 |
Лекция 7. Популяция и ее основные характеристики.
|
|
|
|
Таким образом, экосистема - совокупность организмов и условий сре-ды, в которой они обитают. Экосистемы, различающиеся по типам, всегда состоят из одних и тех же трех обязательных компонентов: продуцентов, консументов, редуцентов. Для биогеценозов характерны определенные свойства: целостность, устойчивость, самовоспроизведение и саморегуля-ция. Под влиянием внутренних или внешних факторов может происхо-дить смена биоценозов - экологическая сукцессия.
Контрольные вопросы:
1. По каким показателям сравнивают между собой разные экосистемы?
2. Существует мнение, что в жизни любого вида преобладает жесткая конкуренция и борьба особей друг с другом. Опровергните или под-твердите его.
3. Что такое биогеоценозы, каковы его показатели?
4. Можно ли считать сообществом все популяции птиц, населяющих лесной массив?
5. Приведите примеры цепей питания, начинающихся с мертвых расти-тельных остатков, с наземных растений и заканчивающихся челове-ком.
6. Что такое «экологическая сукцессия»?
7. Могут ли в настоящее время сохраниться биоценозы, не подвержен-ные никаким антропогенным воздействиям?
49 50
8. Можно ли полностью отказаться от химических мер борьбы с вреди-телями и перейти на биометод?
9. Каковы основные действия человека, направленные на повышение продуктивности природных и искусственных экосистем?
Лекция 7. Популяция и ее основные характеристики.
Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере
|
|
|
- Популяция и ее структура.
- Важнейшие демографические характеристики: общая численность, рож-даемость, смертность, продолжительность жизни, характер роста
- Общие сведения о биосфере.
- В. И. Вернадский о биосфере.
- Глобальные проблемы биосферы
1. Общий курс биологии (ботаника, зоология) дает некоторое представле-ние о большом разнообразии организмов, населяющих нашу планету. Благода-ря ученым-систематикам во всем многообразии растительного и животного ми-ра установлен определенный порядок: растения и животные, имеющие общие признаки, объединены в родственные группы, называемые видами, родами, се-мействами, классами, типами и, наконец, царствами - это царства растений, жи-вотных, бактерий, простейших и грибов.
Число представителей одних видов (например, насекомых, бактерий) во много раз, даже на порядки величин отличается от численности других видов (например, хищных млекопитающих или растений), среди которых встречаются виды, насчитывающие единичные особи, так называемые реликтовые виды).
Но в основном живые организмы существуют не в единственном числе, а группами, занимая определенную территорию. Каждый вид занимает какое-то пространство, которое называется ареалом распространения вида. Разные части ареала отличаются друг от друга по условиям существования. Например, лиси-ца обыкновенная обитает на огромных пространствах Евразии и Северной Америки. Условия обитания лисицы в зоне тундры и пустынях или полупусты-нях будут различными. Кроме того, группировки особей, обитающих в тундре и полупустынях, оказываются полностью изолированными и никогда не скрещи-ваются между собой.
Такие группы особей одного вида с общим генофондом, общей морфо-логией и единым жизненным циклом называют популяцией.
Белки могут заселять леса различного типа: елово-пихтовые насаждения, дубравы и сосновые боры. В этом случае можно говорить о трех экологических популяциях белки: елово-пихтовой, дубравной, сосновой.
|
|
|
Все особи карася, обитающего в одном озере, все березы или все ели в смешанном лесу образуют популяцию. В первобытном обществе все особи че-ловека (Homo sapiens) образовывали племя. Понятие «племя» встречается и в более поздних социальных общностях человека. Например, племена индейцев,
несмотря на большое внешнее сходство, имели разные поведенческие установ-ки. В некоторых из них существовал запрет на браки между членами разных племен. Жившие в Древней Руси племена русичей, вятичей, смолян, древлян различались между собой не только тем, что проживали на разных территориях, но и всем укладом жизни. Такие обособленные группы человека можно назвать популяцией.
