Учение В.И. Вернадского о биосфере (3)

Учение В.И. Вернадского о биосфере.

План:

1. Понятие и термины.
2. Составные части и компоненты биосферы.
3. Функциональное назначение атмосферы, гидросферы и литосферы.
4. Основные объекты экологии
5. Экологические факторы.
6. Экология- наука о взаимодействие человека с окружающей средой.

Направления экологии:

• Экология человека
• Экология растений
• Экология животных
• Экология микроорганизмов
• Социальная экология
• Теоретическая экология
• Прикладная экология

Поллютанты - загрязняющие вещества.

Аэрополлютанты – газообразные загрязняющие вещества.

Гидрополлютанты – жидкие загрязняющие вещества.

Террополлютанты - твердые загрязняющие вещества.

Антропогенное воздействие – воздействие производственно-хозяйственной деятельности общества.

1. Биосфера – это наружная оболочка земли занятая живым существом, которое действует, как геологическая сила формирующая лик земли.

Составные части биосферы:

• Атмосфера (граница атмосферы примерно 25-30 км.)
• Гидросфера (граница 8-10 км)
• Литосфера (граница до 3 км)

Компоненты биосферы:

• Живое вещество – это растительный, животный мир и мир микроорганизмов.
• Биогенное вещество – это органические продукты созданные живыми организмами на протяжении геологической истории (нефть, газ уголь и т.д.)
• Костное вещество- это породы не оргонического происхождения, вода, воздух.
• Биокостное вещество – это породы осадочного происхождения , почва, ил.

Отличительная особенность биосферы это её целостность и населенность жизнью.

Ноосфера – это высшая стадия развития биосферы (сфера разума и труда) характеризующаяся высоким уровнем развития производительных сил, сохранением естественных закономерностей и научной организацией воздействия общества на природу.

1. Атмосфера

Атмосфера – обобщенный показатель выражающий такое её состояние при котором обеспечивается постоянный обмен в-ва и энергии между живыми и не живыми компонентами природы. Атмосфера представляет собой естественную внешнюю газообразную оболочку Земли. Она обеспечивает процессы дыхания, регулирует интенсивность солнечной радиации.

Гидросфера

Все природные воды представляют собой единую экологическую систему. Она находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и верхней части литосферы. Естественные водоемы являются источниками промышленного и бытового водообеспечения, используются в качестве путей сообщения, служат источником энергии и местами массового отдыха.

В результате хозяйственной деятельности гидросфера подвергается загрязнению, засорению, и истощению.

Литосфера.

Часть которая находится над поверхностью Мирового океана ,называется землёй. Одним, из важнейших свойств земли является её плодородие. С плодородием связанно понятие земли как почвы, которая обладает способностью давать жизнь растениям.

1. Существуют следующие уровни организации живой материи:

• Клеточный уровень – структурная организация способная к обмену вещества и энергии, адаптации, самовоспроизведению, поддержке постоянства внутренней среды.
• Организменный уровень (особь, индивид) – это генетически однородные группы живых существ.
• Популяционный уровень – это совокупность особей одного вида населяющих определенное пространство и имеющих общий генетический фонд.
• Экологический уровень – это совокупность организмов разных видов и среды их обитания объединенных обменом вещества и энергии.

В экологической системе выделяют:

• Абиотический компонент (биотоп);
• Биотический компонент (биоценоз).

Биогеноциноз – это основное, структурное звено биосферы представляющая собой совокупность однородных, природных условий однотипного растительного, животного мира и мира микроорганизмов, функционально взаимосвязанных друг с другом на некотором протяжении земляной поверхности.

• Биосферный уровень - это высший уровень организации живой материи.

1. Жизнь любого организма зависит от окружающих его веществ и процессов. Эти условия подразделяются на:

• Абиотические;
• Биотические экологические факторы.

Абиотические факторы подразделяются на:

• Климатические – поступающая от солнца энергия, газовый состав атмосферы, температура, давление, влажность, ветер количество асадков.
• Почвенно-грунтовой фактор – это почвы различной плодородности и вода различной степени прозрачности, кислотности и наличия растворенных газов.

