Lektsia_2

1.

Экологическая безопасность
Лекция-презентация №2
Доцент кафедры охраны труда и окружающей среды ЮЗГУ,
к.т.н., Иорданова Анастасия Владимировна

2.

ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О БИОСФЕРЕ.
Основы учения о биосфере (bios – жизнь, sfere - шар)
заложены нашим выдающимся естествоиспытателем В.И.
Вернадским (1865-1945). Вернадский в студенческие годы был
учеником В.В. Докучаева, которого справедливо называют
основоположником современной физической географии.
Небольшая книга «Биосфера» вышла в свет в 1926 году,
когда автору было 63 года. Понимание идей Вернадского
пришло лишь в 60-е годы. Оно крепло по мере осознания
человеком угрозы экологического кризиса.
Термин “биосфера” для обозначения области земной поверхности,
населенной жизнью, был впервые введен австрийским геологом Э. Зюсом в 1875
г. Однако содержание этого термина было недостаточно определённым. В.И.
Вернадский в понятие биосфера вложил новое содержание. Он рассматривает
биосферу не как простую совокупность живых организмов, а как единую
термодинамическую оболочку (пространство), в которой сосредоточена жизнь и
осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими
условиями среды. Живое вещество оказывает непрерывное воздействие на
неживую природу, преобразуя и формируя облик планеты и создавая целостную
динамическую систему.
Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть
литосферы, населенные живыми организмами.

3.

Верхняя граница биосферы обусловлена жестким ультрафиолетовом
излучением, которое задерживается озоновым экраном на высоте 10 – 50 км.
Нижний предел существования жизни в литосфере - 3-4 км и обусловлен
повышение температуры (100 С). Наибольшую мощность биосфера имеет в
океане: от поверхности до максимальных глубин в нем обитают живые существа.
В последнее время в гидротермах дна океана на глубине 3 км обнаружены
живые организмы при температуре 250 С. Таким образом, границы биосферы
несколько условны. Основная масса живого вещества сосредоточена в
относительно узком пространстве, называемом биогеосферой, или пленкой
жизни

4.

Эволюция биосферы.
После возникновения солнечной системы (4-5 млрд. лет назад) молодая земля
была значительно иной, чем сегодня. Очень активна была вулканическая
деятельность. Формирование плотной атмосферы вокруг остывающей Земли
происходило за счет паров и газов, выделяющихся в результате дегазации мантии.
Важной отличительной особенностью атмосферы ранней Земли являлось
отсутствие в нем свободного кислорода. При этом жесткий ультрафиолет почти
беспрепятственно достигал поверхности Земли. В результате атмосферных
электрических разрядов и вулканической деятельности в зоне высоких температур
осуществлялось множество химических реакции, при этом из простых газов
получались сложные вещества, в том числе и органические (углеводороды,
альдегиды и др.) Значительная концентрация таких структур оказалась
достаточной для возникновения и поддержания на первых стадиях эволюции
примитивных форм жизни.
Решающее значение в истории образования биосферы имело появление на
Земле автотрофных растений, т.е организмов, способных синтезировать
органическое вещество из минерального (около 3,5 млрд. лет назад). Автотрофные
растения (первоначально это были цианобактерии - сине-зеленые водоросли –
древнейшие, живущие и поныне фотосинтезирующие организмы) улавливают
световую энергию и используют ее для реакций фотосинтеза. Процесс
фотосинтеза проходит с участием поглощающих свет пигментов (хлорофиллов) по
формуле

5.

На протяжении всей истории эволюции биосферы на Земле существует только
единственный процесс, при котором энергия солнечного излучения не только
тратится и перераспределяется, но и связывается, запасается иногда на очень
длительное время - фотосинтеза
В результате деятельности тфотосинтезирующих микроорганизмов началась
перестройка химического состава атмосферы Земли: из атмосферы извлекался
углекислый газ и выделялся О2. Процесс окисления восстановительной
атмосферы продолжался около 2,5 млрд. лет. Рост содержание О2 в атмосфере
привел к возникновению озонового слоя, защищающего поверхность Земли от
жесткого ультрафиолетового излучения солнца. Это дало направление эволюции
жизни: 400 млн. лет назад жизнь вышла на сушу. Появление растительности на
суше ускорило процесс фотосинтеза.
В течение всего периода эволюции биосферы значительные массы
органических веществ были выработаны автотрофными растениями, но при этом
часть органической продукции не участвовала в круговороте и накапливалась в
морских и континентальных осадочных породах и почвах. Огромные залежи
различных полезных ископаемых (нефть, газ, уголь, торф, сланцы) - яркие
свидетельства масштабности этих явлений. Ископаемое топливо можно
рассматривать как форму сохранения в виде химической энергии солнечной
энергии, поступающей на Землю в течении сотен миллионов лет.

