Контрольна робота

з екології

План

Походження та межі біосфери (літосфера, гідросфера та атмосфера).

Біомаса поверхні суші, ґрунту та Світового океану.

Біогенна міграція. Біогенний кругообіг речовин і перетворення енергії у
біосфері.

Газова функція у процесі фотосинтезу.

1.Походження та межі біосфери

(літосфера, гідросфера та атмосфера)

Термін «біосфера» з’явився у науковій літературі у 1875 році. Його
автором був Едуард Зюсс (з яким B.I. Вернадський був знайомий особисто),
де вчений у межах Земної Кулі виділив декілька структурних частин –
оболонок, які назвав геосферами. Одна з геосфер отримала назву біосфера.

Струнке вчення про біосферу було розроблене у 1926 році B.I. Вернадським
і цим же роком датована його книга «Біосфера», яка вийшла у Ленінграді,
де він дав таке визначення біосфери — це оболонка Землі, склад,
структура і енергетика якої значною мірою обумовлені життєдіяльністю
живих організмів. За теорією В.І.Вернадського біосфера —  це глобальна
єдина система Землі, де існує або коли-небудь існувало життя і весь
основний хід геохімічних та енергетичних перетворень визначається
життям.

Існує декілька визначень біосфери. Більшість сучасних екологів (Ю.Одум,
В.Д.Федоров, Т.Г.Гільманов, М.Ф.Реймерс, К.М.Ситник) розуміють біосферу
як об’єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємозв’язку з
фізичним середовищем Землі. З цього погляду біосфера є сукупністю
екосистем нашої планети.

Біосфера утворилась у результаті виникнення життя (живих організмів) як
прямий результат загального розвитку планети Земля. Тривалість існування
життя на Землі визначається часом від 1.5-2 до 4-5 млрд. років.

Біосфера Землі являє собою складну термодинамічно відкриту систему, яка
включає в себе, згідно визначенню В.І.Вернадського, верхні шари земної
кори, всю гідросферу і нижню частину атмосфери – тропосферу з
організмами, що їх населяють. Природнім чином біосфера розпадається на
більш менш самостійні одиниці, які характеризуються великою замкнутістю
кругообігу речовин.

  Пристосовуваність живих організмів вражає. Живі бактерії виявлено в
гарячих гейзерних джерелах з температурою води 980С, а також в тріщинах
антарктичних льодовиків, де температура рідко коли піднімається вище 0°.
Бактерії живуть у глибинних водах Чорного моря, насичених сірководнем,
деякі бактерії виявлено навіть в атомних реакторах. Живу спору бактерії
було виявлено в одній із трубок американської космічної станції, яка три
роки перебувала на поверхні Місяця — вона потрапила туди з Землі й
зберегла життєздатність, незважаючи на перебування в умовах космічного
вакууму, різких коливань температури й високого рівня радіації.

Межі біосфери. Межі атмосфери визначаються наявністю умов, необхідних
для життя різних організмів.

Нижня межа біосфери обмежена температурою підземних вод та гірських
порід, яка поступово зростає і на глибині 1.5-15 км (гейзери-материнська
порода) вже перевищує 100°С. Найбільша глибина, на якій в шарах земної
кори знайдені бактерії становить 4 км. У нафтових родовищах на глибині
2-2.5 км бактерії реєструються в значній кількості. У океані — життя
розповсюджується до більш значних глибин і зустрічається навіть на дні
океанських западин (10-11 км від поверхні), де температура близько 0 °С.

Верхня межа життя в атмосфері обмежена інтенсивною концентрацією 
ультрафіолетової радіації. Фізичною межею поширення життя в атмосфері є
озоновий екран, який на висоті 25-30 км поглинає більшу частину
ультрафіолетового випромінювання Сонця, хоча основна частина живих істот
концентрується на висоті 1-1.5 км.

На висоті 20-22 км, де ще спостерігається наявність живих організмів:
бактерій, спор грибів, найпростіших. Під час запусків геофізичних ракет
у стратосферу на висоті 85 км у пробах повітря було виявлено спори
мікроорганізмів у латентному (сплячому) стані. У горах
межарозповсюдження наземного життя сягає біля 6 км над рівнем моря.

Заселеними є найнеймовірніші місця існування: термальні джерела,
температура у яких сягає до 100°С, вікові сніги Гімалаїв, де на висоті
8300 м існують дев’ять видів бактерій, безводні пустелі та надсолоні
озера, де вирують ціанобактерії та один із видів креветок.

