Читайте также:
|
:
Пищевая (трофическая цепь) состоит из групп организмов.
Первая группа трофической пищевой цепи — продуценты, или производители (от лат. produsent— производить). К ним относятся автотрофные организмы, производящие пищу в процессе фото- или хемосинтеза, т. е. первичные органические вещества.
Вторая группа трофической пищевой цепи представлена консументами, т. е. потребителями (от лат. consume — потреблять), — гетеротрофными организмами, главным образом животными, поедающими другие организмы. Различают первичных консументов (животных, питающихся зелеными растениями, травоядных) и вторичных консументов (хищников, плотоядных, которые поедают растительноядных). Вторичный консумент может служить источником пищи для другого хищника — консумента третьего порядка и т. д.
Третья группа трофической пищевой цепи — редуценты, или деструкторы (reducens — возвращать). Это гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки всех трофических уровней (остатки пищи, мертвые организмы). К ним относятся грибы, бактерии, беспозвоночные (например, черви). Минеральные вещества и диоксид углерода, образующиеся при деятельности редуцентов, опять поступают в воду, воздух и почву, а затем — в распоряжение продуцентов.
В данной классификации человек оказывается хищником, потребляющим растительную и животную пищу, т. е. занимает промежуточное положение между первичными и вторичными консументами. Он стоит в конце большинства пищевых цепей.
Таким образом, каждый организм в природе в том или ином виде служит источником питания для ряда других организмов. В результате последовательного перехода органического вещества с одного трофического уровня на другой происходят круговорот веществ и передача энергии в биоценозе (рис. 1.4). При этом органические вещества, переходя с одного трофического уровня на другой, частично исключаются из круговорота, в результате чего происходит накопление органических соединений в виде залежей полезных ископаемых (торфа, угля, нефти, газа и др.).
строение структура трофическая цепь в биоценозе — это цепь энергетическая. Первичным источником энергии всех биосистем является Солнце, которое обеспечивает жизнь. Различные элементы биоценоза не генерируют энергию, все они последовательно превращают лучистую энергию в энергию химических связей. Усвоенная консументами из пищи энергия расходуется на дыхание, совершение работы и поддержание жизнедеятельности; некоторая ее часть идет на рост и размножение.
В силу второго закона термодинамики процесс передачи энергии неизбежно связан с диссипацией (рассеиванием) энергии на каждом трофическом уровне, т. е. с ее потерями и возрастанием энтропии. КПД процессов преобразования энергии всегда меньше единицы. Определенная доля энергии теряется при отмирании организмов, а также не усваивается из пищи. Все элементы биоценоза частично диссипируют высокосортную энергию в тепло в процессе дыхания и совершения работы.
Однако при всем разнообразии расходов энергии максимальные затраты идут на дыхание. В сумме с неусвоенной пищей они составляют до 90% от потребленной энергии. Тогда результирующий поток энергии, переходящий на следующий, более высокий трофический уровень, составляет в среднем около 10% энергии, полученной данным уровнем. В результате на верхние трофические уровни (к хищникам) переходит всего тысячная доля процента от энергии зеленых растений.
Описанная закономерность называется обычно «правилом десяти процентов». Конечно же, оно является ориентировочным, но при этом ярко иллюстрирует, насколько низок КПД всех биологических систем и велико значение процессов диссипации энергии в биосфере.
В результате рассеивания энергии ее количество, доступное для потребления, падает по мере возрастания трофического уровня организма. Это приводит к тому, что цепи питания не могут быть длинными: чаще всего они состоят из 4—6 звеньев. Например, трава—заяц-лиса или трава-муха-лягушка-цапля—лиса. Однако такие линейные цепи в чистом виде в природе практически не встречаются. Первое трофическое звено — растение — может служить источником питания нескольким видам консументов, причем те, в свою очередь, также могут являться составной частью нескольких различных пищевых цепей. Например, заяц как консумент 1-го порядка может служить пищей нескольким хищникам: лисе, волку и др. В результате в биоценозе формируются сложные пищевые, или трофические, сети. Более сложные сети характеризуются повышенной надежностью и более интенсивным круговоротом веществ.