6.

Постепенно примерно за 3 млрд лет непрерывной “работы” живых существ
принципиально
изменились
физико-химические
условия
на
земной
поверхности.Сегодня структура биосферы необычайно сложна и полностью
асимметрична. По разным оценкам на нашей планете функционирует от 1,5 до 30
млн. видов животных (наиболее вероятно 5-6 млн) и около 500 тыс. видов
растений.
В соответствии с теорией акад. Вернадского конечной стадией развития
биосферы является ноосфера. Ноосфера связана с возникновением и
становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная
деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития.
По мнению многих ученых еще рано говорить о «сфере разума», о чем
свидетельствуют многочисленные глобальные экологические проблемы. Одна
древняя индийская мудрость дополняет эту мысль словами: «Природа – это не то,
что мы получили в наследство о предков, а то, что взяли в займы у потомков».

7.

ЭКОСИСТЕМЫ.
Среда обитания определенной группы организмов вместе с их совокупностью
образуют экосистему. Экосистемы могут быть разнообразными по размеру:
небольшая лужа по праву представляет собой экосистему, так же как и лес,
занимающий сотни гектаров. Следовательно, площадь - это не основной признак
экосистемы. Экосистема может быть определена как топографическая единица,
где обитает некоторое количество живых существ, связанных между собой и
средой обитания взаимодействиями экологического характера. Между соседними
экосистемами устанавливаются определенные связи или обмен, но в любом
случае они менее важны, чем связи между организмами одной экосистемы. Другое
определение экосистемы – совокупность различных видов растений, животных и
микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой таким
образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое
время.
В основе любой, даже самой простой экосистемы лежит пищевая
(трофическая) цепь. Основные типы пищевых цепей - пастбищная и детритная.

8.

Пастбищной пищевой цепью называется ряд живых организмов, в котором
каждый вид питается предшественником по цепи в свою очередь оказывается
съеденным видом, занимающим более высокий пищевой (трофический) уровень.
Начало пастбищной цепи – автотрофные организмы (продуценты), которые
относятся к первому трофическому уровню. Только продуценты способны сами
производить для себя пищу. Организмы, получающие питательные вещества и
необходимую энергию, питаясь напрямую или косвенно продуцентами
называются консументами.
Растительноядные организмы принадлежат ко
второму трофическому уровню. Хищники, поедающие растительноядных,
образуют третий трофический уровень. Хорошо известны такие пищевые
цепочки, как “трава-заяц-волк” или “растения-насекомые-птицы” и множество
подобных.
В детритных пищевых цепях организмы потребляют мертвое вещество,
последовательно разлагая его на все более простые соединения. К этой группе
организмов относятся деструкторы, которые в ходе своей жизнедеятельности
превращают органические остатки в неорганические вещества. Это главным
образом микроскопические одноклеточные бактерии и грибы. В свою очередь
грибы и бактерии являются важным источником питания для таких живых
организмов как черви и насекомые, обитающие в воде и почве. Кроме
деструкторов существует другая группа, потребляющая мертвое вещество –
детритофаги. В отличии от деструкторов они напрямую потребляют мертвые
органические остатки. К ним можно отнести крабов, шакалов, дождевых червей,
муравьев и грифов. Детритофаги и деструкторы составляют группу редуцентов.

9.

Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для
графического представления этих взаимоотношения удобнее использовать не
схемы пищевых цепей, а экологические пирамиды, которых бывает три типа:
пирамиды численности, биомассы и энергии.
Наиболее фундаментальным способом отображения связей между
организмами на разных трофических уровнях служит пирамида энергии, которая
отражает скорость образования биомассы в отличие от пирамид численности и
биомассы, описывающих только текущее состояние организмов в отдельный
момент времени. Пирамиды энергии позволяют сравнивать не только различные
экосистемы, но и относительную значимость популяций внутри одной экосистемы,
не получая при этом перевернутых пирамид.

10.

Рассмотрим поток энергии в экосистемах. С каждым переходом из одного
трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи совершается работа и в
окружающую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии
высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня
снижается. Процентное содержание энергии высокого качества, переходящего с
одного трофического уровня колеблется от 2 до 30 % в зависимости от
вовлекаемых типов живых организмов и от экосистемы, в которой происходит
трансформация энергии. В дикой природе с учетом затрат энергии на
собственные нужды результирующий поток энергии, переходящий на следующий
трофический уровень, составляет в среднем 10 % энергии, полученным
предыдущем уровнем (правило 10% Линдемана).

