Геологическая съёмка, поиски и разведка МПИ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КУРС ЛЕКЦИЙ

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЁМКА, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА МПИ

Ростов-на-Дону

2010



Аннотация

Курс лекций «Экология» предназначен для ознакомления студентов-специалистов 3 курса заочного отделения с основными законами, правилами и принципами экологии, рационального природопользования и охраны природы. Его содержательная часть полностью отвечает учебному плану, предусмотренному для федерального компонента цикла ЕН по специальности 130301 «Геологическая съёмка, поиски и разведка МПИ».



Оглавление

Введение

Раздел 1. Понятие об экологии как науке

Комплексная цель

Проектное задание

Лекция 1

Тема 1.1. Предмет, задачи и методы экологии

Тема 1.2. История развития экологии

Модуль № 1. Биосфера

Комплексная цель

Проектное задание

Раздел 2. Строение и свойства современной биосферы

Лекция 2

Тема 2.1. Геологические оболочки Земли

Тема 2.2. Живое вещество. Химический состав живого вещества. Свойства и функции живого вещества

Тема 2.3. Структура и границы биосферы. Свойства биосферы

Тема 2.4. Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы

Модуль № 2. Общая экология

Комплексная цель

Проектное задание

Раздел 3. Экология организмов (аутэкология)

Лекция 3

Тема 3.1. Среда обитания

Тема 3.2. Экологические факторы и их классификация

Тема 3.3. Адаптации организмов к условиям среды

Тема 3.4. Закономерности действия экологических факторов

Тема 3.5. Характеристика основных экологических факторов

Тема 3.6. Жизненные формы организмов

Раздел 4. Экология популяций (демэкология)

Лекция 4

Тема 4.1. Понятие о популяции

Тема 4.2. Статистические и динамические показатели популяции

РАЗДЕЛ 5. Экология сообществ и экосистем (синэкология)

Лекция 5

Тема 5.1. Структура биоценоза

Тема 5.2. Типы связей и взаимоотношений между организмами

Тема 5.3. Структура и функционирование экосистем. Динамика экосистем

Тема 5.4. Природные и антропогенные экосистемы

Модуль № 3. Прикладная экология

Комплексная цель

Проектное задание

Раздел 6. Рациональное природопользование и охрана природы

Лекция 6

Тема 6.1. Предмет и задачи природопользования и охраны природы

Тема 6.2. Правила рационального природопользования и охраны природы

Список рекомендуемой литературы



Введение

Написание курса продиктовано необходимостью составления краткого курса лекций для ознакомления студентов с основными законами, правилами и принципами экологии, рационального природопользования и охраны природы.

Основные задачи курса:

- определить цели и задачи науки экологии;

- ознакомить студентов с методами и методологией, используемых при экологических исследованиях;

- привить студентам навыки использования правил рационального природопользования и охраны природы при решении практических задач.

Курс лекций предназначен для студентов-специалистов 3 курса заочного отделения, обучающихся по специальности 130301 «Геологическая съёмка, поиски и разведка МПИ».

Календарно-тематический план лекций

Тема занятия/модуль	Тип занятий (часы)	Индиви-дуальные консультации	Самостоя-тельная работа	Неделя
РАЗДЕЛ 1. Понятие об экологии как науке
Лекция 1. Тема 1.1. Предмет, задачи и методы экологии. Тема 1.2. История развития экологии.	Лекция 2	-	-	-
МОДУЛЬ № 1. Биосфера
РАЗДЕЛ 2. Строение и свойства современной биосферы. Лекция 2. Тема 2.1. Геологические оболочки Земли. Тема 2.2. Живое вещество. Химический состав живого вещества. Свойства и функции живого вещества. Тема 2.3. Структура и границы биосферы. Свойства биосферы. Тема 2.4. Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы.	Лекция 2	-	-	-
МОДУЛЬ №2. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ
РАЗДЕЛ 3. Экология организмов (аутэкология). Лекция 3. Тема 3.1. Среда обитания. Тема 3.2. Экологические факторы и их классификация. Тема 3.3. Адаптации организмов к условиям среды. Тема 3.4. Закономерности действия экологических факторов. Тема 3.5. Характеристика основных экологических факторов. Тема 3.6. Жизненные формы организмов.	Лекция 2	-	-	-
РАЗДЕЛ 4. Экология популяций (демэкология). Лекция 4. Тема 4.1. Понятие о популяции. Тема 4.2. Статистические и динамические показатели популяции.	Лекция 1	-	-	-
РАЗДЕЛ 5. Экология сообществ и экосистем (синэкология). Лекция 5. Тема 5.1. Структура биоценоза. Тема 5.2. Типы связей и взаимоотношений между организмами. Тема 5.3. Структура и функционирование экосистем. Динамика экосистем. Тема 5.4. Природные и антропогенные экосистемы.	Лекция 2	-	-	-
МОДУЛЬ №3. ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ
РАЗДЕЛ 6. Рациональное природопользование и охрана природы. Лекция 6. Тема 6.1. Предмет и задачи природопользования и охраны природы. Тема 6.2. Правила рационального природопользования и охраны природы.	Лекция 1	-	-	-
Итого:	10