Академик С. С. Шварц и его последователи считают, что в природе гра-ницы популяции и ее размеры определяются не столько свойствами террито-рии, заселенной данным видом растений или животных, сколько свойствами самой популяции.
2. Основными характеристиками популяции являются, во-первых, гене-тическое единство популяции, а во-вторых, фенотипическая общность особей. Кроме того, для каждой популяции характерны своя пространственная, половая
и возрастная структуры, динамика численности и другие демографические по-казатели, на которых следует остановиться более подробно.
Пространственная структура популяций. Рациональное использованиересурсов среды популяций достигается упорядоченным размещением особей на занимаемом участке.
Большинство популяций имеет постоянную территорию и временные по-селения. Постоянную территорию называют ядром популяции, а временные по-селения занимают микропопуляции, которые образуются при возрастании чис-ленности популяции в годы, наиболее благоприятные для размножения.
Например, хлопковая моль на полях хлопчатника - это ядро популяции, а на соседних посевах кенафа, канатника, диких мальвовых растениях - времен-ные поселения моли.
В понятие пространственной структуры входит и так называемая соци-альная организация. Для нее свойствен определенный стереотип поведения, она регламентирует использование пространства и пищи.
|
|
|
Различают два типа социальной организации популяций: одиночную (се-мейную) и групповую.
При одиночной (семейной) организации территория принадлежит одной семье (самец, самка и их потомство). Члены семейства могут метить и строго охранять границы этой территории. Такой образ жизни характерен для сидячих водных форм (некоторые иглокожие, а также раки-отшельники, крабы-норники, осьминоги), некоторых бабочек, хищных рыб, одиноких роющих ос, многих грызунов и млекопитающих. У многих животных индивидуальные уча-стки сохраняются в течение всех сезонов и на протяжении всей жизни (сидячие формы, дятлы, ночные пернатые хищники).
Для других животных и растений характерно групповое использование пространства. Такие животные образуют стада, стаи или колонии. Часто таким образом обеспечиваются более благоприятные условия микроклимата: повы-шенная температура сохраняется в муравейниках и поселениях пчел, пингвины образуют «черепаху» во время буранов и т. д. Все особи в группе сообща вы-ступают в борьбе с врагом и вырабатывают специальную систему сигналов
51 52
(свист сусликов, постукивание лап зайцеобразных, тревожные крики птиц), ко-торыми оповещают об опасности всех членов поселения (колонии).
Колониями являются и гнездовья птиц с тесно расположенными гнездами (например, пеликаны, бакланы, чайки, пингвины). В таких поселениях обеспе-чивается не только защита от врагов и микроклимат, но часто и выкармливание потомства (как у морских котиков). У некоторых колониальных организмов в процессе эволюции сформировалась специализация отдельных особей, которую можно наблюдать у пчел (рабочие, самки, трутни), муравьев (рабочие, сторожа, няньки) и т. д. Стаями живут многие насекомые (саранча), рыбы (сельдеобраз-ные, тресковые образуют косяки), млекопитающие (копытные, ластоногие). На период размножения стада или стаи могут распадаться на более мелкие группы
|
|
|
- кланы и прайды.
Половая и возрастная структура популяций. Популяции большинствавидов состоят из особей мужского и женского пола, если это не однодомные растения или партеногенетические животные.
Особям мужского и женского пола свойственны отличия в протекании биохимических и физиологических процессов, и поэтому они по-разному ос-ваивают среду и ее ресурсы, на них в разной степени влияют одни и те же фак-торы среды. Различна роль самцов и самок в обеспечении выживаемости мо-лодняка. На примере млекопитающих можно утверждать, что половая структу-ра популяции изменяется в результате следующих процессов:
1) неравномерного отмирания самцов и самок, разной продолжительно-сти их жизни;
2) неравномерного распределения полов уже при рождении (так, у чело-века, по статистике, на 100 девочек рождается 107 мальчиков, это соотношение выравнивается как 1: 1 к двадцатилетнему возрасту).