11.

Кроме пищевой цепи и потока энергии для
функционирования
экосистем
необходимо
выполнения еще одного принципа – принципа
круговорота биогенных элементов. В настоящее
время биогенные элементы земной коры
охвачены
глобальными
и
локальными
круговоротами,
причем
движущей
силой
являются сами живые организмы.
Устойчивость экосистем и биосферы в целом зависит от многих факторов, суть
наиболее важных из них состоит в следующем:
1. Биосфера использует внешние источники энергии – солнечную энергию и
энергию разогрева земных недр для упорядочения ее организации, не вызывая
загрязнения ОС. Сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни
экосистемы, постоянно гасится (правило 10% Линдемана). Если автотрофные
растения, с которых начинается трансформация солнечной энергии в живое
вещество, преобразует ее из рассеянного состояния в концентрированное,
синтезируя органическое вещество, то человек, напротив, забирая органическое
вещество, в том числе и из запасников природы, сжигает его, переводя
сосредоточенную в нем энергию из концентрированного состояния в рассеянное.
Причем при ведении работ по добыче энергетических ресурсов человек разрушает
биологические характеристики почв, происходит гибель или деградация
растительного покрова, загрязняются водные объекты и атмосфера.

12.

2. Биосфера использует вещества (преимущественно легкие биогенные
элементы) в основном в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов
отработаны эволюционно и не приводят к накоплению вредных отходов. Человек
использует вещество крайне неэффективно, при этом образуется огромное
количество отходов, многие из них переводятся из пассивной формы, в которой
они находились в природной среде, в активную, токсичную форму. Сравнительный
анализ круговоротов веществ в природе
и в хозяйственной деятельности
подтверждает исключительно экономное использование вещества в природе – 98 –
99% вещества находит в круговороте и лишь 1 – 2% выходит из круговорота, при
этом создавая геологический запас. Человек же копирует природные круговороты с
точностью до наоборот – лишь 1 – 2 % первичного сырья используется в
круговоротах, 98 – 99% уходит в отходы.
3. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических
сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между видами способствуют
установлению между ними равновесия. При этом практически отсутствуют
доминирующие виды с чрезмерной численностью, что обеспечивает защиту
биосферы от сильной опасности со стороны внутренних факторов. Видовое
разнообразие – это фактор повышения устойчивости экосистем к воздействию
внешних факторов. Исчезновение любого из видов – это не только безвозвратная
потеря природного генофонда, но и снижение устойчивости отдельных экосистем и
биосферы в целом, как огромный и чрезвычайно сложной экосистемы. Путь
человечества, к сожалению, отмечен гибелью многих представителей флоры и
фауны. Сегодня, по некоторым данным, на Земле исчезает ежедневно один
биологический вид.

13.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ.
В природных условиях рост и размножение живого вещества ограничивается
целым рядом различных экологических факторов, род которыми понимаются
условия среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые
организмы. Экологические факторы подразделяются на абиотические и
биотические. В особую подгруппу, как правило, выделяют
антропогенные
факторы.
Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их
воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить
ряд общих закономерностей.

14.

1. Закон оптимума. Каждый фактор имеет лишь определенные пределы
положительного влияния на организмы. Результат действия переменного фактора
зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и
избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности
особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума
экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида .
Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее
действие данного фактора на организмы (зона пессимума) Максимально и
минимально переносимые значения фактора - это нижним и верхнем уровнем
толерантности. Пределы выносливости между уровнями толерантности называют
экологической валентностью живых существ по oтношению к конкретному
фактору среды.
Широкую экологическую валентность
вида по отношению к абиотическим
факторам
среды
обозначают
добавлением к названию фактора
приставки «эври». Эвритермные виды выносящие значительные колебания
температуры.
Неспособность
переносить значительные колебания
фактора, или узкая экологическая
валентность,
характеризуется
приставкой «стено»- стенотермные

15.

2. Закон толерантности. Существование, распространение и распределение
видов живых организмов в экосистеме определяется тем, может ли уровень
одного или нескольких физических и химических факторов быть выше или ниже
уровней толерантности этих видов.
3. Неоднозначность действия фактора на разные функции. Каждый фактор
неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних
процессов может являться пессимумом для других. Так, для многих рыб
температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов,
неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном
интервале.
4. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные
зоны отдельных индивидуумов не совпадают, т.е. экологическая валентность вида
всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.
5. К каждому из факторов среды виды приспосабливаются относительно
независимым путем. Степень выносливости к какому - нибудь фактору не
означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к
остальным факторам.
6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости
организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в
зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно
другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия
факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе.

16. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!