Лекция 4

План

ПРИКЛАД

ВИД ПРАВОЇ ЧАСТИНИ 3

Розв’язати рівняння

ПРИКЛАД

ВИД ПРАВОЇ ЧАСТИНИ 2

Розв’язати рівняння

ПРИКЛАД 2

Розв’язати рівняння

Підставляємо похідні в рівняння

ПРИКЛАД 1

Лінійні диференціальні рівняння 2-го порядку з постійними коефіцієнтами та спеціальною правою частиною

Приклади

ПРИКЛАДИ

Корені комплексні

Корені кратні

Характеристичне рівняння

1. Корені дійсні:

Види правої частини:

1. Атмосфера. Її склад, екологічні функції.

2. Гідросфера. Її склад, екологічні функції.

3. Літосфера. Її склад, екологічні функції.

4. Біосфера.

Література:

1. Корсак К.В., Плахотнік О.В. Основи екології. - К.: МАУП, 2004.
2. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С. Основи екологічних знань: Підручник.-К.:Либідь, 1997.-288 с.
3. Бойчук Ю.Д., Шульга М.В. та ін. Основи екології та екологічного права: Навчальний посібник.– Суми: Університетська книга, 2004. –352с.
4. Джигирей В.С., Сторожук В.М., Яцюк Р.А. Основи екології та охорона навколишнього природного середовища (Екологія та охорона природи). Львів: Афіша, 2000.-272 с.
5. Запольський А.К., Салюк А.І. Основи екології. – К.: Вища школа, 2004. – 382с.: іл.
6. Злобін. Основи екології. – Львів: Афіша, 1999.-256 с.

Довкілля - це дуже складна, багатофункціональна, споконвічно збалансована система, яка живе й постійно самовідновлюється завдяки своїм особливим законам обміну речовин і енергії.

Основні складові природного середовища тісно пов'язані між собою, залежать одне від одного й чутливо реагують на будь-які зміни.

Природне середовище Землі - це сфера постійних взаємодій і взаємопроникнення елементів і процесів основних складових географічної оболонки під впливом екзогенних та ендогенних факторів і діяльності людини.

Що це за складові? (атмосфера, літосфера, гідросфера й біосфера)

Кожна зі складових має свої елементи, структуру та особливості. Три з них утворені неживими речовинами і є ареалом функціонування живої речовини - біоти - головного компонента четвертої складової (біосфери).

1. Атмосфера – зовнішня газова оболонка Землі. Сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 3000 км.

Маса сучасної атмосфери становить близько однієї мільйонної маси усієї Землі (5,15-10,15 т). З висотою різко зменшуються щільність і тиск атмосфери, а температура змінюється нерівномірно і складно.

Атмосфера, яка є нині на Землі, не завжди мала сучасний склад. Первісна атмосфера Землі, як свідчать геологічні відомості, кардинально відрізнялася від теперішньої. (До речі, радіоізотопним методом незаперечно доводиться, що життя існує на Землі близько 4 млрд. років.) Вона була схожа на атмосфери деяких інших планет Сонячної системи наприклад Венери) й складалася майже повністю з вуглекислого газу з домішками метану, аміаку тощо.

Нинішня (останні 50 млн. років) оксигенно-гідрогенна атмосфера Землі є продуктом біосфери. Життя, що існує на нашій планеті, за мільярди років переробило первісну атмосферу. Сучасна атмосфера складається з таких основних компонентів:

· нітроген (78,084%),

· оксиген (20,946%), аргон (0,934%);

· оксид карбону II (0,027%);

· малі домішки - гідроген, неон, гелій, метан, криптон тощо (в сумі близько 0,009%).

· пари води, вміст яких коливається від 0,2 (в полярних широтах) до 3% (поблизу екватора);

· аерозолі, тобто завислі в повітрі надзвичайно дрібні тверді й рідкі частки різних речовин, вміст яких сильно змінюється.

Атмосфера Землі складається з таких шарів (знизу вгору):

· тропосфера (до висоти 18 км на екваторі, а на полюсах – 8 км);

· стратосфера (до 50км);

· мезосфера (до 80км, характеризується зниженням tº до -75º -90ºС);

· термосфера (до 1 000) –має здатність відбивати радіохвилі – радіозв’язок, ще називається Іоносфера, tº зростає до +1000ºС;

· екзосфера (1 900);

· геокорона (20 000 км)– поступово переходить у міжпланетний вакуум.

Основна маса повітря (90%) зосереджена в нижньому шарі, тропосфері.

Надзвичайно велике значення для біосфери має ще озоносфера - шар атмосфери (стратосфери), збагачений озоном. Озоновий шар міститься на висотах 20—50 км і є щитом, що захищає все живе на Землі від згубної дії жорстокого ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Основні складові частини атмосфери — нітроген, оксиген і оксид карбону - відіграють дуже важливу роль у біосфері.

