Глобальная экология

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент высшего и профессионального обучения

Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского

Институт управления природными ресурсами факультет охотоведения им. В. М. Скалона

Контрольная работа

по дисциплине «Глобальная экология»

Выполнил(а): студентка четвертого курса

Специальности «Глобальная экология»

Шабурова Светлана, вариант 8

Молодежный 2021

1. Понятие о живом веществе и биогеохимических циклах

Согласно В.И. Вернадскому, вещество биосферы состоит из разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей (компонентов): - живого вещества - совокупности всех живых организмов, населяющих планету (растения, животные, микроорганизмы); - биогенного вещества - остатков отмерших организмов и продуктов их жизнедеятельности, в том числе образовавшихся в далёком прошлом (детрит, торф, уголь, нефть, газ и др.); - биокосного вещества - имеющего минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почва, илы, природные воды и др.); - косного вещества - совокупности тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы участия не принимали (горные породы магматического и метаморфического происхождения, космическая пыль, метеориты и др.);

Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И. Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И. Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ (во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество). биогеохимический биогенный биосфера растительный

Главная функция биосферы заключается в осуществлении круговорота химических элементов, который В.И.Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Эти циклы обеспечивают важнейшие функции живого вещества. А живое вещество - это «одна из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», оно неотделимо от биосферы, так как является её функцией.

2. Круговороты биогенных элементов

К биогенам относится примерно половина из встречающихся в земной коре элементов. Особенно важны макроэлементы -- C, H, N, O, P, S, Ca, K, Mg и некоторые микроэлементы -- Fe, Cl, Na, Zn, V, Mo, B, Co, Cu, Si, Se, Cr, Ni, I, F, Sn, As.

Клетки живых организмов содержат соединения, составленные в основном из шести химических элементов: углерода (С), водорода (Н), азота (N), кислорода (О), фосфора (P) и серы (S) (рис.4.1). В биогеохимических циклах можно проследить движение этих жизненно важных - биогенных - элементов.

Они разными путями попеременно переходят из живого вещества в неорганическую материю, а из нее вновь поступают в живое вещество, и таким образом постоянно входят в состав организмов, участвуя в их жизнедеятельности. В каждом биогеохимическом цикле (то есть для каждого отдельного элемента) можно выделить два фонда: резервный и обменный.

В циркуляции биогенных элементов имеются сходные черты, по которым различаются два типа круговоротов: а) газовый тип - круговороты углерода, кислорода, азота, водорода, воды (как химического соединения водорода и кислорода); резервные фонды этих веществ находятся в атмосфере и гидросфере, циркуляция их происходит с высокой скоростью в газовой форме.

б) осадочный тип - круговороты фосфора и серы, циркулируют в водном растворе; резервный фонд этих веществ находится в почве и земной коре (литосфере), где они находятся в составе осадочных пород, в малоподвижной форме, поэтому их круговорот в биосфере проходит очень медленно. Круговороты биогенных элементов, происходящие в биосфере, очень сложны и тесно связаны между собой.

Вливаясь в общий биогеохимический круговорот, они составляют основу существования и 10 развития глобальной экосистемы - биосферы, обеспечивая ее динамическую устойчивость и поступательное развитие.

Рисунок 1. Круговорот углерода

Углерод - основной биогенный элемент, играет важную роль в образовании живого вещества биосферы. В природе углерод находится в виде следующих соединений: в атмосфере нашей планеты и в Мировом океане - это углекислый газ (в океане его растворено примерно в 50 раз больше, чем находится в атмосфере); в живых организмах - это все органические соединения; в земной коре - осадочные отложения или ископаемое топливо (рис.4.2).

Пути перехода от одного соединения углерода к другому: - От CO2 к органическим соединениям: все растения на земле поглощают углекислый газ и с помощью энергии света производят органические вещества (фотосинтез); то же самое делают водоросли в водной среде. - От органических соединений обратно к CO2: растения погибают, служат пищей для редуцентов (грибы и бактерии) - органические вещества перерабатываются до неорганических; этот путь может быть немного длиннее, если растение съедается животными - углерод возвращается в атмосферу в виде CO2 за счет дыхания животных или в случае их смерти за счет деятельности редуцентов;

Накопление углерода в резервном фонде: растения погибают и оказываются в слое земли (под землей). Так образуется ископаемое топливо -- нефть, торф, уголь (сформировались из отложений когда-то живших организмов под воздействием высокой температуры и давления); углерод может накапливаться на дне морей и океанов в виде известняка (останки погибших водных организмов). Влияние человека на круговорот углерода. Выделение CO2 в атмосферу в результате дыхания, а также выделение огромного количества CO2 и других загрязнителей при интенсивном сжигании различных видов топлива.

