Экологические компоненты экосистемы

Федеральное агенство по образованию РФ

ГОУ ВПО «Воронежский Государственный Технический Университет»

 

                                                                                                                      ФВЗО                                                           

                                                                                                                Кафедра промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По курсу «Экология»

На тему: «Экологические компоненты экосистемы.»

 

 

 

 

                                      

                                              

                                     

      

 

СОДЕРЖАНИЕ:                                                                                            

1. Экологические компоненты экосистем и биогеоценозов.                   Стр.3
2. Энергия. Атмосфера. Литосфера (почва). Гидросфера.                      Стр.5
3. Общие сведения о строении Земли. Биосфера Земли.                         Стр.11
4. Используемая литература.                                                                      Стр.15
 

1. Экологические компоненты экосистемы и биогеоценозов.

 

Термин «экология» предложил  в 1866 году Эрнст Геккель. Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам. В настоящее время экология – это междисциплинарная отрасль на стыке биологии, физики, химии, географии и общественных наук.

     Экосистема – основное понятие экологии. Оно введено английским ботаником А. Тенсли (1935), который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и окружающую их среду. Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.

     По современным представлениям, экосистема – единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные экологические компоненты соединены между собой причинно-следственными связями, обменом веществ и распределением потока энергии.

     Академик В. Н. Сукачев предложил понятие биогеоценоз (от греч. Биос — жизнь, Гея — Земля, ценоз — общий) — природная система живых организмов и окружающей их абиотической среды, связанная обменом — веществами, энергией и информацией. Сейчас термины «экосистема» и «биогеоценоз» принято считать практически синонимами.

В состав биогеоценоза входят:

•  растительный компонент (фитоценоз);

•  животный компонент (зооценоз);

•  микроорганизмы (микробиоценоз);

•  почва и почвенно–грунтовые воды, во взаимодействии с растительным, животным компонентами и микроорганизмами образующие эдафотоп;

•   атмосфера, которая, взаимодействуя с другими компонентами, образует климатоп;

•  неживая природа, представляющая собой косное вещество — экотоп.

Таким образом, биогеоценоз  — пространственно обособленная, целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны между собой. Основными компонентами биогеоценоза являются три группы организмов — растения, животные и микробы, с помощью которых вещества движутся от одного компонента к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе.

Экологические компоненты биогеоценоза (или ландшафта, или  средообразующие компоненты) в экологии рассматриваются как основные материально–энергетические составляющие экологических систем. К ним, по Н. Ф. Реймерсу , относятся: энергия, газовый состав (атмосфера), вода (жидкая составляющая), почвосубстрат, автотрофы–продуценты (растения) и организмы — гетеротрофы (консументы и редуценты). Сегодня к этому перечню экологических компонентов прибавляют информацию.

     Экологические компоненты обеспечивают круговорот веществ и закономерное прохождение потока энергии в биосфере. Энергия Солнца, попадая на растения, создает предпосылки для осуществления фотосинтеза и создания органического вещества с привлечением газов атмосферы и минеральных веществ из почвосубстрата. Органическое вещество растений потребляется животными и паразитическими растениями и, как растительное, так и животное, оно вновь разлагается после смерти микроорганизмами (редуцентами) на простые соединения (соли и газы), возвращающиеся, таким образом, в атмосферу и почвогрунты. Так поддерживается равновесие в системе и происходит замыкание цикла круговоротов в природе. В то же время все экологические компоненты являются природными ресурсами, качество которых определяет качество жизни человека, а антропогенное нарушение взаимодействий между ними может это качество снизить. В реальных экосистемах круговорот обычно бывает незамкнутым, так как часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть поступает извне. Но в целом принцип круговорота в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере — жизнь на Земле возникла миллиарды лет назад, и если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, их запасы давно исчерпались бы и жизнь прекратилась.

Понятия “биогеоценоз”  и “экосистема” до некоторой степени  однозначны, но они не всегда совпадают  по объему. Экосистема — широкое  понятие, экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии. Так, к экосистемам относятся капля воды с микроорганизмами, аквариум, горшок с цветами, аэротенк, биофильтр, космический корабль. Биогеоценозами же они не могут быть. Экосистема может включать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в целом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биогеоценозом, тогда как всякий биогеоценоз является экологической системой.

Масштабы экосистем  различны: микросистемы (например, болотная кочка, дерево, покрытый мхом камень или  пень, горшок с цветком и т.п.), мезоэкосистемы (озеро, болото, песчаная дюна, лес, луг и т.п.), макроэкосистемы (континент, океан и т.п.). Следовательно, существует своеобразная иерархия макро-, мезо- и микросистем разных порядков. Биосфера — экосистема высшего ранга, включающая, тропосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы в пределах “поля” существования жизни.

Существуют, так же экосистемы, измененные деятельностью человека, которые называют агроэкосистемами (полезащитные лесные полосы, поля, занятые сельскохозяйственными культурами, сады, огороды, виноградники и др.). Их основой являются культурные фитоценозы — многолетние и однолетние травы, зерновые и другие сельскохозяйственные культуры. Любая экологическая система является системой откpытой, поскольку она всегда взаимодействует с внешней сpедой: солнечной pадиацией, влагообоpотом на повеpхности и в почво-грунтах, ветpовым пpивносом и выносом матеpиала. Следовательно, любые пpостpанственные огpаничения экосистемы всегда условны.

 

 

                                                                                                                                    2. Энергия. Атмосфера. Литосфера (почва). Гидросфера.