Раздел 1. Понятие об экологии как науке.

Комплексная цель - сформировать представление об экологии как о междисциплинарной науке.

Проектное задание - знать и изучить:

методологические основы экологии;

работы учёных, которые внесли существенных вклад в развитие экологии как науки;

положение экологии в системе наук;

основные задачи экологии.

Лекция 1

Тема 1.1. Предмет, задачи и методы экологии.

Тема 1.2. История развития экологии.

Предмет, задачи и методы экологии.

Экология (от греч. оikos - дом, жилище, местообитание и logos - учение) - наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания.

Впервые в 1866 г. термин «экология» ввел немецкий биолог Эрнст Геккель в своей книге «Всеобщая морфология организмов».

Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой. Но в настоящее время экология распалась на ряд научных дисциплин.

Основной, традиционной, частью экологии является общая экология (биоэкология). Предметом изучения общей экологии являются объекты организменного, популяционно-видового и биоценотического уровней организации живой материи в их взаимодействии с окружающей средой. В связи с этим выделяют следующие разделы общей экологии: экология особей (аутэкология, факториальная экология), экология популяций (демэкология, популяционная экология), экология сообществ (синэкология).

Задачи общей экологии - изучение двусторонних связей в системах организм - среда, популяция - среда, сообщество - среда, а также связей между особями в популяции и популяциями в сообществе.

Геоэкология - раздел экологии, основанный на приложении экологических закономерностей к географическим процессам, применительно к экосистемам высоких уровней иерархии. Предметом изучения геоэкологии являются крупные экосистемы - биогеоценозы, биосфера.

Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования. Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Однако сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она служит одним из путей анализа реальности.

Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.

История развития экологии.

В истории развития экологии можно выделить три основных этапа.

Первый этап - зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. XIX века). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания. Делались первые научные обобщения. Так уже в XVII-XVIII вв. экологические сведения составляли значительную долю во многих биологических описаниях (А.Реомюр, 1734; А. Трамбле, 1744 и др.) Элементы экологического подхода содержались в исследованиях русских ученых И.И.Лепехина, А.Ф. Миддендорфа, С.П. Крашенникова, французского ученого Ж.Бюффона, шведского естествоиспытателя К.Линнея и др.

В этот же период Ж.Ламарк (1744-1829) и Т.Мальтус (1766-1834) впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй этап - оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний. Начало этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых К.Ф. Рулье (1814-1858), Н.А. Северцова (1827-1885), В.В.Докучаева (1846-1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии, которые не утратили своего значения и до настоящего времени.

Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Ч.Дарвин (1809-1882), вскрывший основные факторы эволюции органического мира.

Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале 20-го столетия. В этот период американский ученый Ч.Адамс (1913) создает первую сводку по экологии. Публикуются другие важные обобщения и сводки (Р.Гессе, 1924; К. Раункер, 1929 и др.). Крупнейший русский ученый XX в. В.И.Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере.

В 30-е и 40-е гг. экология поднялась на более высокую ступень в результате нового подхода к изучению природных систем. Сначала А.Тенсли (1935) выдвинул понятие об экосистеме, а несколько позже В.Н.Сукачев (1940) обосновал близкое этому представление о биогеоценозе. Следует отметить, что уровень отечественной экологии в 20-40-х гг. был одним из самых передовых в мире, особенно в области фундаментальных разработок. В этот период в нашей стране работали такие выдающиеся ученые, как академик В.И.Вернадский и В.Н.Сукачев, а также крупные экологи В.В. Станчинский, Э.С.Бауэр, Г.Г. Гаузе, В.Н. Беклемишев, А.Н.Формозов, Д.Н. Кашкаров и др.

