Слово «экология»

1.

2.

Слово «экология» происходит от двух греческих слов:
«oicos» - дом и «logos» - наука
Термин «экология» впервые использовал немецкий биолог
Эрнст Геккель в 1866 г. в книге «Всеобщая морфология
организмов»
Объектами экологии являются преимущественно системы
выше уровня организмов (надорганизменные системы)

3.

Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды их
обитания, объединенных в единое функциональное целое (А. Тенсли, 1935)
Популяции (от лат. populus – народ, население) – совокупность особей одного вида,
обладающих необходимыми качествами для поддержания своей численности длительное
время в условиях изменяющейся окружающей среды, способных передавать генетическую
информацию особям своего вида (В. Йогансен, 1903)
Биоценоз (от био… и древнегреч. koinos – общий) - совокупность живых организмов,
населяющих данный участок суши или водоема и характеризующихся определенными
отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (К.
Мёбиус, 1877)
Биогеоценоз (от био… и греч. ge – Земля, koinos – общий)– это система, которую образуют
биоценозы с однородными природными (однотипными) природными условиями,
свойственными определенной территории (биотопу) (В.Н. Сукачев, 1940)

4.

5.

Принцип формирования экосистемы: длительное существование организмов
возможно лишь в рамках экосистем, где их компоненты и элементы дополняют друг
друга и соответственно приспособлены друг другу.
Принцип экологической комплементарности: никакая функциональная часть
экосистемы не может существовать без других функционально дополняющих частей.
Принцип экологической конгруэтности: функционально дополняя друг друга, живые
составляющие экосистемы вырабатывают для этого соответствующие
приспособления, скоординированные с условиями абиотической среды, в значительной
мере преобразуемой теми же организмами.

6.

вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем
взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает
сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные
перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и
динамических качеств систем, где эти изменения происходят.
Следствия из закона внутреннего динамического равновесия:
любое изменение среды приводит к развитию цепных реакций, направленных на
нейтрализацию изменения,
взаимодействие вещественно-энергетических и экологических компонентов, информации и
динамических качеств природных систем количественно нелинейно,
изменения системы относительно необратимы,
любое местное преобразование в глобальном масштабе вызывает реакции, приводящие к
относительной неизменности эколого-экономического потенциала.

7.

Аксиома эмерджентности: целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у отдельных
частей, целое не равно механической сумме элементов.
Закон необходимого разнообразия: система не может состоять из абсолютно одинаковых
элементов.
Закон полноты составляющих: число функциональных составляющих системы и связей
между ними должно быть оптимальным – без недостатка или избытка.
Правило системно-динамической комплементарности: любая саморазвивающаяся
система состоит из двух видов структур, один из которых сохраняет и закрепляет ее строение
и функциональные особенности, а другой способствует видоизменению системы с
образованием новой функционально-морфологической специфики.
Правило основного обмена: любая большая динамическая система в стационарном
состоянии использует приход энергии, вещества и информации, главным образом, для своего
самоподдержания и саморазвития.

8.

Степень достигаемой стабильности экосистемы зависит как от степени воздействия
окружающей среды, так и от эффективности внутренних управляющих механизмов.
Способность к саморегулированию и самоподдержанию экосистемы называется
гомеостазом.
В его основе лежит принцип отрицательной обратной связи, уменьшающей отклонение
системы от состояния равновесия.
Благодаря этому принципу регулируются процессы запасания и высвобождения
питательных веществ, продуцирования и разложения органических соединений.
Относительную стабильность экосистем обеспечивают устойчивый круговорот
веществ и поток энергии.
Способность системы быстро восстанавливать свое состояние после прекращения
внешних воздействий также определяется влиянием отрицательной обратной связи.

9.

