Размещено на http://www.allbest.ru

Ответы по экологии (2 курс Экобез 2014)

1. Определение и предмет исследования экологии. Основные этапы становления экологии как науки.

Определение, предмет и объект исследования экологии

Современную экологию определяют как науку, изучающую взаимодействие между живыми организмами и человеком и средой их обитания. экология окружающий среда геоэкология

Экология от греческого «ойкос» - дом и «логос» - слово, в дословном переводе - слово о доме.

Человек - биосоциальное существо, в отличие от животных.

Объекты изучения: отдельные организмы, популяции и экологические системы.

Цель: гармонизация отношений между человеческим обществом и окружающей средой.

Краткая история развития экологии

Гиппократ писал о воздухах, водах и местностях, определяемой связи состояния населения с климатом.

Аристотель рассматривал влияние климатических условий на характер людей и политический строй.

В эпоху ВГО огромное влияние на биологию оказали путешествия. Они дали мощный толчек в развитии всех естественных наук.

В 17-18в много описаний животных. Шведский ученый Линней провел работу по систематизации материалов и предложил таксономическую классификацию. Он считал, что все токсономические единицы существовали изначально и на все века.

В начале 19в французский ученый Ла Марк высказал идею, что все организмы образовались в процессе эволюции живой природы. Он первый доказал, что изменяющиеся факторы окружающей среды являются движущей силой эволюции.

1859г - Чарлз Дарвин предложил свою теорию эволюции, путем естественного отбора.

Основные положения:

1. Любой группе организмов свойственна изменчивость, которая может быть как наследственной, так и не наследственной, связанной со средой обитания.

2. Каждый вид способен к неограниченному размножению, особей вида рождается больше, чем может выжить и дать потомство.

3. Ограниченность ресурсов, необходимых для жизни организмов, препятствует их неограниченному размножению. Большая часть организмов гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомство.

4. Гибель и выживаемость организмов имеют избирательный характер. Выживают только наиболее приспособленные к жизни особи. Число потоков данного организма зависит от исходного взаимодействия организма с окружающей средой. Избирательное выживание и размножение наиболее приспособленных организмов, называется естественным отбором.

5. Под действием естественного отбора группы организмов от поколения к поколению накапливают благоприятные для жизни признаки и передают их по наследству. На определенном этапе эволюции группа особей приобретает такое количество новых признаков, что превращается в новый вид.

Впервые термин «экология» ввел Геккель. Под экологией мы понимается сумму знаний относящихся в экономике природы, а именно изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей средой как органической, таки не органической и прежде всего его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо вступает в контакт.

Понятие экология по Геккелю носило чисто физиологическую окраску. Экологией он называл научное направление в физиологии животных. Изменения, происходящие в неорганической окружающей среде, под влиянием живых организмов вообще не рассматривалось.

В конце 19в Мёбиос ввел понятие биогеоценоза, как сообщества живых организмов обитающих на определенной территории. Мебиос показал, что биоценоз это сложившаяся система.

В первой четверти 20в была хорошо разработана общая концепция биоценоза, их структуры, границы и степень устойчивости.

В это же время Эльтон ввел понятие популяции, как самостоятельной единицы, объективно существующей в природа. Начала развиваться популяционная экология (демэкология).

Популяция - группа особей одного вида на протяжении многих поколений занимающая определенную территорию, свободно скрещивающаяся и отделенная от других аналогичных групп каким-либо природным или антропогенным барьером.

Революция в экологии произошла в 1935, когда Тенсли ввел понятие экосистемы, как неразрывное соединение биоценоза и биоты. Тенсли показал, что биоценозы не могут существовать изолированно от своей среды, и они формируют свою среду.

Биоценоз - совокупность живых организмов, населяющих определенную территорию.

Биотоп - участок земной поверхности (суши или водоёма) с однотипными абиотическими условиями среды (рельеф, почвы, климат и т.п.), занимаемый тем или иным биоценозом. 

В 1947 профессор Сукачев ввел понятие биогеоценоза.

Биогеоценоз - элементарная экосистема.

Таким образом, экосистема может включать в себя ряд биогеоценозов.

Обменные процессы между живой и неживой природой оказывает не только существенное влияние на живые организмы, но и на среду обитания. Так как среда обитания область изучения географии, экология вошла в область изучения географии.

В конце 30-х в начале 40-х годов академик Вернадский ввел понятие «биосфера». В это время существенно усилилось влияние человеческой цивилизации. Силу этого влияния Вернадский сравнивает с биологическими силами, образовавшими современный облик нашей планеты Интенсивная урбанизация, индустриализация, рост населения, химизация с/х и другие процессы нарушили естественные процессы энергообмена и круговорота вещества биосферы.

2. Мегаэкология как междисциплинарная наука. Основные научные направления мегаэкологии

В конце 30-х в начале 40-х годов академик Вернадский ввел понятие «биосфера». В это время существенно усилилось влияние человеческой цивилизации. Силу этого влияния Вернадский сравнивает с биологическими силами, образовавшими современный облик нашей планеты Интенсивная урбанизация, индустриализация, рост населения, химизация с/х и другие процессы нарушили естественные процессы энергообмена и круговорота вещества биосферы. Эти изменения повредили регенерационные способности нашей планеты, появилась угроза гибели человеческой цивилизации. Поэтому появился интерес из различных областей. Экология стала рассматриваться как составная часть очень многих классических наук. Возникла так называемая мегаэкология/всеобщая экология.

В мегаэкологию входят 3 исторически сложившихся и тесносвязанных между собой научных направления: биоэкология, геоэкология, социоэкология.

Биоэкология - наука, занимающаяся исследованием взаимодействия живых организмов с окружающей средой.

Человек по таксономической классификации тоже животное и биоэкология занимается изучением человека как видом животного.

Геоэкология - наука изучающая процессы и явления в природной среде и биосфере возникающие в результате интенсивных антропогенных воздействий, а так же воздействие на человеческое общество.

Социоэкология - наука о взаимодействии человеческого общества в природной, экономической, социальной, культурной и политической связи.