К биотическим относятся совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие. Наиболее распространенными межвидовыми отношениями являются:

• Хищничество;
• Паразитизм;
• Комменсализм – сотрудничество.

Толерантность – это степень устойчивости и выносливости организмов к изменяющимся экологическим факторам.

Тема: Круговорот веществ.

План:

1. Биогеохимические циклы миграции веществ.
2. Большой геологический круговорот.
3. Малый геологический круговорот.
4. Законы экологии.

1 Основу взаимосвязи явления и процессов в природе составляет непрерывная миграция химических элементов атмосферы, гидросферы, литосферы и живой природы. Главную роль в миграции играют живые организмы.

Продуценты (растительный мир) ПБП.

Усваивают и накапливают солнечную энергию и синтезируют первичную биологическую продукцию (углеводы, белки и жиры растительного происхождения) из углекислого газа, воды и минеральных веществ.

Консументы (животный мир) ВБП

Трансформируют растительную массу во вторичную биологическую продукцию (углеводы, жиры, белки животного происхождения).

Редуценты (микроорганизмы)

Осуществляют минерализацию органических веществ с выделением углекислого газа, воды и минеральных веществ.

Таким образом при участие живого вещества осуществляется круговорот химических элементов из неорганической природы через растительные и животные организмы обратно в органическую среду. Этот процесс называется биогеохимическим циклом миграции веществ.

атмосфера

продуценты

редуценты

литосфера

консументы

гидросфера

2 Круговорот веществ между океаном и сушей.

Вода с содержащимися в ней веществами испаряется и воздушными течениями тысячи километров. Выпадая в виде осадков она способствует разрушению горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и вместе с растворенными в ней химическими веществами уходит в водоемы.

За одну минуту с поверхности земли испаряется 1 млн.т. воды на образование 1 грамма водяного пара затрачивается 537 ккал. тепла.

Геологический круговорот выполняет следующие функции:

• Поддержание жизни живых организмов;
• Обеспечивает взаимодействие растений и животных с неживой материей;
• Разрушает литосферу и переносит её по частям на дно морей и океанов.

3 Круговорот соединений углерода.

В круговороте СО₂ атмосферный фонд не велик в сравнение с запасами углерода в океанах и ископаемом топливе. До индустриальной эры, потоки углерода между атмосферой материком и океаном были сбалансированы.

Но за последние 100 лет содержание СО₂ возросло с 0,29% до 0,335% в результате антропогенных поступлений.

Основными источниками этих поступлений являются:

• Сжигание горючих ископаемых;
• Вырубки лесов;
• Развития сельского хозяйства.

Это может привести к повышению температуры воздуха, таяние ледников, подъем уровня моря.

Круговорот соединений азота –это замкнутый цикл который не оказывает прямого влияния на химический состав атмосферы.

Процесс вовлечения атмосферного азота в биологический круговорот (фиксация азота и образования аммиака и нитрита) осуществляется в результате деятельности азотфиксирующий микроорганизмов.

Азот в форме аммиака и нитрита поглощается растениями и используется для синтеза белков.

Обратно в атмосферу азот попадает в результате деятельности денитрифицирующих микроорганизмов.

Естественный круговорот азота характеризуется столь малой скоростью, что сильно подвержен антропогенным воздействиям.

В настоящие время равновесие по азоту в биосфере нарушена, в результате накопления нитратов в природной среде.

4 Законы экологии

Первый закон: все связанно со всем. Существует колоссальная сеть связей в биосфере между живыми организмами и физико-химическим (природным) окружением

Второй закон: все должно куда-то деваться. Ничто не исчезает бесследно, или иное вещество просто перемещается с места на место, переходит из одной молекулярной формы в другую, влияя при этом на жизненные процессы живых организмов.

Действие второго закона одна из главных причин кризиса окружающей среды.

Третий закон: ничто не дается даром. Биосфера представляет собой единое целое. Все, что извлечено из природы, должно быть возмещено.

