- •Д.И. Грицкевич экология
- •Введение
- •1. Экология в системе наук
- •1.1. Структура и методы экологии
- •1.1.1. Структура экологИи
- •1.1.2. Методы экологии
- •Всеобщие методы
- •Общенаучные методы
- •Частнонаучные методы
- •1.2. История развития экологии
- •1.3. Уровни организации материи, изучаемые в экологии
- •1.4. Понятие и свойства живого, классификация живых организмов
- •Контрольные вопросы
- •2. Организм и факторы среды
- •2.1. Понятие экологических факторов
- •2.2. Температура
- •2.3. Свет
- •Влияние солнечного излучения на живые системы
- •2.4. Влажность
- •Контрольные вопросы
- •3. Популяционная экология
- •3.1. Соотношение Основных понятий популяционной экологии
- •3.2. Статические показатели популяции
- •3.3. Динамические показатели популяций
- •4.1.2. Структура биоценоза Трофическая структура биоценоза (трофос – пища)
- •Видовая структура биоценоза
- •Пространственная структура биоценоза
- •Экологическая структура биоценоза
- •Важнейшие экосистемы
- •Э косистемы океана
- •Экосистемы пресных вод
- •Наземные экосистемы
- •Контрольные вопросы
- •5. Биосфера
- •5.1. Структура биосферы Биосфера
- •Гидробиосферу:
- •Аэробиосферу:
- •Литосфера
- •Гидросфера
- •Атмосфера
- •Газовый состав атмосферы
- •5.2. Круговорот биогенных элементов в биосфере
- •Биогенные элементы и их роль для живых организмов /6/
- •Круговорот углерода
- •Круговорот кислорода
- •Круговорот азота
- •Круговорот серы
- •Круговорот фосфора
- •Круговорот микроэлементов в биосфере
- •Характеристики изотопов
- •5.3. Учение в.И. Вернадского о биосфере
- •Контрольные вопросы
- •6. Взаимоотношения человека и окружающей среды на современном этапе
- •6.1. Человек как биологический вид
- •6.2. Человек как природопользователь
- •6.2.1. Понятие природопользования
- •6.2.2. Классификация природных ресурсов
- •6.3. Вода в биосфере, вода и человек
- •6.3.1. Вода в биосфере
- •Распределение водных масс и активность водообмена в гидросфере
- •6.3.2. Загрязнение водоемов и Качество питьевой воды
- •Приоритетный список химических веществ для контроля содержания в питьевой воде**
- •6.3.3 Водоподготовка хлорированием и диоксин
- •6.3.4. Обеспечения населения качественной питьевой водой
- •6.3.5. Концепция защиты
- •Контрольные вопросы
- •7. Экологическое сознание
- •Контрольные вопросы
- •Контрольное задание
- •1. Напишите определения следующих понятий:
- •3. Выполните тест:
- •Вопросы к экзамену
- •Приложение законы, правила и принципы экологии, рационального природопользования и охраны природы /6/
- •ЛитератуРа
- •Содержание
- •7. Экологическое сознание 70
- •Денис иванович грицкевич экология Учебное пособие
- •681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.
Круговорот углерода
Основные этапы круговорота углерода:
СО2 поглощается при фотосинтезе зелеными растениями и фотосинтезирующими водорослями;
углерод проходит по цепям питания в составе разнообразных органических соединений;
углерод выделяется в составе СО2 при дыхании всех видов организмов в воздух и воду;
часть углерода постоянно выводится из круговорота: заторфовывается, недоокисляется и переслаивается осадочными породами с образованием нефти, угля, сланцев;
при соединении СО2 с Са2+ часть углерода выводится из цикла бактериями, простейшими, коралловыми полипами и моллюсками, с образованием залежей известняков.
Круговорот углерода неразрывно связан с круговоротом кислорода, поскольку СО2 является ключевым звеном для обоих круговоротов. В течение геологической истории Земли содержание СО2 в атмосфере все время снижалось от примерно 60 до 0,33 % в настоящее время. Процессы недоокисления органических остатков редуцентами привели к образованию известняков, угля, газа и горючих сланцев – резервуара углерода.
Человек сжигает ископаемое топливо, возвращая в атмосферу углерод. Факты увеличения количества углекислого газа и метана в атмосфере доказаны. За последние 100 лет концентрация СО2 увеличилась с 0,27 до 0,33 %. Широкая общественность связывает повышение концентрации СО2 в атмосфере с глобальным потеплением. Парниковым эффектом (способностью задерживать тепловое излучение Земли в космос) обладают многие газы: фреоны (хлорфторуглероды, например, CCl2F2), CH4, СО2, N2O, пары Н2О и многие другие. Прогнозируемое потепление в ближайшее 100 лет – 4,5 ºС не будет равномерным. У полюсов температура повысится на 10 – 12 ºС, что приведет к активному таянию льдов и повышению уровня Мирового океана на 5 – 7 м.
Последствиями парникового эффекта могут быть:
затопление низменностей, утрата плодородных пойм;
усиление засушливости климата (Сахары, Северной Америки, Индостана);
перестройка циркуляции атмосферы, усиление штормовой активности.
смещение климатических зон, таяние многолетней мерзлоты и гибель лесов на мерзлоте;
увеличение продуктивности растительных сообществ, благоприятные условия для сельского хозяйства в некоторых регионах.
