органического вещества в результате фотосинтеза. В связывании и запасании солнечной энергии и заключается основная планетарная функция живого вещества на земле.
Кругообороты воды, углерода, азота, фосфора и серы.
Кругооборот воды.
Влага испарившись с поверхности океана конденсируется в атмосфере и в виде осадков выпадает на сушу или обратно в океан. При попадании на сушу она возвращается в океан в виде поверхностного и подземного стоков.
Его главная функция: формирование природных условий на нашей планете.
В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 5000 тыс. км3 воды. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет
Кругооборот углерода.
В круговороте углерода, точнее, наиболее подвижной его формы – углекислого газа – четко прослеживается его перемещение по трофическим цепям: продуценты, улавливающие углерод в составе углекислого газа при фотосинтезе, консументы – поглощающие углерод в составе органических веществ, составляющих тела продуцентов и консументов более низших порядков, редуцентов – возвращающих углерод вновь в круговорот.
Скорость оборота углекислого газа – порядка 300 лет.
В мировом океане трофическая цепь: продуценты (фитопланктон) – консументы (зоопланктон, рыбы) – редуценты (микроорганизмы) – осложняется тем, что некоторая часть углерода мертвого организма, опускаясь на дно, «уходит» в осадочные породы и участвует уже не в биологическом, а в геологическом круговороте вещества.
Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса (содержат до 500 млрд т ), что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода приводит к возрастанию содержания углекислого газа в атмосфере.
Кругооборот кислорода.
Скорость оборота кислорода – 2 тыс. лет. За это время весь кислород атмосферы проходит через живое вещество.
Основной источник кислорода – зеленые растения. Ежегодно они производят на суше 53 * 109т кислорода на суше, а в океанах – 414 * 109т.
Процесс корговорота кислорода в биосфере сложен, поскольку он содержится во многих химических соединениях.
Главный потребитель кислорода – животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания. В настоящее время 23% кислорода, производимого в процессе фотосинтеза, расходуется на промышленные и бытовые нужды и потребление кислорода неуклонно возрастает. Это одна из глобальных проблем.
Кругооборот азота.
Охватывает все области биосферы. Запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78%), но поглощение его растениями ограниченно, т.к. они усваивают азот только в форме соединений с углеродом и кислородом. Усваивать азот из воздуха могут азотофиксирующие клубеньковые бактерии, являющиеся симбионтами бобовых культур и обитающие в клубеньках на корнях последних.
Редуценты (деструкторы) – почвенные бактерии – постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды, загрязняя их. Азот в форме нитратов и нитритов может усваиваться растениями и передаваться по пищевым цепям.
Азот возвращается в атмосферу вместе с газами, выделяемыми при гниении.
Роль бактерий в цикле азота такова, что по мнению некоторых ученых, если будет уничтожено 12 видов бактерий, участвующих в превращениях азота, жизнь на Земле прекратится.
Кругооборот серы и фосфора.
Не менее важны кругообороты серы и фосфора, но они менее совершенны, т.к. основная масса данных элементов содержится в резервном фонде земной коры, в недоступном фонде. Это типичные осадочные биогеохимические циклы. Такие циклы очень зависимы от внешних воздействий и легко нарушаются, поскольку часть вещества выводится из круговорота. Возврат веществ в круговорот возможен только в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом биофильных компонентов.
Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность земли в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде апатита.
Общий круговорот фосфора можно подразделить на две часть: водную и наземную.
В водных экосистемах он усваивается планктоном и передается по трофической цепи до консументов 3-го порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) вновь попадают в море и вступают в круговорот или накапливаются на берегу и затем смываются в море с осадками. Из отмирающих животных фосфор частично попадает по трофическим цепям в круговорот, а частично скелеты достигают больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы.
В наземных экосистемах фосфор извлекается из почвы растениями и далее распространяется по трофической цепи. В почву он возвращается или с экскрементами или после отмирания животных. Теряется фосфор из почв в результате водной эрозии. Повышенное содержание фосфора в водных путях вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение» водоемов, их эвтрофикацию. Большая часть фосфора уносится в море и там осаждается, выводясь из круговорота на долгие годы.
Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора у нее есть резервный фонд и в атмосфере. В обменном фонде преобразования серы идут в процессе жизнедеятельности организмов, одни из которых являются окислителями, другие восстановителями.
В горных породах сера встречается в виде сульфидов(FeS2 и др.), в растворах в виде иона (SO42-), в газообразной фазе в виде сероводорода (Н2S) или сернистого газа (SO2 ). В некоторых микроорганизмах сера накапливается в чистом виде (S2) и при их отмирании на дне морей образуются залежи чистой самородной серы.
В морской среде сульфат - ионы являются основной доступной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в состав аминокислот.
В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до сероводорода. Другие микроорганизмы и воздействие самого кислорода приводят к окислению этих продуктов. Образовавшиеся сульфаты растворяются и поглощаются растениями из поровых растворов почвы – так продолжается круговорот.
Круговорот серы может быть нарушен вмешательством человека. Виной тому – сжигание ископаемого топлива – угля. Сернистый газ (SО2) нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.
Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком. В процессе добычи и использования полезных ископаемых, загрязнения природных вод в результате хозяйственной деятельности люди воздействуют на круговороты превращая их из циклических в ациклические. Охрана природных ресурсов должна быть, в частности направлена на то, чтобы сохранить цикличность биогеохимических процессов. Это необходимое условие поддержания гомеостаза планеты.