Растения – главный источник кислорода для дыхания, а также пищи для людей и животных

Закон пирамиды энергий (закон Линдемана, правило 10%). С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит не более 10 % энергии.

При последующем более тщательном изучении этого правила было установлено, что с одного уровня экологической пирамиды на другой переходит от 5 до 20% энергии. Следствием этого закона является ограниченная длина пищевых цепей (обычно не более 3 - 5 звеньев). Из этого закона вытекает другое важное следствие - переход с одного трофического уровня на другой до 20% энергии не ведёт к пагубным для экосистем последствиям. Использование этого закона позволяет также приблизительно определить возможный и безопасный объём промысла особей.

Живое вещество имеет следующие основные особенности.

1. Живые организмы имеют клеточное строение. Впервые клеточная теория была сформулирована немецким учёным-биологом Т. Шванном в 1838 – 1839 гг. Эта теория обобщила известные в то время данные о строении животных и растений; она послужила одной из предпосылок возникновения эволюционной теории Ч.Дарвина. В дальнейшем в развитие клеточной теории внесли значительный вклад многие другие учёные. Так немецкий учёный Р. Вирхов в 1858 г. внёс уточнение в одно из положений теории: все клетки образуются только из клеток путём их деления («каждая клетка только из клетки»).

Клетка - наименьшая частица живого организма, его структурная и функциональная единица, представляет собой сложную природную систему.

В клетке происходят биохимические процессы. Живые организмы могут быть одноклеточными и многоклеточными.

2. Живые организмы способны к размножению и последующему индивидуальному развитию, т.е. к воспроизведению себе подобных. Этим свойством живые организмы отличаются от неживой природы.

3. Организмы способны приспосабливаться к условиям внешней среды путём естественного отбора. Этот процесс способствует сохранению существующих, наиболее устойчивых видов, а также формированию новых.

Живое вещество характеризуется основными функциями: энергетической, концентрационной, средообразующей, транспортной и деструктивной.

Энергетическая функция выполняется растениями. Растения поглощают солнечную энергию, углекислый газ (СО₂) и воду (Н₂О). Этот процесс называется фотосинтезом (греч. фотос – свет). В результате фотосинтеза в растениях образуются различные органические вещества (глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал и т.д.) и выделяется газ – кислород (О₂).

Концентрационная функция живого вещества выполняется живыми организмами. Живые организмы концентрируют в себе атомы химических элементов, которые рассеяны в природе.

Например, морские организмы накапливают микроэлементы, тяжелые металлы, многие из которых ядовиты (Hg, Pb, Cr и т.д.), а также радиоактивные элементы. Концентрация этих элементов в теле рыб может быть в сотни тысяч раз больше, чем их концентрация в морской воде.

Средообразующая функция живого вещества также выполняется живыми организмами. Живые организмы преобразуют (приспосабливают) физико-химические параметры биосферы в условия, которые благоприятны для них. Таким образом, живые организмы создали и поддерживают в равновесии баланс вещества и энергии в биосфере и обеспечивают устойчивое существование организмов и человека.

Транспортная функция живого вещества связана с переносом различных веществ против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

Деструктивная функция живого вещества выполняется редуцентами. Бактерии, грибы и некоторые другие микроорганизмы разлагают мертвое органическое вещество и горные породы до несложных по строению неорганических веществ: углекислого газа (СО₂), воды (Н₂О), сероводорода (H₂S), метана (СН₄), аммиака (NH₃) и т.д. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается плодородие почвы.

Химические элементы и их соединения непрерывно циркулируют в биосфере, они переходят из внешней среды в организмы и далее из организмов во внешнюю среду..

Таким образом, в любой экосистеме и в биосфере существует непрерывный круговорот веществ, который показан на рис.4.

Круговорот веществ это многократно (бесконечно) повторяющийся процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее циклический характер

.

	поток вещества
продуценты		консументы I порядка		консументы II порядка
		редуценты
минеральные вещества

Рис. 4.. Схема круговорота вещества в биосфере

Общий (большой, геологический) круговорот веществ характерен для всех геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы); он складывается из отдельных процессов круговорота химических элементов, воды, газов и других веществ (например, круговороты воды, фосфора серы, углекислого газа и т.п.). Круговороты отдельных веществ В.И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. К главным биогеохимическим циклам относят циклы углерода, воды, азота, фосфора и серы. Эти отдельные процессы обратимы не полностью, так как происходит частичное рассеивание вещества, изменение его состава, местная концентрация. На перенос минеральных веществ, участвующих в большом (геологическом) круговороте, расходуется до 50% всей солнечной энергии, поступающей на Землю.

Примером большого (геологического) круговорота веществ может служить круговорот воды.

Половина энергии Солнца, поступающей на Землю, расходуется на испарение воды. При этом из океана испаряется больше воды, чем возвращается с осадками. На суше, наоборот, осадков выпадает больше, чем испаряется воды, что связано с переносом ветрами облаков с океана на сушу. Излишки воды стекают в реки и озёра, а оттуда - снова в океан, при этом в океан переносится определённое число минеральных соединений. Так происходит большой круговорот воды в биосфере, основанный на том, что суммарное испарение воды с поверхности Земли компенсируется выпадением осадков.