Считается, что потепление климата в наибольшей
степени проявится в тундре.
Потепление климата в тундре вызовет таяние
вечной мерзлоты, которая «консервирует»
отмершую растительность.
Таяние мерзлоты приводит к увеличению эмиссии
метана (выделяется из тундровых болотах, где
анаэробных условиях разлагается органика).
Метан – парниковый газ, увеличение его количества
приводит к усилению парникового эффекта и еще
большему таянию вечной мерзлоты.
Положительная обратная связь – это своеобразный
замкнутый круг

10.

Увеличение испарения в низких широтах, в результате более высоких уровней
осадков, может привести к увеличению снегопадов на полярных ледяных шапках
и снижению средней глобальной температуры.
Аналогичным образом, увеличение диоксида углерода в атмосфере приводит к
увеличению роста растений, стимулируя фотосинтез. Увеличение растительной
биомассы и продуктивности уменьшает атмосферные концентрации углекислого
газа.
Отрицательная обратная связь формулируется в принципе Ле Шателье -
Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния
устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при
котором эффект внешнего воздействия ослабляется

11.

Первый принцип термодинамики гласит: любые изменения в изолированной системе
оставляют ее общую энергию постоянной: или при всех макроскопических процесса энергия не
создается и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую.
Применительно к экосистемам это означает
Закон развития системы за счет окружающей ее среды: любая система может развиваться
только за счет использования материально-технических и информационных возможностей
окружающей ее среды.
Второй принцип термодинамики может быть сформулирован 3 способами:
1) Энергетические процессы могут идти самопроизвольно только при условии перехода энергии
из концентрированной формы в рассеянную.
2) Потери энергии в виде недоступного для использования тепла всегда приводит к
невозможности 100% перехода одного вида энергии в другую; результат – невозможно создать
вечный двигатель 2го рода.
Применительно к экосистемам это означает
Закон пирамиды энергий или правило 10% Р. Линдемана: с одного трофического уровня
экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень в среднем около 10%
энергии.

12.

Потери энергии связаны с тем, что:
не вся первичная продукция съедается,
значительная ее часть отмирает,
не вся съеденная биомасса ассимилируется
консументом,
не вся ассимилированная биомасса переходит в
биомассу консумента.
Правило Р. Линдемана накладывает
ограничения на длину пищевой цепи и
численность организмов в ней участвующих.
Ученые подсчитали, что среднее число
трофических уровней для морского
планктонного сообщества может равняться 7,
для сообщества прибрежных вод — 5, степей
— 4, влажных тропических лесов — 3.

13.

3) В замкнутой (изолированной в тепловом и механическом отношении) системе энтропия
(степень упорядоченности) либо остается неизменной (если в системе протекают
обратимые, равновесные процессы) либо возрастает (при неравновесных процессах) и в
состоянии равновесия достигает максимума.
Применительно к экосистемам НЕ РАБОТАЕТ!!!
Отличительной особенностью живых организмов, экосистем и биосферы в целом является
способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е.
состояние низкой энтропии. Экосистемы – открытые неравновесные термодинамические
системы, для которых применяется термодинамика И. Пригожина
Теорема сохранения упорядоченности (теорема И. Пригожина): в открытых системах
энтропия падает до минимальной, но большей 0, величины. При этом вещество в системе
распределено неравномерно.
Закон минимума диссипации энергии: при вероятности развития процесса в некотором
множестве направлений, допускаемых законами термодинамики, реализуется то, которое
обеспечивает минимум рассеивания энергии (минимум роста энтропии).
Закон максимизации энергии и информации: наилучшими шансами на самосохранение
обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и
эффективному использованию энергии и информации.

14.

Теорема (афоризм) Э. Шредингера: упорядоченность организма (особи) выше, чем
окружающей его среды, и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем
получает.
Именно эта теорема лежит в основе определения степени «давления» на среду: для
сохранения биосферы Земли человечество может использовать не более 10 % ее
ресурсов.
ДОПОЛНИТЕЛЬНО:
Теорема Хаосе: организм «питается» положительной энтропией, т.е. энергетическая
ценность пищи выше, чем этот же показатель продуктов диссимиляции. Таким
образом, организм существует до тех пор и поскольку, поскольку имеет
положительный энергетический баланс.
Теорема Бриллуэна: энтропия отходов больше энтропии пищи:

15.