Во второй половине XX в. в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу экология приобретает особое значение. Начинается третий этап - превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды.

Современные период развития экологии связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Дж. М. Андерсен, Т.Миллер и т.д. Среди отечественных ученых следует выделить А.М.Гилярова, Ю.А. Израэля, С.С. Шварца, А.В.Яблокова, Н.Ф. Реймерса и др.

Обязательная литература:

Андерсен Д.М. Экологи и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

Богучарсков В.Т. Очерки по истории экологического учения. Географический аспект. Ростов н/Д: Изд-во Рост. Ун-та, 2005.

Колесников С.И. Экология. М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К»; Ростов н/Д: Академцентр, 2009.

Одум Ю. Экология /Пер. с англ. Т. 1-2. М: Мир, 1996.

Очерки истории экологии / Под ред. Г.А. Новикова. М.: Наука, 1970.

Развитие естествознания в России (XVIII - начало XX века) / Под ред. С.Р. Микулинского, А.П. Юшкевича. М.: Наука, 1977.

Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). М.: Россия молодая, 1994.

Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.

Контрольные вопросы

Дайте определение экологии.

Кто ввел в науку термин «экология»?

Что является предметом изучения экологии?

Как классифицируют экологические науки?

Чем отличаются биоэкология и геоэкология?

Каковы задачи экологии?

С какими науками связана экология?

К каким наукам относится экология?

Где используются достижения экологии?

На какие этапы можно разделить историю развития экологии?

Охарактеризуйте развитие экологии по этапам.



Модуль № 1. Биосфера

Комплексная цель - получить представление о строении и свойствах современной биосферы.

Проектное задание - знать и изучить:

структуру и границы современной биосферы;

свойства и функции живого вещества;

свойства биосферы.

Раздел 2. Строение и свойства современной биосферы

Лекция 2

Тема 2.1. Геологические оболочки Земли.

Тема 2.2. Живое вещество. Химический состав живого вещества. Свойства и функции живого вещества.

Тема 2.3. Структура и границы биосферы. Свойства биосферы.

Тема 2.4. Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы.

Геологические оболочки Земли.

Основные физические свойства Земли - форма, размеры, масса, плотность, давление и температура.

По форме Земля представляет собой шар, сплющенный у полюсов (эллипсоид вращения). Длина экваториального радиуса этого шара составляет 6378 км, полярного 6357 км, длина окружности земли по экватору 40 000 км. Истинная геометрическая форма Земли была названа геоидом.

Масса Земли составляет 5,98 Ч 10²⁴ кг. Плотность поверхностных слоев земного шара равна - 2,7 -3,0 г/см³. С глубиной плотность увеличивается и в центре Земли приближается к 11,3 г/см³. Средняя плотность Земли - 5,52 г/см³. Плотность увеличивается с нарастанием давления. Давление с каждым километром возрастает на 27,5 мПА. В центре Земли оно составляет около 300 000 мПА.

Температура различна в поверхностных и глубинных слоях. Температура поверхности Земли определяется притоком энергии Солнца и зависит от географической широты, местности и времени года. Верхняя часть земной коры прогревается на незначительную глубину, ниже которой располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Ниже этого пояса температура повышается. Температура центра Земли составляет 2000-3000^оС.

Возраст планеты Земля составляет около 4,6 млрд. лет. В течение этого времени на Земле происходили процессы превращения и перемещения материи, в результате чего земной шар расчленился на ряд оболочек, или геологических сфер (геосфер). Выделяют различные сферы Земли: ядро, мантию, земную кору, педосферу, литосферу, атмосферу, гидросферу, биосферу, ноосферу и др. Атмосфера (греч. «атмос» - пар) - воздушная оболочка Земли. Гидросфера (греч. «гидора» - вода) - водная оболочка Земли. Литосфера (греч. «литос» - камень) - твердая оболочка земного шара. Педосфера (лат. «педис» - нога, стопа) - оболочка Земли, образуемая почвенным покровом. Биосфера (греч. «биос» - жизнь) - оболочка Земли, преобразованная живыми организмами. Ноосфера (греч. «ноо» - разум) - оболочка Земли, преобразованная деятельностью человека.