Нельзя однозначно установить зависимость потепления от повышения концентрации СО2 в атмосфере, возможно, что именно потепление определяет повышение концентрации СО2 . Непериодические колебания средней температуры атмосферы были и раньше, задолго до появления человека (до масштабного сжигания ископаемого топлива). Ежегодный антропогенный выброс СО2 в атмосферу примерно 5,6 млрд. т, то есть около 10 % круговорота углерода в наземных экосистемах. Однако масштабы океанической циркуляции углерода гораздо больше, чем наземной. В океане в растворенном виде СО2 в 50 раз больше, чем в атмосфере. К тому же человеческая деятельность способствует не только потеплению, но и похолоданию, поскольку вместе с парниковыми газами в воздух выбрасывается много пыли и сажи, задерживающих солнечные лучи.
Круговорот кислорода
Круговорот кислорода – планетарный процесс, связывающий атмосферу, гидро- и литосферу через совокупную деятельность живых организмов.
Основные этапы круговорота:
производство кислорода при фотосинтезе фотоавтотрофами суши и океана;
производство кислорода при диссоциации Н2О и О3 в верхних слоях атмосферы под действием ионизирующего и ультрофиолетового излучения (незначительное количество);
потребление О2 при дыхании живых организмов;
потребление кислорода при почвенном дыхании (окислении органики почвенными микроорганизмами);
потребление О2 при горении и других формах окисления (извержение вулканов);
потребление кислорода на производство О3 в стратосфере;
участие в океанических преобразованиях гидрокарбонатов в составе СО2 и Н2О:
В есь О2 полностью проходит через живые организмы за 2 000 лет. Ежегодное производство кислорода фотосинтетиками Земли примерно 240 млрд. т. В океане кислорода в растворенном виде так же, как и СО2 гораздо больше, чем в атмосфере (от 2 до 8 г/л). Часть органического вещества захороняется, поэтому часть кислорода выводится из цикла.
Биосферных проблем, связанных с циркуляцией кислорода в атмосфере, несколько:
при сжигании ископаемого топлива тратится огромное количество кислорода. Совокупное годовое потребление на Земле кислорода 230 млрд. т, из низ на дыхание растений и животных идет 2,6 млрд. т, почвенное окисление – 50 млрд. т, остальное – процессы горения. С учетом быстрого сведения лесов на планете и возрастающими темпами индустриализации закономерно: в будущем дальнейшее возрастание потребления и снижение производство О2.
в результате человеческой деятельности в атмосферу попадают сотни веществ, многие из которых являются парниковыми газами и разрушителями озонового слоя стратосферы, Например, озоновый слой разрушается при попадании в атмосферу хлора и азота.
В стратосфере под действием жесткого ионизирующего излучения (менее 242 нм) молекулы О2 распадаются на атомы, которые соединяются с молекулами О2 и образуют озон (О3). В результате, образуется слой, непроницаемый для ультрафиолета А (< 280 нм), В (280 < <315 нм) и задерживающий большую часть ультрафиолета С (315 < 400 нм). При поглощении озоном квантов УФ-излучения выделяется тепловая энергия, за счет которой и разогревается стратосфера.
Толщина озонового слоя измеряется в единицах Добсона (100 Д.е = 0,1 см при нормальном атмосферном давлении). У полюсов озона больше (301,6 Д.е.), чем у экватора, зато толщина тропосферы больше у экватора. Концентрация озона и продолжительность его жизни различна на разных высотах, меняется от времени суток, сезона. На каждой высоте имеются свои источники озона и свои стоки, обмен азоновыми массами идет также между различными широтами. В целом оценка содержания циркуляции озона в атмосфере – очень трудоемкий процесс с примерными фактическими результатами.
Причины разрушения озонового слоя:
гидроксил-ион (ОН-), образующийся при распаде воды, является мощным катализатором при разрушении озона;
закись азота (N2О), которая образуется при работе сверхзвуковых двигателей, в атмосфере, превращается в NО – разрушитель озона;
Н2, поступающий с вулканическими газами может быть инициатором снижения количества озона;
возможно разрушение озона на поверхности капелек серной кислоты и сульфатов в атмосфере, которые образуются при выбросах в атмосферу оксидов серы (SО2 и SО3);
соединения хлора и брома в инертном виде поступают в стратосферу. Кванты УФ-излучения активизируют атомы хлора, которые очень активно, самостоятельно или в составе ClO, ClONO2 разрушают озон. Фреоны (хлорфторуглероды) – инертные, плохо растворимые в воде газы, используются в качестве хладоагентов в холодильниках и распылителях в аэрозольных баллонах. Это очень стойкие соединения, разрушаются только в стратосфере под действием ионизирующего излучения, при этом выделяется хлор.
На международном уровне принята система мер по сокращению производства фреонов (Монреальский протокол 1987 года). Однако, как и в случае с парниковым эффектом, наблюдается сведение сложного многофакторного процесса к поиску единственного регулируемого параметра. Реакций преобразования озона сотни, динамика разложения фреонов в тропосфере изучена недостаточно, рост Антарктической озоновой «дыры» коррелирует с изменением солнечной активности, на содержание газов в стратосфере влияет вулканическая активность и т.д.
По прогнозам при сокращении стратосферного озона на 5 % поток ультрафиолетового излучения увеличится на 10 %, а количество заболеваний разными видами рака кожи – на 20 – 30 %. Самый опасный вид рака кожи – меланома. Начиная с 1935 года количество больных меланомой удваивается каждые 10 лет. Катаракта – помутнение кристаллика глаза – также инициируется ультрафиолетовым излучением. За последние 50 лет наблюдается уверенный рост заболеваемости катарактой.
Восполнение стратосферного озона происходит двумя путями: половину производит Солнце, другую – разряды молний. В тропосфере озон является активным ядом, подавляющим клеточный синтез и относящийся к 1 классу опасности. Поэтому грамотные решения в глобальном масштабе можно принимать лишь на основе глубокого изучения всех тонкостей происходящих в биосфере процессов.