Функции живого вещества

Основные законы, регулирующие равновесное развитие популяций. Энергетический кризис и альтернативные источники энергии для поддержания энергетического баланса природных экосистем. Жизненные формы как ответная реакция на воздействие экологических факторов.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 07.04.2015
Размер файла 35,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тверской государственный технический университет

Институт дополнительного профессионального образования

Кафедра: Природообустройство и экология

Контрольная работа по дисциплине:

Экология

Вариант 27

Выполнил:

Студент заочного факультета группы ЭТК-26

Головин Артем Алексеевич

Проверила:

Громова Н.Ю.

г. Тверь, 2014

Содержание

1. Функции живого вещества

1.1 Энергетическая функция

1.2 Деструктивная функция

1.3 Концентрационная функция

1.4 Средообразующая функция

2. Основные законы, регулирующие равновесное развитие популяций

2.1 Мальтузианский закон

2.2 Закон Алле

2.3 Закон Верхульста

2.4 Закон Либлиха

2.5 Закон о периоде созревания

2.6 Потенциальный закон

3. Энергетический кризис и альтернативные источники энергии для поддержания энергетического баланса природных экосистем

4. Основные положения закона однонаправленного распределения энергии

5. Жизненные формы как ответная реакция на воздействие экологических факторов

6. Негативные аспекты выброса в окружающую среду веществ и материалов не свойственных природной среде с длительным периодом полураспада

Список использованной литературы

1. Функции живого вещества

1.1 Энергетическая функция

Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при разложении энергонасыщенных веществ, передача энергии по пищевым цепям. популяция энергетический экосистема

В результате осуществляется связь биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле. Недаром Вернадский назвал зеленые хлорофилльные организмы главным механизмом биосферы.

Поглощенная энергия распределяется внутри экосистемы между живыми организмами в виде пищи. Частично энергия рассеивается в виде тепла, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых.

1.2 Деструктивная функция

Эта функция состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот, т.е. обусловливает превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.

Особо следует сказать о химическом разложении горных пород. «Мы не имеем на Земле более могучего дробителяматерии, чем живое вещество», -- писал Вернадский. Пионеры

жизни на скалах -- бактерии, синезеленые водоросли, грибы и лишайники -- оказывают на горные породы сильнейшее химическое воздействие растворами целого комплекса кислот -- угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные элементы -- кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы.

1.3 Концентрационная функция

Так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построения тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты. Наряду с концентрационной функцией живого организма вещества выделяется противоположная ей по результатам -- рассеивающая. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, через кровососущих насекомых.

1.4 Средообразующая функция

Преобразование физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в результате процессов жизнедеятельности в условиях, благоприятных для существования организмов. Эта функция является совместным результатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов элементов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный покров. «Организм имеет дело со средой, к которой не только он приспособлен, но котораяприспособлена к нему», -- так характеризовал Вернадский средообразующую функцию живого вещества.

Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями. Можно выделить еще некоторые функции живого вещества, например:

-- газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др. Хорошо видно, что газовая функция является совокупностью двух основополагающих функций -- деструктивной и средообразующей;

-- окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления. Обычно окислительная функция живого вещества в биосфере проявляется в превращении бактериями и некоторыми грибами относительно бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислородом соединения. Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биогенный сероводород, производимый различными бактериями. И здесь мы видим, что данная функция является одним из проявлений средообразующей функции живого вещества;

-- транспортная функция -- перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается по наклонной плоскости исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи.

Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени. Воздавая должное памяти великого основоположника учения о биосфере, следующее обобщение А. И. Перельман предложил назвать «законом Вернадского.

За счет активного передвижения живые организмы могут перемещать различные вещества или атомы в горизонтальном направлении, например за счет различных видов миграций. Перемещение, или миграцию, химических веществ живым веществом Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества.

2. Основные законы, регулирующие равновесное развитие популяций

2.1 Мальтузианский закон

Согласно этому закону, когда уровень рождаемости и смертности остается постоянным, популяция будет расти (или уменьшаться) экспоненциально.

Таким образом, Мальтузианский закон описывает, как растут или уменьшаются популяции, когда больше ничего не происходит. Он « описывает естественное состояние популяций - как они ведут себя в отсутствие каких-либо внешних факторов (Гинзбург, Коливан 2004) ».