Слои Земли имеют разный химический состав, что объясняют дифференциацией первичного вещества планеты. В ходе формирования планеты более тяжелые элементы (железо, никель и др.) «тонули» и образовали ядро, а относительно легкие (кремний, алюминий и др.) «всплывали» и сформировали земную кору. Одновременно из расплава выделились газы, которые образовали атмосферу, и пары воды, которые сформировали гидросферу. В результате на Земле сложились условия благоприятные для развития жизни. Живые организмы сформировали особую оболочку - биосферу. С возникновением человека биосфера вступает в новую стадию развития - ноосферу.

Живое вещество. Химический состав живого вещества. Свойства и функции живого вещества.

Живое вещество - живые организмы, населяющие нашу планету.

Масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы. Тем не менее, живое вещество биосферы - это главнейший ее компонент.

Признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой:

Определенный химический состав. Живые организмы со-стоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются С, О, N и Н.

Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.

Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них из внешней среды веществ и энергии.

Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз -- постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

Раздражимость. Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.

Наследственность. Живые организмы способны передавать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации - молекул ДНК и РНК.

7. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.

8. Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться - воспроизводить себе подобных.

9. Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свойственен онтогенез - индивидуальное развитие организма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.

10. Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойственен филогенез -- историческое развитие
жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.

Адаптации. Живые организмы способны адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.

Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).

Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.

Иерархичность. Начиная от биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и кончая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.

Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения.

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней.

Уровень организации живой материи - это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерар-хии живого.

В настоящее время выделяют 9 уровней организации живой материи:

Молекулярный (на этом уровне происходит функционирование биологически активных крупных молекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты и др.);

Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану и др. субклеточные структуры.

Клеточный. На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого.

Органно-тканевый. На этом уровне живая материя орга-низуется в ткани и органы. Ткань - совокупность клеток, сход-ных по строению и функциям, а также связанных с ними меж-клеточных веществ. Орган -- часть многоклеточного организ-ма, выполняющая определенную функцию или функции.

Организменный (онтогенетический). На этом уровне
живая материя представлена организмами. Организм (особь,
индивид) -- неделимая единица жизни, ее реальный носитель,
характеризующийся всеми ее признаками.

Популяционно-видовой. На этом уровне живая материя
организуется в популяции. Популяция -- совокупность осо-бей одного вида, образующих обособленную генетическую си-стему, которая длительно существует в определенной части
ареала относительно обособленно от других совокупностей того
же вида. Вид -- совокупность особей (популяций особей), спо-собных к скрещиванию с образованием плодовитого потом-ства и занимающих в природе определенную область (ареал).

Биоценотический. На этом уровне живая материя образует
биоценозы. Биоценоз - совокупность популяции разных видов, обитающих на определенной территории.

Биогеоценотический. На этом уровне живая материя формирует
биогеоценозы. Биогеоценоз - совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

Биосферный. На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера - оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов.

Химический состав живых организмов можно выразить в двух видах: атомный и молекулярный. Атомный (элементный) состав характеризует соотношение атомов элементов, входящих в живые организмы. Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы:

Макроэлементы - О, С, Н, N (в сумме около 98-99%, их
еще называют основные), Са, К, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (в
сумме около 1-2%). Макроэлементы составляют основную мас-су процентного состава живых организмов.

Микроэлементы - Мn, Со, Zn, Cu, В, I, F и др. Их суммарное содержание в живом веществе составляет порядка 0,1 %

Ультрамикроэлементы -- Se, U, Hg, Rа, Au, Ag и др. Их содержание в живом веществе очень незначительно (менее 0,01%), _а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни.

Химические элементы входят в состав клеток в виде ионов и молекул неорганических и органических веществ. Важнейшие неорганические вещества в клетке -- вода и минеральные соли, важнейшие органические вещества -- углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты

Углеводы - органические соединения, содержащие в своем составе углерод, водород и кислород. Они подразделяются на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Углеводы являются основным источником энергии всех форм клеточной деятельности. Они участвуют в построении прочных тканей растений (в частности, целлюлозы) и играют роль запасных питательных веществ в организмах. Углеводы являются первичным продуктом фотосинтеза зеленых растений.

