Методи екологічних досліджень

Екологія – комплексна наука. Вона використовує широкий арсенал різноманітних методів, які можна поділити на 3 основні групи:

1. Методи за допомогою яких збирається інформація про стан екологічних об’єктів: рослин, тварин, мікроорганізмів, екосистем, біосфери.

2. Методи обробки отриманої інформації та узагальнення.

3. Методи інтерпретації отриманих фактичних матеріалів.

Для отримання інформації про стан об’єктів часто застосовується спостереження, відмінною рисою якого є невтручання спостерігача в процеси, що відбуваються. Спостереження є самим давнім методом отримання інформації. В часи, коли спостереження велось тільки за допомогою органів відчуття в отримані результати вносилось досить багато суб’єктивного, так як кожна людина могла по різному сприймати і оцінювати одні і ті ж явища, предмети. З розвитком фізики, хімії і других наук метод спостереження технічно озброївся і у сучасній екології спостереження за допомогою приладів являється одним з основних методів дослідження.

Для вивчення властивостей об’єктів природного середовища (повітря, вода, грунт) застосовуються досить різноманітні прилади та устаткування. Для вивчення властивостей рослинного та тваринного світу широко використовуються фізіологічні, біохімічні, морфологічні методи.

Особливістю сучасних екологічних спостережень за допомогою приладів є їхня комплексність та довгостроковість, коли на одній і тій же ділянці екосистеми спостереження можна вести протягом великого відрізку часу і по декількох показниках. Окрім комплексних спостережень на стаціонарах може проводитися глобальний моніторинг екосистем і всієї біосфери.

Екологія широко застосовує також метод експерименту, коли до екосистеми свідомо вноситься якась одна зміна і через деякий час зіставляються результати спостережень на експериментальній та контрольній ділянках екосистеми.

Більш придатні в екології багатофакторні експерименти. Екологія широко використовує результати стихійних експериментів, що «ставить» сама природа, або ж вони є наслідком виробничої діяльності людини (виверження вулканів, повені, будівництво водосховищ, вирубування лісів, аварія на Чорнобильській АЕС). Це все, так звані, природні експерименти.

В екології часто використовуються і лабораторні експерименти. Лабораторний експеримент дозволяє вивчити характер дії і впливу окремих ізольованих факторів, що також має велике значення в розумінні процесів, що відбуваються в екосистемах при дії цих факторів.

Певним джерелом фактів може бути службова інформація та літературні дані. Використання літературних даних цілком допустиме з урахуванням репутації автора та з посиланням на нього. Складніше буває з використанням службової інформації (вона нерідко «захищена», часто вона буває упереджено викривлена для покращання показників.

У зв’язку зі складністю екологічних систем щодо їх вивчення часто використовують моделювання. Як модель може виступати матеріальна копія об’єкта екології, до певної міри спрощена. Наприклад, акваріум можна розглядати як модель ставка. На таких моделях можна отримати немало корисної інформації, але реальні екосистеми – це багатофакторні комплексні об’єкти, які неможливо в повній мірі відтворити на моделях.

Інший клас матеріальних моделей складають реальні об’єкти природи, спеціально виділені для вивчення в природному середовищу.

Більш широко в екології використовують абстрактні моделі. Це можуть бути вербальні, графічні, математичні моделі.

Тема: Біосфера.

Мета теми: Досягнути розуміння студентами поняття «Біосфера;, потоку енергіі в ній і ефективності перенесення, біогеохімічних циклів, факторів навколишнього середовища і принципів їх дії, місця людини в Біосфері.

Контрольні питання по темі.

1. Біосфера, поняття, структура її, основна відмінність від других сфер Землі. Шість типів речовин, з яких сформована біосфера.

2. Газова частина Біосфери, її роль.

3. Гідросфера, її значення в Біосфері.

4. Літосфера, грунт і його значення.

5. Джерела потоку енергії на Земній Кулі.

6. Сонячна енергія, потік енергії в Біосфері, ефективність перенесення енергії в живій речовині.

7. Біогенна міграція хімічних елементів, біогеохімічні цикли, їх значення в колообігу біогенних елементів.

8. Біогенні хімічні елементи.

9. Основні типи міграції в межах геосфер, їх значення.