На поверхні Землі у наш час повністю відсутнє життя лише в областях
значних зледенінь та у кратерах діючих вулканів.

2.Біомаса поверхні суші, ґрунту та Світового океану.

Сукупність усіх живих організмів утворює біомасу (або, за висловом В. І.
Вернадського, живу речовину) планети.

За масою це становить близько 0,001 % маси земної кори. Проте незважаючи
на незначну загальну біомасу, роль живих організмів у процесах, які
відбуваються на планеті, величезна. Саме діяльністю живих організмів
зумовлені хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері,
утворення одних і руйнування інших гірських порід, формування грунту у
літосфері тощо.

Біомаса суходолу. Найбільша густота життя у тропічних лісах. Тут
найбільше видів рослин (понад 5 тис.). На північ і на південь від
екватора життя стає біднішим, зменшуються його густота і число видів
рослин і тварин: у субтропіках близько 3 тис. видів рослин, у степах
близько 2 тис., далі йдуть широколисті і хвойні ліси і, нарешті, тундра,
в якій росте близько 500 видів лишайників і мохів. Залежно від
інтенсивності розвитку життя в різних географічних широтах змінюється
біологічна продуктивність. Підраховано, що загальна первинна
продуктивність суходолу (біомаса, утворена автотрофними організмами за
одиницю часу на одиницю площі) становить близько 150 млрд т, у тому
числі на частку лісів земної кулі припадає 8 млрд т органічної речовини
в рік. Сумарна рослинна маса на 1 га у тундрі становить 28,25 т, у
тропічному лісі — 524 т. У помірному поясі 1 га лісу за рік утворює
близько 6 т деревини і 4 т листків, що становить 193,2 • 109 Дж (~46 •
109 кал). Вторинна продуктивність (біомаса, утворена гетеротрофними
організмами за одиницю часу на одиницю площі) у біомасі комах, птахів та
інших у цьому лісі становить від 0,8 до 3 % біомаси рослин, тобто
близько 2 • 109 Дж (5 • 108 кал).

Первинна річна продуктивність різних агроценозів значно різниться.
Середня світова продуктивність у тоннах сухої речовини на 1 га
становить: пшениці — 3,44, картоплі — 3,85, рису — 4,97, цукрових
буряків — 7,65. Урожай, який збирає людина, становить лише 0,5 %
загальної біологічної продуктивності поля. Значна частина первинної
продукції руйнується сапрофітами — мешканцями грунтів.

Одним з важливих компонентів біогеоценозів поверхні суходолу є грунти.
Вихідним матеріалом для ґрунтоутворення є поверхневі шари гірських
порід. З них під впливом мікроорганізмів, рослин і тварин формується
ґрунтовий шар. Організми концентрують у собі біогенні елементи: після
відмирання рослин і тварин і розкладання їхніх решток ці елементи
переходять до складу грунту, завдяки чому в ньому акумулюються біогенні
елементи, а також нагромаджуються не повністю розкладені органічні
печовини. У грунті міститься величезна кількість мікроорганізмів. Так, в
одному грамі чорнозему кількість їх досягає 25 • 108. Отже, грунт має
біогенне походження, складається з неорганічних, органічних речовин і
живих організмів (едафон — сукупність усіх живих істот грунту). Поза
біосферою виникнення й існування грунту неможливе. Грунт — середовище
для життя багатьох організмів (одноклітинних тварин, кільчастих і
круглих червів, членистоногих і багатьох інших). Грунт пронизаний
коренями рослин, з нього рослини вбирають поживні речовини і воду. З
життєдіяльністю живих організмів, які є в грунті, пов’язана урожайність
сільськогосподарських культур. Внесення хімічних речовин у грунт часто
згубно впливає на життя в ньому. Тому потрібно раціонально
використовувати грунти й оберігати їх.

Кожна місцевість має свої грунти, які відрізняються від інших за складом
і властивостями. Утворення окремих типів грунтів пов’язане з різними
ґрунтоутворювальними породами, кліматом і особливостями рослин. В. В.
Докучаєв виділив 10 основних типів грунтів, нині їх налічують понад 100.
На території України виділяють такі грунтові зони: Полісся, Лісостеп,
Степ, Сухий степ, а також Карпатську і Кримську гірські області з
властивими для кожної з них типами структури ґрунтового покриву. Для
Полісся характерні дерновопідзолисті, сірі лісові,.темносірі лісові
грунти, чорноземи опідзолені тощо. Зона Лісостепу має сірі та темносірі
лісові грунти. Зона Степу в основному представлена чорноземами. В
Українських Карпатах переважають бурі лісові грунти. В Криму трапляються
різні грунти (чорноземи, каштанові тощо), але вони, як правило,
щебенюваті і кам’янисті.