Липиды - это жироподобные вещества, плохо растворимые в воде (состоят из атомов углерода и водорода). Липиды участвуют в построении клеточных перегородок (мембран), плохо проводят тепло, выполняя тем самым защитную функцию. Кроме того, липиды являются запасными питательными веществами.

Белки представляют собой сочетание протеиногенных аминокислот (20 штук) и на 30-50% состоят из АК. Белки имеют большие размеры, являясь по своей сути макромолекулами. Белки выполняют роль естественных катализаторов протекания химических процессов. В состав белков также входят металлы, такие как железо, магний, марганец.

Нуклеиновые кислоты (НК) формируют ядро клетки. Различают 2 основных вида НК: ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота и РНК - рибонуклеиновая кислота. НК регулируют процесс синтеза, осуществляют передачу наследственной информации из поколения в поколение.

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Все живые организмы по способу питания подразделяются на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофы (автотрофные организмы) - организмы, использующие в качестве источника углерода углекислый газ (растения и некоторые бактерии). Иначе говоря, это организмы, способные создавать органические соединения из неорганических - углекислого газа, воды, минеральных солей (к ним относятся прежде всего растения, осуществляющие фотосинтез).

Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) - организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий). Иначе говоря, это организмы, не способные создавать органические вещества из неорганических, а нуждающиеся в готовых органических веществах (микроорганизмы и животные).

Четкой границы между авто- и гетеротрофами не существует. Например, эвгленовые организмы (жгутиковые) сочетают автотрофный и гетеротрофный способы питания.

По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы : аэробы, анаэробы и факультативные формы.

Аэробы - организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).

Анаэробы - организмы, неспособные жить в кислородной среде (некоторые бактерии).

Факультативные формы - организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).

Круговорот веществ в биосфере происходит при взаимодействии различных организмов, связанных между собой в пищевых цепях. Поэтому по отношению к пищевым связям организмы подразделяются на следующие типы:

1. Продуценты (производители)- организмы автотрофные, представляют комплекс зеленых растений, обеспечивающих органическим веществом все живущее население в пределах биосферы.

2. Консументы (потребители) - организмы-гетеротрофы, потребляющие органические вещества, созданные продуцентами (сюда относят растительных и плотоядных животных, а также паразитов).

3. Редуценты (восстановители) - организмы, разлагающие органическое вещество (бактерии, грибы, простейшие животные), они как бы являются завершающим звеном биологического круговорота веществ.

В настоящее время весь мир живых существ подразделяется на 3 большие систематические группы:

1. Прокариоты (безъядерные) - самые низкоорганизованные живые организмы, у которых отсутствует истинное ядро у клетки, ДНК располагается в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. К ним относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

2. Эукариоты (ядерные) - у этих организмов имеется настоящее ядро, окруженное от мембраны и резко ограниченное от протоплазмы. К ним относятся растения, животные и грибы.

3. Вирусы - внутриклеточные паразиты. Могут проявлять свойства живых организмов, только попав внутрь клетки. Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки -- капсида. Вирус подавляет существующие в клетке процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нуклеиновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы.

Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), и особенно на границах трех оболочек - атмосферы, гидросферы и литосферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И. Вернадский назвал «пленками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.

К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую преобразующую деятельность, можно отнести следующие:

Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. Это свойство связано как с интенсивным размножением, так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или образуемых ими сообществ.

Движение не только пассивное, но и активное, то есть не только под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п., но и против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков и т.п.

Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты веществ). Благодаря саморегуляции живые организмы способны поддерживать постоянный химический состав и условия внутренней среды, несмотря на значительные изменения условий внешней среды. После смерти эта способность утрачивается, а органические остатки очень быстро разрушаются. Образовавшиеся органические и неорганические вещества включаются в круговороты.

Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий (микроорганизмы встречаются в термальных источниках с температурой до 140^оС, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде).

Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она на несколько порядков значительнее, чем в неживом веществе.

Высокая скорость обновления живого вещества. Только небольшая часть живого вещества (доли процента) законсервирована в виде органических остатков, остальная же постоянно включается в процессы круговорота.

Все перечисленные свойства живого вещества обуславливаются концентрацией в нём больших запасов энергии.

Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества:

Энергетическая (биохимическая) - связывание и запасание солнечной энергии в органическим веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

Газовая - способность живых организмов изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного уровня. Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной. Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши.