3. Круговорот азота

Азот непрерывно перемещается между атмосферой, океаном, живыми организмами и почвой. В атмосфере запасы азота практически неисчерпаемы, но для живых организмов он может стать доступным только в связанной форме. Поэтому большое значение в связывании атмосферного азота имеет биологическая азотфиксация - жизнедеятельность клубеньковых бактерий (обитают на корнях бобовых растений), а также свободноживущих азотфиксирующих бактерий (обитают в почве независимо от растений). Ферменты этих бактерий превращают молекулярный азот в соединения, которые затем усваиваются растениями (аммиак, нитриты, нитраты). Это основной путь поступления азота в биотический круговорот.

Масштабы промышленной азотфиксации сопоставимы с природной (биологической), но она требует очень большого количества энергии, получаемой за счёт сгорания ископаемого топлива. На химических заводах производится аммиак, который применяется в составе азотных удобрений для повышения плодородия почвы. Возможные последствия антропогенного накопления в биосфере доступных организмам соединений азота не известны, так как не существует механизмов, возвращающих связываемый человеком азот в атмосферу.

Относительно небольшое количество азота вовлекается в биогенный круговорот под действием электрических разрядов молний и космических излучений, превращаясь в оксиды азота, затем азотную кислоту, и растворяясь в дождевой воде, поступает в почву, и там, в конечном итоге превращается в нитраты. Из растений связанный азот поступает в организмы животных (в виде аминокислот и белков). После гибели живых организмов органические вещества (аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты) превращаются в неорганические соединения, поступают в почву и затем снова усваиваются растениями (нитрификация - окисление аммиака донитратов).

Часть азота в почвах превращается в молекулярный азот и возвращается в атмосферу (денитрификация - восстановление нитратов до азота). Процессы нитрификации и денитрификации осуществляются с участием микроорганизмов. Соединения азота также попадают в атмосферу с выбросами промышленных предприятий и транспорта, а в природные воды - с бытовыми и промышленными отходами. Накопление соединений азота в водоемах вызывают зарастание озер и водохранилищ.

Слишком большое количество растворимых соединений азота в почве приводит к росту их содержания в продуктах питания и питьевой воде, что может стать причиной серьезных заболеваний. 4.3 Круговорот фосфора В круговороте фосфора, в отличие от круговоротов углерода и азота, отсутствует газовая фаза.

Запасы этого элемента, доступные живым существам, полностью сосредоточены в литосфере. Основные резервуары неорганического фосфора - изверженные (апатиты) или осадочные (фосфориты) фосфорсодержащие породы. Под действием механического выветривания и физико-химических факторов они подвергаются разрушению. Фосфаты, поступившие в биогеоценоз, потребляются растениями и используются в процессе синтеза на построение своей биомассы. В живых организмах фосфор - важная составная часть цитоплазмы и нуклеиновых кислот.

В пищевых цепях растительная биомасса трансформируется в животную, а после отмирания подвергается минерализации редуцентами (фосфороредуцирующие бактерии, плесневые и др. грибки). Органические соединения фосфора превращаются в фосфаты, которые вновь потребляются корнями растений. В природных водах фосфор содержится в виде минеральных и органических соединений. Фосфаты, поступившие в водоём, накапливаются в глубинных отложениях и долгое время не могут участвовать в круговороте (подъему осадочных пород на поверхность способствуют тектонические движения).

Однако, осевший на небольшой глубине органический фосфор возвращается в круговорот быстрее. Частичное поступление фосфора обратно, из океана на сушу, осуществляется птицами, питающимися рыбой. Залежи гуано свидетельствуют о крупномасштабности этого явления в некоторых районах земного шара.

Антропогенное воздействие на круговорот фосфора (коммунальные стоки, промышленные сбросы, сельскохозяйственная деятельность) способствует тому, что количество выноса фосфора в гидросферу становится гораздо большим, чем его общий объем возврата на сушу. Таким образом, естественный механизм возвращения фосфора из океановна сушу не компенсирует потери этого элемента при осаждении (седиментации) в гидросфере. К тому же поступление большого количества фосфора (и азота) в водные объекты приводит к их эвтрофированию.

4. Круговорот серы

Сера распространена в природе в виде множества неорганических соединений (серосодержащих минералов). Её круговорот в наземных условиях совершается в основном в почвенной среде, охватывая подпочвенные слои материнских осадочных пород. Природным источником серы в атмосферном воздухе является сероводород, но он быстро окисляется кислородом, а оксид серы выпадает на поверхность земли вместе с дождями.

