169640 (Комплексный анализ состояния биосферы)

Содержание

1. Вещество биосферы: живое, косное, биогенное, биокосное

2. Типы питания: автотрофы, гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы

3. Наземно-воздушная среда как среда жизни

4. Устойчивость живого организма к загрязнению

5. Экология как научная основа рационального природопользования

6. Экономические аспекты природопользования

6.1 Экономическая оценка природных ресурсов

6.2 Природоохранные затраты

7. Комплексный анализ состояния окружающей среды

Список использованной литературы

1. Вещество биосферы: живое, косное, биогенное, биокосное

Создателем современного учения о биосфере был русский учёный В.И. Вернадский. Он доказал, что за всё геологически обозримое время жизнь на Земле развивалась как взаимосвязанная совокупность организмов, обеспечивающая непрерывный поток элементов в биогенном обмене веществ на поверхности нашей планеты.

Вся совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию. В состав биосферы, кроме живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов), входят биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов − каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество (продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами − почвы, кора выветривания, все природные зоны, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества) и, наконец, косное вещество − совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых, как считается, живые организмы не участвуют (горные породы магматического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

Биосфера − это специфическим образом организованное единство всего живого и минеральных элементов. Взаимодействие между ними проявляется в биогенной миграции атомов, осуществляющейся за счёт энергии солнечного излучения. Происходящий в биосфере круговорот веществ, энергии и особей осуществляется при участии всех населяющих её организмов. Все живые существа являются частью одного целого, гигантской совокупности живых существ, живого покрова Земли.

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, или биологический, который развивается на основе большого и заключается в круговой циркуляции веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными. Оба круговорота взаимосвязанные и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биологический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

2. Типы питания: автотрофы, гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы

Автотрофы − организмы, получающие все нужные им для жизни химические элементы из окружающей косной материи и не нуждающиеся в готовых органических соединениях другого организма для построения собственного тела. Основной источник энергии, используемый автотрофами, − Солнце. Образно говоря, автотрофы являются кормильцами биосферы: они не только питаются сами, но и кормят (своим телом) других. Поэтому их называют продуцентами. Биомасса, создаваемая ими, называется первичной.

Среди автотрофов выделяют фототрофы (используют в качестве источника энергии солнечный свет) и хемотрофы (используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ).

Зеленые растения являются фототрофами. При помощи содержащегося в хлоропластах хлорофилла они осуществляют фотосинтез − преобразование световой энергии в энергию химических связей. Происходит это следующим образом. Фотосинтез состоит из двух фаз − световой и темновой. В световой фазе кванты света − фотоны − взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы переходят на очень короткое время в более богатое энергией, "возбужденное", состояние. Затем избыточная энергия части возбужденных молекул переходит в теплоту или испускается в виде света. Другая ее часть передается ионам водорода, всегда имеющимся в водном растворе вследствие диссоциации воды. Образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с органическими молекулами − переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН^- отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН. Радикалы ОН взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуется вода и молекулярный кислород: 4ОН−>О₂+2Н₂О. таким образом, источником молекулярного О, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в атмосферу является фотолиз - разложение воды под влиянием света. Кроме фотолиза воды энергия света используется в световой фазе для синтеза АТФ и АДФ и фосфата без участия кислорода. Это очень эффективный процесс; в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же растений с участием кислорода. Таким образом накапливается энергия, необходимая для процессов, происходящих в темновой фазе фотосинтеза. В комплексе химических реакций темновой фазы ключевое место занимает связывание СО₂. в этих реакциях участвуют молекулы АТФ, синтезированные во время световой фазы, и атомы Н, образовавшиеся в процессе фотолиза воды и связанны с молекулами - переносчиками: 6СО₂+24Н−>С₆Н₁₂О₆+6Н₂О. Так энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических соединений.

Некоторые бактерии, лишенные хлорофилла, способны к синтезу органических соединений, при этом они используют энергию химических реакций неорганических веществ. Преобразование энергии химических реакций в химическую энергию синтезируемых органических соединений называется хемосинтезом. К группе автотрофов − хемотрофов относят нитрифицирующие бактерии. Некоторые из них используют энергию окисления аммиака в азотистую кислоту, другие − энергию окисления азотистой кислоты в азотную. Известны хемотрофы, извлекающие энергию из окисления двухвалентного железа в трехвалентное или из окисления сероводорода до серной кислоты. Фиксируя атмосферный азот, переводя нерастворимые минералы в форму, пригодную для усвоения растениями, хемотрофные бактерии играют важную роль в круговороте веществ в природе.

Гетеротрофы − это организмы, использующие для своего питания чужие тела (живые или мертвые), то есть готовые органические вещества. Очевидно, что жизнедеятельность гетеротрофов полностью определяется синтетической активностью автотрофов.

Среди гетеротрофов выделяют три группы организмов: убивающие объект питания (хищники); питающиеся за счёт других организмов, но не убивающие их (паразиты, кровососы); питающиеся отмершей органикой.

Гетеротрофы имеют более богатое видовое разнообразие, нежели автотрофы, тем не менее, общая их существенно меньше. Гетеротрофные организмы выполняют в экологических системах роль консументов (к ним относят всех животных, часть микроорганизмов, паразитических и насекомоядных растений) и редуцентов (главным образом грибов и бактерий). Последние в процессе своего питания превращают пищу − органические остатки − в неорганические вещества, возвращая таким образам их в биосферу. Биомассу, которую образуют гетеротрофы, называют вторичной.