Проблемы, изучаемые разделами, отличаются большой сложностью.

3. Предмет исследования, основные задачи и внутренняя структура биоэкологи

Биоэкология - наука, занимающаяся исследованием взаимодействия живых организмов с окружающей средой.

Человек по таксономической классификации тоже животное и биоэкология занимается изучением человека как видом животного.

Биоэкология изучает основные фундаментальные закономерности: поток энергии, циркуляцию химических элементов.

Основные задачи биоэкологии: содержание современное биоэкологии можно определить исходя из концепции уровня организации природы.



Главные уровни организации жизни	гены	клетки	органы	организмы	популяции	сообщества
Физико-химические системы	Вещество. энергия
Биологические системы	Генетические системы	Клеточные системы	Системы органов	Системы организмов	Популяционные системы	Экологические системы

При взаимодействии с химической и физической средой на каждом уровне клеточной материи возникают функциональные системы. Первые 4 уровня организации и системы объединены понятием биологические системы. Ими занимается отдельный раздел биологии.

Свойство эмерджентности (принцип функциональной интеграции) - при исполнении функций системы в ней возникают новые дополнительные свойства/ целая больше чем простая сумма слагающих его систем.

Основные задачи экологии:

1) Изучение механизмов адаптации организмов в среде обитания.

2) Изучение процессов обмена веществом и энергией между организмами и средой обитания.

3) Исследование механизмов регуляции численности.

4) Управление позиционными процессами с целью рационального использования природных ресурсов.

5) Разработка методов биоиндикации для оценки антропогенных нарушений биоценозов.

Структура биологической экологии:

В зависимости от уровня организации живого вещества биоэкологию разделяют на:

· Аутэкологию - изучает взаимоотношения особей между собой и окружающей средой.

· Демэкологию - изучает взаимоотношение популяций между собой и окружающей средой

· Синэкологию - взаимоотношение организменных сообществ между собой и окружающей средой.

Разделение по средам существования организмов:

· Экология суши

· Экология пресных вод

· Экология моря/океана

4. Понятие окружающей среды

Окружающая среда - совокупность тел, веществ, энергии, явлений и процессов, окружающих живые организмы.

В общем случае выделяют: абиотическую среду, биотическую, антропогенную, сферы связанные с человеческим обществом.

Природная среда - совокупность абиотических и биотических сред. Она образуется комплексом оболочек Земли, находящихся в постоянном термодинамическом, биологическом и химическом взаимодействии.

Абиотическая среда - все силы и явления неживой природы: солнечная радиация, температура, влажность, давление, химическое состояние земной коры, почвы, атмосферы и воды, рельеф местности, пола (гравитационное, электромагнитное и акустическое поле) и т.д.

Биотическая среда - силы и явления природы, связанные с деятельностью живых организмов.

Качество природной среды - степень потребностей людей и др организмов.

Существуют определенные критерии оценки качества природной среды:

1) Геононический - оценка качества проводится по физгеоусловиям;

2) Гидрологический - оценка степени соответствия показателей качества воды потребностям людей и др. организмов.

3) Биогеохимический - оценка по геохимическим показателям качества и с использованием методов биоиндикации

4) Экогенетический - оценка по генетическим показателям (например по мутациям)

5) Продукционо-биологический - оценка биологической продуктивности популяций и биоценоза.

6) Санитарный - эффективность мероприятий направленных на сохранение и восстановление естественных свойств воздуха, почвы.

5. Предмет исследования, основные задачи геоэкологии.

Геоэкология - наука изучающая явления и процессы в природной среде и биосфере, возникающие в результате антропогенного воздействия, в так же близкие и далекие последствия таких воздействий.

Задачи геоэкологии:

1) Исследование источников антропогенного воздействия нна природную среду и биосферу их интенсивности и пространственного распространения.

Верхняя граница биосферы (7.2 км над УМ) - граница снеговой линии. Нижняя граница - изотерма в 100*С

2) Создание и оптимизация экоинформационных систем, обеспечивающих непрерывные контроль за состоянием среды и биосферы.

3) Изучение уровня загрязнения и деструкции компонентов глобальной геосистемы (атмосфера, МО, внутренних вод, литосферы и криосферы) и постоянный контроль изменений в них.

4) Изучение экологической нагрузки на экосистему или ландшафты, нормирование и регулирование нагрузок на экосистему на различных иерархических уровнях.

5) Оценка, прогноз и моделирование последствий антропогенного воздействия.

6) Географоэкологические исследования устойчивости природной среды, подвергшейся антропогенному воздействию.

7) Разработка практических рекомендаций по сохранению целостности природной среды и биосферы путем оптимизации с/х человеческого общества.

6. Виды антропогенных воздействий на окружающую среду.

Выделяют: эмиссионные, фоново-параметрические воздействия и ландшафтно-диструкционные.

Эмиссионные - все виды выбросов загрязняющих веществ, занесенных в окружающую среду (атмосферу, литосферу и гидросферу)

Выбросы могут быть : площадные, локальные, грунтовые.

Загрязнители могут быть: газообразные, жидкие и твердые вещества.

Эмиссионные (подклассы): выбросы газообразные веществ в атмосферу, выбросы аэрозолей в атмосферу, осаждение загрязнителей на поверхности почвы, воды, ледников, выпуски жидких и диспербированных (измельченных и частично растворенных) твердых веществ во все виды водоемов и в МО.

Фоновопараметрические воздействия - тепловое радиационное ионизирующее и шумовое загрязнение.

Эти загрязнения более или менее равномерно распределены на значительных пространствах. Они могут быть количественно оценены в любой точке пространства путем непосредственного изменения из параметра.

