Контрольная работа по "Экологии"

Задание №1

1. Какой вклад в создайте науки  экологии внесли естествоиспытатели эпохи Возрождения (V-VIII вв.)?

Существенный вклад в создание экологии внесли естествоиспытатели эпохи Возрождения. Бурное развитие наук, богатый материал, полученный в результате географических путешествий и открытий, позволили перейти от описания и фиксации информации к эксперименту и поиску закономерностей между процессами и явлениями, к обобщению данных на более высоком научном уровне, нежели в предыдущие эпохи. Важнейшей чертой биологии того времени стал поиск количественных связей между теми или иными условиями среды и жизненными процессами.

Великие географические открытия в эпоху Возрождения, колонизация новых стран послужили толчком к развитию систематики. Описание растений и животных, их внешнего и внутреннего строения, разнообразия форм – главное содержание биологической науки на ранних этапах ее развития. Первые систематики – А. Цезальпин (1519–1603), Д. Рей (1623–1705), Ж. Турнефор (1656–1708) и другие сообщали и о зависимости растений от условий произрастания или возделывания. Аналогичные сведения накапливались и о поведении, повадках, образе жизни животных. Постепенно к таким сведениям начали проявлять особый интерес.

 Описания  жизни животных и растений  получили название «естественной  истории» организмов.

Ученые-естествоиспытатели, которые на основе экспериментов выдвигали глубокие идеи, способствовавшие разработке методологии научного познания. Так, Г. Галилей (1564-1642),  открывший целый ряд фундаментальных законов природы, показал решающую роль эксперимента в научном познании. Он нашел точку соприкосновения опытно-индуктивного и абстрактно-дедуктивного способов исследования природы, дающую возможность связывать абстрактное научное мышление с конкретными восприятиями явлений и процессов природы.

В XVIII в. известный французский естествоиспытатель Ж. Бюффон (1707–1788) выпустил 44 тома «Естественной истории», где он впервые утверждал, что влияние условий (пищи, климата, гнета одомашнивания и т. п.) может стать причиной изменения («вырождения») самих видов.

Помимо накопления сведений об отдельных видах, начали формироваться представления и о глобальных зависимостях в распределении растений и животных. Этому послужили материалы, собираемые во время путешествий, посвященных изучению далеких стран.

В XVIII в. много таких путешествий было организовано и по неизведанным краям России. В трудах С. П. Крашенинникова (1711–1755), И. И. Лепехин а (1740–1802), П. С. Палласа (1741–1811) и других российских географов и натуралистов указывалось на связь изменения климата, растительности и животного мира на обширных пространствах страны. Первые попытки выявить общие закономерности во влиянии климата на растительность земного шара принадлежат немецкому естествоиспытателю А. Гумбольдту. Его труды (1807) положили начало развитию нового направления в науке – биогеографии. А. Гумбольдт ввел в науку представление о том, что «физиономия» ландшафта определяется внешним обликом растительности. В сходных климатических условиях у растений разных таксономических групп вырабатываются сходные «физиономические» формы, и по распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды.

2. Какие организмы называются редуцентами?

Редуценты  участвуют в последней стадии разложения - минерализации органических веществ до неорганических соединений (СО2, Н2О и др.).

Редуценты возвращают вещества в круговорот, превращая их в формы, доступные для продуцентов. К редуцентам относятся главным образом микроскопические организмы (бактерии, грибы и др.) - микроконсументы.

Роль редуцентов в круговороте веществ чрезвычайно велика. Без редуцентов в биосфере накапливались бы груды органических остатков; иссякли бы запасы минеральных веществ, необходимых продуцентам, и жизнь в той форме, которую мы знаем, прекратилась бы.

3. Какой процесс называется фотосинтезом?

Образование и разложение органических веществ, или взаимодействие автотрофных и гетеротрофных процессов – наиболее важная функция экосистем, обусловленная именно их эмерджентными свойствами.

Образование органических веществ на свету называется фотосинтезом. Фотосинтез – накопление части солнечной энергии путем превращения ее в потенциальную энергию химических связей органических веществ.

Фотоси́нтез – уникальный физико-химический процесс, осуществляемый на Земле всеми зелеными растениями и некоторыми бактериями и обеспечивающий преобразование электромагнитной энергии солнечных лучей в энергию химических связей различных органических соединений. Основа фотосинтеза — последовательная цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых осуществляется перенос электронов от донора — восстановителя (вода, водород) к акцептору — окислителю (СО2, ацетат) с образованием восстановленных соединений (углеводов) и выделением O2, если окисляется вода.

