M04025

51

-поява дір у озоновому шарі;

-скорочення запасу корисних копалин.

Розв’язати дану проблему необхідно у найкоротші строки, однак виключно силами світової спільноти, оскільки всі наукові задачі природокористування не можна вирішити однією окремо узятою державою.

1.9.Контрольні запитання та завдання для самостійної

роботи.

1. Пошкодження екосистем в умовах глобалізації.

2. Вплив пошкоджених екосистем на здоров’я людей. 3. Структура сучасної екології, предмет екології.

4. Основні екологічні закони.

5. Роль екологічного виховання.

1.10.Тести.

1. Яке з наведених нижче визначень сучасної екології ви вважаєте правильним:

А). розділ біології, що вивчає живі системи планети у їх взаємодії;

Б). наука, що вивчає роль людського суспільства у біосфері; В). комплексна наука, що вивчає будову, функціонування і

взаємозв’язки екосистем усіх рівнів, а також методи і шляхи збереження біосфери та цивілізації;

Г). наука про сучасні методи охорони та відтворення довкілля;

2.Що ви вважаєте головною причиною розвитку глобальної екологічної кризи:

А). негативні кліматичні зміни на планеті під впливом космічних

сил;

Б). технічний прогрес і виснаження природних ресурсів; В). вирубування лісів;

Г). низьку екологічну культуру людини та її намагання панувати над природою.

3.Що спричинило кризовий екологічний стан у середньому Придніпров’ї?

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

52

А). створення каскаду Дніпровських водосховищ; Б). інтенсивний розвиток металургійної, хімічної, нафтодобувної

і нафтопереробної промисловості; В). розвиток енергетики і транспортної мережі;

Г). розвиток цементної, машинобудіної та легкої промисловості. 4. Що таке аутоекологія?

А). екологія рослинного світу; Б). розділ екології, що вивчає взаємовідносини окремого

організму (виду) з довкіллям; В). розділ екології, що вивчає процеси саморегуляції біоценозів;

Г). розділ екології, що вивчає взаємовідносини людини з довкіллям;

5. Які основні причини розвитку екологічної кризи в Україні? А). недосконалість законів про охорону природи і кризовий

економічний стан держави; Б). низька екологічна культура населення, хибна державна

екологічна політика; В). надмірна індустріалізація і хімізація сільського господарства;

Г). неконтрольовані урбанізаційні процеси.

6. Які з напрямів екополітики України відповідають стратегії ресурсозбереження і природоохорони?

А). розвиток міжнародної співпраці у сфері екології; Б). екологізація всіх видів людської діяльності та розвиток

екологічної культури; В). активний розвиток аграрного сектора з урахуванням

екологічних вимог; Г). впровадження і жорсткий контроль ефективного

ресурсокористування на підставі нових законів і нормативів.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

53

2 Лекція 2. Біосфера та ноосфера.

2.1 Біосфера – це всі екосистеми планети Земля.

Зовні вона отримує енергію і речовини для синтезу органічних сполук і виділяє в природне середовище відходи, що забезпечує стійкість біосфери. Об’єм біосфери становить примірно 0,4% об’єму планети.

Процеси що відбуваються в біосфері, вивчав академік В.І. Вернадський (1864 – 1945). Він започаткував науковий напрямок, який назвав біогеохімією. Цей напрямок став початком сучасного вчення про біосферу. У 1926 році В.І. Вернадський видав книгу «Біосфера», яка ознаменувала собою народження нової науки про природу та взаємозв’язок людини з природою. В.І. Вернадський вперше показав біосферу, як єдину динамічну систему, яка керована життям, живою речовиною планети. «Біосфера – певна оболонка земної кори, супряжена с життям».