10. Поняття «середовище», основні середовища живих організмів.

11. Екологічні чинники, види їх.

12. Абіотичні чинники, дія їх на живі організми: зона оптимуму, зона песимуму, діапазон стійкості. Закон обмежувальних чинників.

13. Температура, розподіл тепла на Землі. Види температурних змін у середовищі, критерії для оцінки температурного режиму.

14. Вода, значення для Біосфери і для живих організмів.

15. Світло, значення для рослин і тварин.

16. Хімічні чинники.

17. Комплексні чинники: кліматичні, орографічні (рельєф), елфічні (грунтові)

18. Біотичні чинники: фітогенні, мікробогенні, зоогенні, антропогенні.

19. Місце людини в Біосфері.

Німецький вчений Е.Зюсс у 1875 році виділив в межах Земної Кулі декілька структурних частин – оболонок, назвавши їх геосферами. Це атмосфера, гідросфера і літосфера. Частина Землі, де існує життя, отримала назву «Біосфера».

Біосфера (грец. біос – життя, сфера – оболонка) – оболонка Землі, в якій існує життя. Більшість сучасних екологів розуміють біосферу як об’єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємозв’язку з фізичним середовищем Землі.

Структура Біосфери. Об’єм біосфери становить 0,4% об’єму планети. Важливою особливістю біосфери є її злитність з іншими геосферами Землі. Біосфера розміщена в межах атмосфери, гідросфери та частини літосфери. Загальна протяжність біосфери за радіусом Землі складає близько 40 км. Біосферу складають:

* нижня частина атмосфери (від поверхні Землі до озонового шару, за В.І.Вернадським – променева межа – до висоти 25 – 30 км);

* вся гідросфера (до найбільшої глибини 11030 м – Маріанська улоговина в Тихому океані);

* верхня частина літосфери, де вода перебуває в рідкому стані (за В.І.Вернадським – термічна межа, за різними авторами від 5 до 25 км).

Основна маса живої речовини, наявність якої відрізняє біосферу від інших сфер Землі, зосереджена в порівняно невеликому прошарку, який отримав назву «біострома». Біострома лежить на поверхні суходолу та охоплює верхні шари водойм. У цій зоні знаходиться до 98% всієї живої речовини планети.

Усі ці частини геосфер Землі об’єднуються в єдину оболонку життя живими організмами, які не лише існують в біосфері а й є її творцями. В.І.Вернадський писав: «Біосферу можна розглядати як простір над земною корою, зайнятий «трансформаторами», що перетворюють космічне випромінювання на корисну земну енергію – електричну, механічну, хімічну, термічну та інші».

Наш співвітчизник В.І.Вернадський був у числі перших, хто сприймав Землю як єдиний живий організм, в якому зовсім різні, на перший погляд, процеси у трьох зовнішніх сферах Землі – літосфері, гідросфері й атмосфері – тісно пов’язані між собою.

Всесвітню славу вченому принесли створені ним вчення про біосферу та ноосферу. Вернадський одним із перших усвідомив величезний перетворюючий вплив живих організмів на всі три зовнішні оболонки Землі, тісну взаємодію і взаємозалежність усіх форм життя. Це дало йому поштовх до створення всеохоплюючої теорії біосфери, тобто тієї частини зовнішніх оболонок нашої планети, яка безпосередньо пов’язана з існуванням життя на Землі.

В.І.Вернадський (1934) дав таке визначення біосфери: «Біосфера являє собою оболонку життя – область існування живої речовини.»

В.І.Вернадський виділив шість головних типів речовин, із яких сформована біосфера:

1. Жива речовина – сукупність усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів;

2. Біогенна речовина – продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці, вугілля і т.п.).

3.Нежива (косна) речовина – в утворені якої живі організми не брали участі (гірські породи та мінерали);

4. Біокосна речовина – продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії (грунт);

5. Радіоактивна речовина – радіонукліди калія, урану, торію, які зумовлюють існування радіогенної теплоти, та продукти їх розпаду;

6. Космічна речовина – космічний пил та метеорити.

Розглянемо складові частини біосфери.

Газова частина біосфери представлена атмосферою. Основу атмосфери складає азот (78% за об’ємом), у значній кількості представлений кисень (20,95%), вуглекислий газ (до 0,04%) та до 10 інертних газів загальною кількістю до 1%. В атмосфері завжди присутня водяна пара, основна маса якої утворюється при випаровуванні з поверхні океану та суходолу. З висотою газовий склад атмосфери майже не змінюється, тільки помітно зменшується кількість водяної пари.

В екваторіальних широтах атмосфера нагрівається більше, ніж у високих широтах, що призводить до глобального переміщення повітряних мас, які в свою чергу визначають клімат.

Для біосфери важливий озоновий шар атмосфери, що розташований на висоті 20-25 км. Озон – особлива форма кисню – О³. Шар озону порівняно малопотужний (при нормальному тиску його товщина не перевищувала б 3 мм), але він виконує важливу для життя функцію - перехоплює ультрафіолетові промені, які дуже небезпечні для живих організмів тим, що викликають порушення ДНК та призводять до появи мутацій.

Встановлено, що озон активно руйнується молекулярним хлором, який є у фреонах. За останні 25 років втрати озону склали до 3%. в результаті чого на певних ділянках озоновий шар втратив цілісність і утворилися «озонові дірки».

За високої розріженості атмосфери живі організми не можуть знаходитись в ній постійно. Для наземних організмів корисними властивостями атмосфери є її прозорість щодо сонячних променів та газовий склад.

Гідросфера сформувалася в основному з води. Вода з’явилась на планеті близько 4 млрд. років тому за рахунок диференціації речовин. В еволюції гідросфери відбулися два великих переломних моменти. Перший пов’язаний з виходом рослин на суходіл, другий викликаний вирубкою лісів та розорюванням грунтів.

Із загальної кількості води 96,5% припадає на морську. На материках зосереджено всього 3,5% загальних запасів води. Прісної води нараховується 35 млн кубічних кілометрів, із них 30 млн. м³ води утримується в льодовиках.

Площа світового океану перевищує 70% поверхні планети, Вода океанів і морів солона, середня солоність 35 г/л. Води світового океану мають високу теплоємність. Світовий океан поглинає 80% всієї сонячної радіації, що досягає поверхні планети. Основна частина тепла поглинається в тропіках. У помірних та в крайніх північних і південних широтах, навпаки, йде віддача тепла в атмосферу. Океан – основний стабілізатор середньої температури Земної Кулі. За відсутності світового океану на континентах при зміні сезонів виникали б досить різкі коливання температури. Світовий океан виконує і іншу роботу в біосфері: у холодних областях вода поглинає з атмосфери вуглекислий газ, а в теплих віддає.

Моря та прісні водойми є середовищем життя багатьох видів організмів. Практично вся товща гідросфери пронизана життям.

Континентальні води в основному прісні. Їхня солоність не перевищує 1-2 г/л солей. На континенті гідросфера представлена річками та озерами (з будівництвом гідроелектростанцій з’явилось багато водосховищ). У ріки суходолу і водосховища стікає приблизно половина води, що випадає у вигляді опадів.

Літосфера утворена гірськими породами. На виходах гірських порід можуть жити тільки деякі організми – лишайники, водорослі. Для життя необхідний грунт, що утворюється як суміш мінеральних речовин, що виникають при руйнуванні гірської породи та органічних речовин – продуктів життєдіяльності та відмерлих решток живих організмів. Для формування грунту особливо важливі мікроорганізми та корені рослин.

Поняття про грунт як біокосне тіло природи було вперше зформульоване В.В.Докучаєвим. Він підкреслював, що грунти виникають у результаті тісної взаємодії між водою, повітрям, гірськими породами та живими організмами. Грунт – головне середовище життя наземних рослин і важлива структурна частина біосфери. Серед інших параметрів важливе значення має вологість грунту. Вона визначається співвідношенням кількості опадів та випаровування. При кількості опадів менше 250 мм/рік формуються пустелі, при більшій кількості – савани, степи, лісостепи і при 1250 мм за рік і більше – вологі ліси та болота.

Всі оболонки Земної Кулі активно взаємодіють між собою, обмінюючись речовиною та енергією.

Дата добавления: 2014-01-04