Выделяют 4 подкласса:

· воздействие приводящее к нагревы всех природной среды,

· увеличение радиационного фона природной среды в результате деятельности атомной энергетики и испытания атомного оружия ( в начале 90х годов общий радиационный фон повысился в 4-10 разпо сравнению с естественным фоном. Естественный фон связан с выносом радона из глубин литосферы)

· шумовое загрязнение - по оценкам специалистов постоянное увеличение шумов на 20-30 ДЦБ выше нормы сократит продолжительность жизни человека на 3-5 лет( приводит к психологическим расстройствам, угнетает мозговую деятельность)

· ионизация природной среды - ионизируются верхние слои атмосферы под влиянием некоторых производственных процессов. Происходит ухудшение проводимости коротковолновых колебаний, то есть ухудшение слышимости радиоприемников.

Ландшафтно-деструктивные - все виды направленного или непреднамеренного изменения ландшафтов.

Например:

· урбанизация - рост и развитие городов с увеличением доли городского населения

· приобретение сельской местностью черт присущих городам (газификация, асфальтированные дороги, водопровод). По предположению ООН процент городов и ПГТ будет занимать к 2020году более 20% жизненного пространства суши.

· Замена естественных биоценозов.

· Мелиорация( происходит перегрев поверхности возрастает испарение, обедняется растительность и животный мир, изменяются условия фильтрации почвы) и элигация (обводнение)

· Опустынивание - замена степных ландшафтов на полупустыни и пустыни.



7. Предмет исследования, основные задачи соцэкологии. Две концепции развития глобальной социоэкосистемы.

Возникла в 20х годах 20в за рубежом. Наука, изучающая взаимодействие человеческого общества с окружающей средой: социально экономическую, культурную, политическую и природную среду.

Цели социальной экологии:

Гармонизация человеческого общества с окружающей средой. Она занимается изучением социальных экосистем (соц экосистема выделяется по административному принципу, границы государств, областей). Большое внимание социальная экология уделяет глобальной социо системе.

Задачи социальной экологии.

1) Разработка концепций глобального устойчивого развития нашей цивилизации.

В настоящее время существуют 2 концепции: ресурсная и биосферная.

Ресурсная концепция.

Она возникла первой в 70е годы 20в в результате анализа серии сценариев развития нашей цивилизации, полученных на глобальных системах развития. Устойчивое развитие - развитие удовлетворяющее потребностям настоящего времени, но не ставящее под угрозу способность будущего поколения удовлетворять свои потребности.

5 компонентов модели: население, капитал доля с/х капитала/ с/х основынх фондов в общем капитале, загрязнение окружающей среды, не возобновляемые природные ресурсы.

С 1900 по 1970 использовалась для проверки работоспособности следующие 130 лет - прогноз.

В серидине 21в наступит глобальная демографическая, экономическая и экологическая катастрофы. Население уменьшится в 2,5-3 раза. Уровень промышленных производств будет падать в связи с нехваткой не возобновляемых ресурсов. В связи с нехваткой населения будет увеличиваться доля с/х капитала и это приведет к резкому загрязнению окружающей среды и все это приведет в конечном итоге к гибели человеческой цивилизации.

Биосферная концепция.

Автор этой концепции К.Я. Кондратьев и Горшков.

Устойчивое развитие согласно этой концепции определяется как улучшение жизни людей.

Условия с/х деятельности< порога возмущения биосферы, когда сохранится такой объем естественной среды, который способен обеспечить устойчивость биосферы, с включением в нее хозяйственной деятельности человека. В основе биосферной концепции лежит теория естественной биологической регенерации, которая обеспечит гомеостаз экосистемы и биосферы.

Авторы пришли к выводу, что биосфера способна компенсировать любые возмущения, вызванные хозяйственной деятельностью человека, до тех пор, пока потребление человеком продукции биоты не достигнет 1%. Остальные 99% должны затрачиваться на стабилизацию среды обитания.

Существующие оценки показывают, что порог допустимого возмущения природной среды был достигнут в 20е годы 20в, когда численность населения Земли составляла 1.6-1.8 млрд человек. Сейчас потребление биоты человеком 6-8%.

8. Мониторинг окружающей среды и его функции. Классификация видов мониторинга

Мониторинг - слежение за какими-либо объектами и явлениями, происходит от lat monitor - надзирающий.

Использование понятия мониторинг в окружающей среде.

Мониторинг окружающей среды - комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений окружающей среды под влиянием антропогенных воздействий.

Конечной задачей мониторинга является предупреждение лиц принимающих решения (ЛПР) о создающихся критических ситуациях, вредных для здоровья людей и других организмов.

Мониторинг выполняет 2 функции:

Осуществление информационного обеспечения научных исследований в области экологии и природопользования.

Дает оперативную информацию для ЛПС о случившихся или очередных негативных/катастрофических явлений в окружающей среде с целью минимизации их последствий.

Мониторинг не включает в себя управление качеством окружающей среды, это задача ЛПР и специальных производственных организаций, создаваемых для принятия решения.

Однако без правильно организации мониторинга управление качеством окружающей среды невозможна. Задача лиц занимающихся мониторингом предупреждение ЛПР.

Термин был введен на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде в июне 1972. Термин введен в качестве противопоставлению термина контроль за качеством окружающей среды.

Классификация мониторинга:

· Базовый - система слежения за состоянием и прогнозирование возможных изменений общебиосферных в основном природных явлений, без наложения на них региональных антропогенных влияний. Он обычно проводится в обсерваториях или на станциях расположенных в биосферных заповедниках

Заповедники - это охраняемые, наиболее характерные эталонные участки биосферы, расположенные в различных точках мира. Всемирные биосферные заповедники создаются в соответствии с ООН (точнее с ЮНЕСКО) по программе «Человек и биосфера». Заповедники предназначены для сохранения окружающей среды в исходном виде определенной области, так же для комплексных наблюдений за ходом природных процессов неизмененных или слабо измененных участках биосферы. Принятая схема заповедника: ядро (абсолютно охраняемая территория, где вход запрещен всем, кроме работников), буферная зона(разрешены только больничные и рекреационные учреждения), зона строгорационального использования территорий ( предприятия имеющие замкнутый цикл)

В настоящее время более 300 заповедники, на территории СССР всего 17. В России сейчас стадо еще меньше и новых не создавалось.