В.І.Вернадський підкреслював, що біосфера є наслідком геологічного і біологічного розвитку і взаємодії косної та біогенної речовини. З одного боку, це середовище життя, а з іншого – результат життєдіяльності. Специфіка сучасної біосфери – це чітко напрямлені потоки енергії та біогенний колооберт речовин. В.І.Вернадський відзначав, що межі біосфери обумовлюються перш за все полем існування життя. На розвиток життя, отже й на межі біосфери, чинять вплив різноманітні чинники і перш за все наявність кисню, карбон (IV) оксиду, води у рідинній фазі. Обмежують область розповсюдження життя також дуже високі або дуже низькі температури.

Сьогодні вважають, що біосфера виникла 3,5 – 4,5 млрд. років тому. Вона обіймає простір атмосфери висотою 17-21 км, усю гідросферу та приблизно 3-3,5 км вглиб від земної поверхні. Ф.Я.Шипунов (1980р.) наводить дані з приводу параметрів біосфери. За його даними, найбільшу товщину біосфера має на тропічних широтах – 22 км, найменшу-на полярних, 12 км. Процеси, які відбуваються у біосфері та в оточуючому її планетарному середовищі, породжуються і підтримуються, з одного боку космічними, а з другого

– земними чинниками, пов’язаними з особливостями Землі (напруженість гравітаційного і магнітного полів, особливості її

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

54

речовини, випромінювання та інші). Біосфера перетворює своє планетне середовище таким чином і в таких розмірах, щоб мати максимальну стійкість своєї структурної організації. Біосфера не тільки область розвитку живої речовини на Землі, але вона ще трансформує своє близьке оточення в невід’ємне від неї екологічне планетне середовище. Велику роль в біосфері відіграють інформаційні зв’язки: світло, хімічні та електромагнітні. Біосфера – нерівноважна система, вона здатна до розвитку і самоорганізації.

Самоорганізація – процес взаємодії об’єктів, внаслідок якого виникає новий порядок або структура в системі, іде еволюція системи.

З позиції самоорганізації в розвитку нерівноважних відкритих систем виділяється еволюційний етап, під час якого в системі накопичуються протиріччя. Система переходить у хиткий стан, довго перебувати в якому вона не може. З кризового стану система, що самоорганізується, виходить стрибком, змінюючи структуру, вигляд, щоб досягти стійкого стану на новому рівні організації. Точка переходу в новий стан – точка біфуркації. Звичайно існує кілька можливих шляхів переходу. Це – випадкова подія, але після того, як перехід відбувся, назад вороття немає.

В.І. Вернадський сформулював п’ять постулатів, що стосуються функції біосфери.

Перший постулат: «С самого начала биосферы, жизнь, в неё входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью её биохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть идеалом какой-нибудь одной формы жизни». Тобто, первісна біосфера з самого початку відзначалася багатим функціональним різноманіттям.

Другий постулат: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте». Перша поява життя мусила відбутися не у вигляді появи одного якогось виду організмів, а в їх сукупності, що відповідає геохімічній функції життя, мусили б відразу з’явитися біоценози.

Третій постулат: «В общем монолите жизни, как бы ни менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением.» Тобто, первинна біосфера була представлена «сукупністю» організмів типу біоценозів, котрі і були головною «діючою силою» геохімічних перетворень. Морфологічні зміни «сукупностей» не відбивалися на «хімічних» функціях цих компонентів.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

55

Четвертий постулат: «Живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают одно из грандиознейших планетных явлений – миграцию химических элементов в биосфере». Тому «на всём протяжении миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена или те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас».

П’ятий постулат: « Все без исключения функции живого вещества могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами».

Розробляючи вчення про біосферу, В.І. Вернадський дійшов висновку, що головний трансформатор космічної енергії є зелена речовина рослин. Тільки вона спроможна поглинати енергію сонячного випромінення і синтезувати первинні органічні сполуки.

В.І. Вернадський виділив у біосфері шість типів речовини:

1). Жива речовина – сукупність всіх існуючих на Землі рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів;

2). Біогенна речовина – продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці, апатити);

3). Нежива речовина (косна) – в утворенні якої організми не брали участі (гірські породи вулканічного походження, та інші абіогенні породи);

4). Біокосна речовина – продукт взаємодії живої речовини і неживої (грунт);

5). Радіоактивна речовина – радіонукліди К, U, Th, які обумовлюють існування радіогенної теплоти, та продукти їх розпаду;

6). Космічна речовина – космічний пил, метеорити.

