Размещено на http://www.allbest.ru/

Состав экосистемы. Формы загрязнения окружающей среды

экосистема загрязнение окружающая среда

Экосистема - пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различаемые по способу питания:

автотрофы - организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ - двуокиси углерода и воды - посредством процессов фотосинтеза (фотоавтотрофы) и хемосинтеза (хемоавтотрофы).

гетеротрофы - организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они также подразделяются на несколько категорий: консументов, детритофагов и редуцентов.

Консументы - потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:

растительноядные и плотоядные животные, паразиты

бактерии, грибы, простейшие.

Детритофаги, или сапрофаги - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом - остатками растений и животных

Редуценты - бактерии и низшие грибы

Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую или трофическую (греч. trophe-пища)

Трофический уровень - это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты, все остальные - консументы. Второй трофический уровень - это растительноядные консументы; третий - плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый - консументы, потребляющие других плотоядных, и т. д

Биосфера - это совокупность частей живых оболочек (лито-, гидро - и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Состав:

1) живое вещество - совокупность всех живых организмов на планете;

2) биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (каменный уголь, известняки, нефть и др.);

3) косное вещество (твердое, жидкое, газообразное) - вещество неорганического происхождения, в его образовании живое вещество не участвует (магматические горные породы);

4) биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (почти вся вода биосферы, почва, ил);

5) вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада (радиоактивные элементы);

6) рассеянные атомы, непрерывно образующиеся из различных видов земного вещества под влиянием космического излучения;

7) вещество космического происхождения (космическая пыль, обломки метеоритов и т.д.).

Появление на Земле человека привело к тому, что биосфера начинает преобразовываться. Поверхность земного шара подвергается активному вмешательству и переустройству в интересах человека. Интенсивность преобразований увеличивается по мере развития человеческого общества, освоения новых источников энергии, роста научного знания. Эту стадию в эволюции биосферы В.И. Вернадский назвал ноосферой, сферой разума.

Это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Однако современное состояние человеческого общества и отношение к природе заставляет задуматься о возможности перехода биосферы на эту стадию развития в обозримом будущем.

В природе различают два основных круговорота веществ: большой геологический, происходящий в результате действия абиотических факторов, и малый биотический, происходящий при участии живых организмов.

Большой геологический круговорот веществ обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Геологический круговорот происходит в течение сотен тысяч и миллионов лет. Горные породы подвергаются разрушению, выветриванию и в конечном итоге смываются потоками воды в Мировой океан. Малый биотический круговорот веществ является частью большого круговорота и совершается лишь в пределах биосферы

Сущность этого круговорота состоит в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Круговорот углерода. Углерод, содержащийся в атмосфере в виде углекислого газа, служит сырьем для фотосинтеза растений. Затем углерод с органическим веществом поступает к другим живым организмам. При дыхании растений и животных, а также при разложении мертвой органики в почве выделяется углекислый газ, в форме которого углерод и возвращается в атмосферу.

Круговорот кислорода. Кислород является побочным продуктом фотосинтеза.

Основной поставщик кислорода на Земле - зеленые растения. Главный потребитель кислорода - животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания

Круговорот воды. Вода - необходимое вещество в составе любых живых организмов. Так же как и биогенные элементы, вода в биосфере находится в процессе постоянной циркуляции. Круговорот воды происходит по следующей схеме. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана, переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана - конденсация водяного пара - выпадение осадков на эту же водную поверхность океана

Круговорот азота. Азот участвует в образовании белковых структур. Большая часть биосферного азота содержится в атмосфере. Это главный источник азота для органических соединений.

Круговорот фосфора. Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность суши, в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде широко известного минерала - апатита.