Гинзбург (1986) заметил, что Мальтузианский закон играет такую же роль в экологии как Первый закон Ньютона в физике. До Галилея и Ньютона Аристотель утверждал, что естественным состоянием тел является покой, а движение возникает только тогда, когда к объекту приложена сила. Господин Исаак Ньютон, однако, доказал, что верно обратное: постоянное движение является естественным состоянием, а непостоянное движение и покой возникают только когда к объекту приложена сила. Его первый закон содержит концепцию инерции, которая является « стремлением тела сопротивляться изменениям своей скорости (Кребс 2001б).»

Подобно первому закону Ньютона, мальтузианский закон говорит о том, что естественное состояние популяции - не покой (т.е. постоянная популяция), а движение (т.е. экспоненциальный рост или уменьшение); и если популяции не растут или уменьшаются экспоненциально, это происходит потому, что внешняя сила (т.е. что-то в окружающей среде) изменяет уровень рождаемости и / или смертности (Гинзбург 1986, Гинзбург, Коливан 2004). Эта внешняя сила может быть как небиотическим так и биотическим фактором как, например, « уровень межвидового заполнения и плотность всех остальных видов в сообществе, которые могли бы взаимодействовать с основными видами (Турчин 2003).»

Этимология: Назван по имени Томаса Роберта Мальтуса (1766 - 1834), который первым описал этот закон (Мальтус 1798).

Синонимы: Экспоненциальный закон роста популяции; Закон Мальтуса; Мальтузианский принцип; Первый принцип (Берримен 2003).

2.2 Закон Алле

Закон Алле гласит, что существует положительное отношение между индивидуальной приспособленностью к условиям жизни и численностью либо плотностью индивидов данного вида. Другими словами, с увеличением численности популяции способность к выживанию и репродуктивная способность также увеличивается (Берримен 1999). Хороший пример - объединение животных в группы с целью защиты, в результате чего уменьшается угроза для каждого индивида со стороны хищника. Например, в стае из 4 воробьев, которую атакует удачливый хищник, шансы на выживание для каждого отдельного воробья - 75%, в то время как в стае из 100 воробьев шансы на выживание каждого отдельного воробья - 99%. Увеличение числа особей в популяции приносит ей пользу, т.к. оно способствует снижению угрозы со стороны хищников и увеличению их насыщаемости, повышению бдительности и агрессии, укреплению совместной защиты общих ресурсов и защиты от хищников, улучшению социальной терморегуляции, более эффективной модификации окружающей среды и улучшению ее условий, увеличению доступности партнеров, более успешному опылению и удобрению, повышению репродуктивной способности и снижению инбридинга, генетической пассивности или потери целостности вида в результате гибридизации(Стефенс 1999). См. также Куршамп (1999) и Стефанс, Сазерленд (1999).

Согласно закону Алле, наблюдается снижение репродуктивности или выживаемости в популяциях с низкой плотностью или размером. Например, когда снижается популяция растения, опыляемого насекомыми, или небольшое их количество цветет в течение года, на каждое растение будет произведено меньше семян, потому что насекомым будет сложнее найти меньшее количество цветов, чем большее количество (Форсайт 2003). В силу того что малочисленные популяции обладают пониженной репродуктивностью и выживаемостью, Закон Алле представляет особый интерес для экологов которые работают с исчезающими видами.

Этимология: Название дано Беррименом (2003) по имени Уордера Алле (1885-1955), который первым описал этот принцип.

Синонимы: Эффект Алле; Принцип Алле; Второй Принцип (Берримен 2003), Кооперация (Алле 1932; Берримен 2003).

2.3 Закон Верхульста

Хотя присутствие особей того же вида приносит пользу популяции, рост популяции не может вечно продолжаться без негативных последствий. В конце концов, он достигает верхней границы, которую плотность популяции не может превысить. Многие факторы могут ограничить популяцию, такие как хищники, заболевания, уровень ресурсов и борьба с другими видами. Однако, этот закон касается только одного фактора: внутривидовой борьбы (т.е. борьбы между представителями одного и того же вида). Так как организмы, ограничивающие популяцию, сами являются членами этой популяции, этот закон еще называется "самоограничение популяций" (Турчин 2001).

Закон Верхульста гласит, что в определенный момент уровень прироста популяции ограничивается немедленно и непосредственно ее собственной плотностью посредством процесса внутривидовой борьбы (Берримен 1999, Турчин 2001).

