Теми для доповідей і рефератів

План

Тема: Біосфера – глобальна екосистема планети Земля

Лекція №5

1.Поняття «біосфера». Вчення Вернадського про біосферу.

2.Роль живої речовини в біосфері.

3.Глобальні процеси в біосфері. Колообіги речовини та енергії; великий геологічний колообіг, великий біологічний колообіг. Загальний великий біосферний колообіг речовин та енергії.

4.Роль людини в біосфері.

Література

1. Білявський Г.О., Бутченко Л.І.. Основи екології.

(теорія та практика). Навчальний посібник. – К.- Лібра., Світ. 2000р.

2. Кучерявий В.П. Екологія.- Львів.: Світ. 2000р.

3. Білявський Г.О., Р.С.Фурдуй. Основи екології. Підручник К.: Либідь.2004 р.

4. Небел Б. Наука об окружающей среде.- М. Мир: 1993 г.

5. Заверуха Н.М., Сребряков В.В., Скиба Ю. А. Основи екології: Навч. Посібн. – К.: Каравела, 2006. – 368 с.

Після вивчення матеріалу теми студенти повинні знати:

визначення біосфери та її межі, а також властивості живої речовини;

біохімічні функції живої речовини; кругообіги таких речовин: води, оксигену, карбону, нітрогену, фосфору, сірки тощо; вчення Вернадського про ноосферу.

Після вивчення матеріалу теми студенти повинні вміти:

характеризувати біосферу; обґрунтувати зв‘язок кругообігів речовин та енергії в біосфері; дати оцінку вченню В.І.Вернадського про ноосферу.

Ключові поняття та терміни:

Біосфера, жива речовина, закони термодинаміки, ноосфера, кругообіги,

оксиген, карбон, нітроген, сірка, фосфор.

1. Вперше термін «біосфера» - «сфера життя» - був використаний

австрійським вченим Е. Зюссоном ще в 1875 р.

Сучасне його тлумачення, яке сприйняте в усьому світі, належить видатному українському вченому В.І.Вернадському. Отже, біосфера – це оболонка Землі, яка включає частину атмосфери, гідросферу, літосферу, заселені живими організмами.

Біосфера в сучасному розумінні – це глобальна відкрита система зі своїм «входом» і «виходом». «Вхід» - потік сонячної енергії з Космосу, а «вихід» - утворення в процесі життєдіяльності організмів речовини, які з різних причин «випали» з кругообігу в «геологію» - кам‘яне вугілля, нафта, осадові породи.

Біосфера в її речах є саморегульованою, само організованою системою. Екологи пояснюють самоорганізацію системи інформацією, яка пронизує всю екосистему. Інформація міститься в живих організмах, в їх генетичному коді і здатності адаптуватися до змінних умов існування.

Такий підхід дає підстави вважати біосферу централізованою кібернетичною системою, оскільки в ній один елемент (підсистема) – живі організми – відіграє центральну роль в функціонуванні системи в цілому. Згідно із законом необхідної різноманітності (основний закон кібернетики) лише тоді володіє стійкістю до блокування зовнішніх і внутрішніх збурень, коли вона має достатнє внутрішнє різноманіття, яке створюється живими організмами. Досить повідомити, що на Землі на сьогодні існує 2 млн видів організмів, з них частка рослин – 500 тисяч видів, а тварин 1,5 млн видів.

Виходячи з екологічних уявлень видове різноманіття не просто арифметична величина нижче якої не має опускатися живий світ, це загальна тенденція розвитку біосфери, яка сприяє підтриманню системи стані гомеостазу.

Верхня межа біосфери в атмосфері сягає нижніх шарів стратосфери(30 км), де трапляються спори, клітини бактерій, грибів, водоростей. Межа біосфери в літосфері складає біля 2 – 3 км, але деякі дослідники вважають межею 7 – 8 км, де температура нижче + 100 ° С. В гідросфері життя існує на всіх глибинах, навіть в заглибинах – 11 км.

2. Наша планета принципово відрізняється від інших планет Сонячної системи наявністю унікального явища – життя. Життя на Землі реалізується в формі живої речовини. Поняття «жива речовина» ввів в науку В.І.Вернадський. Під «живою речовиною» розуміється сукупність усіх живих організмів планети. Вона виконує надзвичайно важливу роль в процесах усіх сфер Землі.

Жива речовина протистоїть хаосу і ентропії. Використовуючи прямо чи опосередковано сонячну систему, вона створює з простих, бідних на енергію молекул, в першу чергу з води й вуглекислого газу, складніші органічні сполуки вуглеводи, білки, жири, нуклеїнові кислоти. Жива речовина концентрує хімічні елементи, перерозподіляє їх в зеленій корі. Жива речовина руйнує і агрегує неживу матерію, окислює, відновлює і перерозподіляє хімічні сполуки. Можна без перебільшення сказати, що хімічний стан зовнішньої кори нашої планети формується живими організмами.