· Фоновый - система слежения за соответствием и прогнозирования изменений общемировых процессов, происходящих в биосфера и природной среде, включающие в себя антропогенные воздействия на биосферу и экосистемы.

Состав наблюдений, сроки проведения в фоновом и глобальном мониторинге стандартизированы, для того, что бы была возможность сопоставлять информацию с различными государствами. Стандартизированы методики и приборы сбора информации. Происходит международное тестирование средств наблюдений.

· Глобальный - широкий комплекс гидрометеорологических, химических, геологических и астрономических наблюдений. К ним относятся наблюдения за загрязнениями воздуха, воды и поверхности Земли. Проводятся наблюдения за активностью Солнца и космическим излучением. Составляются прогнозы геомагнитных бурь, проводятся сейсмические наблюдения, делаются попытки прогноза землетрясений, цунами и вулканических извержений. Проводятся наблюдения изменения толщины озонового слоя даются прогнозы появления дыр и т.д.

· Национальный - осуществляется в пределах одного государства или региона. Эту работы осуществляют специальные органы, в СССР - государственный комитет по охране природы. В России - государственный комитет по охране окружающей среды и природных ресурсов, принадлежащий министерству охраны природной среды (сами портим и сами охраняем).

По своему составу региональный и национальный мониторинг могут отличаться от базового или глобального.

· Локальный - включает в себя слежение за изменением качества среды в пределах населенных пунктов , промышленных предприятий. Направлены на контроль за загрязнением воздуха пнад автомагистралями города.

· Импактный - в зонах опасного производства. Например в зоне АЭС.

По способу проведения выделяют : наземный и дистанционный мониторинг.

Наземный - осуществляется непосредственно руками человека с помощью приборов

Дистанционный - комплекс авио и космо наблюдений и с помощь. Специальных приборов, установленных в труднодоступных местах, данные передаются по различным каналам связи.

Мониторинг по объектам наблюдения: климатический, загрязнения вод|почв|атмосферы, биоиндикационный, демографический, радиационный и сейсмический.

9. Понятие экологического фактора и критерии его выделения. Традиционная классификация экофакторов

В аутэкологии понятие внешнее воздействие принимается понятием экофактора.

Экофактор - любой неделимый далее элемент среды, который может доказывать прямое или косвенное влияние на организмы, хотя бы на одной из фаз их развития. Существуют следующие критерии выделения экофакторов:

1) Неделимость данного элемента среды ( нельзя рассматривать в качестве экофакторов высоту, так как она влияет на жизнь организмов опосредованно через температуру, освещенность и влажность)

2) Воздействие на организмы может быть временным или косвенным, фактор может воздействовать через многочисленные причинно-следственные связи (птичий базар является экофактором влияющим на рыб)

3) Результаты действия различных факторов должны быть сравнимы между собой, они должны приводить к одному результату.

Все классификации проводятся в пр-ве некоторых классификационных признаков. Наиболее распространена классификация в экологических явления классификация по типу слагающего материала и генетическому типу.

В этой классификации по происхождению факторы делятся на биотические и абиотические.

Абиотические - связанные с возникновением неорганической природы на организмы (освещенность, влажность воздуха, осадки, физхим свойства почв)

Биотические - факторы питания и взаимодействия организмов между собой (конкуренция, хищничество, паразитизм). В некоторых случаях бывает трудно отнести некоторые факторы к тому или иному классу. Температура и свет относятся к абиотическим, но они относятся и к биотическим (температура в лесу меньше)

И биотические и абиотические подразделяются на природные и антропогенные.

Абиотические природные и антропогенные факторы подразделяются на физические и химические.

Физические - космического происхождения, климатические и почвенные факторы

Химические - среда обитания организмов, вода, воздух, почва. Так же органические вещества воды и почвы, так называемые гидрид и гумус.

Биотические природные и антропогенные факторы подразделяются на фитогенные, микробогенные и зоогенные.

Классификация по виду воздействия

Выделяют 2 класса: Энергетические и сигнальные.

Энергетические - оказывают влияние на жизнедеятельность организмов и изменение их состояния (температура, конкуренция, хищничество, паразитизм)

Сигнальные являются носителем информации и содержат информацию об изменении энергетических характеристик (продолжительность светового дня)

Некоторые факторы могут обладать как энергетическим, так и сигнальным воздействием. Свет - фитосинтез и его экороль состоит в синхронизации биологических ритмов разложения организмов (годового, суточного).

10. Классификация экофакторов по виду и периодичности действия. Условия и ресурсы

Условия определяют как изменяется во времени и пространстве абиотические факторы среды обитания (температура, влажность воздуха, соленость воды, скорость ветра и течения, концентрация загрязняющих веществ). Условия организмами не расходуются. Ни один организм не может сделать условие недоступным.

Ресурсами называется все то, что организм может потребить в процессе своей жизнедеятельности. Ресурсы живых организмов - вещества и энергия вовлекаемая в процесс жизнедеятельности (солнечное излучение, вода, концентрация загрязняющих элементов, кислород, другие организмы как пищевые ресурсы, пространство как ресурс

По периодичности действия (Мончадского)

Выделяют 3 группы: первичные периодические факторы, вторичные периодические и непериодические факторы.

Первичные периодические - связаны с астрономическими (вращение Земли вокруг Солнца, суточное вращение Земли, вращение Луны вокруг Земли, шарообразность фигуры Земли) к этим факторам относится температура, освещенность, приливные явления, гравитационные поля и т.д.

Внутри ареалов воздействие первичных факторов незначительно. Реакция организмов на влияние таких факторов у всех таксономических групп растений и животных одинакова.

Вторичные - их измерение является следствием изменения первичных факторов (влажность, осадки, растительность, является пищей для животных, скорость ветра и морских течений и т.д.)

Во вторичных факторах явление периодичных выражается слабее, чем в первичных. Вторичные факторы сказываются в пределах распространения ареала организмов, но мало влияют на распространение самих ареалов.