Цепи питания не всегда могут быть полными. В них могут отсутствовать растения (продуценты). Такая цепь характерна для сообществ, формирующихся на базе разложения трупов животных или растительных остатков. Кроме того, могут отсутствовать (или быть представленными небольшим количеством) животные. Например, и лесах отмирающие растения или их части сразу используются в пищу редуцентами, которые разлагают органические вещества до исходных минеральных веществ и С02, завершая круговорот.
Миллиарды лет потребовалось Природе, чтобы создать уникальную среду для обитания живых организмов — биосферу, охватывающую нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Уникальность биосферы состоит в том, что в результате эволюционных процессов в ней были созданы условия для возникновения жизни и развития живого вещества планеты, включающего растительные и животные организмы, все человечество и другие составляющие органического и неорганического мира, которые обеспечивают жизненные процессы. Среди этих условий главными являются: условия, определившие формирование фотосинтеза — процесса, способного создавать под воздействием солнечной энергии органическую массу зеленых растений и некоторых бактерий. В процессах фотосинтеза, стоящих у истоков жизни, заключается основная функция биосферы, которая обеспечивает не только связывание солнечной энергии, но и ее накопление. Не менее важными являются условия, в результате которых в биосфере сформировались и су ествуют круговороты отдельных веществ и химических элементов, обеспечивающие решение задач по передаче энергии и веществ Не только в отдельных биоценозах, но и во всей биосфере.
Под влиянием человеческой деятельности естественно-эволюционная тенденция развития биосферы может быть нарушена. Признаки такого нарушения наблюдаются в виде деформации озонового слоя, потери прозрачности атмосферного воздуха, развития парникового эффекта и пр. Более глубокое познание закономерностей биосферных процессов с учетом результатов и последствий деятельности людей в удовлетворении их растущих жизненных потребностей позволит изменить подходы к организации производственной деятельности и использованию природных ресурсов и, таким образом, ускорить переход к новой стадии в эволюции биосферы, развитие которой будет определяться иным, ноосферным мировоззрением.
6 Круговорот элементов в природе (углерода, азота, кислорода, фосфора и т.д.)
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА.
Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде
Многочисленных соединений. Свободный углерод встречается в виде алмаза и
Графита.
Соединения углерода очень распространены. Кроме ископаемого угля, в недрах
Земли находятся большие скопления нефти, представляющей сложную смесь
Различных углеродсодержащих соединений, преимущественно углеводородов.
Кроме того растительные и животные организмы состоят из веществ, в
Образовании которых главное участие принимает углерод.
Углекислый газ поглощается растениями-продуцентами и в процессе
Фотосинтеза преобразуется в углеводы, белки, липиды и другие органические
Соединения. Эти вещества с пищей используют животные-консументы.
Одновременно с этим в природе происходит обратный процесс. Все живые
Организмы дышат, выделяя углекислый газ, который поступает в атмосферу.
Мертвые растительные и животные остатки и экскременты животных разлагаются
(минерализуются) микроорганизмами-редуцентами. Конечный продукт
Минерализации - углекислый газ - выделяется из почвы или водоемов в
Атмосферу. Часть углерода накапливается в почве в виде органических
Соединений.
Углерод поступает в атмосферу также с
Выхлопными газами автомашин, с дымовыми выбросами заводов и фабрик.
В процессе круговорота углерода в биосфере образуются энергетические
Ресурсы - нефть, каменный уголь, горючие газы, торф, древесина, которые
Широко используются человеком. Все эти вещества произведены
Фотосинтезирующими растениями за разное время. Возраст лесов - десятки и
Сотни лет; торфяников - тысячи лет; угля, нефти, газов - сотни миллионов
Лет. Следует учитывать, что древесина и торф - восполнимые ресурсы, т. е.