Существуют организмы со смешанным типом питания − миксотрофы (сине-зеленые водоросли и растения-паразиты).

3. Наземно-воздушная среда как среда жизни

Наземно-воздушная относится к наиболее сложной как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 100°С), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги. В отдельных случаях, например под пологом леса, недостаток света. Большие колебания температуры во времени и ее значительная изменчивость в пространстве, а также хорошая обеспеченность кислородом явились побудительными мотивами для появления организмов с постоянной температурой тела (гомойотермных). Гомойотермия позволила обитателям суши существенно расширить место обитания (ареалы видов), но это неизбежно связано с повышенными энергетическими тратами. Для организмов наземно-воздушной среды типичны три механизма адаптации к температурному фактору:

− физический,

− химический,

− поведенческий.

Физический осуществляется регулированием теплоотдачи. Факторами ее являются кожные покровы, жировые отложения, испарение воды (потовыделение у животных, транспирация у растений). Этот путь характерен для пойкилотермных и гомойотермных организмов.

Химические адаптации базируются на поддержании определенной температуры тела. Это требует интенсивного обмена веществ. Такие адаптации свойственны гомойотермным и лишь частично пойкилотермным организмам.

Поведенческий путь осуществляется посредством выбора организмами предпочтительных положений (открытые солнцу или затененные места, разного вида укрытия и т. п.). Он свойственен обеим группам организмов, но пойкилотермным в большей степени. Растения приспосабливаются к температурному фактору в основном через физические механизмы (покровы, испарение воды) и лишь частично - поведенческие (повороты пластинок листьев относительно солнечных лучей, использование тепла земли и утепляющей роли снежного покрова).

Адаптации к температуре осуществляются также через размеры и форму тела организмов. Для уменьшения теплоотдачи выгоднее крупные размеры (чем крупнее тело, тем меньше его поверхность на единицу массы, а следовательно, и теплоотдача, и наоборот). По этой причине одни и те же виды, обитающие в более холодных условиях (на севере), как правило, крупнее тех, которые обитают в более теплом климате. Эта закономерность называется правилом Бергмана. Регулирование температуры осуществляется также через выступающие части тела (ушные раковины, конечности, органы обоняния). В холодных районах они, как правило, меньше по размерам, чем в более теплых.

О зависимости теплоотдачи от размеров тела можно судить по количеству кислорода, расходуемого при дыхании на единицу массы различными организмами. Оно тем больше, чем меньше размеры животных.

У наземных обитателей очень разнообразны приспособления, связанные с обеспечением себя водой, особенно в засушливых условиях. У растений это мощная корневая система, водонепроницаемый слой на поверхности листьев и стеблей, способность к регуляции испарения воды через устьица. У животных это также различные особенности строения тела и покровов, но, кроме того, поддержанию водного баланса способствует и соответствующее поведение. Они могут, например, совершать миграции к водопоям или активно избегать особо иссушающих условий. Некоторые животные могут жить всю жизнь вообще на сухом корме, как, например, тушканчики или платяная моль. В этом случае вода, необходимая организму, возникает за счет окисления составных частей пищи.

В жизни наземных организмов большую роль играют многие экологические факторы, например состав воздуха, ветры, рельеф земной поверхности. Особо важны погода и климат. Обитатели наземно-воздушной среды должны быть приспособлены к климату той части Земли, где они живут, и переносить изменчивость погодных условий.

4. Устойчивость живого организма к загрязнению

Организм человека имеет ряд защитных систем, которые противостоят неблагоприятным воздействиям внешней среды, поэтому при различных экопатологиях поражаются в первую очередь.

Первой защитной системой являются кожные покровы, а также слизистые оболочки лёгких и пищеварительного тракта. Через них поступают различные вредные вещества, растворенные в воде или просто находящиеся в атмосферном воздухе. Для территорий с повышенным химическим загрязнением характерны различные типы легочных заболеваний, верхних дыхательных путей, а также разнообразные кожные болезни.

Второй защитной системой организма является печень, обладающая способностью детоксикации вредных веществ (и даже ядов), попавших в организм вместе с пищей. Если печень человека оказывается перегруженной токсическими веществами, то возникают такие тяжелые болезни, как цирроз и онкологические заболевания.

Главной защитной системой, предназначенной для защиты целостности и здоровья организма, является иммунная система тела. Она включает процессы и средства клеточной и гуморальной защиты от бактериальных загрязнений внешней среды и чужеродных белков, т.е. от попавших в организм бактерий и прочих возбудителей заболеваний биологического происхождения. В случае, когда иммунная система испытывает экологический стресс, её работа нарушается.

Заболевания иммунной системы очень характерны для нашего времени. Первая стадия таких заболеваний связана с её гиперчувствительностью, приводящей к различным типам аллергий. Вторая стадия обусловлена иммунодефицитом − истощением иммунной системы, которое ведёт к тому что организм катастрофически теряет сопротивляемость к любым болезням и поражениям. Чувствительность человеческого организма к агрессии окружающей среды зависит также и от его возрастных особенностей.

5 Экология как научная основа рационального природопользования

Для построения гармоничных отношений природы и человечества ему необходимо предварительно решить три важнейшие задачи задачи. Первая состоит в формировании нового типа социального и экономического мышления, которое должно базироваться на новых моральных критериях общественного развития, исключающих чисто утилитарный подход к природе.