Механизмы внутривидовой борьбы, которая усиливается при возрастании плотности популяции и служит для того чтобы, наконец, ограничить рост популяции, включают внутривидовую агрессию, борьбу за территории, вмешательство в поиски вследствие враждебных взаимоотношений с другими представителями вида, каннибализм и борьбу за пространство, свободное от врагов(Берримен 1999, Турчин 2003). Эти механизмы активизируются с ростом плотности популяции, потому что индивиды стремятся занять пространство, которого в данный момент недостаточно для всех - пространство, необходимое для поиска необходимых ресурсов или защиты от врагов (Берримен 1999). К счастью, другие факторы обычно ограничивают популяцию прежде, чем ее плотность увеличится до такой степени, что в действие вступят механизмы внутривидовой борьбы.

Этимология: Название дано Беррименом (2003) по имени Пьера Франсуа Верхульста, который первым описал этот закон (Верхульст 1838).

Синонимы: Третий Принцип (Берримен 2003); Внутривидовая борьба; Самоограничение популяций, Самоограничение (Турчин 2001).

2.4 Закон Либлиха

Многие факторы окружающей среды могут контролировать рост популяции. Эти факторы включают изобилие добычи или иного питания, потребляемого популяцией а также активность хищников. Данная популяция обычно взаимодействует со множеством видов, представляющих собой как хищников, так и добычу, и экологи описали эти многочисленные взаимодействия при помощи построения пищевых цепочек. Однако, хотя данная популяция может взаимодействовать со множеством видов в пищевой цепи, а также со множеством небиологических факторов вне этой цепи, не все эти взаимодействия имеют одинаковое значение для контроля роста популяции. Опыт показывает, что «только один или два других вида доминируют в структуре обратных связей популяции в любое данное время в данном месте (Берримен 1993).» Эти доминирующие виды могут изменяться в зависимости от времени и места, но число видов, ограничивающих данную популяцию (т.е. активно контролирующих ее динамику) обычно один или два.

Закон Либлиха, в своей современной форме, выражает эту идею. Он гласит, что из всех биологических или небиологических факторов, которые контролируют данную популяцию, один должен быть ограничивающим (т.е. активным, контролирующим динамику) (Берримен 1993, 2003). Временные отсрочки, производимые этим ограничивающим фактором, обычно составляют одно-два поколения (Берримен 1999).

Закон Либлиха подчеркивает значимость ограничивающих факторов в экологии. «Фактор определяется как ограничивающий, если изменение этого фактора вызывает изменение средней или равновесной плотности (Кребс 2001а).» Можно иногда услышать замечание о том, что «в природе все взаимосвязано,» и что изменение количества одних организмов повлияет на количество всех остальных. Хотя верно, что все в природе связано взаимодействиями, данное заключение является преувеличенным и вводит в заблуждение (Берримен 1993). Исследования показывают, что только некоторые из многочисленных взаимодействий сильны и значительны и что относительно немногие из них ограничивают рост определенной популяции в данное время в данном месте (Берримен 1993, 2003).

Этимология: По имени барона Юстуса фон Либлиха (1803-1873), который сформулировал раннюю версию этого закона (Либлих 1940).

Синонимы: Закон минимума Либлиха; Закон минимума; Закон преобладания обратных связей (Берримен 1993), Пятый принцип (Берримен 2003).

2.5 Закон о периоде созревания

Этот закон показывает, как период созревания (временной период, необходимый потомству, чтобы вырасти и достичь полового созревания) соотносится с размерами тела. Он гласит, что у видов с более крупными размерами тела периоды созревания обычно длиннее, а точнее, период созревания увеличивается с увеличением размера тела пропорционально величине приблизительно равной массе тела в степени 1/4 (Боннер 1965). (Масса тела в этом законе - это масса в течение репродуктивного периода).

Закон о периоде созревания выражается следующим аллометрическим уравнением:

g = aW1/4

Где g - средняя продолжительность периода созревания для данной популяции, а - постоянная, а W - средний вес тела (масса) организма.

