Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Четвертый этап: вторая половина Х1Х века. Это бурное развитие ботанико-географических, зоогеографических и экологических исследований, на основе теории эволюции Ч.Дарвина.

В 1859 г. вышел труд Ч.Дарвина «Происхождение видов», где он показал, что возникновение и отмирание видов – естественные процессы и их причина – естественный отбор, выживают наиболее приспособленные. В основе биогеографических воззрений Дарвина лежит мысль онепрерывности существования видов во времени и непрерывности расселения их в пространствеПосле Дарвина перед биогеографами встала задача изучать распространение и распределение организмов не только в пространстве, но и во времени. В этот период - во второй половине Х1Х в. появилась самостоятельная наука экология, в основе которой лежали труды Геккеля. Появилось ряд новых работ:А. Н.Бекетов(1884) «Фитогеографический очерк Европейской России», «География растений», Н.А.Северцев (1873) «Вертикальное и горизонтальное распределение туркестанских животных»,В. В. Докучаев«Наши степи прежде и теперь» .

Пятый этап: первая половина ХХ в. Осуществляется разработка учения о растительных сообществах, дальнейшее развитие экологического и исторического направлений ботанической географии, попытка создания единой биогеографии, формирование учения о биосфере. Основные научные труды этого периода:Ч. Элтон «Экология животных», А.Вегенер (1912) – сформулировал теорию - мобилизма (дрейфа материков), В.И.Вернадский (1920-1930) –«Биосфера». Л.С.Берг (1913) сделал доклад «Предмет и задачи географии», где предложил термин «ландшафт» и ландшафтоведение стало наукой. Учение Л.С. Берга о географических ландшафтах и В.В.Докучаева о природных зонах Земли способствовало становлению ботанической географии и зоогеографии как географических дисциплин, связанных с биологией. В целом для первой половины ХХ в. характерна параллельная разработка фито- и зоогеографических проблем и становление общей биогеографии.

Шестой этап: середина ХХ в. – наши дни. Происходит развитие единой биогеографии, ее экологизация, а также бурный рост экологических исследований в мире, изучение процессов, охватывающих биосферу в целом.Этап начинается с 60-х годов появлением обобщающих биогеографических работ: С.Матвеев «Биогеография Югославии», А.Г.Воронов «Биогеография (с основами биологии)», А.Г.Воронов (1987) «Биогеография с основами экологии», П.П.Второв, Н.Н.Дроздов (1974) «Биогеография материков», И.К.Лопатин (1989) «Зоогеография.

На современном этапе биогеография и экология объединяет усилия географов, биологов и экологов в выполнении международной программы «Человек и биосфера». Обострение взаимоотношений быстро развивающегося человеческого общества и изменяемой им географической среды выводит эти науки на передовые рубежи естествознания. В исследованиях нарастает тенденция к международному сотрудничеству для обеспечения необходимой информацией мероприятий по охране природы.

5.Биосфера, ее пределы. Биосфера – земная оболочка, занятая совокупностью организмов, населяющих Землю. Понятие о биосфере было введено австрийским ученым Э. Зюссом в 1875 г. Стройное учение о биосфере было развито В. И. Вернадским, положившим начало ее геохимическому направлению.Биосфера включает: 1) тропосферу, где активная жизнь может существовать до высоты 10-15 км, перенос покоящихся зачатков происходит до высоты свыше 20 км, т.е. уже в стратосфере; 2) гидросферу, в которой жизнь проникает до наибольших глубин Мирового океана; 3) верхнюю часть литосферы – кору выветривания (мощность 30-60, до 200 м). Кора выветривания – совокупность геологических отложений, образованных продуктами разложения и выщелачивания горных пород различного состава, оставшуюся на месте возникновения или перемещенную на небольшое расстояние, но не утратившую связь с материнской породой. За пределами коры выветривания жизнь может быть обнаружена только в отдельных случаях.В. И. Вернадский указывал, что под биосферой лежит область осадочных пород (до 5-6 км) биогенного происхождения, не образующая сплошного покрова – стратисфера. Эти породы были созданы в гидросфере под действием трех главных агентов: организмов, воды и ветра (перерабатывает и перемещает породы после их поднятия над уровнем воды). В пределах биосферы существуют области, в которых активная жизнь не возможна (верхние области тропосферы, очень холодные или очень жаркие районы з.ш., где организмы могут существовать только в покоящемся состоянии). Совокупность таких областей биосферы называется парабиосферой (Хатчисон).Вернадский выделял непрерывный слой живого вещества, занимающий водную толщу и узкой полосой простирающийся по границе литосферы и тропосферы, где он включает почву и подпочву с находящимися в них корнями растений, грибами, микроорганизмами и почвенными животными, и приземную часть тропосферы, в которой располагаются надземные части растений и переносится основная масса их пыльцы, спор и семян. Этот слой называют фитосферой или фитогеосферой, т.к. в нем основными накопителями энергии являются растения. Мощность фитосферы велика только в области океанов, на суши ее мощность не больше 100-150 м. При этом в тропосфере в отрыве от жидкой и твердой оболочек живые вещества могут находятся линь временно, т.к. некоторые функции, например размножение, здесь не могут быть осуществлены.