С появлением в биосфере живого вещества в круговорот обязательно вовлекается всё живое, в том числе и человек. Круговорот веществ с участием живого вещества получил название биотического или биологического, а вещества (в том числе химические элементы, которые абсолютно необходимы для существования живых организмов и обязательно входящие в состав их тел, называют биогенными.

Различают два вида биотического круговорота: биосферный круговорот веществ, или большой круг биотического обмена, и биогеоценотический круговорот веществ, или малый круг биотического обмена.

Биосферный круговорот веществ (большой круг биотического обмена ) – это безостановочный планетарный процесс закономерного, циклического, неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энергии и информации, постоянно входящих и непрерывно обновляющих экосистемы биосферы.

В целом потери вещества в биосфере минимальны. Информация теряется и видоизменяется с гибелью видов и необратимыми генетическими перестройками. Поток энергии однонаправлен.

Закон однонаправленности потока энергии. Энергия, получаемая сообществом (биосферой, биогеоценозом, экосистемой) и усваиваемая продуцентами рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передаётся консументам, а затем редуцентам с падением её потока на каждом из трофических уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание, с последующим выносом её в околоземное и космическое пространство.

В обратный поток от редуцентов к продуцентам и консументам поступает ничтожно малое количество энергии, не более 0,24%. Таким образом, говорить о «круговороте энергии» нельзя..

Биогеоценотический круговорот веществ (малый круг биотического обмена) - наименьший круг биотического обмена в составе биосферы. Малый круг биотического обмена фактически всегда не замкнут. Бесчисленное число входящих друг в друга незамкнутых круговоротов в пределах экосистем более низкого, чем биосфера, уровня образуют биосферный круговорот веществ. Часть веществ входит в обмен круговорота в экосистемах более высокого уровня, часть «излишков» вещества образует осадочные геологические породы биогенного происхождения: известняки, уголь, сланцы, нефть и т.п. Фактически весь верхний слой литосферы - это порождение биосферы

Таким образом, биологический круговорот. (большой и малый круги биотического обмена) представляют собой непрерывный процесс создания и разрушения органического вещества, который осуществляется всеми тремя группами организмов.

Продуценты производят основу жизни, потребляют первичную и вторичную продукцию, переводя органическое вещество из одной формы в другую, тем самым способствуя возрастанию многообразия форм жизни на Земле; редуценты разлагают органическое вещество до минерального, возвращая его к началу круговорота.

Из вышесказанного ясно, что живое вещество обладает уникальным свойством перемещать химические элементы в биосфере.

В ходе кругов биотического обмена (большого и малого) атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное количество раз через живое вещество. Например, весь кислород биосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 200 (300) лет, а вся вода биосферы - за 2 млн. лет. Весь круговорот веществ (органических и неорганических), осуществляемый живыми организмами, составляет основу биосферы и основное условие поддержания в ней жизни.

С точки зрения планетарного круговорота веществ, наиболее важными являются три цикла: почвенно-ландшафтный, гидросферный и глубинный циклы.

Почвенно-ландшафтный цикл осуществляется извлечением химических элементов из горных пород, воды, воздуха; в этот цикл входят разложение органического вещества и синтез различных органических и органо-минеральных соединений.

Гидросферный цикл. В этом цикле главную роль играют состав воды и биологическая активность живых организмов. Биопродуцирование органического вещества осуществляется в основном фито- и зоопланктоном.

Глубинный цикл. В этом цикле биогенной миграции наиболее важная роль принадлежит деятельности анаэробных микроорганизмов, которые способны жить в бескислородной среде.

Все три цикла находятся в состоянии динамического равновесия и изменение хода какого-либо из них влечёт за собой цепочки подчас необратимых явлений..

В каждом природном круговороте различают две части или два «фонда».

Резервный фонд представляет собой большую массу медленно движущихся преимущественно неорганических веществ.

Обменный (подвижный) фонд - это значительно меньший по массе быстро движущийся активный фонд. Для него характерен быстрый обмен между организмами и окружающей средой. Этот фонд образуется за счёт веществ, которые возвращаются в круговорот либо за счёт первичной экскреции (лат. excretum –выделение) животными, либо при разложении мёртвого органического вещества микроорганизмами.

Для биосферы в целом биогеохимические циклы можно подразделить на два основных типа:

-газовый цикл с резервным фондом в атмосфере или гидросфере;

-осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Рассмотрим примеры резервных и обменных фондов для разных биогеохимических циклов.

В круговороте углерода резервный фонд в виде многочисленных органических (ископаемое топливо) и неорганических (органогенные минералы) соединений находится в земной коре. Подвижный фонд в виде газообразного углекислого газа (СО₂) находится в атмосфере.

В круговороте азота резервным фондом является атмосфера, а подвижный фонд находится в почве и частично в гидросфере.

В круговороте фосфора резервным фондом является земная кора. Это пример круговорота осадочного цикла.

В круговороте серы обширный резервный фонд находится в почве и в отложениях, а подвижный фонд (значительно меньший) – в атмосфере.

Дата добавления: 2014-01-04