Примеры: Если у представителей вида Х масса тела в 10 раз больше, чем у представителей вида Y, то период созревания для Х будет в 1.76 раз длиннее, чем для Y. Если Х в 100 раз тяжелее, чем Y, то период созревания для Х будет в 3.16 раз длиннее, чем для Y. Если Х в 1,000 раз тяжелее, чем Y, то период созревания для Х будет в 5.62 раза длиннее, чем для Y. Если Х в 10,000 раз тяжелее, чем Y, то период созревания для Х будет в 10.00 раз длиннее, чем для Y (Гинзбург, Коливан 2004).

Оказалось, что этому закону подчиняются все животные и растения, а вместо массы тела обычно можно использовать длину тела (Боннер 1965).Этимология: Джон Т. Боннер провел обширные исследования, которые помогли установить этот закон (Боннер 1965). Однако, многие полагают, что этот закон был известен до Боннера (Гинзбург, Коливан 2004). Поэтому я вслед за Гинзбургом и Коливаном предварительно называю этот закон Законом о периоде созревания до тех пор, пока не определится имя человека, открывшего его.Синонимы: Аллометрия о периоде созревания (Гинзбург, Коливан 2004).

2.6 Потенциальный закон

Поиск законов в экологии популяций не окончен. Он продолжается, и некоторые не перечисленные нами принципы, аллометрии и правила могут, на самом деле, оказаться законами. Эти «потенциальные законы» нуждаются в более тщательном рассмотрении, обсуждении, формулировке и проверке. Я намерен рассмотреть один такой потенциальный закон : Закон Гинзбурга

Закон Гинзбурга

Этот закон утверждает, что наследование качеств дочерью от матери (материнский эффект) влияет на рост популяции и, следовательно, рост популяции в любой данный момент времени зависит не только от текущих условий среды обитания, но и от среды обитания предыдущего поколения (Гинзбург, Коливан 2004). Считается, что изменения роста популяции, связанные с окружающей средой, проявляются как изменения динамики роста, а не как непосредственные изменения роста. Таким образом, рост популяции понимается как инертный процесс, динамика второго порядка (Гинзбург, Коливан 2004).

Закон Гинзбурга гласит, что длина цикла (колебания) воспроизводства является результатом материнского эффекта и инертного роста популяции. Согласно этому закону длина периодов в циклах воспроизводства должна быть равна двум поколениям или шести и более поколениям (Гинбург, Коливан 2004). Хищники и другие факторы окружающей среды могут стать причиной цикла воспроизводства и они могут также повлиять на амплитуду и форму цикла, но длина цикла - неотъемлемая характеристика каждого вида и не зависит от того, чем вызван цикл. Этот специфически видовой циклический период называется айгенопериод.

Закон Гинзбурга, с его концепцией айгенопериода, объясняет, почему одинаковые виды имеют одинаковые циклические периоды, даже если они обитают в очень различных условиях, являются добычей совершенно разных хищников или в некоторых ситуациях, например на островах, не подвергаются нападению хищников (Гинзбург, Коливан 2004). Он также объясняет, почему в природе не встречаются периоды циклов воспроизводства, равные 3-5 поколениям. Я предварительно отношу этот потенциальный закон к числу принципов, так как он дает объяснение Закону Кальдера.

Этимология: По имени Льва Гинзбурга, который первым предложил этот закон (Гинзбург, Тэнихилл 1994; Гинзбург, Коливан 2004).

Синонимы: Материнский эффект (Гинзбург, Коливан 2004).

3. Энергетический кризис и альтернативные источники энергии для поддержания энергетического баланса природных экосистем

Жизнедеятельность человечества невозможна без потребления энергии: она необходима для производства промышленных и сельскохозяйственных продуктов, для разработки новых технологий, да и просто для обогрева жилищ. Потребляя энергию, человек прошел путь от первого костра до атомных электростанций, освоил добычу традиционных энергетических ресурсов: угля, нефти и газа, научился использовать энергию рек, освоил “мирный атом”. Сегодня суммарное потребление тепловой энергии в мире составляет колоссальную величину - более 1013 Вт в год (эквивалентно 36 млрд. тонн условного топлива). Рост народонаселения Земли и развитие промышленности будут неуклонно увеличивать приведенные цифры. Однако современное энергопотребление основано на использовании невозобновимых запасов ископаемого топлива - угля, нефти, газа, а они, к сожалению, не бесконечны. Все это составляет одну сторону энергетической проблемы, стоящей перед человечеством: быстрое исчерпание невозобновимого ископаемого топлива при нарастающих темпах его потребления.