Воспроизводящиеся за относительно короткие промежутки времени, а нефть,
Горючий газ и уголь - ресурсы невосполнимые.
КРУГОВОРОТ АЗОТА.
Большая часть азота находится в природе в свободном состоянии. Неорганические соединения азота не встречаются в природе в больших
Количествах, если не считать натриевую селитру NaNO3, образующую мощные
Пласты на побережье Тихого океана в Чили. Почва содержит незначительные
Количества азота, преимущественно в виде солей азотной кислоты. Но в виде
Сложных органических соединений - белков - азот входит в состав всех живых
Организмов.
Азот - незаменимый элемент. Он входит в состав белков, и нуклеиновых
Кислот. Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Частично
Азот поступает из атмосферы благодаря образованию оксида азота (IV) из
Азота и кислорода под действием электрических разрядов во время гроз.
Однако основная масса азота поступает в воду и почву благодаря фиксации
Азота воздуха живыми организмами.
Самые эффективные фиксаторы азота - клубеньковые бактерии, живущие в корнях бобовых растений. Азот из разнообразных источников поступает к корням растений, поглощается ими и транспортируется в стебли и листья, где в процессе биосинтеза строятся белки.
Белки растений служат основой азотного питания животных. После отмирания
Организмов белки под действием бактерий и грибов разлагаются с выделением
Аммиака. Аммиак частично потребляется растениями, а частично используется
Бактериями-редуцентами. В результате процессов жизнедеятельности некоторых
Бактерий аммиак превращается в нитраты. Нитраты, как и аммонийные ионы,
Потребляются растениями и микроорганизмами. Часть нитратов под действием
Особой группы бактерий восстанавливается до элементарного азота, который
Выделяется в атмосферу. Так замыкается круговорот азота в природе.
КРУГОВОРОТ ФОСФОРА
Вследствие
Легкой окисляемости фосфор в свободном состоянии в природе не
Встречается. Из природных соединений фосфора самым важным является
Ортофосфат кальция, который в виде минерала фосфорита иногда образует
Большие залежи. Богатейшие месторождения фосфоритов находятся в Южном
Казахстане в горах Каратау. Фосфор, как и азот, необходим для всех живых
существ, так как он входит в состав некоторых белков как растительного,
Так и животного происхождения. В растениях фосфор содержится главным
Образом в белках семян, в животных организмах - в белках молока, крови,
Мозговой и нервной тканей. В виде кислотного остатка фосфорной кислоты
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот - сложных органических
Полимерных соединений, принимающих непосредственное участие в процессах
передачи наследственных свойств живой клетки. Сырьем для получения
Фосфора и его соединений служат фосфориты и апатиты. Природный фосфорит
Или апатит измельчают, смешивают с песком и углем и накаливают в печах с
Помощью электрического тока без доступа воздуха всех живых организмах.
Основной источник его - горные породы (главным образом изверже-
ные). Представлен он в основном апатитом и фторапатитом. В осадочных породах это обычно вивианит, вавелит, фосфорит. С образованием биосферы высвобождение фосфора из горных пород усилилось, в результате произошло значительное перераспределение его. В превращениях фосфора
Большую роль играет живое вещество. Организмы усваивают фосфор из почв,
Водных растворов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, и
Других органически соединений.
Особенно много фосфора в костях животных. С гибелью
Организмов фосфор возвращается в почву он концентрируется в виде
Морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия для
Образования богатых фосфором пород, которые в свою очередь служат
Источником фосфора в биогенном цикле.
КРУГОВОРОТ СЕРЫ.
Сера встречается в природе как в свободном состоянии (самородная сера), так
И в различных соединениях. Очень распространены соединения серы с
Различными металлами. Из соединений серы в природе распространены также
Сульфаты, главным образом, кальция и магния. Наконец, соединения серы
Содержаться в организмах растений и животных.