Кількість живої речовини: суха маса живої речовини складає 2 - 3 трлн т приблизно в млрд разів менше маси планети Земля. Проте, жива речовина надзвичайно активна, зокрема, через кругообіг речовин. Уся жива маса біосфери оновлюється за 33 дні, а фітомаса – за одну добу.

Життєдіяльність живих організмів супроводжується безперервним обміном речовин.

Таким чином, основні властивості живої речовини:

- високорганізована внутрішня структура;

- здатність уловлювання із зовнішнього середовища й трансформувати речовини та енергію, забезпечуючи ними процеси своєї життєдіяльності;

- здатність підтримувати сталість власного внутрішнього середовища незважаючи на коливання умов зовнішнього середовища;

- здатність до самовідтворення шляхом розмноження.

Жива речовина існує у формі конкретних живих одиниць – організмів, які в свою чергу об‘єднуються в більш – менш дискретні одиниці існування матерії.

3. Як уже говорилось, біосфера – це відкрита термодинамічна система, що отримує променисту енергію Сонця і теплову енергію процесів радіоактивного розпаду ядра планети. Основне джерело енергії – це сонячна енергія. Щороку Земля отримує енергії 10,5 помножене на 10 у степені кдж. Лише 0,023 % сонячної енергії, що потрапляє на Землю, уловлюється продуцентами – зеленими рослинами й запасається в процесі фотосинтезу у вигляді енергії хімічних зв‘язків органічних речовин. За рік в результаті фотосинтезу утворюється близько 100 млрд органічних сполук, в яких запасається 1,8 помножене на 10 у 17 кдж енергії. Ця зв‘язана енергія використовується консументами і редуцентами в ланцюгах живлення і за її рахунок жива речовина виконує роботу – концентрує, акумулює, перерозподіляє хімічні елементи в земній корі, роздрібнює та агрегує неживу речовину.

Робота живої речовини супроводжується розсіянням у вигляді тепла майже всієї накопиченої в процесі фотосинтезу сонячної енергії. Лише частки проценту цієї енергії не потрапляють у ланцюги живлення, й консервуються в осадових породах у вигляді органічної речовини торфу, вугілля, нафти, природного газу. Отже, в процесі роботи, яку здійснює біосфера, вловлена сонячна енергія трансформується, тобто, йде на виконання корисної роботи і розсіюється. Ці два процеси підпорядковуються двом фундаментальним природним законам – першому й другому законам динаміки.

Перший закон термодинаміки часто називають законом збереження енергії, а в екології – закон концентрації енергії. Це означає, що енергія не може бути ні народжена, ні знищена, вона лише може трансформуватися з однієї форми в іншу. В екологічних системах відбувається багато перетворень енергії: промениста енергія Сонця, завдяки фотосинтезу, перетворюється на енергію хімічних зв‘язків органічної речовини продуцентів (зелених рослин), ця енергія акумулюється в органічній речовині консументів 1 роду (рослинної до тварини), далі в органічні речовини консументів 2 роду (хижаки), потім в органічні речовини редуцентів (мікроорганізми), які користуються мертвою органічною речовиною тіл продуцентів та консументів. Людське суспільство також перетворює величезні кількості однієї енергії на іншу.

Другий закон термодинаміки (в екології його називають закон розсіювання енергії) визначає напрям якісних змін енергії в процесі її трансформації з однієї форми в другу, співвідношення корисної і марної роботи під час переходу енергії, дає уявлення про якість самої енергії.

За будь якої трансформації енергії лише частина її переходить в новий вид енергії, решта безповоротно розсіюється у вигляді тепла, тобто, здійснюється марна робота, що пов‘язана їз збільшенням швидкості безладного руху частинок. Енергією найнижчої якості є енергія невпорядкованого руху частинок, не придатної для здійснення корисної роботи, називають ентропією. Спрощено, ентропія – це міра дезорганізації, безладу, випадковості систем та процесів.

Отже, за другим законом термодинаміки, будь – яка робота супроводжується трансформацією високоякісної енергії в енергію нижчої та найнижчої якості - тепло й призводить до зростання ентропії. Знизити ентропію в термодинамічно закритій системі неможливо – вся якісна енергія врешті решт перетворюється на низькоякісну теплову

Контрольні запитання до розділу «Основи теоретичної екології»

1. Що таке середовище існування живих організмів?

2. Назвіть основні середовища існування організмів.

3. Поясніть екологічне значення атмосфери.

4. Визначте екологічне значення водного середовища.

5. Якими особливими властивостями характеризується вода?

6. Яка роль води в організмі?