Что касается перспектив ядерной энергетики, то все известные промышленные запасы урана будут исчерпаны уже в первом десятилетии XXI в. Учитывая затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно превысит любой экономически допустимый уровень. По оценкам специалистов, только затраты на вывоз, захоронение и нейтрализацию накопившихся на российских предприятиях отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл., на обеспечение необходимого уровня технологической безопасности - 25 млрд. долл. С увеличением числа реакторов повышается вероятность их аварий. Таким образом, атомная энергетика не имеет долгосрочной перспективы.

Использование в дальнейшем энергии термоядерного синтеза в мирных целях в настоящее время не определено.

Другой стороной энергетической проблемы является нарастающее загрязнение окружающей среды и, как следствие, глобальные изменения климата, кислотные дожди и т.п.

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с все большей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии (АИЭ). Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли. Рассмотрим основные из них.

Солнечная энергия. Солнце - неисчерпаемый источник энергии: ежесекундно на Землю поступает около 80 триллионов киловатт энергии, т. е. в тысячи раз больше, чем вырабатывают все электростанции мира. Использование только 0,5% этого количества могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. В США работает 8 солнечных станций модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии - 8 млн. м2. В США и в Японии работают боле 5 млн. тепловых насосов.

Энергия ветра. На первый взгляд энергия ветра кажется одной из самых доступных и возобновляемых. В отличие от Солнца ветер может “работать” зимой и летом, днем и ночью. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, возникают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Первая - это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Вторая -добиться равномерности, постоянства ветрового потока. В настоящее время существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую.

К сожалению, ветровые двигатели очень шумные (построенные в большом числе на берегах Норвегии, ветряки вызывают протесты “зеленых”: из-за их шума птицы перестали гнездиться на побережье и изменили миграционные маршруты, что вызвало там нарушение экологического равновесия) и громоздкие, и чтобы производить с их помощью требуемое количество электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где постоянно дуют сильные ветры (побережье Норвегии). За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветровых установок с суммарной мощностью 70000 мВт (10% энергобаланса США).

Энергия моря. Для использования энергии морских волн предложена станция “Кивающая утка”. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это 2,5 пенса), и ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

В настоящее время эксплуатируются электростанции, работающие на энергии приливов и отливов (например, в устье реки Ранс во Франции).

Энергия недр Земли. Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия - энергия земных недр (температура в центре Земли достигает нескольких тысяч градусов). Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 триллион тонн условного топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 триллион тонн условного топлива. Использование только около 0,2% этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос заключается лишь в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции суммарной мощностью 5136 мВт, строятся еще 117 мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире в этой области занимают США (более 40% действующих мощностей в мире). Перспективные направления использования АИЭ - сжигание твердых отходов, переход на водород вместо традиционных теплоносителей и т.п.

По прогнозу Мирового энергетического конгресса, к 2020 г. на долю АИЭ придется 5,8% общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) прогнозируется довести долю АИЭ до 20% (20% энергобаланса США - это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70% жилищного фонда. В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия, как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного их внедрения.

4. Основные положения закона однонаправленного распределения энергии

Закон однонаправленности потока энергии -- энергия, которую получает сообщество (биогеоценоз, экосистема) и которая усваивается продуцентами, вместе с их биомассой необратимо передаётся консументам первого, второго и т.д.

Порядков, а затем редуцентам, с падением потока на каждом из трофических уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание.

Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам и консументам) поступает ничтожное количество изначально вовлечённой энергии (не более 0,24 %), говорить о «круговороте энергии» нельзя.

Второе начало термодинамики устанавливает наличие в природе фундаментальной асимметрии, т.е. однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов. Об этой асимметрии свидетельствует всё, окружающее нас: горячие тела с течением времени охлаждаются, однако холодные сами по себе никогда не становятся горячими; прыгающий мяч в конце концов останавливается, но покоящийся мяч самопроизвольно не начинает подскакивать. Здесь проявляется свойство природы, отличное от свойства сохранения энергии. Это свойство состоит в том, что, хотя баланс энергии должен сохраняться в любом процессе, распределение имеющейся энергии изменяется необратимым образом. Второе начало термодинамики указывает естественное направление, в котором происходит изменение распределения энергии, причем это направление не зависит от её общего количества.