Сера широко используется в народном хозяйстве. В виде серного цвета серу
Используют для уничтожения некоторых вредителей растений. Она применяется
Также для приготовления спичек, ультрамарина (синяя краска), сероуглерода и
Ряда других веществ.
Круговорот серы происходит в атмосфере и литосфере. Поступление серы в
Атмосферу происходит в виде сульфатов, серного ангидрида и серы из
Литосферы при вулканических извержениях, в виде сероводорода за счет
Распада пирита (FeS2) и органических соединений. Антропогенным источником
Поступления серы в атмосферу являются тепловые электростанции и другие
Объекты, где происходит сжигание угля, нефти и других углеводородов, а
Поступление серы в литосферу, в частности в почву, происходит с удобрениями
И органическими соединениями. Перенос соединений серы в атмосфере
Осуществляется воздушными потоками, а выпадение на земную поверхность либо
В виде пыли, либо с атмосферными осадками в виде дождя (кислотные дожди) и
Снега. На поверхности Земли в почве и водоемах происходит связывание
Сульфатных и сульфитных соединений серы кальцием с образованием гипса
(CaSO4). Помимо этого происходит захоронение серы в осадочных породах с
Органическими остатками растительного и животного происхождения, из которых
В дальнейшем происходит образование угля и нефти. В почве изменение
Соединений серы происходит с участием сульфобактерий использующих
Сульфатные соединения и выделяющих сероводород, который поступая в
Атмосферу и окисляясь снова переходит в сульфаты. Кроме этого сероводород в
Почве может восстанавливаться до серы, которая денитрифицирующими
Бактериями окисляется до сульфатов.
7 Учение В. И. Вернандского о живом веществе как геологической силе на планете
По современным представлениям, биосфера — это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в {непрерывном обмене с этими организмами.
Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского (1863—1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в XX в. Исключительная значимость его учения В. И. Вернадского о биосфере во весь рост проявилась лишь во второй Головине прошлого века. Этому способствовало развитие экологии, и прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием.
Учение В. И. Вернадского о биосфере — это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты ¦как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, ¦яастоящем и будущем.
По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает живое вещество (т. е. все живые организмы), биогенное уголь, известняки, нефть и др.), косное (в его образовании Живое не участвует, например магматические горные породы), биокосное (создается с помощью живых организмов), а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяние атомы. Все эти семь различных типов веществ геологически связаны между собой.
Сущность учения В. И. Вернадского заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Суммарный результат его деятельности за геологический период времени огромен. По словам В. И. Вернадского, «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.
Вторым главнейшим аспектом учения В. И. Вернадского является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды. «Организм, — писал В. И. Вернадский, — имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена и к нему» (В. И. Вернадский, 1934).
В. И. Вернадский обосновал также важнейшие представления о формах превращения вещества, путях биогенной миграции атомов, т. е. миграции химических элементов при участии живого вещества, накоплении химических элементов, о движущих факторах развития биосферы и др.
Важнейшей частью учения о биосфере В. И. Вернадского являются представления о ее возникновении к развитии. Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции (табл. 8.1) в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов/Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов — цианобактерий и си-незеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции.
Параллельно развивались и гетеротрофы, и прежде всего — животные. Главными датами их развития являются выход на сушу и заселение материков (к началу третичного периода) и, наконец, появление человека.
В сжатом виде идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:
1. Вначале сформировалась литосфера — предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше — биосфера.
2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т. е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.
3. Живые организмы — главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью» (В. И. Вернадский, 1934).
4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.
5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.
Венцом творчества В. И. Вернадского стало учение о ноосфере, т. е. сфере разума.
В целом, учение о биосфере В. И. Вернадского заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы. Практическое значение учения о биосфере огромно. В наши дни оно служит естественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающей среды.
Дата добавления: 2015-05-05; просмотров: 25 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |