Нужна помощь в написании работы?

Первый закон. Основным условием долговременного выживания экосистем является многообразие видов биоты. Соответствующий закон, открытый в кибернетике Виннером-Шенноном-Эшби, носит название “закона  необходимого многообразия видов”.

“Любая кибернетическая система только тогда обладает необходимой устойчивостью для блокирования внутренних и внешних возмущений, когда обладает достаточным внутренним многообразием”.

В биосфере был заложен огромный запас прочности, позволивший ей пережить все катаклизмы естественного происхождения. Однако в настоящее время, по разным оценкам, в биосфере из-за нарушения законов экологии погибает от одного до пяти видов в час. Это неизбежно ведет к снижению устойчивости биосферы.

Второй закон. Распространение организмов в экосистемах обусловлено их устойчивостью к физическим и химическим факторам окружающей Среды.

Диапазон колебаний абиотических факторов, в котором обеспечивается полноценное процветание популяции, называется диапазоном толерантности. Этот диапазон включает в себя также значения абиотических факторов, в той или иной степени отклоняющихся от оптимального значения. При таких отклонениях выживает меньшее количество особей, но вид сохраняется. Закон толерантности можно сформулировать в следующем виде: “Любая популяция может полноценно существовать только в пределах определенного диапазона колебаний абиотических факторов Среды обитания. Этот диапазон включает в себя оптимальную зону, в которой популяция способна к процветанию, и зону физиологического стресса, в которой выживает часть организмов”.

Третий закон. Закон порогового эффекта: “При постепенном изменении абиотических факторов популяция способна расширять диапазон толерантности, постепенно приближаясь к некоторому, свойственному каждой популяции, предельному значению, при котором “внезапно” возникает болезненная реакция или фатальный исход”.

Способность организмов адаптироваться к изменению условий обитания  (акклиматизация) является их полезным защитным свойством. Однако этот механизм не лишен недостатков: пределы адаптации заранее неизвестны и пороговый предел наступает внезапно, без каких-либо предупреждений.

Четвертый закон носит название Закон лимитирующего фактора и формулируется следующим образом: “Избыток или недостаток любого абиотического фактора может повлечь за собой ограничение или остановку роста популяции видов в экосистеме, даже если все остальные факторы находятся в диапазоне толерантности для этих видов. Ограничивающий рост популяции видов абиотический фактор называется лимитирующим”. Как правило, лимитирующими факторами наземных экосистем являются вода, температура, питательные вещества.  Лимитирующими факторами водных экосистем являются соленость, освещенность, температура и наличие кислорода.

Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Как правило, при внимательном изучении естественных экосистем обнаруживается нарушение в той или иной степени всех законов, обеспечивающих их устойчивость.

В экосистемах четко взаимодействуют друг с другом продуценты, консументы и редуценты, поглощая и выделяя различные вещества. В этом состоит первый основной принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов в рамках круговорота всех элементов экосистемы. Этот принцип гармонирует с законом сохранения массы.

Поток энергии в экосистемах полностью соответствует началам термодинамики. Большая часть солнечной энергии, достигающей поверхности планеты, превращается в тепловую, нагревая воду, почву, от которых, в свою очередь, нагревается воздух. Это тепло является движущей силой круговорота воды, воздушных потоков и океанических течений, определяющих погоду. Однако постепенно оно отдается в космическое пространство, где и теряется. Экосистемы используют лишь небольшую часть солнечного потока энергии. В этом состоит второй основной принцип функционирования экосистем: они существуют за счет незагрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой постоянно и избыточно.

Следующий принцип функционирования экосистем связан с соотношениями биомасс популяций. Любую популяцию живых организмов можно рассматривать как биомассу, которая каждый год увеличивается за счет роста и размножения организмов и одновременно сокращается за счет их естественной гибели и потребления консументами. В стабильных экосистемах биомасса остается на постоянном уровне. Третий основной принцип функционирования экосистем: чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею уровень.

            В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

            Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитаюшую на поверхности Земли".

            Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

            Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

            Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:

*        автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;

*        гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;

*        миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

            Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

            Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

  • Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

*        тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем состредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

*        стратосфера;

*        ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

  • Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C.             Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

  • Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

            Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

            Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

            Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945).

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость
Поделись с друзьями