Первый закон термодинамики, являясь частным случаем всеобщего закона о сохранении и превращении энергии, разрешает проведение любого процесса, не устанавливая условий, при которых возможен этот процесс. Он не решает вопроса о том, будет ли теплота передаваться от горячего тела к холодному или наоборот. Этот вопрос решает второй закон, выделяя из всех воображаемых процессов только те, которые в действительности могут произойти.

Смысл второго начала заключается в том, что любая система, предоставленная самой себе, стремится к одному вполне определённому состоянию - состоянию равновесия с окружающей средой. Такое состояние имеет минимум энергии. Это отражено в наиболее общей формулировке второго начала термодинамики, предложенной Л.Больцманом: природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным.

Из всех форм движения наиболее вероятно хаотическое движение молекул. Опытом установлено, что различные формы энергии могут самопроизвольно переходить в теплоту, но невозможны обратные самопроизвольные превращения теплоты в другие виды энергии. Это отражено в другой формулировке второго закона: любой реальный самопроизвольный процесс необратим. Например, переход теплоты в работу является самопроизвольным процессом и осуществляется полностью: трение, удар, торможение и т.д. В противоположность этому самопроизвольного превращения теплоты в работу никто не наблюдал. Такое превращение возможно только в организованном процессе и не полностью. В соответствии с формулировкой М.Планка: невозможно построить периодически действующую машину, результатами действия которой были бы только получение механической работы и охлаждение источника теплоты. Для осуществления несамопроизвольного процесса получения работы необходимо построить тепловой двигатель, имеющий два источника теплоты с разными температурами - горячий источник (нагреватель) и холодный источник (холодильник). Теплота, полученная от нагревателя частично превращается в работу, а частично передается холодильнику. Иными словами природа требует с нас «контрибуции» всякий раз, когда теплота преобразуется в работу.Следует отметить, что второй закон не ограничивается рамками техники, его действие распространяется на химию, биологию, астрономию, социологию и даже на явление жизни.

5. Жизненные формы как ответная реакция на воздействие экологических факторов

Любые свойства или компоненты внешней среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами. Свет, тепло, концентрация солей в воде или почве, ветер, град, враги и возбудители болезней - все это экологические факторы, перечень которых может быть очень большим.

Среди них различают абиотические, относящиеся к неживой природе, ибиотические, связанные с влиянием организмов друг на друга.

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны, и каждый вид, испытывая их влияние, отвечает на него по-разному. Тем не менее, есть некоторые общие законы, которым подчиняются ответные реакции организмов на любой фактор среды.

Главный из них - закон оптимума. Он отражает то, как переносят живые организмы разную силу действия экологических факторов. Сила воздействия каждого из них постоянно меняется. Мы живем в мире с переменными условиями, и лишь в определенных местах планеты значения некоторых факторов более или менее постоянны (в глубине пещер, на дне океанов).

Закон оптимума выражается в том, что любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

При отклонении от этих пределов знак воздействия меняется на противоположный. Например, животные и растения плохо переносят сильную жару и сильные морозы; оптимальными являются средние температуры. Точно так же и засуха, и постоянные проливные дожди одинаково неблагоприятны для урожая. Закон оптимума свидетельствует о мере каждого фактора для жизнеспособности организмов. На графике он выражается симметричной кривой, показывающей, как изменяется жизнедеятельность вида при постепенном увеличении воздействия фактора.

В центре под кривой - зона оптимума. При оптимальных значениях фактора организмы активно растут, питаются, размножаются. Чем больше отклоняется значение фактора вправо или влево, т. е. в сторону уменьшения или увеличения силы действия, тем менее благоприятно это для организмов. Кривая, отражающая жизнедеятельность, резко спускается вниз по обе стороны от оптимума. Здесь располагаются две зоны пессимума. При пересечении кривой с горизонтальной осью находятся две критические точки. Это такие значения фактора, которые организмы уже не выдерживают, за их пределами наступает смерть. Расстояние между критическими точками показывает степень выносливости организмов к изменению фактора. Условия, близкие к критическим точкам, особенно тяжелы для выживания. Такие условия называют экстремальными.

Если начертить кривые оптимума какого-либо фактора, например температуры, для разных видов, то они не совпадут. Часто то, что является оптимальным для одного вида, для другого представляет пессимум или даже находится за пределами критических точек. Верблюды и тушканчики не могли бы жить в тундре, а северные олени и лемминги - в жарких южных пустынях.