7. Що таке ґрунт? Які особливості ґрунту як середовища існування?

8. Визначте екологічні функції ґрунтового покриву.

9. Який абіотичний та біологічний склад ґрунту?

10. Які виділяють групи екологічних факторів?

11. Що таке абіотичні фактори?

12. Визначте кліматичні фактори та дайте їм характеристику.

13. Якими може бути характер змін екологічних факторів?

14. Яка роль світла в забезпеченні процесів життєдіяльності організмів? Які є пристосування організмів до існування в різних режимах освітлення?

15. Як температура впливає на процеси життєдіяльності? Як організми пристосовуються до існування в різних діапазонах температур?

16. Яку роль відіграє вода у житті організмів? Які є пристосування тварин і рослин до існування в умовах дефіциту вологи?

17. Які ви знаєте екологічні групи гідробіонтів? Які адаптації мають гідро біонти для існування в тій чи іншій зоні Світового океану?

18. Назвіть, які з екологічних факторів мають найбільший вплив на гідро- біоти? Яким чином організми до них пристосовуються?

19. Які організми населяють ґрунти? Які адаптації до середовища існування у них спостерігаються?

20. Що таке біотичні фактори?

21. Дайте характеристику та наведіть приклади нейтралізму, протоко- операції, аменсалізму, хижацтва та міжвидової конкуренції.

22. Що таке коменсалізм? Наведіть приклади.

23. Що таке мутуалізм? Наведіть приклади.

24. Що таке паразитизм? Які існують форми паразитизму?

25. Сформулюйте закон оптимуму. Що таке межі витривалості?

26. Що таке екологічна валентність виду? Які види називають еврибіонтами, а які – стенобіонтами?

27. Які фактори мають назву обмежувальних (лімітуючих)? Яке їхнє значення для існування живих організмів?

28. Які ви знаєте основні екологічні закони?

29. Що таке популяція? Чим пояснюється існування виду у формі популяцій?

30. Якими показниками характеризується популяція?

31. Що таке структура популяції?Які її види?

32. Що таке біоценоз?Якими показниками він характеризується?

33. Якою може бути структура біоценозу?

34. Що таке біогеоценоз і екосистема?

35. Яка структура біогеоценозу?

36. Які властивості біогеоценозу?

37. Що таке ланцюги живлення? Які типи ланцюгів живлення вам відомі?

38. Що таке харчова сітка?

39. Чому кількість ланок ланцюгів живлення не перевищує 4-5?

40. Що таке екологічна піраміда? Які існують типи екологічних пірамід?

41. З чим можуть бути пов'язані зміни, що відбуваються в біогеоценозах?

42. Що таке сукцесія? Які типи сукцесій за участю рослинності можна виділити?

43. Що таке агроценози? Чим вони характеризуються?

44. Що становить собою біосфера? Які її межі?

45. Що таке ноосфера? Чим вона характеризується?

46. Що становить собою жива речовина біосфери? Які її властивості?

47. Які функції виконує жива речовина?

48. Яким чином здійснюється кругообіг води в біосфері?

49. Опишіть, як відбувається кругообіг кисню в біосфері.

50. Охарактеризуйте роль живих організмів у кругообігу вуглецю.

51. Як відбувається кругообіг азоту в біосфері?

52. Як відбувається кругообіг фосфору в біосфері?

53. Дайте характеристику вчення В.І. Вернадського про біосферу та ноосферу.

1.Повітряне середовище існування живих організмів.

2.Водне середовище існування живих організмів.

3.Ґрунтове середовище існування живих організмів.

4.Екологічні фактори: абіотичні та біотичні.

5.Абіотичні екологічні фактори: сонячна радіація, температура, вологість, тиск, течії, едафічні, орографічні та гідрологічні фактори.

6.Біотичні екологічні фактори: гомотипові реакції (груповий ефект, масовий ефект та внутрішньовидова конкуренція).

7.Біотичні екологічні фактори: гетеротипові реакції (нейтралізм, коменсалізм, протокооперація, мутуалізм, аменсалізм, хижацтво, паразитизм та міжвидова конкуренція).

8.Основні екологічні закони.

9.Основні закономірності впливу екологічних факторів на живі організми.

10.Популяції та їхні основні параметри.

11.Структура популяцій.

12.Структура біогеоценозу.

13.Порівняльна характеристика біоценозу та екосистеми.

14.Екосистеми та їхня структура й функції. Види екосистем.

15.Екосистеми світу.

16.Екосистеми України.

17.Екологічні піраміди.

18.Біосфера, її структура та межі.

19.Походження та еволюція біосфери.

20.Кругообіг хімічних елементів у біосфері.

21.Ноосфера та управління біосферою.

22.Вчення В.І. Вернадського про біосферу та ноосферу.

Дата добавления: 2014-12-07