2.2 Жива речовина в біосфері. Властивості та функції.

Живі організми відіграють величезну роль, як акумулятори сонячної енергії, наприклад, поклади кам’яного вугілля – це сонячна енергія, накопичена зеленими рослинами минулих геологічних епох.

-Жива речовина має здатність швидко займати весь вільний простір (швидке розмноження, збільшення маси у рослин).

-Активний рух проти сил ваги, повітряних та водяних потоків

(секвойя бразильська сягає вишини метрів, риби пливуть проти течії, птахи долають повітряні потоки).

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

56

Жива речовина в біосфері виконує дві основні функції – енергетичну та середо утворюючу.

Енергетична функція.

Щоб біосфера могла існувати та розвиватися, їй необхідна енергія, власних джерел у неї немає. Вона може споживати енергію тільки від зовнішніх джерел. Головне джерело енергії для біосфери є Сонце.

Внесок інших джерел (внутрішнє тепло Землі, космічне випромінювання, енергетика припливів і відпливів) надзвичайно малий, близько 0,5% від всієї енергії, що надходить до біосфери.

Сонячне світло для біосфери – розсіяна промениста енергія електромагнітної природи. Лише 1% цієї енергії накопичується у первинній ланці її поглинання і передається споживачам у концентрованому вигляді. Первинна ланка поглинання сонячної енергії є рослини, які перетворюють її у концентровану енергію хімічних зв’язків або енергію їжі. Без цього процесу накопичення та передача енергії живою речовиною розвиток життя на Землі і утворення сучасної біосфери було б неможливе. Частина накопиченої енергії і не витраченої у біосфері після відмирання організмів «складається» у вигляді торфу, кам’яного вугілля, горючих сланців та інших корисних копалин.

3.Стійкість за життя і швидке розкладання після смерті (завжди висока фізико-хімічна активність). Живі організми завдяки біокаталізаторам – ферментам роблять з погляду фіз.-хімії щось неймовірне: фіксують атмосферний азот за н.у.та температури. У промисловості цей оборотний процес потребує складної апаратури, високої температури та тиску:

4.Висока пристосувальна здатність: до різних умов життя. В умовах Землі є 4 середовища: повітря, грунт, вода і тіло іншого організму. Основна маса живої речовини зосереджена на межі літосфери і гідросфери та у верхній частині гідросфери. Є «загущення життя» та «розрідження життя». З наближенням до екватора від полюсів спостерігається - збільшення кількості видів, у вологих тропіках-гілеях –понад 8000 видів рослин – половина всіх існуючих на планеті, 67% усіх видів тварин. У тундрі менш ніж 500 видів рослин, у шпилькових та листяних лісах – до 2000 видів рослин. Живі бактерії

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

57

виявлено в гарячих гейзерних джерелах з температурою води 98 С, а також у тріщинах антарктичних льодовиків, де температура лише зрідка піднімається вище 00С. Бактерії живуть в глибинах Чорного моря, насичених сірководнем, деякі бактерії живуть навіть в атомних реакторах. Живу спору бактерії було виявлено в одній з трубок американської космічної станції, яка три роки перебувала на поверхні Місяця. Бактерія потрапила туди з Землі й зберегла життєздатність, незважаючи на перебування в умовах космічного вакууму, різких коливань температур і високого рівня радіації. Пристосування до життя у воді у риб – локація, у птахів у повітрі – регуляція температури тіла. У кожного виду є екологічна ніша.