Четвертый закон: природа «знает» лучше. Этот закон базируется на результатах возникновения и развития жизни на Земле. Закон предупреждает нас о необходимости разумного преобразования природных систем (строительство платин, переброски стока рек, мелиорация и многое другое).

Тема: Население и ресурсы Земли

План:

1. Народонаселение земли.
2. Продовольственная проблема и зеленые революции.
3. Природные ресурсы.

1 На протяжении первых десятков и сотен тысяч лет человечество росло очень медленно, со скоростью приблизительно 0.002% в год.

С появлением земледелия человек начал существенно влиять на структуру экосистем и создавать искусственные антропогенные системы. В эту эпоху рост населения Земли значительно ускорился, и ко времени распада Древнего мира достигало 500 миллионов человек.

Войны, экологические катастрофы, голод, чума в XIV веке привели к резкому сокращению населения. После этого и вплоть до нашего времени скорость роста населения непрерывно возрастало и только в конце XX века несколько снизилось с 2% в 1970 году до 1,7% в 1990-2000 году.

Рост населения определяется двумя основными факторами:

• Рождаемость;
• Смертность.

До середины XIX века рост численности населения земли серьёзно сдерживался двумя факторами:

• Инфекционными заболеваниями, с которыми не умели бороться;
• Периодическими неурожаями, приводившим к голоду.

В современном мире социальные факторы и национальные традиции в наибольшей мере влияют на рост населения.

К этим факторам относится:

• Уровень обеспеченности: рождаемость и смертность ниже в экономически развитых странах, где мала детская смертность, лучше мед. Обслуживание и отсутствует проблема голода;
• Урбанизация и роль детей, как трудовой силы в семье: рождаемость особенно в сельских местностях бедных стран, где широко применяется детский труд, и нет обязательного школьного образования;
• Право женщин на образование и работу и средний возраст их вступления в брак;
• Уровень пенсионного обеспечения: при достаточном его развитии родители не нуждаются в материальной помощи детей;
• Культурные и религиозные традиции: (католическая церковь выступает против применения противозачаточных средств и запрещает аборты).

Чем выше валовой национальный продукт на душу населения, тем ниже рождаемость.

В настоящее время в бедных странах Африки и Азии средняя продолжительность жизни менее50лет, тогда, как во Франции, Испании, Исландии и Японии она составляет 80 и более лет.

Ещё разительнее отличие в уровне детской смертности: от 3 в Финляндии до 200 в беднейших странах Африки.

Наиболее точными показателями для расчетов изменений численности населения являются коэффициенты простого воспроизводства фертильности.

Первый из них указывает, сколько живых детей в среднем должно родиться у каждой женщины, чтобы численность населения была постоянной. Второй показывает реальное среднее число живых детей у женщин детородного возраста.

2 существует два пути развития сельскохозяйственного производства

1. экстенсивный заключается в увлечение площадей занятых под сельхоз культуры
2. интенсивный – заключается в применение минеральных удобрений, орошение, химические средства защиты растений

Первая Зеленя революция

Охватила индустриально развитые страны северной Америке и Европы.

Заключалась: в интенсивном использование минеральных удобрений, ядохимикатов, развития хим. пром. машиностроения и энергетики с 1950-1970

Вторая зеленая революция

С 1960-1990 заключалась: селекционерами были новые сорта риса и пшеницы отличающиеся высокой урожайностью устойчивостью к болезням и коротким периодом созревания. Что позволило получать урожай два три раза в год. Охватило: Китай, Индию, Индонезию, Пакистан, Японию, Мексику, Египет и Аргентину.

Третья зеленая революция

С XX века и продолжается до нашего времени.

Имеет следующие особенности:

1. создание высокоурожайных сортов устойчивых к засухе и болезням.
2. внедрение методов генной инженерии для создания новых сортов сельскохозяйственных культур и высокопродуктивных пород скота.
3. применение вместо химических удобрений биогенных (навоз, компас)
4. применение биологических методов борьбы с вредителями посевов

Тема: Энергетика и охрана окружающей среды.