Непериодические - факторы имеют непериодический характер, и организмы не приспособятся никогда (ураганы, грозы, пожары) К ним относят все виды антропогенного влияния на природу, а т.к. же такие типы взаимодействия между организмами как хищничество и паразитизм.

Классификация факторов по признаку их зависимости по плотности популяции.

Климатические факторы.

Зависящие от плотности факторы - связаны с взаимодействием организмов.

Подразделяются на:

Прямой зависимости приводят к увеличению смертности при росте численности популяции (хищничество, паразитизм)

Обратной зависимости (снижение смертности при росте численности популяции) Северные олени лучше извлекают мох и ягель, когда стадо больше.

11. Концепция лимитирующих факторов (закон Либиха)

Для того что бы жить в конкретных условиях внешней среды организмы должны иметь вещества для роста и размножения.

В 1840 немецкий агроном Либих на основании изучение влияния различных факторов на рост растений установил, что урожай лимитируется не теми питательными веществами, которое потребляет растение в больших количествах (CO₂, который присутствует в изобилии), а теми веществами, которых потребляется мало и в которых в почве немного (например, фосфор) это открытие получило название «закон минимума Либиха»:

«Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени».

Современная формулировка закона минимума Либиха:

«выносливость организмов определяется самым слабым звеном цепи его экопотребности его жизненной возможности лимитируются экофакторами, количество и качество, которых близко необходимы организму или экосистеме в минимуме. Дальнейшее снижение концентрации экофакторов ведет к гибели организма или к деструкции экосистемы»

Формальная запись формулы Либиха

µ=µ(t) µ= µ(CO₂) µ= µ(PO₄) µ(T®, CO₂, PO₄)=min

12. Закон толерантности Шелфорда

1913г Шелфорд сформулировал закон согласно которому лимитирующим фактором в плацентарном организме мог быть не только минимум, но и максимум какого-либо экофактора. Диапозон между минимумом и максимумом фактора, в котором развитие организма возможна, называется законом толерантности.

µ =µ(t) - функция роста

При определенном значении фактора создаются условия наиболее благоприятные для жизни организмов это зона оптимума.

Существует диапазон значения фактора, обеспечивающий норму организма (зона нормальных условий жизнедеятельности)

Диапазон значений факторатза границами, которой нормальная жизнедеятельность не возможно, называется зонами угнетения/пессиума.

За границами зон пессиума организм гибнет

Значение между минимальным и максимальным значением фактора, при котором возможна жизнь организма, называется диапазоном толерантности.

Если диапазон толерантности при данном условии узкий, то при характеристике организма добавляют «стено»

Если оптимумы для данного организма у двух видов не совпадает, то один из них называется холодотерный, а другой теплолюбивым/теплотерным



13. Многофакторные модели роста организмов. Возрастные реакции

В течение периода индивидуального развития организма (антогенеза) реакция организмов на экофакторы изменяется. У большинства организмов молодые особи более выносливые, чем старые. Пределы зоны толерантности у них шире. В индивидуальном развитии организма есть периоды, когда он наиболее чувствителен к изменению факторов среды. Это критические периоды. Они бывают во время размножения организмов и раннем возрасте.

Изменение

Разделяют сезонную и суточную периодичность реакций.

Сезонная - типична для организмов обитающих в умеренных и северных широтах. Эта периодичность связана со среднегодовыми колебаниями температуры, именно колебания определяют состояние покоя и активности организма. Состояние зимнего покоя наблюдается у многих растений и животных, оно наиболее характерно для пайкотерных организмов, такие организмы не способны поддерживать высокую постоянную температуру тела (растения, беспозвоночные, рыбы и тд)

Зимний покой - состояние организма, в котором обменные процессы в организме затормаживаются, организм питается не за счет внешней среды, а за счет внутренних резервов. Организмы приспособлены к понижению температуры, существенно снижается потребление воды, это явление называется холодным закаливанием.

Выделяют 2 стадии:

У растений 1я стадия проходит при температурах от 6 до 0*С, на этой стадии вода в клетках переходит в коллоидное состояние, крахмал превращается в сахар и жиры. 2я стадия при температуре 0-(-1-5)*С между клетками образуются кристаллы льда, отнимающие воду из клеток, поэтому клетки становятся морозоустойчивыми. У пойколотерных животных процесс холодного закаливания так же связан с процессом замерзания воды в клетках, при температуре больше 10*С у многих насекомых наступает оцепенение, а при температуре больше 0*С - переохлаждение.

Главным фактором, который играет сигнальную роль в чередовании сезонных циклов, является длина светового дня. Реакции организмов на продолжительность светового дня, называются фотоппереодизмом.

Циркатные(суточные) реакции - освнованы на изменении продолжительности дня и ночи. Исследования циркатных реакций показало, что все растения и животные способны измерять время, у них имеются своеобразные биологические часы, они синхронизируют внутренние ритмы организма. Например, летучие мыши покидают свои гнезда каждый раз в одно и тоже время, они сохраняют эту привычку даже находят в искусственной среде.

Реакции организмов на действие экофакторов в пространстве.

Различные популяции организмов одного и того же виды обитающие на одной территории |акватории могут иметь совершенно разные требования к одному и тому же экотребованию. Например, водные организмы обитающие в открытом море и в лагуне имеют совершенно разные требования к солености (море 35 пром, лагуна 55 пром)

Семена растений собранные в разных местах обитания и относящиеся к одному виду, будучи высажены в одно, место сохраняют из поколения в поколение свои морфологические признаки. Такие различия называются экотипами.

14. Солнечная постоянная и солнечная активность

Солнце является звездой нашей галактики, оно представляет собой плазменный шар с радиусом большим радиус Земли в 110раз и массой в 30тысяч большей массы Земли. В центральной части Солнца происходят реакции синтеза гелия и водорода, они поддерживают температуру приблизительно в 16 млн*К.

Из законов квантовой механики следует, что при такой температуре основная часть излучений приходятся на рентгеновский диапазон частот, но это не так.