Концентрационная - «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Результат концентрационной деятельности живого вещества - образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

Окислительно-восстановительная - окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, P, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода

Деструктивная - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) - сапрофитные грибы и бактерии.

Транспортная - перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

Средообразующая - преобразование физико-химических параметров среды. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

Рассеивающая - функция, противоположная концентрационной - рассеивание веществ в окружающей среде. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п.

Информационная - накопление живыми организмами определённой информации, закрепление её в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

Биогеохимическая деятельность человека - превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода - нефти, угля, газа.

Таким образом, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путём обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Структура и границы биосферы. Свойства биосферы.

Биосфера (от греч. bios - жизнь и sphaira - шар) - оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.

Термин «биосфера» был впервые введён в науку Э.Зюссом. Биосфера Зюсса - это сфера обитания живых организмов.

Тем не менее, заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И.Вернадскому, так как именно он развил представление и живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания.

По Вернадскому, в состав биосферы входят следующие типы веществ:

Живое вещество -- живые организмы, населяющие нашу
планету.

Косное вещество -- неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы).

3.Биогенное вещество -- неживые тела, образующиеся в результате деятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.)

4.Биокосное вещество -- биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почва, илы, кора выветривания и др.).

5. Радиоактивное вещество - атомы радиоактивных элементов - уран, торий, радий и др.

6. Рассеянные атомы - отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультрамикроэлементов: Mn, Zn, Au, Hg и др.).

7. Вещество космического происхождения - вещество, по-ступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, кос-мическая пыль).

Биосфера имеет определённые границы. Она занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Вглубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере распространение жизни ограничивается, прежде всего, температурой горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5-15 км превышает 100⁰С. Наибольшая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены живые бактерии, составляет 4 км. В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин в 10-11 км от поверхности.

Лимитирующим фактором проникновения жизни вверх является жесткое космическое излучение. На высоте 25-30 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь относительно тонкий слой озона - озоновый экран. Если живые организмы поднимаются выше защитного слоя озона, они погибают. Несмотря на то, что споры бактерий и грибов обнаруживаются до высоты 20-22 км, основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1 - 1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни - около 6 км над уровнем моря.

Биосфера неоднородна и мозаична. Океаны и континенты - горизонтальная структурная особенность планеты, определяющая в общих чертах строение биосферы.

В континентальной области биосферы выделяют следующие подсистемы:

- сухопутные,

- земноводные,

- ледовые,

- природные комплексы с переменным режимом.

Наиболее хорошо изучены сухопутные комплексы. В них выделяют такие сложные образования как почвы и коры выветривания. Ледовые комплексы - это суша, покрытая горными и покровными ледниками. Земноводные природные комплексы - представлены речной сетью, озерами. Природные комплексы с переменным режимом - это территории, где периодически появляется снежный покров, существует вечная мерзлота.

В океанической области также чётко выделяются следующие подсистемы:

- водные;

- ледовые;

- с переменным режимом.

Водные природные комплексы - акватории океана, свободные ото льда в течение всего года.

Ледовые природные комплексы - многолетние морские льды (Арктика).

Природные комплексы с переменным режимом - акватории океана, периодически покрывающиеся льдом.

Океаническая область биосферы характеризуется и вертикальной структурой: водно-поверхностный ярус, который населяют фотосинтезирующие организмы; водно-глубинный ярус; бентосный ярус и иловый ярус.

Между океанической и континентальной областями выделяется и переходная область биосферы. Это шельфовая область океана. В шельфовой области выделяются следующие подсистемы:

- земноводные - ежесуточно заливаемая во время приливов часть береговой зоны (литоральная зона);

- мелководная - акватория океана с глубиной около 200 м;

- ледовая - многолетний припай льда в Антарктике и Арктике;

- переменного режима - акватории морей, систематически покрывающиеся льдом.

В шельфовой области вся толща воды населена фотосинтезирующими бактериями, поэтому водно-поверхностный ярус непосредственно переходит в донный ярус.

Континентальная область биосферы занимает 149,0 млн. км² (133 - сухопутная, 16 - ледовая). Океаническая область - 333,0 млн. км² (65,3%). Переходная (без литоральной) - 28,0 млн. км².

К основным свойствам биосферы относят следующие:

- целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязи слагающих её компонентов. Она достигается круговоротом вещества и энергии. На понимании целостности биосферы основываются теория и практика рационального природопользования.