Хатчисон выделяют следующие три особенности биосферы:

1. В значительных количествах содержится жидкая вода.

2. Падает мощный поток энергии солнечных лучей.

3. Находятся поверхности раздела между веществами, находящимися в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной.

В настоящее время влияние человека на природу достигло такой степени, что ему приходится соизмерять свою деятельность с возможностями природы. В. И. Вернадским разработано целое учение о ноосфере, представляющей собой сферу взаимодействия природы и человека.

 

6. Круговороты веществ. Кислород. Первоначальным источником всех процессов, протекающих на Земле, является Солнце. Основной процесс, в результате которого образуется свободный кислород, а также синтезируются органические вещества (углеводы), является фотосинтез. Фотосинтез – у зеленых растений процесс преобразования света в химическую энергию органических соединений, синтезируемых из диоксида углерода и воды. Фотосинтез представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций, совокупность которых принято разделять на две фазы – темновую и световую.. Суммарное уравнение процесса фотосинтеза выглядит так: 6СО2 + 6Н2О =C6H12O6 + 6O2 Фотосинтез – единственный биологический процесс, который идет с увеличением свободной энергии и прямо или косвенно обеспечивает доступной химической энергией все земные организмы (кроме хемосинтезирующих, получающих энергию за счет окисления неорганических веществ – аммиака, водорода, соединений серы, оксида железа II). Гораздо меньшее количество кислорода образуется при фотолизе – разложении воды на кислород и водород под действием света. Дыхание – совокупность процессов поступления в организм кислорода и удаления углекислого газа (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для их жизнедеятельности (клеточное или тканевое дыхание.

Углерод. Основной путь углерода – от углекислого газа в живое вещество и обратно – из живого вещества в углекислый газ. При этом часть углерода на долгое время выходит из круговорота, отлагаясь в осадочных породах океана или консервируясь в виде ископаемых горючих веществ органического происхождения - каустобиолитов. Важнейший процесс, ведущий к образованию органического вещества из неорганического, - фотосинтез; Процесс окисления тканей живых существ, при котором выделяется углекислый газ, представляет собой дыхание. Круговорот углерода в океане в значительной степени автономен. Органическое вещество, вырабатываемое фитопланктоном и в значительно меньшем количестве фитобентосом (обитает на мелководье), потребляется зоопланктоном, зообентосом и некотоном. Углекислота, выделяемая ими в процессе дыхания, а также образующаяся при разложении их трупов, растворяется в морской воде. Существует и обмен углекислотой между атмосферой и океаном, которому благоприятствуют ветер и движение воды. Мировой океан регулирует содержание СО2 в атмосфере путем превращения бикарбонатов в карбонаты (выделяется СО2) при недостатке СО2 в атмосфере и наоборот. Из огромного запаса углерода, имеющегося на поверхности Земли и близ нее, лишь несколько долей процента обращается в биосфере. Подавляющая часть углерода сосредоточена в неорганических соединениях (преимущественно в карбонатах) и в каустобиолитах. Человек участвует в круговороте кислорода за счет дыхания, питания, выделения, использования органического топлива.

Азот Содержание азота в атмосфере приблизительно равно 70%.