Біомаса Світового океану. Світовий океан займає понад 2/3 площі поверхні
планети. Фізичні властивості і хімічний склад вод океану сприятливі для
розвитку та існування життя. Як і на суходолі, в океані густота життя
найбільша в екваторіальній зоні і знижується в міру віддаляння від неї.
У верхньому шарі, на глибині до 100 м, живуть одноклітинні водорості,
які складають планктон, «загальна первинна продуктивність фітопланктону
Світового океану становить 50 млрд т в рік (близько 1/3 усієї первинної
продукції біосфери). Майже всі ланцюги живлення в океані починаються з
фітопланктону, яким живляться тварини зоопланктону (наприклад, рачки).
Рачки є їжею для багатьох видів риб і вусатих китів. Риб поїдають птахи.
Великі водорості ростуть переважно в прибережній частині океанів і
морів. Найбільша концентрація життя — в коралових рифах. Океан бідніший
на життя, ніж суходіл, біомаса його продукції в 1000 разів менша.
Більшість утвореної біомаси — одноклітинні водорості та інші мешканці
океану — відмирають, осідають на дно і їхня органічна речовина
руйнується редуцентами. Лише близько 0,01 % первинної продуктивності
Світового океану через довгий ланцюг трофічних рівнів доходить до людини
у вигляді їжі і хімічної енергії.

На дні океану, в результаті життєдіяльності організмів, формуються
осадові породи: крейда, вапняки, діатоміт та ін.

3.Біогенна міграція.

Біогенний кругообіг речовин і перетворення енергії у біосфері

Біохімічна функція реалізується в процесі обміну речовин у живих
організмах (живлення, дихання, виділення) і руйнування, деструкції
відмерлих організмів та продуктів їхньої життєдіяльності. Ці процеси
зумовлюють кругообіг речовин у природі, біогенну міграцію атомів.

У біогенній міграції елементів беруть участь різні організми, в тому
числі й людина. В зв’язку з цим міграцію біогенних елементів поділяють
на три типи: перший (найпотужніший) здійснюють мікроорганізми, другий —
багатоклітинні організми, третій — людина, що оволоділа різними формами
енергії (механічною, електричною, атомною) і тим самим сприяла значній
зміні біогенної міграції елементів.

В. І. Вернадський зазначав, що біогенна міграція зумовлена трьома
процесами життєдіяльності: обміном речовин в організмах, ростом і
розмноженням їх. Із неживої природи атоми біогенних елементів насамперед
вбираються рослинами, а від них по ланцюгах живлення переходять до
тварин і людини.

У процесі фотосинтезу рослини засвоюють вуглець, який надходить до
листків із повітря у вигляді вуглекислого газу, й утворюють вуглеводи.
При цьому відбувається перетворення сонячної енергії на хімічну. В цьому
полягає космічна роль зелених рослин. У процесі дихання рослин частина
вуглеводів окиснюється і вуглекислий газ виділяється у повітря. Більша
частина вуглеводів нагромаджується у рослинах, де утворюються також
білки і жири.

Рослини поїдаються гетеротрофними організмами, таким чином сполуки,
синтезовані рослинами, проходять через низку ланок у ланцюгах живлення.
Під час дихання рослин вуглеводи окиснюються. За рахунок вивільнення
енергії відбуваються всі життєві процеси, а вуглекислий газ виділяється
в повітря.

Відмерлі рослини і тварини розкладаються за участю гнильних бактерій:
при цьому також окиснюється вуглець органічних речовин з утворенням CQ2,
що надходить у навколишнє середовище. Внаслідок розкладання решток
організмів за відсутності кисню, тобто без окиснення (наприклад, на дні
водойм), утворюються торф, кам’яне вугілля, нафта, сланці. Людина їх
використовує як джерело енергії, а вуглекислий газ також надходить в
атмосферу. Так, в одних випадках довге, а в інших — коротке коло
замикається і розпочинається новий цикл включення вуглецю в органічні
сполуки, що синтезуються рослинами.