Возрастная структура популяции зависит от интенсивности размножения, которая различна у разных видов. Так, слоны достигают половой зрелости в 15-16 лет, у них рождается один детеныш в 2-3 года, но каждая слониха размножа-ется на протяжении нескольких десятков лет. Для сравнения: принадлежащая к этому же подклассу мышь-полевка становится половозрелой через два месяца после рождения и в течение года дает несколько пометов, период ее размноже-ния - максимум два года.
Представитель костистых рыб трехиглая колюшка откладывает лишь не-сколько десятков икринок, а принадлежащая к этому же надотряду луна-рыба - до 300 миллионов икринок. Виды лососевых рыб размножаются также неоди-наково: горбуша - один раз в жизни, а форель - много раз. Легко представить, насколько разной будет структура перечисленных популяций, т. е. число моло-дых, зрелых и старых особей у этих видов.
Таким образом, у каждого вида организмов, образующих популяцию, свой темп полового размножения, число семян или детенышей в потомстве, своя скорость отмирания популяции и средняя продолжительность жизни. Эти характеристики называются демографическими показателями популяции. К
ним относятся также общая численность, плотность расселения и скорость рос-та популяций.
Для ученых-экологов и рачительных хозяйственников важно практиче-ское значение этих характеристик.
Во-первых, при заготовке древесины (уничтожении одной из популяций экосистемы) необходимо знать скорость восстановления леса, чтобы планиро-вать, где, сколько и что можно вырубать.
|
|
|
Во-вторых, в охотоведческих хозяйствах необходимо иметь все сведения
о популяциях пушных зверей: численность, скорость роста, интенсивность раз-множения, т. е. скорость возобновления популяции, для того чтобы спланиро-вать отстрел. Так, установлено, что в популяции кабанов можно отстреливать 30% особей, тогда как в популяции лосей - только 15%, поскольку скорость восстановления популяции кабанов выше.
Эти показатели необходимо учитывать и при добыче некоторых морских животных - котиков, тюленей и т. д.
В-третьих, для медиков очень важно изучение популяций животных, яв-ляющихся возбудителями или переносчиками опасных заболеваний, для того чтобы предотвратить эпидемии, эпизоотии.
Популяция растет, стареет, поддерживает сама себя, ей присущ и опреде-ленный жизненный цикл. Каждая популяция имеет особые характеристики, присущие только ей и не применимые к отдельным организмам.
Рассмотрим некоторые из них. Наилучшим образом популяцию как груп-пу организмов характеризует обилие - определенное число особей на данной площади. Мерой обилия особей какой-либо популяции может быть общая чис-ленность популяции или ее общая биомасса, что более применимо к раститель-ным организмам.
Однако измерить общую численность некоторых популяций на практике бывает довольно трудно: например, численность зайцев на какой-то территории или рыб в водоеме. Применяют метод кольцевания птиц или мечения живот-ных, чтобы проследить за миграциями этих организмов. Для того чтобы иметь приблизительное представление о количестве животных или растений данной группы, ввели такое понятие, как плотность популяции.
Плотность популяции -это число особей(или биомасса), приходящеесяна единицу площади или объема жизненного пространства. Так, например, можно подсчитать число деревьев, растущих на 1 га леса. В водоеме довольно точно можно подсчитать количество клеток одноклеточных водорослей в еди-нице объема (под микроскопом, в камере Горяева) и сделать пересчет их коли-чества на любой объем, в том числе на весь водоем. Зная плотность популяции в тот или иной момент времени, можно судить о росте, размножении, старении популяции.
Рождаемость и смертность. Рождаемость—это способность популя-ции к увеличению численности за счет размножения особей. Показатель рож-даемости — число новых особей (яиц, семян), родившихся в популяции за оп-ределенный промежуток времени.