- централизованность. Центральным звеном биосферы выступают живые организмы (живое вещество).

- устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения, создаваемые внешними и внутренними воздействиями, включением определённых механизмов.

- ритмичность. Биосфера проявляет ритмичность развития - повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них - суточный и годовой.

- круговорот веществ и энергозависимость. Биосфера - открытая система. Её существование невозможно без поступления энергии извне, а круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов.

- горизонтальная зональность и высотная поясность. Горизонтальная зональность - закономерное изменение природной среды по направлению от экватора к полюсам. Высотная поясность - закономерная смена природной среды с подъёмом в горы от их подножия до вершин. Зональны климат, воды суши и океана, процессы выветривания, растительность, почвы, животный мир.

- большое разнообразие условий обитания и живых организмов. Это свойство обусловлено следующими причинами: разными средами жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной); разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; наличием регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); биологическим разнообразием живых организмов.

Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы

Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами.

Основоположник учения о переходе биосферы на новый этап развития - В.И.Вернадский (1944), хотя сам термин «ноосфера» был предложен Э.Леруа (1927) и П.Тейяром де Шарденом (1930).

Ноосфера - сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором ее развития.

По его убеждению В.И.Вернадского, биосфера вступает в новую стадию своего развития - стадию ноосферы. На этой стадии человек разумный выступает как геохимическая сила невиданного масштаба. Особенность этой силы - ее разумность.

Можно выделить ряд основных признаков перехода биосферы на новый, высший этап развития - ноосферу:

Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры.

Массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох (нефти, газа, каменного угля).

Рассеивание энергии, в отличие от ее накопления в биосфере до появления человека. Основным следствием является энергетическое загрязнение биосферы.

Образование в больших количествах веществ, ранее в биосфере отсутствовавших (чистые металлы, пластмассы и др.)

Создание, хотя и в ничтожно малых количествах, трансурановых химических элементов (плутония и др.). Освоение ядерной энергии за счет деления тяжелых ядер и (в обозримом будущем) термоядерной энергии за счет синтеза легких ядер атомов.

Расширение границ ноосферы за пределы Земли в связи с научно-техническим прогрессом.

Обязательная литература:

Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: Учебник для вузов. Москва: ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: МарТ, 2004.

Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М.: Наука, 1994.

Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. М.: Наука, 1987.-339 с.

Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере: Учеб. Пособие для студ. Вузов. Ростов н/Д: Феникс, 1996.

Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 1998.-413 с.

Колесников С.И. Общая биология. Ростов н/Д: Феникс, 2005.

Колесников С.И. Экология. М.: Академцентр, 2008.

Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. Изд.4-е, доп. и переработ. Ростов н/Д: Феникс, 2003.

Дополнительная литература:

Войткевич Г.В. Рождение Земли. Ростов н/Д: Феникс, 1996.

Гаврилов В.П. Общая и историческая геология и геология СССР: Учебник для вузов. М.: Недра, 1989.

Контрольные вопросы

Охарактеризуйте основные свойства планеты Земля.

Дайте определение основным геологическим сферам Земли.

Какие свойства (признаки) отличают живую материю от неживой?

Назовите и охарактеризуйте уровни организации живой материи.

Охарактеризуйте атомный (элементный) состав живых организмов. Приведите примеры макро-, микро- и ультрамикроэлементов.

Охарактеризуйте молекулярный (вещественный) состав живых организмов.

Классифицируйте живые организмы по типам питания.

Классифицируйте живые организмы по отношению к свободному кислороду.

Дайте определение понятию «биосфера».

Охарактеризуйте структуру биосферы.

Где проходят верхняя и нижняя границы биосферы? Какие лимитирующие факторы ограничивают распространение жизни за пределы биосферы?

Какие компоненты (типы вещества) биосферы выделил В.И. Вернадский?

Охарактеризуйте основные свойства живого вещества.

Охарактеризуйте основные функции живого вещества.

Охарактеризуйте основные свойства биосферы как экосистемы высшего ранга.

Кто является основоположником учения о ноосфере? Что понимают под термином «ноосфера».



Модуль № 2. Общая экология

Комплексная цель - получить представление об объектах организменного, популяционно-видового, биоценотического уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.