Екологічна ніша – це просторово-часове положення організму в рамках екосистеми: де, коли, і чим він живиться, яке потомство виводить, як зимує тощо. Це не тільки місце мешкання, а й роль, яку організм відіграє к екосистемі (його «професія»). В одній екологічній ніші не може бути двох видів організмів. Приклад: погане розуміння сенса «вільної екологічної ніші» призводить до малої успішності заходів з акліматизації видів. Особливо часто бувають упущені опосередковані зв’язки організмів. Наприклад, коли завезли до європейської частини СРСР єнотовидну собаку, не врахували його епідеміологічну роль.

5.Феноменально висока швидкість перебігу реакцій, у тисячі разів швидше, ніж у неживій природі. За ідеальних умов (теоретично) вона може досягти швидкості звуку. Одноклітинна водорость діатомея здатна на вісім днів створити масу живої матерії, що дорівнює земній масі, а протягом наступного дня подвоїти її. Французький біолог К.Ліней якось підрахував, що три мухи можуть з’їсти тушу антилопи з такою швидкістю, як це робить лев (враховуючи швидкість розмноження мух).

6.Висока швидкість відновлення речовини. Жива речовина біосфери оновлюється в середньому за 8 років, біомаса Світового океану – щодня.

7.Жива речовина має накопичувальну здатність стосовно деяких хімічних елементів. Наприклад, ртуть не є життєво необхідним елементом для живих організмів. Виникнення хвороби міна-мата стало наслідком накопичення в рослинних і тваринних організмах метил-

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

58

ртуті, що потрапляла до морської затоки біля містечка Міна-Мата (Японія) із стічними водами: вода – водорості – планктон – дрібна риба – більша риба – свійські тварини – людина.

Закон десятикратного перевищення речовини, що накопичувалася при переходах від ланки у харчовому ланцюжку діяв максимально. Накопичення радіонуклідів в організмах теж не є життєво – необхідним. Однак, цезій та стронцій накопичується в живій речовині, викликаючи важкі захворювання, особливо дитячих організмів.

8. Жива речовина виконує середо утворюючу функцію. За В.І. Вернадським, середо утворююча роль живої речовини має хімічний прояв і виражається відповідними біогеохімічними функціями, котрі свідчать про участь живих організмів у хімічних процесах змін речового складу біосфери. Жива речовина виконує наступні біогеохімічні функції: газові, концентраційні, окисно-відновні, біохімічні та біогеохімічні, пов’язані діяльністю людини.

Газові функції полягають в участі живих організмів в міграції газів та їх перетворенні. Залежно від того, про які гази йдеться, виділяється декілька газових функцій.

1. Киснево-диоксидвуглецева – створення основної маси вільного кисню на планеті. Носії цієї функції зелені організми. Виділенння кисню відбувається лише під дією сонячного світла, вночі цей процес замінюється утворенням продуктів дихання рослин СО2.

2. Діоксидовуглецева, незалежна від кисневої – утворення СО2 як наслідок дихання тварин, грибів та бактерій.

3. Озонна та пероксидоводнева – утворення озону (та можливо Н2О). Біогенний кисень, переходячи у озон, запобігає руйнівному впливу сонячної радіації, зберігає життя. Виконання цієї функції призвело до виникнення озонного екрану в атмосфері.

4. Азотна – створення основної маси вільного азоту атмосфери (тропосфера) за рахунок виділення його азотовиділяючими бактеріями підчас розкладання органічних решток. Реакції відбуваються в умовах суходолу й океану.

5. Вуглеводнева – здійснюється перетворення багатьох біогенних газів, роль яких у біосфері надзвичайно велика. Сюди належать природні гази ряду метану, терпени, що містяться у етерних оліях, скипидарі і обумовлюють пахощі квітів, шпилькових.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

59

Завдяки виконанню живою речовиною газових функцій протягом геологічного розвитку, у Землі утворився сучасний хімічний склад атмосфери з унікально високим рівнем кисню і низьким вмістом СО2, а також помірні температурні умови.