В живых организмах сера участвует в биохимических процессах образования белков, входит в состав некоторых аминокислот. Растения получают серу из почвы в основном в виде сульфатов. Потребности животных в соединениях серы могут удовлетворяться только за счёт растений. Биотический цикл биогеохимического круговорота серы включает ряд процессов:

1) разложение при участии микроорганизмов отмерших растений и животных и их органических остатков до сероводорода;

2) окисление сероводорода до серы особой группой микроорганизмов -- серобактериями (бесцветными и пурпурными);

3) окисление серы до серной кислоты, соли которой - сульфаты - могут усваиваться растениями, вступая в новый цикл круговорота.

В случае выноса сульфатов в мелководные водоемы, эти соединения поглощаются растениями. На дне глубоководных экосистем при участии сульфатредуцирующих бактерий происходит восстановление сульфатов до сероводорода, который накапливается в анаэробных условиях. В дальнейшем он улетучивается в атмосферу, либо оседает в придонных отложениях в виде пирита (сульфида железа - FeS2), выходя на длительное время из круговорота.

Человек вмешивается в круговорот серы в результате сжигания серосодержащего ископаемого топлива и плавки извлекаемой из недр руды. Сера в таком случае вместо включения в жизненные циклы экосистем попадает в виде сернистого газа (SO2) в атмосферу. Это соединение токсично само по себе и является одной из причин кислотных дождей.

5. Круговорот кислорода

Круговорот кислорода в биосфере Земли - сложный и постоянный процесс, который поддерживает и сохраняет возможность жизнедеятельности животных, растений и человека. Круговорот кислорода связывает атмосферу с гидросферой и литосферой.

Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Поэтому круговорот кислорода тесно связан с круговоротом углерода в природе. Кислород используется всеми живыми существами в процессе дыхания, а выделяющийся при этом углекислый газ вновь используется на процессы фотосинтеза. Фотосинтез и дыхание в природных условиях, без учета деятельности человека, с большой точностью уравновешивают друг друга. В связи с этим накопления кислорода в атмосфере не происходит, и его содержание остается постоянным.

Абиотическим путем кислород возникает в верхних слоях атмосферы как следствие разложения водяного пара под воздействием солнечных лучей. Но этот источник составляет лишь тысячные доли процента от поставляемым фотосинтезом. В водах морей и океанов, где преобладают анаэробные условия, расход кислорода значительно меньше, чем в атмосфере. Основная масса кислорода содержится в земной коре, где он связан с кремнием, алюминием, железом, образуя горные породы и минералы: оксиды (SiO2, A12O3, Fe2O3); карбонаты (СаСО3, MgCO3, FeCO3); сульфаты (CaSO4).

В верхних слоях атмосферы при действии ультрафиолетовой радиации на кислород образуется озон -- О3. Реакции легко обратимы. При распаде озона эта энергия выделяется, за счет чего в верхних слоях атмосферы поддерживается высокая температура. Несмотря на то, что слой озона удивительно тонок, он служит своеобразным УФ-фильтром: задерживает значительную часть жестких ультрафиолетовых лучей.

В нижних слоях атмосферы (тропосфере) озон образуется при грозовых разрядах и при окислении некоторых органических веществ; также молекулы озона поступают в тропосферу при обмене воздушными массами со стратосферой. Убыль кислорода в атмосфере происходит в результате процессов дыхания, гниения и горения. Интенсивное сжигание органического топлива приводит к вмешательству человека в процесс круговорота кислорода. Во многих странах расходуется кислорода больше, чем выделяется растениями при фотосинтезе. Это свидетельствует о нарушении баланса кислорода в атмосфере, что может иметь серьезные экологические последствия.

6. Круговорот водорода

Водород на Земле находится, преимущественно, в гидросфере в составе воды. Содержание его в литосфере и атмосфере сравнительно невелико. После появления на нашей планете живых организмов водород стал связываться в органическом веществе. 15 Особенностью водорода является его способность (наряду с гелием) уходить из поля тяготения Земли благодаря своей малой атомной массе. Эти потери компенсируются выделением водорода из мантии. Молекулярный водород поступает в атмосферу Земли в результате вулканической деятельности, его выделяют также некоторые бактерии. Огромные массы водорода, наряду с кислородом, участвуют в круговороте воды - одном из наиболее мощных циклических процессов на планете.