Проектное задание - знать и изучить:

характеристику основных экологических факторов;

закономерности действия экологических факторов;

статические и динамические показатели популяции;

типа связей и взаимоотношений между организмами;

структуру и функционирование экосистем.

РАЗДЕЛ 3. Экология организмов (аутэкология).

Лекция 3.

Тема 3.1.Среда обитания.

Тема 3.2. Экологические факторы и их классификация.

Тема 3.3. Адаптации организмов к условиям среды.

Тема 3.4. Закономерности действия экологических факторов.

Тема 3.5. Характеристика основных экологических факторов.

Тема 3.6. Жизненные формы организмов.

Среда обитания.

Среда обитания - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное воздействие. На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.

Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним живых организмов.



Среда	Характеристика	Адаптации организма к среде
Водная	Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на 1 атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени	Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей (у растений - межклетники, у животных - полости в костях), осморегуляции (жидкости тела по составу гипертонические, работа почек)
Организменная	Очень древняя. Освоена организмами после водной. Жидкая (кровь, лимфа) или твёрдая (плотные ткани). Наибольшее постоянство среды во времени из всех сред обитания.	Коадаптации паразита и хозяина, симбионтов друг к другу, синхронизация биоритмов, выработка у паразита защиты от переваривания хозяином, усиление полового размножения, редукция зрения, пищеварительной системы.
Наземно-воздушная	Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени.	Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды
Почвенная	Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная в пространстве). Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной.	Форма тела вальковатая (удлиненная, название по рыбе сем Лососевых Валёк, конёк), слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах.

Экологические факторы и их классификация

Экологические факторы - это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов.

По природе экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы - компоненты неживой природы прямо или косвенно воздействующие на организм. Их делят на следующие группы:

- климатические факторы (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное давление и др.);

- геологические факторы (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.);

- орографические факторы, или факторы рельефа (высота местности над уровнем моря, крутизна местности - угол наклона местности к горизонту, экспозиция местности - положение местности по отношению к сторонам света и др.);

-эдафические, или почвенно-грунтовые, факторы (гранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, рН и др.);

- гидрологические факторы (течение, соленость, давление и др.).

Биотические факторы - воздействие на организм других живых организмов.

В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:

- внутривидовые, или гомотипические, факторы - это влияние на организм особей этого же вида (зайца на зайца, сосны на сосну);

- межвидовые, или гетеротипические, факторы - это влияние на организм особей других видов (волка на зайца, сосны на берёзу).

В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы:

- фитогенные факторы - это влияние на организм растений;

- зоогенные - влияние животных;

- микогенные - влияние грибов;

- микробогенные - влияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших).

По типу взаимодействия различают протокооперации, мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренцию, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм.

Протокооперации - взаимовыгодное, но не обязательное сосуществование организмов, пользу из которого извлекают все участники. Например, раки-отшельники и актинии. На раковине рака может поселяться коралловый полип актиния, который имеет стрекательные клетки, выделяющие яд. Актиния защищает рака от хищных рыб, а рак-отшельник, перемещаясь, способствует распространению актиний и увеличению их кормового пространства.

Мутуализм - взаимовыгодное сожительство, когда либо один из партнеров, либо оба не могут существовать без сожителя. Например, травоядные копытные и целлюлозоразрушающие бактерии.

Комменсализм - взаимоотношения, при которых один из партнеров получает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично. Различают две формы комменсализма: синойкия (квартиранство) и трофобиоз (нахлебничество). Примером трофобиоза служат взаимоотношения крупных хищников и падальщиков. Примером синойкии - взаимоотношения актиний и тропических рыбок (рыбки укрываются среди щупалец актиний).

Конкуренция - взаимоотношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних. Организмы могут конкурировать за пищевые ресурсы, полового партнера, убежище, свет.

Паразитизм - взаимоотношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а длительное время использует его как среду обитания и источник пищи. К паразитам относятся: вирусы, патогенные бактерии, грибы, простейшие, паразитические черви. Различают облигатных и факультативных паразитов. Облигатные паразиты ведут исключительно паразитический образ жизни и вне организма хозяина либо погибают, либо находятся в неактивном состоянии (вирусы). Факультативные - ведут паразитический образ жизни, но в случае необходимости могут нормально жить во внешней среде, вне организма хозяина (патогенные грибы, бактерии).

...