За мільйони років існування біосфери склалися певні кругообіги цих газів. Так, цикл кругообігу нітрогену становить кілька тисяч років, а оксиду карбону - всього чотири роки. За ці відрізки часу згадані гази зазнають перетворень, надходячи в і тканини рослин і тварин, до складу різних мінералів, щоб потім знову повернутися в атмосферу.

Нітроген:

· основна складова частина атмосфери;

· обов'язковий компонент білків, де його міститься 15-19%;

· основна маса атмосферного нітрогену знаходиться в малоактивній молекулярній формі – N2;

· деякі організми навчилися зв'язувати в хімічні сполуки N2, (азотфіксуючі бактерії, що живуть в особливих бульбочках на коренях бобових рослин);

· рослини споживають сполуки нітрогену, переважно нітрати й сполуки амонію. Вони утворюються з оксидів нітрогену, що виникають у атмосфері за рахунок грозових розрядів і дії ультрафіолетового випромінювання Сонця. Деяка кількість сполук нітрогену надходить у атмосферу також у складі вулканічних газів;

· антропогенна діяльність призводить до значних змін у балансі сполук нітрогену.

Оксиген:

· активний окислювач, бере участь у хімічних реакціях у біосфері, гідросфері та літосфері;

· основне джерело кисню, яким ми дихаємо й яким, сподіваємося, дихатимуть наші нащадки, це — фотосинтез зелених рослин. Саме в процесі фотосинтезу в спеціалізованих функціональних структурах рослин за участю зеленого пігменту – хлорофілу відбуваються складні процеси фотохімічного розкладання молекули води, в результаті чого один з найважливіших хімічних окисників — оксиген у вигляді 0₂ виділяється в навколишнє середовище;

· підраховано, що близько 80% усього оксигену в атмосферу постачає морський фітопланктон — мікроскопічні водорості, що живуть у верхніх шарах океану, 20% оксигену виробляє наземна рослинність, переважно тропічні ліси;

· людство створило величезну кількість споживачів оксигену й не створило жодного його виробника.

Оксид карбону II (вуглекислий газ):

· активна складова атмосфери, яка є обов'язковим компонентом фотосинтезу рослин;

· утворюється під час спалювання органічних речовин, гниття, виділяється з вулканічними газами.

Екологічні функції атмосфери:

· захищає всі живі організми Землі від згубного впливу космічних випромінювань і ударів метеоритів;

· регулює сезонні і добові коливання температури;

· є носієм тепла і вологи;

· через неї відбуваються фотосинтез і обмін енергії – головні процеси у біосфері;

· впливає на характер і динаміку всіх екзогенних процесів, що відбуваються в літосфері;

· містить оксиген, необхідний для дихання.

2. Гідросфера — це водна оболонка нашої планети, сукупність океанів, морів, вод континентів, льодовикових покривів.

· Загальний об'єм природних вод становить близько 1,39 млрд. мЗ.

· Води вкривають 71% поверхні планети (361 млн. км2).

· Запаси води на Землі величезні (становлять 0,023 % усієї маси Землі), проте абсолютна більшість цієї колосальної маси – це гіркувато-солона морська вода, прісної води на планеті усього 2% її загальної кількості.

· Основна кількість (75%) прісної води зосереджена в льодових щитах Антарктиди й Гренландії, гірських льодовиках, айсбергах, у зоні вічної мерзлоти.

· Із всієї кількості прісної води лише 0,61% перебуває в рідкому стані (річки, прісноводні озера, частина підземних вод). Саме ця вода відіграє в природі провідну роль й використовується людством для своїх численних потреб.

· Слід зазначити, що 20 % усієї прісної рідкої води Землі зосереджено в такому унікальному водному басейні, яким є сибірське озеро Байкал. Та найбільші запаси води на Землі зосереджені в її надрах у зв'язаному вигляді (в складі мінералів).

· За даними В.Вернадського, в земній корі в зв'язаному стані міститься щонайменше 1,3млрд. кмЗ води, тобто приблизно стільки ж, як у Світовому океані.

· Основним джерелом водопостачання для людства є річковий стік. На першому місці – Бразилія (Амазонка, 9900 млрд. мЗ). Україна – в середньому 85,1 млрд. м3 (без Дунаю), а в маловодні роки зменшується до 48,8 млрд. м3. По території України цей стік розподілений нерівномірно: 70 % припадає на Південно-Західний район (45% території), де мешкає лише 40 % населення.