Фотосинтез играет ведущую роль в биосферных процессах, приводя в глобальных масштабах к образованию органического вещества из неорганического. Фотосинтезирующие организмы, используя солнечную энергию в реакциях фотосинтеза, осуществляют связь жизни на Земле со Вселенной и определяют в конечном итоге всю ее сложность и разнообразие. Гетеротрофные организмы — животные, грибы, большинство бактерий, а также бесхлорофилльные растения и водоросли — обязаны своим существованием автотрофным организмам — растениям-фотосинтетикам, создающим на Земле органическое вещество и восполняющим убыль кислорода в атмосфере. Человечество все более осознает очевидную истину, впервые научно обоснованную К.А. Тимирязевым и В.И. Вернадским: экологическое благополучие биосферы и существование самого человечества зависит от состояния растительного покрова нашей планеты.

4. В чем состоят различия между  морскими и пресноводными экосистемами?

Экосистемы принято подразделять на естественные – природные и созданные человеком – антропогенные. Природные экосистемы, в свою очередь, делят на наземные и водные.

Морские экосистемы образуют морские биомы, к которым относят    также    эстуарии    (лат.   aestuarium -   заливаемый   приливом),    т.    е. воронкообразные устья рек, где соленые воды смешиваются с пресной водой; прибрежные болота и коралловые рифы.

Континентальный шельф – прибрежное океаническое мелководье, ограниченное с одной стороны берегом, а с другой – гребнем континентального склона (до 600 м). Площадь шельфа составляет около 8 % от общей площади мирового океана. В области шельфа расположена литоральная зона, которая подразделяется на супралитораль, собственно литораль и сублитораль. Небольшие глубины, близость к материкам, приливы и отливы определяют ее насыщенность питательными веществами, доступность солнечного света, высокую продуктивность и разнообразие организмов. Здесь производится свыше 80 % всей биомассы океана и сконцентрирован мировой океанический  промысел.

От нижнего края шельфа над континентальным склоном до глубины 2 - 3 тыс. м простирается батиальная зона. Площадь этой зоны - чуть более 15 % от всей площади океана. Фауна и флора батиали гораздо беднее, чем литорали; общая биомасса не превышает 10 % биомассы мирового океана. От подножия континентального склона до глубин 6 - 7 тыс. м находится абиссальная область океана. Она занимает более 75 % дна океана. Абиссаль характеризуется отсутствием солнечного света у дна, слабой подвижностью водных масс, ограниченностью питательных веществ, бедностью животного мира, низким видовым разнообразием, биомассой от 0,5 до 7,0 г/м2 (в литорали она исчисляется десятками и сотнями г/м2). В абиссальной области могут встречаться глубокие впадины - до 11 тыс. м, площадь которых около 2 % от общей площади дна океана.

Эстуарии и прибрежные заболоченные земли играют большую роль в природе и жизни людей, хотя многие обыватели и некомпетентные чиновники полагают, что это бесполезные территории, кишащие комарами. Это высокопродуктивные экосистемы, которые предоставляют условия для питания и размножения многим рыбам, моллюскам и другим морским организмам. Кроме того, здесь гнездятся водоплавающие птицы и нерестится около 70 % промысловых морских организмов: креветки, лосось, устрицы, пикша и многие другие. Коммерческое и промышленное рыболовство развивается в основном в этих зонах, дает ежегодно многомиллиардные доходы и обеспечивает миллионы рабочих мест. В прибрежных районах происходит разбавление и фильтрование сбрасываемых загрязненных вод, а следовательно, улучшаются экологические условия для рекреации, рыболовства и обитания диких животных. Они, как губка, поглощают паводковый сток. Эти территории относятся к продуктивным и ценным природным экосистемам.

Именно вблизи этих водных экосистем наиболее плотно селятся люди. Коралловые рифы встречаются в прибрежных зонах океана в тропических и субтропических широтах при температуре воды выше 20 °С.  Кораллы образуют  рифы  и  целые острова,   которые  могут   простираться   на   многие   километры. Сложное  строение  и  разнообразие  рифов  с  большим  количеством  красных и зеленых водорослей  привлекает сюда  рыб и другие организмы. Не менее трети морских рыб и других морских  животных  обитают  в  коралловых  рифах.   Это  наиболее продуктивные морские экосистемы. Кроме того, кораллы, благодаря   красочным   пигментам  и   разнообразию  форм,   являются одними  из  самых  красивых  морских животных,  а  известковые части благородных видов ценятся как драгоценные камни.