53 54
Нужно различать максимальную (или абсолютную, физиологическую) и экологическую рождаемость.
Максимальная рождаемость — теоретическое число особей, которое мо-жет появиться на свет, если отсутствуют внешние факторы, сдерживающие процесс размножения. Выражаясь экологическим языком, можно сказать, что отсутствуют ограничивающие факторы по размножению. Максимальная рож-даемость — это плодовитость самок.
Экологическая рождаемость в естественных условиях — это скорость возрастания численности популяции при сложившихся условиях жизни.
Для тех видов, которые мало или вообще не заботятся о потомстве, а функция родителей сводится только к произведению на свет новых особей, ха-рактерна высокая максимальная и низкая экологическая рождаемость. Так, на-пример, взрослая самка трески выметывает миллион икринок (максимальная рождаемость), из которых до взрослого состояния в среднем доживают лишь две особи (экологическая рождаемость).
Смертность — это показатель состояния популяции, противоположный рождаемости. Понятно, что в группе особей, образующих популяцию, происхо-дит не только рождение, но и отмирание старых особей. Для того чтобы попу-ляция не исчезла совсем и не возрастала неограниченно, необходимо опреде-ленное равновесие процессов рождаемости и смертности. Организмы умирают, даже когда условия жизни вполне благоприятны, а влияние внешних факторов не изменяется в худшую сторону. В этих случаях смертность минимальная.
Таким образом, возрастание смертности — это сигнальный показатель на неблагоприятное изменение внешних воздействий (ухудшение условий среды). Каждый организм характеризуется своей индивидуальной продолжительностью жизни (табл. 4).
Таблица 4
Средняя продолжительность жизни некоторых видов растений и животных
| Виды | Продолжительность | Виды | Продолжительность | ||
| организмов | жизни | организмов | жизни | ||
| Мхи | 10 лет | Комары взрослые | 3—4 недели | ||
| Барбарис, | жас- | 50 лет | Личинки стрекоз | около 1 года | |
| мин | Мухи взрослые | 19-112 дней | |||
| Розы | 50—400 лет | Омары | до 50 лет | ||
| Клен | обыкно- | 500 лет | Жабы | до 50 лет | |
| венный | |||||
| Ели и сосны | 1000—1200 лет | Крокодилы | более 40 лет | ||
| Ливанский | кедр, | 2500—6000 лет | Ласточки | 60 лет | |
| тис, кипарисы | |||||
| Поденки | 2—3 дня | Гуси | 9 лет | ||
| Майские жуки: | Вороны | 60-80 лет | |||
| взрослые | 1 месяц | Гориллы | 70—120 лет | ||
| личинки | 3—5 лет | Слоны | 50-100 лет | ||
Кривые выживания, характерные для муфлона или чибиса напоминают кривую II. Известно, что масса птенцов чибиса гибнет, еще находясь в гнезде.
У чибиса это связано с тем, что он гнездится на лугах и полях, где гнезда разо-ряют вороны, и птенцы гибнут во время сельскохозяйственных работ. Взрослые птицы погибают значительно реже, а в старом возрасте вероятность смерти вновь возрастает. Сходные предположения можно сделать и в отношении муф-лона. На самом деле этот тип кривой выживания — самый распространенный в природе. Даже у слона и человека эти кривые в действительности имеют не-большой, быстро убывающий участок в левой части графика, который соответ-ствует повышенной смертности особей самых ранних возрастов.
Динамика популяций. В процессе жизни внутри каждой популяции про-исходят изменения, связанные с рождением новых, старением взрослых, отми-ранием старых особей, т. е. в ходе эволюции популяции живых организмов об-ретают новые свойства.