Екологічні функції гідросфери:

· є найважливішою мінеральною сировиною, головним природним ресурсом споживання (людство використовує її в тисячу разів більше, ніж вугілля і нафти разом);

· є основним механізмом здійснення взаємозв'язків усіх процесів у екосистемах (обмін речовин, тепла, ріст біомаси);

· є головним агентом-переносником глобальних біоенергетичних екологічних циклів (підраховано, що приблизно за 2 млн. років вся вода на планеті проходить крізь живі організми. Середня тривалість загального циклу обміну води, залученої у біологічний кругообіг, становить 300-400 років);

· є основною складовою частиною всіх живих організмів;

· є середовищем життя для багатьох організмів;

· виконує велику роль у формуванні поверхні Землі, її ландшафтів, переносі хімічних речовин вглиб планети і на поверхні;

· водяна пара в атмосфері виконує функцію потужного фільтра сонячної радіації, а на землі - нейтралізатора екстремальних температур, регулятора клімату.

3. Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, включає всю земну кору з частиною верхньої мантії Землі й складається з осадочних, вивержених і метаморфічних порід.

· нижня межа літосфери нечітка й визначається різким зменшенням в'язкості порід, зміною швидкості поширення сейсмічних хвиль і збільшенням електропровідності порід;

· товщина літосфери на континентах і під океанами різниться: 25 — 200 і 5—100 км (відповідно).

· геологічна будова Землі:

ü третя за віддаленістю від Сонця планета;

ü радіус 6370 км, середню густину – 5,5 г/смЗ;

ü складається з трьох оболонок — кори, мантії та ядра;

ü земна кора — тонка верхня оболонка Землі, яка має товщину на континентах 40–80 км., а під океанами — 5—10 км і становить всього близько 1% маси Землі;

ü вісім елементів — оксиген, сіліцій, гідроген, алюміній, ферум, магній, кальцій, натрій - утворюють 99,5% земної кори;

ü ядро – в основному із заліза, тому земля має магнітні властивості, великий диполь;

ü tº на поверхні від +100ºС в пустелях до -75º -80ºС в Антарктиці. З глибиною tº стабілізується, і на певній глибині є пояс сталої tº, що дорівнює середньорічній tº даної місцевості. Ще глибше – під впливом внутрішнього тепла землі tº зростає на 1ºС на кожні 33 м.

Екологічне значення літосфери:

· літосфера є середовищем усіх мінеральних ресурсів;

· один з основних об'єктів антропогенної діяльності, через значні зміни якого розвивається глобальна екологічна криза;

· у верхній частині континентальної земної кори розвинені ґрунти, значення яких для людини важко переоцінити.

Ґрунт — материнська порода, оброблена сумісною дією абіотичних (води, повітря, сонця) і біотичних (живі організми) факторів яка здатна давати урожай рослин.

Ґрунт є найважливішим природним ресурсом планети. Залежно від кліматичних і геолого-географічних умов ґрунти мають товщину від 15-25 см до 2-3 м.

В екології ґрунтовий покрив розглядається як особлива підсистема біосфери - педосфера.

Центральним фактором ґрунтоутворення є живі організми. Саме вони в сукупній дії з іншими факторами утворюють зовсім нове біокосне природне тіло - ґрунт.

Функції ґрунту:

· забезпечує рослини поживними речовинами та водою;

· трансформують всі інші кліматичні фактори. Ґрунт може підсилювати дію окремих абіотичних факторів, видозмінювати цю дію, а то й взагалі гасити її. Так, наприклад, чорноземи України здатні знижувати вплив атмосферної посухи за рахунок великої водоутримуючої здатності гумусу.

· нейтралізуюча роль ґрунту – здатність ґрунтів руйнувати біологічно шкідливі токсичні речовини;

· консервуюча роль ґрунтів – у ґрунті протягом багатьох десятків, а то й сотень років добре зберігає свою життєздатність насіння;

· Ґрунт є оптимальним середовищем життя багатьох груп тварин (комах).

4. Біосфера

Однією з найголовніших рис нашої планети є наявність життя. Цим вона відрізняється від усіх своїх сусідок по Сонячній системі.

На думку спеціалістів, та єдина форма життя, яка є на Землі (білково-нуклеїнова), існує завдяки поєднанню кількох сприятливих астрономічних факторів:

· сталість світності нашої зірки (Сонця) (39-10² Мвт), що істотно не змінювалася протягом 4,5 млрд. років;

· велика маса Землі (6-10²¹ т), достатня для того, щоб утримати навколо себе досить щільну атмосферу;

· велика кількість води на Землі;

· орбіта Землі. Якби відстань від Сонця була на 5% меншою або на 1 % більшою, життя на планеті було б неможливе - у першому випадку на Землі було б надто жарко, в другому надто холодно.

Біосфера – о бласть існування живих організмів на Землі.