Фиксация азота происходит в процессе вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере в процессе ее ионизации, при сгорании метеоритов. Однако несравненно большее значение в процессе фиксации азота имеют микроорганизмы: свободноживущие (аэробные бактерии, анаэробный клостридиум Пастера) и обитающие на корнях и листьях растений в особых клубеньках. Процесс фиксации азота требует значительных затрат энергии.При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак. Под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий аммиак окисляется в азотную кислоту. Азотная кислота взаимодействует с находящимися в почве карбонатами, образуя нитраты. Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в атмосферу. Кроме того, существуют денитрифицирующие бактерии, отнимающие азот у нитратов, разрушая их с выделением свободного азота или закиси азота N2O.Таким образом, часть азота сразу попадает обратно в почву в виде нитратов, а часть улетучивается в атмосферу или попадает в гидросферу. Растения же усваивают соединения аммония, нитриты и нитраты из почвы, формируя на их основе белки. Эти соединения при поедании растений переходят в тело консументов и в нем преобразуются. Наземные животные, затрачивая энергию, связывают легкорастворимый аммиак в мочевину или в труднорастворимые вещества – гуанин, мочевую кислоту. В печени идет дезаминирование аминокислот, в результате чего и образуется аммиак. Таким образом осуществляется биогенный круговорот азота.Самым крупным вмешательством человека в круговорот веществ в природе, является промышленная фиксация азота.

Сера

В природе в большом количестве известны различные сульфиды железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере до сульфатной серы. Сульфаты поглощаются растениями. В живых организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, в состав эфирных масел и т.д. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются сложными превращениями серы (микроорганизмы, создают многочисленные промежуточные соединения серы). После гибели живых организмов часть серы восстанавливается в почве микроорганизмами до H2S, другая часть окисляется до сульфатов и вновь включается в круговорот. Образовавшийся сероводород в атмосфере окисляется и возвращается в почву с осадками. Кроме того, сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию. Круговорот серы может быть нарушен вмешательством человека. Виной тому становится сжигание каменного угля и выбросы химической промышленности, в результате чего образуется сернистый газ, нарушающий процессы фотосинтеза и приводящий к гибели растительности.

Фосфор. Основная масса фосфора содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот фосфор может попасть в результате выветривания горных пород. Эрозионными процессами фосфор выносится в море в виде минерала апатита. В превращениях фосфора большую роль играют живые организмы. Организмы извлекают фосфор из почв и водных растворов. Далее фосфор передается по цепям питания. С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в илы морей, и концентрируется в виде морских фосфатных отложений. При неправильном применении фосфорных удобрений, в результате водной и ветровой эрозии (разрушение под действием воды или ветра) большое количество фосфора удаляется из почвы. С одной стороны, это приводит к перерасходу фосфорных удобрений и истощению запасов фосфоросодержащих руд. С другой стороны, повышенное содержание фосфора на водных путях его переноса вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение водоемов» и их эвтрофикацию (обогащение питательные веществами).

7. Энергетическая и средообразующая функция живого вещества. Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к восстановлению благоприятных условий существования выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий. Он заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Например, на повышение содержания углекислого газа в атмосфере биосфера отвечает усилением фотосинтеза, который снижает концентрацию кислорода. Таким образом, устойчивость биосферы оказывается явлением не статическим, а динамическим.

Средообразующая роль живого вещества имеет химическое проявление и выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах изменения вещественного состава биосферы. В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер). Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и биогеохимические, связанные с деятельностью человека.

Энергетическая функция. Постоянный поток солнечной энергии, поглощаемый зелеными растениями, преобразуется в энергию химических связей. Синтезированные органические вещества (сахара, белки и др.), последовательно переходя от одних организмов к другим в результате их питания, переносят заключенную в них энергию. Растения поедаются растительноядными животными, которые, в свою очередь, становятся жертвами хищников и т. д. Этот переход и есть последовательный и упорядоченный поток энергии в биосфере. Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия. Собственных источников энергии она не имеет и может потреблять энергию только от внешних источников. Главным источником для биосферы является Солнце. Солнечный свет для биосферы является рассеянной лучистой энергией электромагнитной природы. Почти 99% этой энергии, поступившей в биосферу, поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в вызванных ею физических и химических процессах (движение воздуха и воды, выветривание и др.) Только около 1% накапливается на первичном звене ее поглощения и передается потребителям уже в концентрированном виде. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов, способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

8. Поток энергии и трофические цепи. В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным блокам экосистемы, которые всегда могут повторно использоваться, входить в круговорот, энергия может быть использована только раз, т. е. имеет место линейный поток энергии через экосистему.
Одностороний приток энергии как универсальное явление природы происходит в результате действия законов термодинамики. Первый закон гласит, что энергия может превращаться из одной формы (например, света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но не может быть создана или уничтожена. Второй закон утверждает, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потерь некоторой ее части. Определенное количество энергии в таких превращениях рассеивается в недоступную тепловую энергию, а следовательно, теряется. Отсюда не может быть превращений, к примеру, пищевых веществ в вещество, из которого состоит тело организма, идущих со 100-процентной эффективностью.
Таким образом, живые организмы являются преобразователями энергии. 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.