16.

Термин «биосфера» был введен Э. Зюссом в 1875 г.,
учение о биосфере создано В.И. Вернадским в 1926 г.
Биосфера – это оболочка Земли, состав, структура
и энергетика которой определяется совокупной
деятельностью всех живых организмов

17.

Аэробиосфера – нижняя часть
атмосферы до высоты озонового
слоя, 18-24 км
Гидросфера –полностью,
Геобиосфера:
Литобиосфера – верхняя часть
литосферы, 3-4 км,
террабиосфера – природные
комплексы поверхности суши
ВСЕ ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

18.

1. В.И. Вернадский впервые показал, что состояние земной
коры находится всецело под влиянием живых организмов и
определяется живыми организмами.
2. По Вернадскому В.И., биосфера – это сложноорганизованная
и четко функционирующая система; случайного и хаотичного
в природе нет.
3. Биосфера – это создание и Земли, и Космоса.
4. Биосфера – это область превращения солнечной энергии.
5. Главная функция биосферы состоит в поддержании жизни.

19.

Живое вещество – это совокупность всех живых организмов
на Земле.
Живое вещество в биосфере выполняет работу, которая
проявляется в двух формах: химической и механической.
Химическая работа заключается в построении тела и
переваривании пищи.
Механическая работа заключается в
перемещении неживого вещества организмами в процессе их
жизнедеятельности;
перемещении самого живого вещества

20.

Функция
Энергетическая
Концентрационная
Деструктивная
Средообразующая
Краткая характеристика
Трансформация солнечной энергии в энергию
химических связей; передача энергии по
пищевой цепи
Избирательное
накопление
в
ходе
жизнедеятельности
определенных
видов
вещества
Разложение мертвой органики и вовлечение ее в
круговорот веществ
Преобразование физико-химических параметров
среды

21.

22.

Биогеохимический цикл – это обмен веществом и энергией, осуществляющийся между
различными структурными частями биосферы.
Обычно в биосфере выделяют большой (геологический) и малый (биологический)
круговороты.
Особенности большого круговорота:
проявляется на протяжении всей геологической истории Земли,
это ведущий процесс развития биосферы,
проявляется в минеральном, водном и газовом круговоротах,
на него расходуется около половины солнечной энергии, приходящей на Землю.
Особенности малого круговорота:
происходит внутри биологических систем,
почти незамкнут,
проявляется в образовании и разрушении органического вещества,
на него расходуется около 1 % солнечной энергии, приходящей на Землю.

23.

СО2 в атмосфере
Дыхание
растений и
животных
Поглощение
растениями в
процессе
фотосинтеза
Сжигание
лесов
Образование
биомассы
растений и
животных
Разложение
биомассы
Мертвая
органика
Сжигание
топлива
Превращение
органических
остатков
Ископаемое
топливо
Поглощение Мировым
океаном (реакции с
водой и карбонатами)
Выделение
Мировым океаном
Атмосферные
осадки
Вынос в
океан
Извержения
вулканов
Разрушение
горных пород
Выделение из
осадочных пород в
процессе их
разрушения
Карбонатные породы
Перемещение в
глубинные слои
земной коры

24.