1. Теплоэнергетика (ТЭС)

на ТЭС используют:

• уголь
• мазут
• сланцы
• газ (природный)

В результате сжигания топлива образуются дымовые газы содержащие оксиды серы, азота, соединение фтора и газообразные продукты неполного сгорания топлива (СО). А так же образуются сточные воды, никель, фенол, нефтепродукты и % стоков на 8-10% выше температуры воды в открытом водоеме.

Решение экологических проблем – сокращение выбросов оксида азота, обеспечивается технологией сжигания топлива, а оксидов серы – различными методами облагораживания топлива.

• Применение методов очистки газовых выбросов.
• Применение очистки сточных вод.
• Применение экологически чистых видов топлива (газ, водород).

2. Атомная энергетика – используют уран 235 и уран 238. Для получения 1 млн. кВт электроэнергии требуется 750 т. угля, 400т. нефти или 250гр. урана.

В результате работы АЭС в атмосферу поступают радиационные ядра, криптона, ксенона и йода и радиационный фон местности повышается на 1 %, а так же образуются твердые и жидкие радиоактивные отходы, которые в свинцовых контейнерах захороняют на определенной глубине в почве или сбрасывают в море.

3. Гидроэнергетика - экологически чистая, но имеет следующие недостатки:

• создание ГЭС связанно с затоплением земельных ресурсов.
• большие амплитуды колебаний уровней на водохранилищах не благоприятно для воспроизводства рыбы.
• плотины преграждают рыбе путь на нерест.
• на водохранилищах развиваются процессы эвтрофирования – обусловленные сбросом в реки сточных вод содержащих биогенные элементы (фосфор, азот, калий)
• создание водохранилищ может вызвать землетрясение даже в айсейсмичных районах.

Тема: Загрязнения окружающей среды.

План:

1. Загрязнение атмосферы.
2. Загрязнения гидросферы
3. Загрязнение почвы.
4. Радиационное загрязнение.
5. Физическое волновое загрязнение.

1 Под атмосферным загрязнением понимается присутствие в воздухе различных газов, паров частички твердых и жидких веществ, которые неблагоприятно влияют на живые организмы. Ухудшают условия их жизни и наносят убытки.

Классификация загрязнений атмосферы:

Относительный вклад отросли промышленности РФ в загрязнении атмосферы:

• Электроэнергетика-28,5%
• Цветная металлургия – 21,6%
• Черная металлургия -15,2%
• Нефтепереработка – 5,1 %
• Машиностроение – 3,6%
• Химическая – 2,7%
• Пищевая – 1,5%

Загрязняющие вещества попадающие в атмосферу вступают в реакции окисления с кислородом воздуха. Скорость окисления не одинаково для разных веществ и зависит от состояния воздуха. В сухом и чистом воздухе окисления протекают в течении 2-4 дней, а во влажном и запыленном воздухе в течение 20-30 минут.

Смог- это характеристика состояния атмосферы, когда видимость понижена, а уровень загрязнений от промышленных выбросов и выхлопных газов автомобилей весьма высок.

Виды смога:

• восстановительный. Представляет собой смесь дыма, сажи, оксидов серы и азота и достигает максимального уровня при t⁰ около 0 и высокой влажности, не благоприятно влияет на бронхи и дыхательные пути.
• Окислительный. Проявляется при t⁰ около 30⁰ С и низкой влажности. Он вызывает раздражение глаз, снижает уровень зрения, нарушает процессы вегетации, разрушает резину.

2. Загрязнение водоемов зависит:

• от степени проточности;
• массы и состава гидрополлютантов;
• температуры и состава воды;
• насыщенность ее органикой;

Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер. Это существенно уменьшило доступные эксплутационные ресурсы пресной воды на планете.

В гидросферу поступает в 15 раз больше, чем в атмосферу.

Различают:

• химическое
• механическое
• термическое
• биологическое загрязнение водоемов.