Некоторые приобретают способность существовать в суровых, но ста-бильных условиях: в пустынях (популяции саксаула, тамариска), в полупусты-нях, в зоне тундры (некоторые виды мхов, карликовые деревья). Такие популя-ции не приспособлены к резко меняющимся условиям и факторам среды, осо-бенно антропогенного характера, они очень чувствительны к возрастающим воздействиям человека, легкоуязвимы и трудно поддаются восстановлению. Случайные разливы нефти или накопление других токсических веществ в при-брежной тундровой зоне северных морей могут нанести таким популяциям не-поправимый вред и привести к их уничтожению.
Другие организмы, в основном жители умеренных зон, особенно популя-ции животных (большинство насекомых) и однолетних растений (некоторые травы), способны выдерживать значительные нарушения условий жизни. Их численность может колебаться в очень широких пределах. Максимальная чис-ленность в благоприятные годы и минимальная в неблагоприятные может раз-личаться в десятки, сотни и даже тысячи раз.
Рост популяций. Характер увеличения численности популяции можетбыть различным. Выделяют два типа роста популяций. Их различия видны на рис. 7, отображающем возрастание популяции во временном интервале. Кривые имеют J- и S-образный вид.
| Число особей |
Время
Рис. 7. Типы роста популяций
55 56
Параболообразной (J-образной) кривой А (первый тип) описывается темп роста популяции, когда ее плотность увеличивается с возрастающей скоростью до тех пор, пока не начнет действовать фактор, ограничивающий рост (напри-мер, будут полностью использованы ресурсы питания или воздуха в замкнутом водоеме и т. п. ).
Кривая В (S-образная) описывает события, когда рост популяции вначале увеличивается медленно, затем стремительно растет, но под влиянием сопро-тивления среды постепенно замедляется, и наступает равновесие, или стацио-нарное состояние, когда число особей не увеличивается.
Второй тип кривой (кривая В) типичен для роста бактерий и водорослей. Первый участок S-образной кривой называется фазой замедленного роста (лаг-фазой), которая заменяется фазой активного роста — (логарифмической фазой), и, наконец, число бактерий в единице объема культуральной жидкости больше не увеличивается — кривая выходит на «плато». Ход и растянутость этой кри-вой по времени для каждого вида бактерий свои, и они служат важнейшей ха-рактеристикой чистой культуры бактерий и водорослей любого вида.
Колебания численности популяций. Популяция завершила свой рост, итеперь ее численность слабо отклоняется от некоторой более или менее посто-янной величины. Эти небольшие колебания численности связаны с сезонными или годовыми изменениями температуры, влажности, количества пищи.
Примеры сезонных колебаний численности популяций: летние полчища комаров (осенью их нет), цветы-первоцветы зацветают раньше всех весной и в начале лета, к осени они отмирают.
По изменению численности некоторых видов растений или животных можно судить об экологической ситуации в данном регионе. Такие организмы называют биоиндикаторами, а процесс наблюдения за ними - биологическим мониторингом.
Примером циклических колебаний численности могут служить циклы трех- и четырехлетней периодичности северных мышевидных грызунов (мы-шей, полевок, леммингов) и хищников (полярной совы, песцов).
Известны случаи взрывного возрастания численности леммингов в Евро-пе, когда плотность их достигала такой величины, что они вынуждены были мигрировать; их полчища двигались в сторону моря, достигнув которого мно-гие из них гибли. Это пример J-образного возрастания численности популяции, а море в данном случае ограничивающий фактор.
Еще одним примером колебания численности могут служить сведения о нашествиях саранчи на посевы. В норме саранча живет в привычных для нее местах обитания. Но бывают годы, когда плотность популяций саранчи дости-гает чудовищных размеров. Из-за большой скученности идет возрастание чис-ленности особей, у которых развились более длинные крылья, позволяющие перелетать в соседние земледельческие районы и там тоже уничтожать все по-севы.
Здесь мы имеем пример возрастания численности также по J-образному (параболическому) типу, и каждый такой случай сопровождается миграцией,
т. е. переселением в другие места обитания (саранча, например, перелетает на 1200 км и более из Африки в Англию).