Резервуаром углерода является атмосфера, где он находится в форме углекислого газа.
Углерод, как и все прочие вещества, участвует и в большом, и в малом круговоротах, которые тесно
взаимосвязаны между собой.
Расходную часть малого круговорота составляют: поглощение углекислого газа из атмосферы растениями в
процессе фотосинтеза и образование биомассы живых организмов. Часть таким образом связанного
углерода выводится из круговорота в форме топливных и карбонатных полезных ископаемых.
Приходную часть малого круговорота углерода составляют: дыхание, разложение, брожение и горение
биомассы, в т.ч. и использование топлива человеком.
Карбонатные породы, перемещаясь в земной коре, участвуют и в большом круговороте.
Приходная часть большого круговорота углерода: В процессе выветривания и извержения вулканов углерод
снова возвращается в атмосферу. К приходной части большого круговорота кроме этого относится
выделение углекислого газа Мировым океаном.
Мировой океан играет очень важную роль в круговороте углерода, т.к. не только его выделяет в атмосферу,
но и поглощает в результате химических реакций с водой и карбонатами. Часть этого углерода используется
водными растениями на фотосинтез и образование биомассы, здесь также видна очень тесная связь
большого и малого круговоротов.
Расходную часть большого круговорота углерода кроме поглощения Мировым океаном составляют
атмосферные осадки.
Сжигая ископаемое топливо, человек нарушает равновесие в глобальном цикле углерода, так как
возвращает в круговорот «законсервированный» углерод, который является избыточным. Биосфера не
может его «утилизировать».

25.

26.

Среда обитания – это та часть природы, которая окружает живой организм
и с которой он непосредственно взаимодействует.
Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы,
называются экологическими факторами.
Факторы среды многообразны и делятся на абиотические, биотические и
антропогенные.
Абиотические – это все свойства неживой природы, которые прямо или
косвенно влияют на живые существа (температура, свет, радиоактивное
излучение, давление, влажность, солевой состав воды, ветер, течения,
рельеф местности).
Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на
друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе влияние других
существ, вступает с ними в различные связи и сам оказывает на них
воздействие.
Антропогенные факторы – это формы деятельности человека, которые
приводят к изменению природы как среды обитания других видов или
непосредственно сказываются на их жизни.

27.

Для организмов можно установить ряд общих закономерностей, представляющих
адаптивный ответ на влияние внешних, в частности, абиотических факторов среды.
Аксиома адаптированности: каждый вид адаптирован к строго определенной,
специфичной для него совокупности условий существования.
Правило экологической индивидуальности Раменского: каждый вид специфичен
по экологическим возможностям адаптации, двух идентичных видов не существует.
Правило взаимодействия факторов: организм в определенной мере способен
заменить дефицитное вещество или другой действующий фактор жизни
функционально близким веществом или фактором.
Закон незаменимости фундаментальных факторов: полное отсутствие в среде
фундаментальных (физиологических) факторов не может быть заменено другими
факторами.

28.

Жизнь любого организма протекает между некоторым
минимальным и максимальным значением
экологического фактора.
Минимум (максимум) – это значение экологического
фактора, при котором еще возможно существование
организма. За пределами минимума и максимума
существование организма уже невозможно.
Диапазон значений экологического фактора от
минимума до максимума называется пределами
выносливости (толерантности) вида по отношению к
определенному фактору среды.
Экологическая
пластичность
(валентность) — свойство видов
адаптироваться к тому или иному
диапазону факторов среды.
Виды с низкой экологической
пластичностью и узкими пределами
выносливости называются
стенобионтными. Виды с широкими
пределами выносливости называются
эврибионтными.
Интенсивность экологического фактора, наиболее
благоприятная для жизнедеятельности организма,
называется оптимумом.
Условия, при которых жизнедеятельность организма
угнетается, но он еще может существовать, — зона
пессимума.

29.

Фактор, уровень которого приближается к пределам
выносливости организма, называется лимитирующим.
Относительное действие отдельного экологического фактора
тем сильнее, чем больше он находится по сравнению с
другими в минимуме
Иллюстрация закона: бочка Либиха:
воду можно налить только до высоты самой короткой
досточки, длина всех остальных не имеет значения
Поговорка: где тонко, там и рвется

30.

Лимитирующим фактором процветания может быть как минимум,
так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми
определяет величину толерантности (выносливости) организма к
данному фактору
Поговорка: Усё, што занадта, тое не здарова
Современная формулировка – закон толерантности
Приближаясь к своему минимальному (максимальному) значению,
экологический фактор становится лимитирующим, т.е.
ограничивает жизнедеятельность организма