Основные источники загрязнения водоёмов:

• сточные воды промышленных предприятий (соли тяжелых металлов, фенолы, нефтепродукты, нитриты, сульфаты, хлориды) 35-40 % загрязнения.
• сточные воды коммунального хозяйства городов (синтетические моющие средства, жиры, ПАВ) 50% загрязнения
• поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов (ядохимикаты)
• работа морского и речного транспорта (нефтепродукты)
• атмосферные выпадения загрязнений на поверхность водоема.

Качество воды в большинстве водных не отвечает нормативным требованиям, ежегодно растет число объектов с высоким уровнем загрязнения ( более 10 ПДК) и экстремально высокого загрязнения (100 ПДК)

Санитарные требования к качеству воды в водоеме после смешения со сточными водами:

• содержание растворенного кислорода 4 мг/л.
• биологическая потребность в кислороде – это количество кислорода израсходованное за определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление органических веществ не более 1 шт/л.

3 взвешенные вещества не должны превышать 0,25 мг/л для водоемов первого порядка и 0,75 мг/л для водоемов второго порядка.

Реакция воды должна быть нейтральная.

PH= 6,5

В воде должны отсутствовать плавающие примеси, ядовитые вещества, возбудители заболеваний, запахи и привкусы.

Тема: Загрязнение почвы.

Загрязнения в 90 раз больше чем в атмосфере.

Для человека считаются опасными т.е. токсичные терраполютакты, которые биохимически достаточно подвижны и могут попасть в питьевую воду или растения служащие пищей для человека и сельхоз. животных.

К ним относятся нефтепродукты, соединения тяжелых металлов ядохимикаты, синтетические яды, диоксиды.

Основные источники антропогенного загрязнения земли:

1. твердые и жидкие отходы добывающий перерабатывающей промышленности и транспорта.

В РФ ежегодно образуются 7млр. тонн отходов производства и потребления, из которых в качестве вторичных ресурсов используется 22% и полностью обезвреживаются 3,5 % . Остальные отходы направляются на свалки, отвалы, полигоны. Санкционированные свалки занимают более 200 тыс.га.земли, а не санкционированные занимают 250 тыс. га.земли.

1. Твердые бытовые отходы.

Ежегодно образуются 140 млн. м³ тв. Бытовых отходов из которых перерабатывается – 5%, а 70% вывозится на несанкционированные свалки. Избавиться от отходов можно следующими способами: закопать, сжечь, дампинг.

1. Сельскохозяйственные отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты. Мировая коллекция насчитывает 6 тыс. наименований ядохимикатов их производство составляет 1.2 млн. тонн в год. Ежегодно применение ядохимикатов поражает в мире до двух мил. человек и уносит до 40 тыс. человеческих жизней.

Атмосферные осадки содержащие токсичные вещества и аварийные сбросы загрязняющих веществ.

Радиационные загрязнения.

Научные открытия в ХХ веке привели к появлению искусственных источников радиации и повышению радиационного фона до 11-12 мк. Рn/ч

Естественный радиационный фон обусловлен рассеянной радиоактивностью земной коры, проникающим космическим излучением и потреблением с пищей биогенных радионуклидов и составляет 8-9 мк. Р/ч

Источники радиационного загрязнения:

• Технические источники проникающей радиации (мед. аппаратура, радиационная дефектоскопия, источники сигнальной индикации).
• Извлекаемые из недр минералы, топливо и вода.
• Атомная энергетика.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС в атмосферу поступило 7,5тонн ядерного топлива и количество долгоживущих радиоизотопов .Этот выброс соответствует 500 Хиросимам.

Испытание и применение ядерного оружия. С 1945 по1996 год. США, СССР, Англия, Франция и Китай произвели в надземном производстве более 400 ядерных взрывов. В атмосферу поступило большая масса радионуклидов наиболее опасными из которых являются долгоживущие радиоизотопы.

1. Углерод – 14
2. Цезий – 137
3. Стронций -90
4. Кобальт -60

К 1996 году человечество получило около 15% радиационной дозы, остальную часть оно ещё будет получать 1000 лет.

5 физическое волновое загрязнение. Это загрязнение шумом, вибрацией и электромагнитными излучениями.