Пики численности насекомых - бабочек сосновой пяденицы и листвен-ничной листовертки, которые повторяются через 4-10 лет, сопровождаются ко-лебаниями численности птиц, питающихся этими насекомыми, и соответст-вующей динамикой биомассы деревьев. Деревья с наибольшей биомассой, бо-лее чувствительные к насекомым, подвергаются их нашествию и в значитель-ной степени уничтожаются. Отмершие остатки древесины разлагаются и обо-гащают почву питательными веществами, поэтому начинают развиваться мо-лодые деревья, которые менее чувствительны к насекомым. Кроме того, росту молодых деревьев способствует увеличение освещенности из-за гибели боль-ших деревьев с пушистой кроной. В это же время численность насекомых уменьшается за счет уничтожения их птицами, подрастают молодые деревья (на самом деле процесс длится несколько лет), крона их максимальна, - и все начинается сначала. Таким образом, насекомые-листовертки как бы омолажи-вают экосистему хвойного леса.
Но в ряде случаев причины, вызывающие колебания численности попу-ляций, заключаются в них самих. Так, в условиях перенаселения у некоторых млекопитающих происходят резкие изменения физиологического состояния, которые затрагивают нейроэндокринную систему. Это отражается на поведе-нии животных, изменяется их устойчивость к стрессам, заболеваниям разного рода, возрастает смертность. Например, зайцы-беляки часто погибают от «шо-ковой болезни» в периоды пиков численности.
Такие механизмы, как внутренние регуляторы численности, настроены на некоторые пороговые значения. Но нужно помнить, что регуляторные меха-низмы — это не только экстренные стабилизаторы численности популяций. Се-зонные колебания численности иногда обеспечиваются действием этих же ме-ханизмов.
Таким образом, видовые популяции — основные функциональные еди-ницы живой природы.
Процессы изменения популяций во времени, называемые популяционной динамикой, — результат действия множества факторов окружающей среды, а также внутренних механизмов популяционной регуляции.
3. Самой большой экосистемой является биосфера Земли - оболочка пла-неты, заселенная живыми организмами. Сведения о толщине биосферы различ-ны. Но одно сравнение верно, что биосфера по сравнению с диаметром Земли подобна кожице на большом яблоке.
Над поверхностью моря (или суши) живые организмы распространены примерно на высоте до 6 км, в толщу суши они опускаются на 15 км и на 11 км
в глубь океана; следовательно, общая толщина биосферы составляет около
20 км (рис. 8).
Биосфера включает литосферу, в том числе почву, гидросферу (реки, озе-ра, моря, океаны) и тропосферу (нижняя часть атмосферы). Но жизнь в этих слоях биосферы распределена неравномерно; основная масса живого вещества
57 58
сосредоточена в поверхностном слое суши (50-100 м) - это высота лесного по-лога, а в океане - поверхностные слои воды (10-20 м). В этих слоях сконцентри-ровано больше 90% биомассы растений и животных.
Вся совокупность живых организмов планеты составляет биомассу Зем-ли. Она равна 2423х109 т сухой массы, из которой 97% составляют растения, а 3% - животные и микроорганизмы. Плотность жизни неодинакова в различных средах и на поверхности Земли. Хотя 71% всей поверхности земного шара по-крыт водой, основная биомасса сосредоточена на суше - 99, 8%.
Рис. 8. Границы биосферы
Биосфера - многокомпонентная система, состоящая из отдельных струк-тур. Эта система считается открытой, так как получает энергию Солнца извне. Структурным звеном биосферы являются биогеоценозы.