Пресноводные экосистемы отличаются низкой соленостью -это внутриматериковые водоемы. Ведущим фгактором в этих экосистемах становится скорость циркуляции  воды.  По этому признаку различают логические, текучие воды, или водотоки   (реки,   ручьи) и лентические,  стоячие воды, или водоемы (озера, пруды, болота, водохранилища).

Реки и ручьи образуются либо из поверхностного стока атмосферных осадков, либо за счет питания из подземных вод. Территория, с которой вода, наносы, растворенные вещества смываются и текут с водотоками в главную реку, а затем в море, называется водосборным бассейном, который часто определяет гидрохимический состав воды. Сток с горных территорий - это турбулентный поток, образующий водопады и пороги. Он поглощает из воздуха много кислорода. Растения в таких водотоках лишь прикрепленные, а из рыб преобладают холодолюбивые и требующие большого кличества кислорода, например форель. В зависимости от количества солей кальция и магния выделяют жестководные и мягководные водотоки.

Текучие воды играют важную роль в преобразовании земной поверхности, вымывая глубокие овраги и каньоны. С другой стороны, равнинные реки за счет аккумуляции наносов образуют холмы и даже горы.

Озера - это пресноводные естественные водоемы со стоячей водой. Они образуются при заполнении впадин земной поверхности атмосферными осадками или подземными водами. Древние озера образовались в результате ледниковых процессов. По содержанию питательных веществ (в основном, нитратов и фосфатов) озера делят на три основные группы: дистрофные - очень бедные, олиготрофные - бедные и эвтрофные - богатые биогенными веществами. В последних обитает большое количество микроскопических водорослей - фитопланктона, микроскопических животных - зоопланктона, а также многие рыбы. В глубоких эвтрофных озерах у дна бывает дефицит кислорода, особенно в зимний период, из-за поглощения его отмершими водорослями при аэробном разложении. Очень многие озера занимают промежуточное положение между олиготрофными и эвтрофными, они называются мезотрофными.

В результате сброса в водоемы избыточного количества азота и фосфора озера могут быстро зацветать и переходить в эвтрофное состояние. Этот нежелательный процесс может приводить к вторичному загрязнению воды и полной деградации водной экосистемы. В глубоких озерах умеренных широт зимой и летом наблюдаются значительные различия температур в верхних и нижних горизонтах воды. Это приводит к неравномерному распределению по вертикали питательных солей, кислорода и других ингредиентов – явление вертикальной стратификацией. Весной и осенью происходит выравнивание температур и перемешивание поверхностных и глубинных вод.

Водохранилища - искусственные пресноводные водоемы, которые соружаются с целью регулирования стока и аккумуляции воды. Сбрасываемые воды используются также для производства электроэнергии (ГЭС). Кроме того, аккумулированные в водохранилищах воды могут направляться на орошение или поступать в города для бытового и промышленного водоснабжения. Водохранилища используются также в целях рекреации. Однако они еще в большей степени, чем озера, подвержены эвтрофированию, т. е. «цветут» и зарастают.

5. Что такое энтропия? Приведите  примеры высоко- и низкоэнтропийных систем.

Энтропия - мера количества связанной энергии, которая в изотермическом процессе становится недоступной для использования, мера «беспорядка». Тенденция потенциальной энергии к деградации, к самопроизвольному превращению в рассеянную тепловую энергию к деградации, к самопроизвольному превращению в рассеянную тепловую энергию - возрастание энтропии.

Энтропия является физической мерой беспорядка, т.е. мерой количества связанной потенциальной энергии, которая становится недоступной для использования.

Высокоупорядоченные системы обладают низкой энтропией, а неупорядоченные, в которых вещество или энергия рассеяны, характеризуются высокой энтропией.

Таким образом, в процессе любого превращения энергии из одного вида в другой всегда происходят потери полезной энергии, которая переходит в менее полезную, рассеивающуюся в виде низкотемпературного тепла и не способную выполнять работу. В то же время в природных экосистемах энергетические потоки создают (возможно, спонтанно) из хаоса природных веществ порядок, т.е. структуры, обладающие низкой энтропией.

Преобразования энергии в живой материи имеют свои особенности и на первый взгляд не согласуются с теорией классической термодинамики.

В соответствии с законами термодинамики дезинтеграция Вселенной неизбежна, если рассматривать ее как закрытую систему. Согласно второму началу термодинамики энтропия будет расти, а запас полезной энергии, приводящей «мировую машину» в движение, рано или поздно будет исчерпан. Рост внутренней неупорядоченности приведет к переходу высокоорганизованных структур к низкоорганизованным, к их разрушению, т.е. к «тепловой системе».