7. Продуктивность растительного покрова по основным биомам биосферы

Биосфера в современном ее понимании - это оболочка Земли, охваченная деятельностью живого, в том числе и те части планеты, которые непосредственно зависят или зависели от нее в прошлом. Верхняя граница биосферы соответствует озоновому слою стратосферы, т.е. располагается на высоте около 22-25 км. Нижняя проходит в основном по нижним горизонтам отложений осадочных пород, т.е. на глубине 5-7 км.

Часть биосферы, где сейчас живые существа встречаются постоянно, называют эубиосферой (греч. Ju - хорошо). Ее толщина существенно меньше - 5-6 км над поверхностью Земли и менее 1 км под ее поверхностью. В каждой точке земной поверхности складываются уникальные условия, нигде больше точно не повторяющиеся. Именно поэтому разнообразие сообществ почти неисчерпаемо. Однако в биосфере можно выделить основные их типы - биомы (лат. окончание oma - обозначение совокупности), существование которых во многом определяется сходными физико-географическими условиями.

Большинство биомов имеют свои народные названия - тайга, степь, пустыня и т.д. Общая биомасса биосферы (в сухом виде) оценивается в 2,5х1012 т. Большая ее часть приходится на сушу (в основном на наземную растительность), а в водных экосистемах биомасса составляет всего около 0,003х1012 т. Средняя же биомасса на один квадратный метр несколько превышает 1 кг.

Можно выделить несколько основных групп биомов. Лесные биомы существуют в условиях хорошего увлажнения и достаточной теплообеспеченности. Для них характерно господство деревьев и связанных с ними животных. Их биомасса много больше годовой продукции. Темпы сукцессий можно оценить как средние. При недостаточном увлажнении, но сравнительно хорошей обеспеченности теплом формируются травянистые биомы - степи, прерии, саванны и т.п.

Здесь господствуют травы, а деревья и кустарники относительно редки или отсутствуют вовсе. Обильны травоядные животные - копытные, грызуны, саранчовые. Отношение биомасса - продукция близко к единице. Скорость сукцессионных смен высокая. Аридные биомы - пустыни и полупустыни - типичны для районов с острым дефицитом влаги. Местные растения разрежены, а основная часть фитомассы находится под землей.

Однако нередко хорошо представлены как различные фитофаги (в том числе и крупные копытные), так и редуценты. Отношение биомасса - продукция отчетливо зависит от конкретного типа пустынь, а вот сукцессионные процессы очень замедлены. В условиях недостатка тепла и постоянной подземной мерзлоты развиваются биомы приполярных районов. Обычны мхи и лишайники, а также низкие кустарники и кустарнички. В Северном полушарии к числу типичных фитофагов относятся северные олени, лемминги, гуси. Запас биомассы превышает годовуюпродукцию, но скорость сукцессионных смен крайне мала.

Своеобразны горные биомы. На низких высотах обычны экосистемы, близкие к местным равнинным. Выше же чаще всего появляются экосистемы, напоминающие биомы, характерные для более высоких широт. В высоких горных системах ряд обычно завершается аналогами равнинных тундр и полярных пустынь. Наземные биомы отличаются большим разнообразием по сравнению с водными, где влияние основных географических факторов сглажено благодаря выравнивающим свойствам водной среды. Поэтому водные биомы не похожи на наземные. Им свойственна гораздо большая однородность.

8. Человек и биосфера

В.И. Вернадский из общей массы живого вещества выделил человечество как его особую часть. Деятельность человека оказывает специфическое влияние на круговорот элементов. Особенно заметным оно стало в последнее столетие. Человек нарушает сложившиеся круговороты веществ, нарушает степень их замкнутости - и в этом проявляется его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере.

Биогеохимическая функция человека связана с биогенной миграцией атомов, многократно усиливающейся под влиянием его хозяйственной деятельности. Человек разрабатывает и использует для своих нужд большое количество веществ земной коры, в том числе таких, как уголь, газ, нефть, торф, сланцы, многие руды.

Одновременно происходит антропогенное поступление в биосферу чужеродных веществ, причем в количествах, превышающих допустимое значение. Это привело к кризисному противостоянию человека и природы. Главной причиной экологического кризиса считают технократический подход, рассматривающий биосферу, с одной стороны, как источник ресурсов, с другой - как «сточную трубу» для удаления отходов.

Список литературы

1. Будько М.И «Глобальная экология. - Мысль» - М.:1977.

2. Никаноров А.М, Хоружая Т.А. «Глобальная экология: учебное пособие» - М.: Издательство ПРИО, 2001.

3. Петрова Е.Ю. «Биогеохимические циклы, 2015.

Размещено на Allbest.ru