 

 

     Одним из важнейших экологических понятий является поток энергии. Энергия приходит в экологические системы в конечном счёте от Солнца; при этом автотрофы используют непосредственно солнечный свет, а гетеротрофы получают от автотрофов уже преобразованную энергию в виде питательных веществ. За год одним квадратным метром земной поверхности (и растениями на нём) поглощается около 5 · 109 Дж тепла. Большая часть энергии сразу отражается обратно в атмосферу, часть усваивается организмами и переходит в другие формы. При этом какая-то доля энергии также переизлучается в атмосферу в виде тепла.  Если бы Солнце прекратило свое щедрое лучеиспускание, то на Земле господствовали бы темнота, холод, отсутствие всякой жизни и почти полное отсутствие всякого движения. Но Солнце продолжает снабжать нас громадным количеством непревращенной энергии, и запас его еще очень велик.

     Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество. Солнечное излучение в атмосфере Земли делится на так называемое прямое излучение и на рассеянное на частицах воздуха, пыли, воды, и т.п., содержащихся в атмосфере.                                                                                                                                                                                         Количество энергии, падающей на единицу площади в единицу времени, зависит от ряда факторов:

-широты;

-местного климата;

-сезона года;

-угла наклона поверхности по отношению к Солнцу.

Оно изменяется вследствие движения Солнца. Эти изменения зависят от времени суток и времени года. Обычно в полдень на Землю попадает больше солнечной радиации, чем рано утром или поздно вечером. В полдень Солнце находится высоко над горизонтом, и длина пути прохождения лучей Солнца через атмосферу Земли сокращается. Следовательно, меньше солнечной радиации рассеивается и поглощается, а значит больше достигает поверхности.

     Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. Только на мировом коммерческом рынке покупается и продается чуть меньше 85 триллионов кВт·ч энергии в год. Поскольку невозможно проследить за всем процессом в целом, нельзя с уверенностью сказать, сколько некоммерческой энергии потребляют люди (например, сколько древесины и удобрения собирается и сжигается, какое количество воды используется для производства механической или электрической энергии). Некоторые эксперты считают, что такая некоммерческая энергия составляет одну пятую часть всей используемой энергии. Но даже если это так, то общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот же период. Таким образом, если проследить историю сбережения солнечной энергии на земной поверхности, то мы увидим, что в то время, когда температура земной поверхности поддерживалась, главным образом, изнутри Земли, сбережения этого вовсе и не происходило. Уже позже, когда главным источником тепла для земной поверхности стало Солнце, когда появились на Земле пояса и прочие различия температуры, часть солнечной энергии стала превращаться воздухом и водой в механическую работу. Некоторая, незначительная часть энергии при этом сберегалась, но при своем потреблении все-таки целиком рассеивалась в пространстве. Доля энергии, сберегаемая растениями, уже гораздо значительнее, но и она пока не ведет к поднятию новой энергии на высшую ступень. Земная поверхность и нижние слои воздуха — тропосфера, где образуются облака и возникают другие метеорологические явления, непосредственно получают энергию от Солнца.                                                                                                                                                                         Итак, из вышесказанного, необходимо запомнить, что солнечная энергия постепенно поглощается земной атмосферой по мере приближения её к поверхности Земли — далеко не все виды излучения, испущенного Солнцем, попадают на Землю. На Землю доходит только 40 % солнечного излучения, 60 % излучения же отражаются и уходят обратно в космос. В настоящее время наблюдается очень негативная тенденция к увеличению поглощаемого Землёй количества солнечного тепла по причине увеличения количества в атмосфере Земли парниковых газов.

 

 

 

     Атмосфера - газообразная оболочка Земли. К ней относятся: атмосфеный воздух; газы, растворенные в поверхностных и подземных водах; газовая составляющая почв, а также газы, выделяющиеся из горного массива, которые прямо или косвенно влияют на жизнедеятельность живых организмов. Атмосфера распространяется над Землей до 2 000 км; это     от радиуса Земли.

Функции атмосферы:

1) Регулирование климата Земли.

2) Поглощение солнечной радиации.

3) Пропускает тепловое излучение Солнца.

4) Сохраняет тепло.

5) Является средой распространения звука.

6) Источник кислородного дыхания.

7) Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков.

8) Формирующий фактор литосферы (выветривание).

 

Атмосфера делится на:

1) Тропосфера - граница до 10 - 12 км.

2) Стратосфера - граница до 55 км от тропосферы.

3) Мезосфера - граница до 85 - 90 км от стратосферы.

4) Термосфера - граница до 150 км от мезосферы.

5) Экзосфера - граница до 800 - 2 000 км от термосферы.

 

Состав атмосферы.

В настоящее время состав атмосферы  находится в состоянии динамического  равновесия, что достигается деятельностью  живых организмов.

На высоте 100 - 120 км чаще всего встречаются  азот и кислород; на высоте 400 км находится  кислород в атомарном состоянии (с одним свободным электроном); на высоте 600 - 1600 км чаще всего встречают гелий; выше преобладает водород.

В нижних слоях атмосферы (до 25 км) встречаются CO2, углеводороды CxHy, диоксид  серы SO2, оксиды азота NxOy и др.

Одной из характеристик атмосферы является влажность. Влажность  атмосферного воздуха определяется  его насыщенностью водяными парами. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (1,5 - 2,0 км), где концентрируется примерно 50 % влаги. Количество водяного пара в воздухе зависит от его температуры: чем выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Однако при любой конкретной температуре воздуха существует определенный предел его насыщения парами воды, который является максимальным. Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимума, и разность между максимальным и текущим насыщением  носит название дефицита влажности, или недостатка насыщения. Дефицит влажности - важнейший  экологический параметр, поскольку он характеризует сразу две величины: температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Известно, что повышение дефицита влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует интенсивному плодоношению растений, а у насекомых приводит к усиленному размножению вплоть до так называемых демографических "вспышек". На анализе динамики дефицита влажности основаны многие способы прогнозирования различных явлений среди живых организмов.