Людина, як біологічна істота, також є складовою частиною біосфери. Вона не може існувати в іншому середовищі, ніж те, що склалося на планеті за її тривалу історію – не може дихати повітрям іншого складу, не може пити води, забрудненої шкідливими домішками, ніж сьогоднішнє, напруженні магнітного поля і т.інше. Негативно діє на психіку людини і її здоров’я зміна звичайних умов її існування, заміна природних ландшафтів «кам’яними джунглями» міст

– перенаселених, перенасичених хімічним смогом, насильством.

Біосфера – 2. 26 вересня 1991 року, 8 доброчинців (жінки і чоловіки) стали учасниками експерименту – виживання в умовах ізольованої системи – біосфери 2. Протягом 10 років її будували, коштувала 150 млн. доларів тільки розробка конструкції і системи. Скло та армована сталь, площа 1,27 га, об’єм атмосфери 203760 м3, > 3000 різновидів рослин і тварин, 7 біомів: дощовий ліс, саванна, пустеля, болото, маленький океан з кораловим рифом, припливами та відпливами, інтенсивне сільське господарство та апартаменти для людей. В цій біосфері люди мусили жити ізольовано від усього світу: ні повітря, ні вода, ні якась інша речовина не потрапляють всередину і не виходить назовні, окрім сонячного світла, електрики та інформації по дротах.

Виникли проблеми і 1). зменшився вміст кисню з 21% до 14% (постійний головний біль, втрата працездатності); 2). Вивчалися між особові стосунки, у замкненому колективі. (Це питання було більш грамотно вирішено у російських космонавтів). 3). Коли почався експеримент, ще не було подружніх пар, але через 2 роки дехто оженився. 4). Стало мало їжі (земні проблеми біосфери-1 повторилися). 5). У біосфері-2 не можна використовувати пестициди (замкнений простір) – шкідники з’їдали значну частину врожаю. Шкідників, як колорадських жуків, збирали руками. Для очищування води вирощували водяні гіацинти, які вбирають в себе забруднення з водойм.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

60

Дослід показав, що біосфера-2 була перенаселена. Створювачі біосфери-2 не придумали вітер. Він дуже важливий, для укріплення стовбурів дерев (акація стала ламатися під власною вагою). Розвелося багато мурашок (не планувалося заносити їх до екосистеми).

Коло замкнулося: нестача їжі – нестача калорій, неможливість ефективної праці по вирощуванню їжі, закінчилося тим, що у джунглях висадили трохи папайї та банани. Експеримент Біосфера-2 завершився успішно, вся команда вчених і переважаюча більшість рослин та тварин пережили 2 роки в ізоляції. Цей досвід використано таким чином: вченими розроблено аквасистеми – від 10 до 3 см діаметром, ізольовані від зовнішнього світу. Тут можуть жити різні морські та прісноводні тварини та рослини, равлики, водорості. Сьогодні, після випробування на Шаттлі, ці «вічні акваріуми» використовуються в американських школах та університетах, як навчальні посібники з біології, у передових санаторіях та будинках відпочинку як елемент зоотерапії.

Кругообіг речовин у біосфері.

Основна функція живої речовини - самозбереження за рахунок упереджуваного реагування. Кількість сонячної енергії, яка надходить до оболонки біосфери, становить 8,36Дм/см2/хв. Ця величина – сонячна стала. Енергія, потік якої надходить в біосферу, розподіляється таким чином:

-30% відбивається у космічний простір;

-46 % переходить у теплову енергію при переопроміненні Землею;

-23% витрачається на колообіг води;

-0,2% поглинає повітря на забезпечення численних процесів;

-0,8% використовується рослинами в процесі фотосинтезу.

Утворення живої речовини та її розклад – це два боки єдиного процесу, який називається біологічним кругообігом хімічних елементів. Життя - це кругообіг елементів між організмами і середовищем. Причина кругообігу – обмежованість елементів, з яких будується тіло організмів. Це 10 незамінних елементів: карбон, кисень, фосфор, сірка, азот, калій, натрій, кальцій, магній та вода.

Живі організми постійно споживають енергію. Джерело енергії – Сонце. Зробити процес нескінченим можливо пустивши його шляхом

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com