Общий круговорот фосфора можно разделить на две части - водную и наземную

Круговорот серы. Содержание серы в живых организмах незначительно, но она входит в состав белка и тем самым играет существенную роль в протекании биохимических процессах. Основная часть серы зафиксирована в литосфере в виде различных соединений

Трофический уровень - это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень - это продуценты, все остальные - консументы. Второй трофический уровень - это растительноядные консументы; третий - плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый - консументы, потребляющие других плотоядных, и т.д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т.д. порядков. различают два вида трофических цепей:

1. Пастбищные (цепи выедания) - начинаются с продуцентов; для таких цепей при переходе с одного трофического уровня на другой характерно увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяций, скорости размножения и продуктивности по биомассе (трава - полевки - лисица);

2. Детритные (цепи разложения) - начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскрементов животных, включают только редуцентов (опавшие листья - плесневые грибы - бактерии).

Консументы - потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:

растительноядные животные (фитофаги), питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон);

плотоядные животные (зоофаги), поедающие других животных, - различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и на других хищников (хищники второго, третьего порядков);

паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина, это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;

симбиотрофы - бактерии, грибы, простейшие, которые, питаясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с тем и жизненно важные для него трофические функции, например мицелиальные грибы микоризы, участвующие в корневом питании многих растений; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающее переваримость и усвоение поедаемой растительной пищи.

Детритофаги, или сапрофаги - организмы, питающиеся мертвым органическим веществом - остатками растений и животных. Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги и другие животные - все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты - бактерии и низшие грибы - завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть:

естественным (природным), вызванным природными процессами (вулканической деятельностью, выветриванием горных пород, ветровой эрозией, массовым цветением растений, дымом от лесных и степных пожаров);

антропогенным, связанным с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы:

местное, характеризующееся повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и др.);

региональное - в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, но не вся планета;

глобальное, связанное с изменением состояния атмосферы в целом, приводящее к постепенному накоплению климатических и экологических изменений планетарного масштаба.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:

газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.);

жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.);

твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и пр.).

В настоящее время основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), предприятия черной и цветной металлургии, машиностроение, производство стройматериалов, химическая, нефтедобывающая и нефтехимическая промышленность.

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека, - диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО), оксиды азота (NOX) и твердые частицы, на долю которых приходится около 98% в объеме выбросов вредных веществ, и их концентрации наиболее часто превышают допустимые уровни во многих городах РФ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых - формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры и др.).

Наиболее опасное загрязнение атмосферы - радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами-продуктами испытания ядерного оружия.

Еще одной формой загрязнения атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком теплового (термического) загрязнения атмосферы служат так называемые термические зоны ("острова тепла") в городах.

Лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами. Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности (устойчивости) В. Шелфорда: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы толерантности к любому экологическому фактору.

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от - 5°С до 25°С, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными ("стено" - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур - эвритермными ("эври" - широкий). Диапазон толерантности организма не остается постоянным - он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду).

Ядовитая смесь дыма, тумана, пыли называется смогом. Различают два типа смога:

зимний смог (лондонского типа - смесь дыма и тумана).

Смог наблюдается лишь в осенне-зимнее время (с октября по февраль). В настоящее время это метеорологическое явление называют смогом лондонского типа, главным действующим компонентом которого является сернистый газ в сочетании с аэрозолем серной кислоты. При вдыхании этой смеси сернистый газ достигает легочных альвеол и вредно на них действует. В смоге лондонского типа практически не образуется каких-либо новых веществ, а его токсичность целиком зависит от исходных загрязнителей, и возникает он в результате сжигания больших количеств топлива.

летний смог (лос-анджелесского типа).

Лос-анджелесский смог (фотохимический туман) представляет собой сухой туман с влажностью около 70%, для возникновения которого необходим солнечный свет, вызывающий сложные фотохимические превращения в смеси углеводородов и окислов азота автомобильных выбросов. В фотохимическом тумане лос-анджелесского типа в ходе фотохимических реакций образуются новые вещества (фотооксиданты, озон, нитриты и др.), значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные загрязнения. Основной причиной фотохимического тумана являются выхлопные газы автомобилей.