4. Учение о биосфере как особой оболочке Земли создал русский ученый В. И. Вернадский. В. И. Вернадский еще в молодости заинтересовался вопросом
о влиянии организмов живой природы на ее мертвую, или, как он называл позднее, «косную» материю. Свою статью по почвоведению, написанную им в 1884 году в бытность студентом и участником почвенных экспедиций В. В. До-
кучаева, он посвятил описанию влияния сурков, сусликов и других землерою-щих животных на мощность, строение и состав почвенного покрова.
До середины 30-х годов В. И. Вернадский считал все компоненты биосфе-ры, в частности количество живого вещества в ней, постоянными на протяже-нии всей геологической истории Земли. Деятельность человека он рассматри-вал как чуждую биосфере, наложенную на нее извне. Однако с середины 30-х годов В. И. Вернадский пересмотрел эту точку зрения, признал качественную и количественную эволюцию биосферы и стал намечать основные этапы такой эволюции. С этого времени он и вмешательство человека в дела природы стал рассматривать как исторически обусловленный, качественно новый этап разви-тия биосферы. При этом он был уверен, что расхищение природных ресурсов, характерное для ранних стадий развития капиталистического общества, явле-ние временное, связанное с недостатком знаний и низким культурным уровнем населения. В. И. Вернадский считал, что при разумном отношении к антропо-генному преобразованию природной среды суммарные ресурсы биосферы мо-гут возрастать быстрее, чем возрастает численность человечества, и что такая разумно преобразованная биосфера сможет удовлетворить материальные и ду-ховные потребности человечества.
Термин «ноосфера» не принадлежит В. И. Вернадскому (его предложил французский математик и философ Э. Леруа в 1927 году, после того как им был прослушан курс лекций В. И. Вернадского по геохимии в Сорбонне). Ноос - древнегреческое название человеческого разума. Следовательно, ноосфера - это сфера человеческого разума. В дальнейшем употребление термина «ноосфера» связано с именем В. И. Вернадского.
Все вещество В. И. Вернадский поделил на группы: живое вещество - все живые организмы, населяющие нашу планету;
косное вещество - неживые тела, образованные без участия живых орга-низмов;
биогенное вещество - тела, образованные при участии живых организмов; биокосное вещество - особое природное тело - почва.
Функции живого вещества:
1. Газовая - поглощает и выделяет газы в процессе дыхания и фотосинте-
за.
2. Окислительно-восстановительная - выражается в химических превра-щениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. В процессе расщепления преобладают окислительные реакции
и выделяется энергия.
3. Концентрационная - это биогенная миграция атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах, а затем, после их отмирания, переходят вновь в неживую природу. Следствием является накопление полезных иско-паемых в определенных местах земной коры (известняк, торф, каменный уголь, нефть).
4. Геохимическая - создает и поддерживает компоненты биосферы.
59 60
В. И. Вернадский доказал, что за 4 млрд. лет существования на планете Земля живые организмы вызвали огромные преобразования, полностью изме-нив облик нашей планеты: сделали ее зеленой, создали огромные запасы топ-лива — нефти, каменного угля, торфа; в морях образовали коралловые рифы и целые острова; создали голубую пелену нашей планеты, т. е. слой воздуха, в ко-тором велика доля кислорода.
Под влиянием и при участии жизнедеятельности организмов в биосфере происходит круговорот воды, кислорода, углерода, азота и других веществ. Та-кой обмен элементами различных слоев биосферы обеспечивает возможность жизни в ней живых существ.
Живые организмы способны накапливать многие элементы и сложные вещества, повышая их концентрацию в тысячи раз.
Если вмешательство человека в биосферу незначительно, то сохраняется природное равновесие экосистем. Однако усиливающееся влияние человека на природу (вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание большого количества топлива, содержащего углерод, уменьшение испарения с поверхности океана из-за пленки нефти, которая покрывает все большие площади океана, и т. д. ) приводит к нарушению равновесия и глобаль-ному ухудшению состояния биосферы.
5. Глобальные проблемы биосферы.
Первая проблема - угроза парникового эффекта, о котором мы уже гово-
рили.