Рентгеновское излучение из центральной части Солнца поглощается вышележащими слоями. Электромагнитное излучение из центральной части до поверхности доходит в течении 1 млн лет, в следствии переизлучения. При этом спектральный состав существенно не изменяется. Излучение от Солнца к земле возникает в тонком поверхностном слое (фотосфере). Средняя температура 6тыс*К. Поверхность фотосферы неоднородна, она состоит из ярких гранул и пятен. Пятна обычно наблюдаются на экваториальной части Солнца. Поток лучистой энергии, исходящий из пятен, в 3 раза меньше потока из гранул (температура пятна 4.5тыс*К).

Возникновение и исчезновение пятен свидетельствует о цикличности процессов на Солнце. Солнечный цикл - периодический процесс появляющийся и развивающийся на Солнце активных областей характеризуется выходом на поверхность сильных магнитных полей. Наибольшее наглядное проявление Солнечного цикла связано с изменением числа солнечных пятен со средней периодичностью 1.2КЛ. Для характеристики Солнечной активности используют числа Вольфа

W=K(10*g+f),

где g- число групп пятен солнца, f - число пятен на видном полушарии.

Продолжительность 11 летнего цикла Солнечных изменений приблизительно 10-12 лет.

Наблюдение за полярными сияниями и магнитными бурями, доказало, что они имеют периодичность.

Следовательно через 27 суток геомагнитные явления на Земле будут повторяться. На этом основан прогноз магнитных бурь.

Помимо 11 летнего цикла существует 22 летний цикл, который связан с изменение полярности магнитных полей групп пятен в северном и южном полушарии. Есть данные, что существует 44 летний цикл, но они не являются четко установленными. Может быть, существуют и более длительные циклы, просто мы пока о них ничего не знаем.

Помимо пятен на Солнце отмечаются Солнечные протонные события. Перестройка магнитных полей вызвали Солнечные вспышки мощное явление, при средней солнечной вспышке выделяется тепло, которое может быть получено при сопряжении всего углеводородного топлива на нашей планете. При вспышках не происходит заметной светимости Солнца. Они проявляются в выделении большоге количества кинетической энергии. В межпланетарном пространстве выделяется Солнцем вещество, движущиеся со скоростью чуть меньше 1000км\с - это так называемы Солнечный ветер. При вспышках выделяют рентгеновское излучение и солнечное космическое. Самая мощная солнечная вспышка была в 1957г.

С 1942-1984 было зафиксировано 34 сильные вспышки.

Солнечная постоянная - интегральный поток солнечного излучения, приходящий за 1 млн лет через площадь 1см² расположенную перпендикулярно к потоку солнечных лучей за пределами атмосферы, и при среднем расстоянии от Земли до Солнца.

До спутниковой эпохи эта величина определялась путем экстраполяции данных актинометрических наблюдений (наблюдение за Солнцем)

Солнечная постоянная определяющаяся этим методом, страдала большой неточностью, так как большая часть излучений терялась в верхних слоях атмосферы. С 60х годов стаи использовать спутники. Согласно спутниковым измерениям величина Солнечной постоянной составляет 1.959 кал/см²*мин или 1367 Ват/м²

Солнечная постоянная не является истинно постоянной величиной, ее изменения связаны главным образом с солнечными пятнами (солнечной активностью/солнечными протонными событиями). Но такие изменения не значительны и составляют лишь сотые доли процента от самой величины постоянной.

15. Космическое излучение, солнечный ветер и магнитосфера Земли

Виды Солнечной радиации

Солнечные космические лучи - наша Земля постоянно или бомбардируется, они приходят из межпланетного и межзвездного пространства. СКЛ состоят из протона. Первое столкновение с атмосферой встречается на высоте 20-30 км. Входя в плотную атмосферу, космические лучи выделяют ядра (азота, кислорода и озона), при этом возникает каскад вторичных частиц. В обычных условиях вероятность достижение космическими лучами поверхности (до УМ) мала.

Поэтому на УМ космические лучи проявляются по эффекту ионизации атмосферы, которая создается вторичными частицами. С увеличением высоты над УМ вероятность попадания под космическое излучение возрастает в 100и 1000раз и приводят к мутациям организмов, живущим на нашей планете.

Солнечный ветер. Магнитосфера Земли

Явление Солнечного ветра - непрерывный поток плазмы Солнца. Происходит распространение радиально от Солнца и охватывает всю Солнечную систему. Явление впервые зафиксировани в 1959г.

Поток плазмы - полностью (частично ) ионизированный газ, в котором + и - заряды нейтрализуют друг друга.

Солнечный ветер образуется при газодинамическом расширении солнечной короны.

Существует 2 класса: медленный (300 км/с) и быстрый (>600км/с)

Солнечный ветер взаимодействует с магнитосферой Земли.

Магнитосфера - область Земного пространства, физическое свойство которого определяется магнитным полем Земли и взаимодействием этого поля с потоком заряженных частиц, поступающих из космоса.

Магнитосфера представляет собой определенную область, сформировавшуюся в плазме Солнечного ветра, она является препятствием солнечного ветра и при надвижении ветра на магнитное поле земли, образуется ударная волна.

Магнитосфера представляет собой препятствие для солнечного ветра на расстоянии в 13 радиусов Земли, образуется ударная волна отклоняющая поток плазмы. За фронтом удара волны располагается переходная область - магнитопауза, здесь давление солнечного ветра уравновешивается давлением магнитного поля Земли. Большая часть плазмы обтекает магнитосферу, но некоторая затекает через полярные щели. Солнечный ветер проникает через полярные щели, ионизирует вертикальные слои атмосферы, как следствие наблюдается полярное сияние, ухудшение слышимости радиоволнового короткого диапазона. Часть плазмы, затекающая через полярные щели, удерживается магнитным полем Земли на магнитных полюсах. Они представляют большую опасность для космонавтов.

Солнечный ветер представляет собой губительную область для живых организмов, а магнитосфера предохраняет от солнечного ветра.

В ходе палеомагнитного исследования, была установлена инверсия у существующего магнитного поля Земли, в последние 730тыс лет магнитное поле имело современную (прямую) ориентацию, временной интервал соответствует этой ориентации, называется эпохой бренес.

