Явление озоновых дыр

Известно, что жизнь на Земле появилась только после того, как образовался озоновый слой планеты, прикрывший ее от жестокого ультрафиолетового излучения. Проблема озонового слой обозначилась в 1982 году, когда зонд, запущенный с британской станции в Антарктиде, на высоте 25 км обнаружил резкое снижение содержания озона. С тех пор над Антарктидой все время регистрируется озоновая дыра, площадь которой по последним данным составляет 2 млн. км², равной всей Северной Америке. Позднее подобные дыры были обнаружены над Шпицбергеном, Бразилией. Истощение озонового слоя представляет большую опасность для всего живого на Земле: если произойдет уменьшение озона, человечеству грозит как минимум вспышка рака кожи и глазных заболеваний, ослабление иммунной системы, а так же уменьшение урожайности полей.

Уменьшение озонового слоя вызвано:

1. Хлор- и фторуглеводородами (фреонами), употребляемыми в холодильных установках, легко окисляющих озон, тем самым его уничтожающих;

2. ракетными двигателями современных самолетов, летающих на больших высотах;

3. Окислами азота, выделяемые с поверхности почвы при разложении азотных удобрений.

16 сентября 1987 года был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Пик истощения озоносферы пришелся на 1998 год, после которого началось медленное восстановление озонового слоя. Над территорией Северного полушария обстановка лучше, нежели над Южным. Над Россией все в норме, за исключением Красноярского края и Якутии – там наблюдается повышенная солнечная активность.

№17. Схема баланса солнечной энергии в атмосфере и на поверхности Земли.

В результате взаимодействия с атмосферой солнечная радиация по пути до земной поверхности ослабляется.

• прямая радиация – та, которая приходит от солнечного диска на площадку подстилающей поверхности, перпендикулярную солнечным лучам;

• рассеянная радиация – та, которая поступает от небесной полусферы, кроме прямой;

• суммарная радиация – сумма прямой и рассеянной.

Земля для поддержания своей постоянной температуры должна отдавать в безвоздушное пространство столько же энергии, сколько получает ее от Солнца. Рассмотрим энергию, поступающую от Солнца на Землю и за 100%. Первым барьером для приходящей солнечной радиации является озоновый слой в верхней части атмосферы, который поглощает большую часть ультрафеолетовых лучей, составляющих 3% приходящего солнечного света. С облаками, водяным паром и пылью в атмосфере взаимодействует 72% приходящей радиации, из них 31% отражается обратно в космос, 15% поглощается, 26% достигает земной поверхности в виде рассеянной радиации. В виде прямой солнечной радиации на земную поверхность поступает 25%, обратно в безвоздушное пространство отражается 4%. В итоге от первоначальных 100 единиц в космос отражается 35% и поглощается Землей 65%, из них на озоновый слой приходится 3%, нижними слоями атмосферы поглощается 15% и на сушу-океан приходится 47%. Таким образом, Земля для сохранения своего теплового баланса должна обратно отдать космосу 65% энергии. Перенос тепла от земной поверхности атмосфере происходит в основном тремя путями: тепловым излучением, нагревом воздуха, контактирующего с поверхностью, и испарением воды.

№30. Организация экосистем, их компоненты и внешние воздействия.

Экосистема – основная единица в экологии, представляющая совокупность совместно обитающих организмов и окружающей среды, взаимосвязанных между собой и объединенных в единое целое закономерностями их существования.

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится на:

1. Автотрофный компонент (продуценты), для которого характерны фиксация световой энергии, использование простых неорганических веществ для построения сложных органических

2. Гетеротрофный (консументы и редуценты) компонент, для которого присуща утилизация, перераспределение и разложение сложных органических веществ, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Данные компоненты организованны в экосистеме в виде ярусов, один над другим. Автотрофы наиболее распространены в так называемом «зеленом поясе» - верхнем ярусе, там, где наиболее доступна световая энергия. Гетеротрофы же преобладают в нижнем ярусе – «коричневом поясе», на поверхности, в почве и отложениях, где накапливается органическое вещество.

Структуру и компоненты экосистем можно представить и другим способом, поделив все компоненты на неживые и биомассу. Неживые компоненты представлены неорганическими и органическими соединениями и климатический режим, а биомасса представлена продуцентами, консументами и редуцентами.

№18. Длинноволновое излучение поверхности Земли и атмосферы. Явление парникового эффекта.

Длинноволновое излучение – это инфракрасное (тепловое) излучение земной поверхности, атмосферы и облаков. При существующих на земной поверхности, в тропосфере и стратосфере температурах подавляющая часть (до 99%) длинноволнового излучения заключена в пределах длин волн от 4 до 40 мкм. Атмосфера обладает резко выраженным избирательным излучением и поглощением. Основные газы, входящие в состав воздуха (азот, кислород, аргон), в этом диапазоне практически не излучают и не поглощают. Главные источники излучения — водяной пар, углекислый газ, озон, так называемые парниковые газы, сосредоточены в тропосфере и стратосфере. Длинноволновое излучение играет большую роль в атмосферных процессах, т.к. посредством его Земля и атмосфера обмениваются теплом и теряют его в мировое пространство. В зависимости от источника и направления Д. и. различают следующие его виды: собственное излучение земной поверхности; противоизлучение — собственное излучение атмосферы, направленное к земной поверхности; уходящее излучение — излучение Земли как планеты вместе с атмосферой в мировое пространство; эффективное излучение — разность земного излучения и противоизлучения атмосферы.