Экологическое разнообразие видов проявляется и в положении критических точек: у одних они сближены, у других - широко расставлены. Это значит, что ряд видов может жить только в очень стабильных условиях, при незначительном изменении экологических факторов, а другие выдерживают широкие их колебания. Например, растение недотрога вянет, если воздух не насыщен водяными парами, а ковыль хорошо переносит изменения влажности и не погибает даже в засуху.

Таким образом, закон оптимума показывает нам, что для каждого вида есть своя мера влияния каждого фактора. И уменьшение, и усиление воздействия за пределами этой меры ведет к гибели организмов.

Для понимания связи видов со средой не менее важен закон ограничивающего фактора.

В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Вычленить роль каждого из них непросто. Какой из них значит больше, чем другие? То, что мы знаем о законе оптимума, позволяет понять, что нет всецело положительных или отрицательных, важных или второстепенных факторов, а все зависит от силы воздействия каждого.

Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений.

Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание особей. В другие отрезки времени ограничивающими могут стать другие факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности.

С законами оптимума и ограничивающего фактора постоянно сталкивается практика сельского хозяйства. Например, рост и развитие пшеницы, а следовательно, и получение урожая постоянно ограничиваются то критическими температурами, то недостатком или избытком влаги, то нехваткой минеральных удобрений, а иногда и такими катастрофическими воздействиями, как град и бури. Требуется много сил и средств, чтобы поддерживать оптимальные условия для посевов, и при этом в первую очередь компенсировать или смягчать действие именно ограничивающих факторов.

Условия обитания различных видов удивительно разнообразны. Одни из них, например некоторые мелкие клещики или насекомые, всю жизнь проводят внутри листа растения, который для них - целый мир, другие осваивают огромные и разнообразные пространства, как, например, северные олени, киты в океане, перелетные птицы.

В зависимости от того, где живут представители разных видов, на них действуют разные комплексы экологических факторов. На нашей планете можно выделить несколько основных сред жизни, сильно различающихся по условиям существования: водную, наземно-воздушную, почвенную. Средой обитания служат также сами организмы, в которых живут другие.

6. Негативные аспекты выброса в окружающую среду веществ и материалов не свойственных природной среде с длительным периодом полураспада

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония.

Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:


а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Список использованной литературы

1. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2001. -576 с.

2. Одум Ю. Экология. - М: Мир, 1986. - 2 тома.

3. Радкевич В. А. Экология. - Минск: Выш. шк., 1998. -159 с.

4. Реймерс Н. Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы, гипотезы). - М: Молод. гвард., 1994. -367 с.

5. Горелов А. А. Экология. - М: Центр, 2000. -240с.

6. Шилов А. И. Экология. - М: Высш шк., 2000. -512с.

7. Вернадский В. И. Биосфера. - М: Мысль, 1967. - 114с.

8. Корсак К. В., Плахотник О. В. Основи екологii. - К: МАУП,2000. -240с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Классификация природных экосистем. Лимитирующие факторы водной среды. Система "хищник-жертва". Виды сукцессии. Трофические цепи и сети. Типы экологических пирамид. Функции живого вещества в биосфере. Воздействие человека на круговорот азота и углерода.

    презентация [3,8 M], добавлен 26.04.2014

  • Структура окружающей среды. Комплексное воздействие факторов среды на организм. Влияние природно-экологических и социально-экологических факторов на организм и жизнедеятельность человека. Процесс акселерации. Нарушение биоритмов. Аллергизация населения.

    реферат [20,2 K], добавлен 19.02.2009

  • Влияние экологических факторов на состояние экосистем. Особенности воздействия солнечного света. Состав лучистой энергии, воздействие на растения видимого света. Сезонная ритмичность в жизнедеятельности организмов, тепловой режим. Криофилы и термофилы.

    лекция [15,8 K], добавлен 15.11.2009

  • Предмет экологии и задачи ее изучения в процессе подготовки специалистов в области экономики. Понятия среды обитания и экологических факторов. Закон сохранения и превращения энергии. Равновесие замкнутых открытых систем. Природа тепловой формы энергии.

    реферат [41,1 K], добавлен 10.10.2015

  • Живое вещество и его функции. Влияние гидросферы, атмосферы и почвы на живое вещество. Состав живого вещества. Договорные формы природопользования: права и обязанности участников отношений. Лицензия и положительное заключение экологической экспертизы.