Период времени между 0.73-2.5 млн лет назад магнитное поле Земли имело обратную ориентацию. Этот период называется эпохой Матуюма.

В период магнитной инверсии магнитосфера разрушается и Земля беззащитна. Количество времени происхождения этого явления неизвестно. В это время происходило облучение организмов и происходила значительная мутация.

16. Волновое излучение солнца. Явление озоновых дыр

Небольшое эксцентриситет (отклонение осей) Солнечной орбиты и небольшое расстояние от Земли до Солнца (149,6 млн км) обеспечивают почти постоянное во времени и оптимальное по величине поступление солнечной энергии на перпендикулярную лучам площадку, расположенную на верхней границе атмосферы, но так как Земля имеет шарообразную форму на 1 км² атмосферы поступает только 25% потока энергии. Общее количество энергии поступающей на верхнюю границу атмосферы за сутки составляет 17.3*10¹⁶ Ват. Распределение солнечной энергии по земному шару при отсутствии атмосферы определяется только астрономическими факторами (вращение Земли вокруг Солнца, наклоном оси вращения, суточным вращением Земли). Движение Земли, влияющее на пространственно-временное распределение имеет первостепенное значение для формирования термического режима планеты.

Суточное вращение Земли предохраняет ее освещенную полусферу от излишнего перегрева, затемненную от переохлаждения, при отсутствии вращательного движения на освещенной полусфере Земли температура поднялась бы на несколько сотен градусов, а на затемненной опустилась до-200*С.

Наклон земной оси и плоскость ее орбиты и паралельно самой себе перемещение этой оси при движении планеты, обуславливается смена времен года. Это обеспечивает периодический прогрев умеренного и полярного климата зон северного и южного полушария, тем самым вырабатывается температурный режим планеты.

Волновое излучение Солнца не однородно. Оно складывается из рентгеновского, УФ, видимого и ИК.

Энергия излучаемая солнцем распределяется между различными участками спектра излучения следующим образом:

· Рентгеновское и УФ с длинами волн <0.14мкм приходится 6.7% от общего излучения

· На долю видимого участка с длиной волн от 0.4 до 0.76мкм приходится 46.8%

· На долю ИК с длиной волн >0.76 мкм приходится 46.5%

Солнечное излучение поступает на верхнюю границу атмосферы, прежде чем достичь поверхности Земли претерпевает существенные изменения. Проходя через атмосферу лучистая энергия ослабляется в процессе рассеивания и поглощения молекулами газов и аэрозолями.

В соответствии с этим различают прямую и рассеянную радиацию.

Прямая радиация - солнечное излучение доходит до места наблюдения в виде пика параллельных лучей непосредственно от солнечного диска. Поток прямой радиации зависит от высоты Солнца над горизонтом и физического состояния атмосферы над пунктом наблюдения. В зависимости от этого величина прямой радиации может изменяться в очень широком пределе (0-100%).

Рассеянная радиация излучение рассеянное в атмосфере. Поток рассеянной радиации зависит от тех же факторов, что и прямой раз.

Губительное для всех организмов рентгеновское излучение, поглощается на высотах от 20 до 30км и вызывает ионизацию атмосферы. Ниже 30 км проникает только жесткого рентгеновское излучение, оно наблюдается в горах и до УМ не доходит.

При солнечных протонных событиях рентгеновское излучение может увеличиваться в 10 тыс раз и вызывать мутации организмов на Земле. Опасное для жизни организмов УФ излучение дальше поглощается озоновым слоем. Этот экран на высотах от 2 до 60 км максимум концентрируется на высотах около 27км.

Поверхности Земли достигает УФ радиация с длинами волн 0.3-0.4мкм. Оно угнетает микроорганизмы на облученных поверхностях тем самым предохраняя животных и человека от воздушных болезнетворных бактерий.

Видимое солнечное излучение не однородно и подразделяется на 7 цветов. Складываясь эти волны образуют белый свет. Видимая часть спектра солнечного излучения ослабляется в безоблачной атмосфере в наименьшей степень. Видимое излучение является энергетической основой фотосинтеза. Фотосинтез - единственный в природе процесс осуществляющий превращение солнечной энергии в химическую.

ИК с длинами волн от 0.76 до .46 мк несет основную часть тепловой энергии, проходя через атмосферу тепловая энергия в значительной мере поглощается водным паром, молекулами углекислого газа и пылью.

Солнечное излучение также поглощается водяными каплями облаков и туманов. При сильном замутнении воздуха твердыми частицами, особенно в городах или при лесных и торфяных пожарах. Поглощение солнечного излучения в нижнем километровом слое атмосферы может увеличиться в 110 и более раз.

Солнечная радиация у поверхности Земли обладает сильной пространственно-временной изменчивостью, ее величина зависит от угла падения солнечных лучей, сезона года, времени суток, от ориентации и крутизны склонов рельефа, от высоты местности от облачности, от отражающей и поглощающей способности среды. По существующим оценкам: влияние суммарной солнечной радиации достигающей земной поверхности для всей планеты в среднем составляет 140ккал/см²*год.

Поглощённая поверхностью Земли радиация в среднем для всей планеты оценивается величиной 70 ккал/см²*год. Это представляет половину от приходящей. Это связано с тем, что часть радиации поглощается в атмосфере, отражаясь облаками, поверхностью суши и воды. Выраженное в долях единиц или в %; отношение отраженной некоторой поверхностью радиации к поступающей радиации называется альбедо.

Величина альбедо для различных поверхностей земли изменяется 0.1-0.9 (10-90%)

Отражающая способность некоторых типов земли.