Миллиарды тонн углекислого газа ежегодно поступают в атмосферу при сжигании углеводородов и древесины. Миллионы тонн метана каждый год выделяется при разработке газа и гниении органических остатков. Содержание водяного пара в атмосфере увеличивается. Все вместе эти газы и создают парниковый эффект. Парниковые газы не дают теплу, отраженному от поверхности Земли, рассеяться за пределы атмосферы, задерживая длинноволновое излучение. Итогом этого является повсеместное увеличение температур. В последствие это может вызвать таяние ледников и подъем уровня Мирового океана, смена климатических зон, увеличение числа и интенсивности ураганов, пожаров, дождей, наводнений.

№27. Типы связей между численностью популяций и коэффициентом их прироста. Модель Ферхюльста.

Впервые системный фактор, ограничивающий рост популяции, описал Ферхюльст в уравнении логистического роста. Эта величина, называемая емкостью экологической ниши популяции, определяется ограниченностью пищевых ресурсов, мест для гнездования, многими другими факторами, которые могут быть различными для разных видов. Таким образом, емкость экологической ниши представляет собой системный фактор, который зависит не только от рождаемости и смертности, но и от ограниченности пищевых и других ресурсов.

Логистическая модель Ферхюльста учитывает воздействие экологических факторов на скорость роста популяции, когда экспоненциальный рост численности замедляется или останавливается полностью. Логистическая модель базируется на допущении, что скорость роста популяции (r) линейно снижается по мере роста численности (N) вплоть до нуля при некой предельной численности (k) – коэффициент прироста:

N_t - численность популяции в момент времени t;

r – скорость изменения численности;

t – время;

k – коэффициент прироста.

Графическое представление логистической модели:

№19. Природные тепловые машины и циркуляция атмосферы.

Важнейшее значение для развития жизни и формирования экосистем имеет тепловой режим атмосферы, Мирового океана и поверхности Земли. Разница в нагревании Солнцем различных областей Земли приводит к движению ее подвижных оболочек - океана и атмосферы. Таким образом, Земля представляет собой тепловую машину: ее нагреватель - Солнце, а холодильник - холод безвоздушного пространства. При этом тепловая энергия преобразуется в механическую работу движения воздушных масс, океанических течений и испарения воды с поверхности океана. Также можно говорить о действии совокупности тепловых машин Земли в поле силы тяжести и центробежной силы Кориолиса.

Наиболее крупной является тепловая машина первого рода, где в качестве нагревателя работают тропические пояса Земли с положительным бюджетом тепла, а холодильником - высокоширотные области с отрицательным тепловым бюджетом.

Давление и система ветров в значительной мере определяются распределением моря и суши, а на суше – рельефом местности. Здесь работают тепловые машины второго рода. В холодное время года нагревателем в них служат наиболее теплые области океана, а холодильником - материки. В теплое время года ситуация меняется, материк быстро нагревается, по сравнению с океаном, и служит нагревателем, а океан - холодильником.

Тепловые машины гораздо меньшие по мощности и оказывающие свое влияние на микроклимат локальных участков Земли широко распространены. Типичный примером является тепловая машина водоем-суша. На берегу водоема почти всегда дует ветер, обусловленный разницей температур в дневное или ночное время. Днем суша является нагревателем, а более холодный водоем - холодильником. Ночью ситуация изменится на противоположную. А ночью ветер дует уже с суши.

Аналогичный механизм тепловой машины обуславливает морские течения. Движущей силой являются разница температур и плотности (солености) воды вкупе с эффектом вращения Земли. Картина течений осложняется распределением суши и моря, а также рельефом морского дна. Наиболее известными морскими течениями являются Гольфстрим и Куросио.

Под циркуляцией атмосферы понимают горизонтальное перемещение воздушных масс, обусловленное неравномерностью нагревания воздуха над полюсами и экватором, над морями и континентами и т. п., то есть наличием горизонтального градиента давления. На циркуляцию атмосферы влияет много факторов, имеющих разную степень значимости.

Последствия воздействия этих факторов на циркуляцию так же различны. Чтобы учесть все факторы, в той или иной степени, влияющие на движение воздушных масс, выделяют три уровня циркуляции атмосферы:

1. Общая циркуляция атмосферы: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками, движущимися от полюсов к экватору. Вращение Земли изменяет характер движения – возникает сила Кориолиса, которая отклоняет воздушный поток на север. Величина силы Кориолиса зависит от широты местности и угловой скорости вращения Земли (она максимальна на полюсах и практически равна нулю на экваторе). В итоге совместного действия градиента давления и силы Кориолиса воздушный поток будет искривляться. Потоки воздуха в умеренных широтах Северного полушария переносятся в основном с запада на восток, по обе стороны экватора – с востока на запад. В Северном полушарии движение воздуха против часовой стрелки вокруг центра низкого давления называют циклоном, а движение по часовой стрелке вокруг центра высокого давления – антициклоном.