Кисень атмосфери має біогенне походження. Він постійно надходить в
атмосферу внаслідок перебігу процесів фотосинтезу. Вільний кисень в
процесі дихання використовується аеробними організмами. Одним із
кінцевих продуктів окиснення вуглецю є СО2. В сполуці з вуглецем кисень
повертається у зовнішнє середовище, щоб знову надійти у фотосинтезуючі
організми. Оскільки вивільнення енергії з органічних і неорганічних
сполук супроводжується розщепленням їх у процесі окиснення, то колообіг
кисню забезпечує колообіг усіх біогенних елементів.

Так створюються колообіг біогенних елементів і потік енергії в межах
сукупності організмів. Постійне надходження енергії живить цей циклічний
процес і компенсує неминучу втрату енергії із системи у вигляді
теплового випромінювання. Внаслідок колообігу речовин у біосфері
відбувається безперервна біогенна міграція елементів. Необхідні для
життя рослин і тварин хімічні елементи переходять із середовища в
організм. Під час руйнування організмів ці елементи знову повертаються в
середовище, звідки надходять в організм або відкладаються у вигляді
біогенних геологічних порід (тобто колообіг речовин у природі замкнений
не повністю).

4.Газова функція у процесі фотосинтезу.

Газова функція здійснюється зеленими рослинами у процесі фотосинтезу —
при цьому атмосфера поповнюється киснем, а також рослинами і тваринами,
які виділяють вуглекислий газ у процесі дихання. Відбувається також
колообіг азоту, який тісно пов’язаний з життєдіяльністю мікроорганізмів.

Фотосинтезом називають процес синтезу органічних сполук з неорганічних
(СО2 та Н2С2)» який відбувається з використанням променистої енергії
Сонця за участю хлорофілу.

Цей складний і багаттоступінчастий процес (мал.) розпочинається з
поглинання квантів світла молекулою хлорофілу. Зелений колір його
зумовлений поглинанням переважно червоних і фіолетових променів
сонячного спектра. З моменту поглинання сонячного світла хлорофілом
розпочинається світлова стадія фотосинтезу.

Під впливом фотонів світла відбувається збудження молекули хлорофілу,
причому рівні збудження можуть бути різними. Суть цього процесу полягає
в тому, що електрони в молекулі хлорофілу переходять на вищий
енергетичний рівень, нагромаджуючи потенціальну енергію. Частина з них
відразу повертається на попередній рівень, а енергія, яка виділяється
при цьому, випромінюється у вигляді теплоти. Значна частина електронів з
високим рівнем енергії передає її іншим хімічним сполукам для виконання
фотохімічної роботи, яка здійснюється в кількох основних напрямках.

1. Перетворення енергії електронів на енергію АТФ: АДФ.4 Ф + Енергія —>
АТФ. Оскільки приєднання залишків фосфорної кислоти відбувається за
рахунок енергії світла, цей процес називається фотофосфорилюванням.

2. Перебіг процесу фотолізу води: Н2О —> Н+ + ОН-. У результаті іони Н+,
приєднуючи електрони з високим енергетичним рівнем, перетворюються на
атомарний водень, який використовується в наступних реакціях
фотосинтезу, а гідроксильні іони, взаємодіючи між собою, утворюють
молекулярний кисень, воду і вільні електрони:

3. Передача енергії електронами з високим енергетичним рівнем через
низку проміжних речовин для відновлення універсального біологічного
переносника (акцептора) водню НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат).
Внаслідок поглинання енергії НАДФ приєднує два атоми водню, що
вивільнились у процесі фотолізу води, і перетворюється на НАДФ • Н2
(відновлена сполука). Отже, для світлової стадії фотосинтезу характерне
перетворення енергії — збудження електронів хлорофілу, фотоліз води,
утворення АТФ і відновлення НАДФ.

Далі настає темнова стадія фотосинтезу, для перебігу якої світло не
потрібне. За наявності вуглекислого газу та енергії АТФ, що утворилися
внаслідок перебігу світлових реакцій, відбувається приєднання водню до
CO2, який надходить у хлоропласти із зовнішнього середовища.
Відбуваються послідовні реакції за участю специфічних ферментів,
внаслідок чого утворюються різні сполуки, серед яких перше місце
посідають вуглеводи.

Процес фотосинтезу можна подати таким сумарним рівнянням:

Фотосинтез має велике значення для існування біосфери. Зелені рослини
завдяки фотосинтезу щорічно вносять до складу органічних речовин близько
170 млрд. т вуглецю, здатні поновити увесь кисень атмосфери приблизно за
2 тис. років і увесь вуглекислий газ — за 300 років. Проте в процесі
фотосинтезу використовується лише 1 % усієї сонячної енергії, яка
потрапляє на рослини.