    реферат [44,8 K], добавлен 17.05.2011

  • Понятие экологических факторов, их классификация и определение оптимума и толерантности. Лимитирующие факторы и закон Либиха. Воздействие экологических причин на динамику численности. Основные способы адаптации особи к изменениям абиотических факторов.

    реферат [162,3 K], добавлен 24.03.2011

  • Понятие, структура и виды экосистем. Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах. Особенности циркуляции солнечной энергии. Биосфера как глобальная экосистема; взаимодействие живого и неживого, биогенная миграция атомов.

    курсовая работа [67,1 K], добавлен 10.07.2015

  • Изменения экологических факторов, из зависимость от деятельности человека. Особенности взаимодействия экологических факторов. Законы минимума и толерантности. Классификация экологических факторов. Абиотические, биотические и антропические факторы.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.01.2015

  • Антропогенный кризис. Воздействие различных видов деятельности человека на природу. Доля нарушенных человеком природных экосистем Земли. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Образование и использование токсичных отходов производства.

    творческая работа [116,5 K], добавлен 07.05.2009

  • Трофическая структура экосистем и ее составляющие: продуценты, консументы, детритофаги, редуценты. Разложение живого вещества. Правило Линдемана и особенности его применения. Особо охраняемые природные территории, общие сведения об их правовом статусе.

    контрольная работа [1,5 M], добавлен 16.01.2011

  • Источники энергии в Мировом океане. Основные формы энергии морей и океанов. Особенности энергии волн, приливно-отливных движений воды, течений. Использование температурного градиента, ресурсы тепловой энергии океана. Соленая энергия морей и океанов.

    реферат [43,2 K], добавлен 10.07.2011

  • Взаимодействие общества и природы на разных этапах развития человечества. Характеристика, типы и законы устойчивости природных систем. Особенности технологических и экологических форм воздействия человека на биосферу. Стратегии улучшения природных систем.

    курсовая работа [69,4 K], добавлен 10.06.2014

  • Экосистема как биоценоз, биотоп и система связей, осуществляющая обмен веществ и энергии между ними. Классификация и сравнительная характеристика типов наземных и водных природных экологических систем: схема потока энергии, общие признаки и различия.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 21.02.2013

  • Экосистема как основная функциональная единица экологии, включающая живые организмы и абиотическую среду, схема строения биогеоценоза. Влияние природных и антропогенных факторов на экосистемы. Пути разрешения кризисного состояния экологических систем.

    реферат [72,3 K], добавлен 27.11.2009

  • Действие экологических факторов на здоровье человека. Реакция организма на изменения экологических факторов. Биологическое загрязнение и болезни человека. Влияние вибрации, электрического поля и электромагнитного излучения. Ландшафт как фактор здоровья.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 05.07.2014

  • Влажность и адаптация к ней организмов. Типы взаимоотношений организмов в биоценозах. Передача энергии в экосистемах. Пищевая специализация и энергетический баланс консументов. Антропогенное воздействие на литосферу. Процессы водной и ветровой эрозии.

    реферат [32,4 K], добавлен 21.02.2012

  • Получение и использование энергии природных источников. Альтернативные энергоносители, технологии производства топливных элементов на транспортном средстве, их внедрение - политика государства и показатель технической и экологической культуры нации.

    реферат [20,6 K], добавлен 17.11.2011

  • Опасные факторы природной среды и их вредное воздействие на человека. Понятие экологического кризиса как нарушения естественных природных процессов в биосфере – пути преодоления. Вредные факторы окружающей среды. Вредные вещества в продуктах питания.

    реферат [33,4 K], добавлен 23.02.2010

  • Экология как наука. Описание ее основных методов. Сущность и разновидности экосистем, их классификация на основе биомов, структура и функции. Особенности формирования потока вещества и энергии в экосистемах. Термин "биосфера", основные идеи Вернадского.

    контрольная работа [278,5 K], добавлен 09.01.2015

  • Ознакомление с предметом изучения, разделами (общая, частная) и законами (незаменимость биосферы, биогенная миграция атомов, физико-химическое единство живого вещества, однонаправленности потока энергии, толерантности, исключения Гаузе) экологии.

    реферат [27,5 K], добавлен 20.06.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.