9. Эволюция биосферы. Основные этапы. Особое место в трудах В. И. Вернадского занимает концепция эволюции биосферы. Основная идея заключается в том, что биосфера формировалась под воздействием живых организмов. Начиная же с момента возникновения жизни происходит постоянный процесс эволюции живых существ: возникают многочисленные новые виды, осуществляется смена видов на нашей планете. Естественно, изменения затрагивают и саму биосферу.На начальных этапах развития существовали гетеротрофные анаэробные организмы, существующие в Мировом океане за счет органических веществ, возникших в результате сложных химических процессов. Затем (по мере уменьшения запасов органических веществ) появляются автотрофные организмы, способные сами создавать органические вещества, используя энергию солнечного света. В результате их жизнедеятельности (фотосинтеза) в атмосферу стал выделяться кислород. Это стало предпосылкой появления аэробных организмов. Усложнение живого, увеличение его разнообразия приводили к изменению биосферы. Следовательно, эволюция биосферы сопряжена с эволюцией форм жизни на нашей планете.

В. И. Вернадский выделял три этапа развития биосферы:

1. Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы. Ведущие факторы здесь — геохимические и климатические изменения на Земле.

2. Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления многочисленных и разнообразных эукариотных организмов — как одноклеточных, так и многоклеточных. Движущим фактором выступает биологическая эволюция.

3. Третий этап — возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу.

10. Экологические факторы среды и их влияние на организмы. Экологи́ческие фа́кторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются. По характеру воздействия:Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ, Косвенно действующие — влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.).По происхождению:Абиотические — факторы неживой природы:климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха; эдафические (эдафогенные):механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы;орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона; химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность; физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения. Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:фитогенные — влияние растений, микогенные — влияние грибов, зоогенные — влияние животных, микробиогенные — влияние микроорганизмов. Антропогенные (антропические): физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации;химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания; социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе. По расходованию: Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO2, O2, свет); Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы). По направленности: Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы; Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом; Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года). Действие экологических факторов на организм:

Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе, соответственно, любая реакция организма является многофакторно обусловленной. При этом интегральное влияние факторов не равно сумме влияний отдельных факторов, так как между ними происходят различного рода взаимодействия, которые можно подразделить на четыре основных типа:

Монодоминантность — один из факторов подавляет действие остальных и его величина имеет определяющее значение для организма. Так, полное отсутствие, либо нахождение в почве элементов минерального питания в резком недостатке или избытке препятствуют нормальному усвоению растениями прочих элементов.

Синергизм — взаимное усиление нескольких факторов, обусловленное положительной обратной связью. Например, влажность почвы, содержание в ней нитратов и освещённость при улучшении обеспечения любым из них повышают эффект воздействия двух других.

Антагонизм — взаимное гашение нескольких факторов, обусловленное обратной отрицательной связью: увеличение популяции саранчи способствует уменьшению пищевых ресурсов и её популяция сокращается.

Провокационность — сочетание положительных и отрицательных для организма воздействий, при этом влияние вторых усилено влиянием первых. Так, чем раньше наступает оттепель, тем сильнее растения страдают от последующих заморозков. Организмам, особенно ведущим прикреплённый, как растения, или малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность — способность существовать в более или менее широких диапазонах значений экологических факторов. Однако при различных значениях фактора организм ведёт себя неодинаково.

Соответственно выделяют такое его значение, при котором организм будет находиться в наиболее комфортном состоянии — быстро расти, размножаться, проявлять конкурентные способности. По мере увеличения или уменьшения значения фактора относительно наиболее благоприятного, организм начинает испытывать угнетение, что проявляется в ослаблении его жизненных функций и при экстремальных значениях фактора может привести к гибели.