При фотохимическом тумане, как и при лондонском смоге, появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость; у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла; отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний. Погибают при этом и домашние животные, главным образом собаки и птицы. Фотохимический туман отрицательно действует на нервно-психическую сферу, вызывает обострение бронхиальной астмы. Повреждает он и растения, особенно салатные культуры, бобы, свеклу, злаки, виноград, декоративные насаждения.

Атмосфера (греч. "атмос" - пар) - газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20-25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов. В формировании природной среды Земли велика роль тропосферы (нижний слой атмосферы до высоты 8-10 км в полярных, 10-12 в умеренных и 16-18 в тропических широтах) и в меньшей степени стратосферы, области холодного разреженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км. Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее выбрасывается вулканическая пыль. В тропосфере происходят глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс, теплообмен, трансграничный перенос пылевых частиц и загрязнений.

Загрязняющие вещества, поступающие в атмосферный воздух при строительстве и эксплуатации объектов добычи и транспорта углеводородного сырья в концентрациях, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК), оказывают негативное воздействие и на компоненты природной среды и на человека. Направленность биологического действия вещества характеризует лимитирующий показатель вредности: рефлекторный (рефл.) и резорбтивный (рез.). Под рефлекторным действием понимается реакция со стороны рецепторов верхних дыхательных путей (ощущение запаха, раздражение слизистых оболочек, задержка дыхания и т.п.), возникающая при кратковременном воздействии вредных веществ, под резорбтивным - возможность развития общетоксических, мутагенных, канцерогенных и других эффектов, возникновение которых зависит не только от концентрации вещества в воздухе, но и длительности ее вдыхания. С учетом показателей вредности для атмосферного воздуха установлены:

предельно допустимая максимально разовая концентрация (токсичного вещества в воздухе населенных мест (мг/м3), которая при вдыхании в течение 20 мин. не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека;

предельно допустимая среднесуточная концентрация (ПДКс. с) токсичного вещества в воздухе населенных мест (мг/м3), которая не должна оказывать прямого или косвенного воздействия при неограниченно продолжительном вдыхании.

При совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких (n) веществ, обладающих суммацией действия (группа суммации), сумма их долей ПДК не должна превышать 1 (единицы)

Слой озона, или озоновый экран расположен на высоте около 25-45 км. Этот экран предназначен защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения. Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем и т.д. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области. Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, по площади соизмеримое с континентальной частью США, получившее название "озоновой дыры". Ученые выдвинули ряд гипотез как о естественном, так и о техногенном происхождении "озоновых дыр". Ряд ученых настаивают на естественном происхождении "озоновых дыр". Причины их возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца; другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли.

Техногенное происхождение "озоновых дыр" объясняют попаданием в верхние слои атмосферы техногенного хлора, фтора и других атомов и радикалов. К факторам, разрушающим озоновый слой, относят:

запуски мощных ракет;

ежедневные полеты реактивных самолетов в высокие слои атмосферы;

испытания ядерного и термоядерного оружия;

пожары и вырубка леса - природного озонатора.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

возможное потепление климата ("парниковый эффект");

нарушение озонового слоя;

выпадение кислотных дождей.

Кислотные дожди - это атмосферные осадки (дождь, снег) с рН менее 5,6 (повышенной кислотностью). Образуются кислотные дожди при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты. Воздействие кислотных дождей и других загрязнителей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их деградации как природных экосистем.

Кислотные дожди вымывают биогены из почвы

Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы - свинец, кадмий, алюминий и др

Парниковые газы, и в первую очередь СО2, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой - почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей. Концентрация парниковых газов в атмосфере постоянно увеличивается:

в связи с сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд т условного топлива);

за счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту фреонов (хлорфторуглеродов);

за счет выбросов метана

в меньшей степени (на 0,3% ежегодно) растет содержание в атмосфере оксида азота. Потепление приведет к повышению уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т.д.

Повышение уровня океана всего лишь на 0,5-2,0 м к концу XXI в., как прогнозируют ученые, неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин более чем в 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.

Размещено на Allbest.ru