Вагомий внесок у вивчення ролі світла і хлорофілу в процесі фотосинтезу
зробив видатний російський вчений К. А. Тимірязєв. За його словами,
зелені рослини відіграють космічну роль завдяки тому, що вони здатні
засвоювати сонячну енергію. Ця енергія, акумульована в органічних
речовинах, використовується всіма живими організмами нашої планети.

Шляхи підвищення продуктивності фотосинтезу. Складні біохімічні процеси,
які відбуваються під час світлової і темнової стадії фотосинтезу,
зумовлюють і складний характер залежності цієї функції від умов життя
рослини. На інтенсивність процесу фотосинтезу впливають як комплекс
зовнішніх факторів — освітленість, температура середовища, вміст
вуглекислого газу, вологість тощо, так і біологічні особливості рослин,
специфіка їхньої реакції на зовнішні впливи. Ось чому процес фотосинтезу
слід розглядати як результат взаємодії всього комплексу внутрішніх і
зовнішніх чинників у життєдіяльності рослин.

Щодо освітленості, температури, вологості потреби різних видів рослин
дуже відрізняються — є світлолюбні і тіневитривалі види, теплолюбні,
холодостійкі, посухостійкі види тощо. Проте можна зазначити, що для
більшості видів рослин інтенсивність фотосинтезу посилюється з
підвищенням температури і досягає максимуму за температури 25 °С, вмісту
СО2 близько 1 % і насичення водою. Подальше зростання цих показників
може лослаблювати інтенсивність фотосинтезу. Підвищення інтенсивності
сонячного освітлення від 1 до 30 % (від максимального) спричинює значне
посилення інтенсивності фотосинтезу в усіх вищих рослин, а подальше
підвищення інтенсивності освітлення посилює фотосинтез лише у
світлолюбних рослин.

Фотосинтез — це основний процес утворення органічних речовин, що в
поєднанні з асиміляцією мінеральних солей із ґрунту створює біомасу
рослин. Органічні речовини, що утворюються в процесі фотосинтезу,
становлять близько 95 % сухої маси рослини. Тому керування процесом
фотосинтезу, підвищення його продуктивності — один із ефективних методів
впливу на продуктивність рослин, а для сільськогосподарських культур —
це важливий засіб підвищення врожаю. Розроблено комплекс агротехнічних
заходів, які дають змогу впливати на процес фотосинтезу. До них належить
забезпечення потреб рослини водою і мінеральними солями, у тому числі
мікроелементами (міддю, цинком тощо), від яких залежить продуктивність
роботи всього фотосинтезуючого апарату рослин.

Дуже ефективним методом є підвищення вмісту СО2 шляхом поливання рослин
водою, яка насичена вуглекислим газом. Важливим є також правильне
розміщення рослин та густоти посіву їх. Цей метод дає змогу запобігти
самозатіненню рослин і використати максимальну площу їхніх листків.
Велику роль в ефективності використання сільськогосподарськими
культурами сонячної енергії відіграє селекція — створення посухостійких
сортів, які мають високі інтенсивності фотосинтезу і ростових процесів.

Отже, газову функцію здійснюють зелені рослини, які в процесі
фотосинтезу виділяють в атмосферу кисень, рослини і тварини, які під час
дихання виділяють вуглекислий газ, а також багато видів бактерій, які
відновлюють азот із сполук, сірководень та ін.

Використана література:

1. Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй Р. С. Основи загальної
екології. — К.: Либідь. 1995 — 368 с.

2. Білявський Г. О., Фурдуй Р. С. Практикум із загальної екології. //
Навч. посібн.—К.:Либідь, 1997.—160с.

3. Волошин І. М. Методика дослідження проблем природокористування. —
Львів: ЛДУ, 1994. — 160 с.

4. Екологічний словник: Навч. посібник /В.В.Прежко та ін. – Харків:
ХДАМГ, 1999. – 416 с.

5. Екологія і закон: Екологічне законодавство України. У 2-х кн./
Відповідальний редактор док. юрид. наук, професор, акад. Андрейцев В. А.
— К.: Юрінком їнтер, 1997. — 704 с.

6. Злобін Ю.А. Основи екології.- К.: Лібра, 1998. – 249.

7. Корсак К.В., Плахотнік О.В. Основи екології, — К.: МАУП, 2000. – 238
с.

8. Кучерявий В.П. Екологія, — Львів: Світ, — 500 с.

PAGE

PAGE 14

Похожие записи