Вторая проблема - разрушение озонового слоя, расположенного на высо-те 15-50 км от земной поверхности и защищающего живые организмы от губи-тельного действия коротковолновых ультрафиолетовых лучей (УФЛ). Умень-шение озонового слоя на 1% влечет за собой увеличение ультрафиолетового излучения (УФИ) на 1, 5%. Полное исчезновение озонового слоя означало бы гибель живых организмов на Земле. Даже его утончение приводит к росту ра-ковых заболеваний, гибели многих организмов, к изменению генетического ко-да и, как следствие, к увеличению числа мутаций. Кроме этого, утончение озо-нового слоя приведет к увеличению нагрева Земли, усилению ветров, наступ-лению пустынь. Озоновый слой разрушается в результате попадания в него ле-тучих хлор- и фторорганических соединений, которые распадаются под дейст-вием солнечного света. Каждый атом хлора или фтора, попавший в озоновый слой, может разрушить до 100 000 молекул озона. Источники таких хлор- и фторорганических соединений - различные растворители, фреон холодильни-ков и аэрозольных баллонов. Накопление различных аэрозолей в атмосфере очень вредит озоновому экрану. Поэтому во всем мире идет поиск заменителей этих опасных веществ. Запуски ракет также представляют опасность для цело-стности озонового слоя.
Третья важнейшая проблема биосферы - это аридизация (или опустыни-вание) суши. Опустынивание - это процесс крайней деградации земель, веду-щий к тому, что они становятся похожими на пустыню. Происходит это в ре-зультате снижения уровня грунтовых вод и эрозии (разрушения) почвы.
Вообще опустынивание - это взаимодействие засухи и хозяйственной деятельности человека. Многие государства Древнего мира — Малой Азии, Месопотамии, а также Рим, Греция потеряли свое могущество, а иные (Хорезм, страны Сирии, Северной Африки) и совсем исчезли в результате хищнического отношения к почве. Истощение почв превращает страну в пустыню. Так, земли
в районе Оклахомы превратились в «пыльную чашу». Другой пример - описа-ние вида, открывающегося с Великой китайской стены: «Вся долина, бывшая некогда прекрасными фермерскими угодьями, превратилась в пустыню из пес-ка и гравия, то влажную, то сухую, но всегда бесплодную. Ее единственный урожай сейчас - это пыль, подхватываемая сильными зимними ветрами».
Рассмотрим причины опустынивания.
Перевыпас - увеличение поголовья скота, бесконтрольный выпас которо-го приводит к вытаптыванию пастбищ.
Упрощение экосистем - выжигание кустарников для лучшего роста тра-вы, уничтожение травы животными, не оставляющими ее перегнивать в почве.
Сельское хозяйство - интенсивное земледелие, не оставляющее поля под пар, вынос химических элементов с урожаем.
Заготовка древесины - непланомерная вырубка лесов.
Засоление - в результате орошения происходит испарение воды, а соль остается.
Перерасход грунтовых вод - грунтовые воды расходуются быстрее, чем возобновляются.
Четвертая проблема - истощение природных ресурсов. В древние времена человек добывал 19 элементов Периодической системы Д. М. Менделеева, к на-чалу XVIII века - 25, в XIX веке - до 50, а в настоящее время в производство во-влечено около 100 элементов. Количество ежегодно добываемых полезных ис-копаемых превышает 100 млрд. т, и темпы добычи растут. По разным оценкам, невозобновимые природные ресурсы истощатся через 50-100 лет.
Проблема исчерпаемости природных ресурсов приобретает все большую актуальность. Это связано с осознанием их ограниченности и со все более уве-личивающимся потреблением. Особый интерес представляет скорость исполь-зования различных видов топлива (каменный уголь, нефть, газ), поскольку с их использованием связаны проблемы загрязнения атмосферы и соответственно - парниковый эффект, кислотные дожди и другие явления.
|
|
|