2. Сезонная циркуляция атмосферного воздуха обусловлена неодинаковым нагревом поверхности океана и земли летом и зимой и, как следствие, устойчивой значительной разностью давлений над сушей и океаном. К сезонной циркуляции относятся муссоны – ветры, меняющиеся два раза в год свое направление: летом – с океана на сушу, зимой – с суши на океан.

3. Местная циркуляция атмосферы оказывает непосредственное влияние на циркуляцию атмосферного воздуха в данном регионе под действием факторов местного масштаба. В соответствии с этими факторами выделяют типы местных ветров:

1. Бризы – ветры, меняющие свое направление между морем и сушей два раза в сутки. Ночью бризы дуют с суши на море, а днем – с моря в сторону суши;

2. Ветер гор и долин. В горных долинах в течение дня вследствие нагревания воздуха в приземном слое возникают восходящие потоки, направленные от дна долины вверх по склонам. Ночью охлажденные в приземном слое воздушные потоки сползают вниз по склонам на дно долины;

3. Фен возникает при перетекании потоков воздуха через достаточно высокую горную цепь. Воздушные массы с наветренной стороны, огибая препятствие, поднимаются вверх, охлаждаются, из них выпадают осадки, после чего они дальше идут в долину;

4. Бора – холодный ветер, дующий со склонов низких гор в направлении теплого моря;

5. Шквал – очень сильный порывистый ветер, часто меняющий свое направление. Возникновение шквалов связанно с перемещением кучевых облаков;

6. Локальные вихри (торнадо, смерч) возникают в случае резкого повышения или понижения атмосферного давления.

№20. Круговорот воды в природе. Мировой водный баланс.

Круговорот воды в природе — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков. Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды. Моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, на суше — положение обратное. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом ее общее количество остается неизменным. Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

1. Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.

2. Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

3. Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.

Водоем	Среднее время обновления
Океаны	200 лет
Ледники	от 20 до 100 лет
Сезонный снежный покров	от 2 до 6 месяцев
Почвенная корка	от 1 до 2 месяцев
Грунтовые воды: паводок	от 100 до 200 лет
Грунтовые воды: углубленные	10 000 лет
Озера	от 50 до 100 лет
Реки	от 2 до 6 месяцев
Атмосфера	9 дней

Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно через 2 700 лет. Водный баланс - это количественная характеристика всех форм прихода и расхода воды в атмосфере, на земном шаре и его отдельных участках. Водный баланс является количественным выражением круговорота воды на Земле.

Водный баланс Земли

Элементы баланса	Объём, км3	Слой, мм
Часть суши, имеющая сток в океан
Осадки	102 000	870
Речной сток	38 150	320
Испарение	65 000	550
Часть суши, не имеющая стока в океан (бессточные области)
Осадки	7 400	230
Испарение	7 400	230
Мировой океан
Осадки	411 000	1140
Приток речных вод	38 150	100
Испарение	448 000	1240
Земля в целом
Осадки	520 000	1020
Испарение	520 000	1020

№21. Классификация организмов по трофическому признаку.

Специализация живых форм в качестве производителей и потребителей пищи создает в биологических сообществах определенную энергетическую структуру, называемую трофической структурой, в пределах которой происходят перенос энергии и круговорот веществ. По участию в биологическом круговороте веществ в биоценозе различают три группы организмов:

1. Продуценты – автотрофные организмы, делящиеся на фотосинтетиков и хемосинтетиков, синтезирующие органические соединения с помощью солнечного света из углекислого газа и воды, а так же использую энергию окислительных реакций. Биомасса органического вещества, синтезированная автотрофами, называется первичной продукцией, а скорость ее формирования – биологической продуктивностью экосистем. Накопленная в виде биомассы чистая первичная продукция служит источником питания для представителей следующих групп организмов;

2. Консументы – гетеротрофные организмы, неспособные самостоятельно синтезировать органическое вещество из неорганического. Они подразделяются на порядки: консументы I порядка питаются продуцентами, консументы II порядка питаются консументами I порядка и так далее. Консументы частично используют пищу для обеспечения жизненных процессов, а частично строят на ее основе собственное тело. При этом консументы выделяют в окружающую среду отходы, образующиеся в процессе их жизнедеятельности. Процесс создания и накопления биомассы на уровне консументов называется вторичной продукцией;

3. Редуценты (деструкторы) – организмы – разрушители, которые полностью разлагают все растительные и животные остатки до неорганических составляющих, которые потребляются продуцентами, тем самым замыкая путь обмена веществ, и снова могут быть вовлечены в круговорот веществ.

№25. Понятия популяция. Основные характеристики популяции.

Популяция – группа организмов одного вида, занимающую конкретное пространство и функционирующую как часть биотического сообщества.