Тип поверхности	альбедо
Снег, лед, вода
Свежий сухой снег	0,80-0,95
Чистый влажный снег	0,6-0,7
Загрязнённый снег	0,4-0,5
Морской лед	0,3-0,4
Водная поверхность ( в зависимости от волнения)	0,06-0,15
Обнаженная почва
Темные почвы	0,05-0,15
Влажные серые почвы	0,1-0,2
Сухие глинисты почвы	0,2-0,35
Сухие песчаные почвы	0,25-0,45
Поля, луга, тундра
Поля ржи и пшеницы	0,1-0,25
Картофельные поля	0,15-0,25
Хлопковые поля	0,2-0,25
Луга	0,15-0,25
Сухая степь	0,2-0,3
тундра	0,15-0,2
Древесная растительность
Хвойные леса	0,1-0,15
Лиственные леса	0,15-0,2

Альбедо облачности зависит от ее формы. Наиболее значительное альбедо, отмечается в высококучевых и слоисто-кучевых облаках. По существующим оценкам альбедо облаков нижнего яруса составляет 0.78-0.81, среднего яруса 0.66-0.78. Антропогенное воздействие на природные ландшафты, такие как загрязнение поверхности снега и ледников, вырубка лесов, увеличение площади пустынь и тд нарушают условие притока тепла, измененного человеком ландшафта.

17. Схема баланса солнечной энергии в атмосфере и на поверхности Земли

18. Длинноволновое излучение поверхности Земли и атмосферы. Явление парникового эффекта

Земля, как и любое другое тело, температура, которого выше абсолютного 0 (-273*К) излучает энергию. Однако по сравнению с температурой Солнца, температура поверхности Земли и ее атмосферы мала, поэтому все излучения или энергия приходятся на ИК участок спектра.

Излучение атмосферы имеет более сложный характер, по сравнению с излучением Земной поверхности. Энергию излучают лишь те газы, которые поглощают, то есть водяной пар, углекислый газ, озон, метан и окись азота. Эти газы называются парниковыми газами.

Наиболее интенсивно ИК излучение атмосферы, поглощаемое водяным паром. Кроме него большое влияние на поток радиации оказывает углекислый газ. Благодаря сильному поглощению длинно-волновая радиация водяным паром и углекислым газом. Большая часть излучения земной поверхности поглощается атмосферой. В тоже время солнечная радиация значительной частью атмосферы пропускается. Атмосфера в свою очередь изучает длинноволновую радиацию, часть которой направлена к земной поверхности. Такая радиация называется встречным излучением атмосферы.

Часть энергии встречного излучения вновь поглощается Земной поверхность. Разность между собственным излучением ЗП и поглощённой его частью встречного излучения, называется эффективным излучением. Температура атмосферы обычно ниже температуры ЗП. Поэтому в большинстве случаев эффективное излучение положительно. Это означает, что вследствие длинноволнового излучения ЗП почти всегда теряет тепло. Тонкий механизм терморегуляции, основанный на составе и физических свойствах атмосферы и подстилающей поверхности Земли поддерживает равновесие между поступающей к поверхности солнечной энергии и длинно волновыми излучениями Земли.

Этот механизм обеспечивает постоянство радиационного баланса планеты и предохраняет ее поверхность от перегрева или переохлаждения.

Углекислый газ попадает в атмосферу, как естественным путем, так и в результате человеческой деятельности. На протяжении истории Земли углекислый газ поступал в атмосферу в процессе вулканической деятельности и участвовал в естественном круговороте углерода в природе. Подсчитано что при отсутствии углекислого газа температура поверхности Земли была бы на 338С ниже, чем в настоящее время. На концентрацию углекислого газа и других парниковых газов, увеличивается в атмосфере главным образом за счет сжижения ископаемого топлива, а так же при нарушении естественного углеродного цикла в ходе уничтожения тропических лесов. В результате возникло нарушение радиационного баланса планеты. Ведущее к развитию парникового эффекта и глобальному изменению климата.

В процессе производства в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни тонн загрязняющих веществ в виде газов и аэрозолей.

Непрерывно возрастающее использование топлива нарушило геохимический цикл углерода. Механизм обеспечивает содержание СО2 в атмосфере не справляется с его возрастающим притоком, содержание СО» в атмосфере возросло с 290млн долей 180 до 325 долей в 1970.

Распространение парниковых газов их источник, скорость поступления в атмосферу и доля влияния на глобальное потепление.

газ	Основные источники	Современный уровень среднегодового прироста концентрации %	Доля влияния на глобальное потепление %
CO2	Сжигание ископаемого топлива (77%) вырубка лесов (23%)	0,5%	55%
Хлор фтор углероды	Различные промышленные предприятия	4%	24%
СН4	Рисовые плантации, утечка газа, жизнедеятельность животных	0,9%	15%
	Сжигание биомассы, применение удобрений, сжигание топлива	0,8%	6%



19. Природные тепловые машины и циркуляция атмосферы

Разработка теории тепловых машин принадлежит академику Шулейке. В термодинамике тепловой машиной называется машина, в которой тепловая энергия преобразуется в механическую. Возможность такого преобразования следует из 1 закона термодинамики - закона сохранения и приращения энергии. Любая тепловая машина состоит из 2 основных элементов: нагреватель и холодильник, они связаны между собой потоком вещества теплоносителя. В соответствии со 2 законом термодинамики устанавливаем однонапрвленности всех происходящих в природе естественных процессов, при перепаде температуры энергия начинает самопроизвольно переходить от теплого тела к холодному и наоборот. Часть энергии расходуется на движение теплоносителя. Шулейкин выделил машины 1го рода. В качестве Н выступают тропические пояса, где происходит пополнение энергией и приходящая энергия существенно преобладает над ее расходом в космическое пространство. Х являются высокоширотные участки планеты обоих полушарий. Здесь длинноволновое излучение существенно преобладает над приходящим солнечным теплом. Теплоносителем является воздушная среда. Различие в нагревании материков и океанов приводт к нагреванию тепловых машин 2го рода. Они работают в реверсивном режиме (туда-сюда). В летнее время воздух над сушей прогревается значительно сильнее, чем над поверхностью воды. Поэтому в теплое время года Н - это материки и Х - океаны, в зимнее время положение изменяется, океаны аккумулируют тепло, отдают его атмосфере в процессе конвективного теплообмена. В результате Н- океан, а Х-материки.

...