Верхня межа біосфери сягає 22-25 км над поверхнею Землі і обмежується озоновим шаром.

Нижня межа сягає 2-8 км земної кори, де температура становить близько +100°С, та 10-11 км – в океанічних впадинах.

В.І. Вернадський не тільки дав визначення терміну "біосфера", він вперше розробив у 20-х роках ХХ ст. уявлення про біосферу як єдину глобальну систему Землі, в якій весь складний основний код геохімічних і енергетичних перетворень визначається життям. Вчений уперше створив вчення про геологічну роль живої речовини.

Жива речовина – вся сукупність організмів на планеті Земля (В.І.Вернадський).

В сучасній біосфері існує біля 2 млн. видів живих організмів /а за весь час існування біосфери з найдавніших часів їх було не менше 1 млрд!/.

Основні характеристики цієї речовини – сумарна маса, хімічний склад і енергія. Вчений сформулював також закон константності, який звучить так:

„ Кількість живої речовини біосфери /для даного геологічного періоду/ є величина постійна /константна/”.

Характеризуючи біосферу Землі як єдину глобальну систему, сьогодні вчені довели, що вона представляє собою глобальну відкриту систему із своїми „входом” і „виходом”.

· „Вхід” біосфери – це потік сонячної енергії, що поступає з Космосу;

· „Вихід” – це речовини, що утворилися в процесі життєдіяльності організмів і які з якихось причин вислизнули з біотичного кругообігу. А якщо казати образно, то це вихід в „геологію”.

На мові сучасної науки біосферу називають кібернетичною системою, яка сама регулюється і володіє властивостями гомеостазу. Згідно закону необхідного розмаїття Ешбі, кібернетична система тільки тоді володіє стійкістю для стабілізації внутрішніх і зовнішніх факторів, коли вона має достатнє внутрішнє розмаїття.

Як і інші компоненти природного середовища, біосфера має свій склад, властивості і функції.

Основні компоненти ( склад) сучасної біосфери: (з шкільного курсу біології)

1. Продуценти – організми, що створюють органічну речовину з неорганічної (вуглекислого газу, води та мінеральних солей) за рахунок утилізації сонячної енергії. Це рослини. Їх близько 350 тис. видів;

2. Консументи – організми, що одержують енергію за рахунок харчування продуцентами або речовинами, утвореними продуцентами. Це – рослиноїдні тварини, хижаки, паразити, гриби та хижі рослини. Їх понад 1,5 млн. видів. Є І, ІІ, ІІІ порядку.

3. Редуценти – мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуцентів та консументів (після їх смерті та продукти їх життєдіяльності) до простих неорганічних сполук – вуглекислого газу, води та мінеральних солей. Їх близько 75 тис. видів.

Всі компоненти взаємопов’язані – підтримується динамічна рівновага та сталість фіз.-хім. І біологічних властивостей середовища:

Травоїдні – не дозволяють рослинам занадто розростатися, поїдаючи зайву біомасу;

Хижаки – пильно стежать за травоїдними, запобігаючи їх надмірному розмноженню та знищенню рослинності;

== тому існує багато видів живих істот, і серед них немає зайвих та непотрібних.

Жива речовина відіграє величезну роль у житті Землі, вона є найважливішим геохімічним фактором розвитку земної кори.

Іншими словами, міграція хімічних елементів у біосфері здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини (біогенна міграція), або у середовищі, геохімічні особливості якого зумовлені дією живої речовини як у деякий період, так і протягом геологічної історії. – геохімічний закон В.І. Вернадського.

Функції живої речовини (геолог А.В.Ланко в книзі „Сліди минулих біосфер” (1987):

1. енергетична - поглинання сонячної енергії при фотосинтезі та хімічної енергії при розкладанні речовин;

2. концентраційна - вибіркове накопичення певних елементів:

· значення для формування горючих корисних копалин;

· Са – концентрація у молюсків, коралів – товщі вапняків,

· Si – губки, діатомові водорослі, радіолярії;

· Ванадій – асцидії;

· Na – трави;

· Стронцій – акантарії;

· загалом – близько 40 хімічних елементів.

3. деструктивна – мінералізація органічної речовини та розкладання органічних решток;

4. транспортна - перенесення організмами хімічних елементів;

5. середовищеутворююча - перетворення фізико-хімічних параметрів середовища – саме вона є сукупним результатом всіх функцій, створює та підтримує баланс речовин та енергії, забезпечує стабільність умов існування організмів, в т.ч. людини.

Біологічний кругообіг – багаторазова участь хімічних елементів у процесах, що протікають в біосфері.

Глобальні цикли міграції хім. елементів не тільки зв’язують воєдино всі три зовнішні оболонки, а й обумовлюють безупинну еволюцію її складу.

Дата добавления: 2013-12-14