Неразделна част от екосистемата на земята. Кой въвежда в науката термина екологична система?

Доктор на икономическите науки Ю. ШИШКОВ

Виждаме бездънно синьо небе, зелени гори и ливади, чуваме пеенето на птици, дишаме въздух, състоящ се почти изцяло от азот и кислород, плуваме по реки и морета, пием вода или я използваме, правим слънчеви бани под нежните слънчеви лъчи - и възприемаме всичко това като естествено и обикновено. Изглежда, че не може да бъде иначе: винаги е било така, така ще бъде винаги! Но това е дълбоко погрешно схващане, породено от ежедневния навик и невежеството как и защо планетата Земя е станала такава, каквато я познаваме. Планети, структурирани по различен начин от нашите, не само могат да съществуват, но и действително съществуват във Вселената. Но има ли планети някъде в дълбините на космоса с условия на околната среда, повече или по-малко близки до тези на Земята? Тази възможност е силно хипотетична и минимална. Земята е, ако не уникална, то, във всеки случай, „на парче“ продукт на природата.

Основните екосистеми на планетата. Планини, гори, пустини, морета, океани - все още относително чиста природа - и мегаполисите са центърът на живот и дейност на хора, които могат да превърнат Земята в пълно бунище.

Земята се вижда толкова красива от космоса - уникална планета, родила живот.

Наука и живот // Илюстрации

Фигурата показва етапите от еволюцията на планетата Земя и развитието на живота на нея.

Това са само част от негативните последици, причинени от човешката дейност на Земята. Водите на моретата и океаните са замърсени с петрол, въпреки че има повече от един начин за събирането му. Но водите са задръстени и от битови отпадъци.

Няма населен континент, където фабриките и фабриките да не пушат, променяйки околната атмосфера към по-лошо.

Наука и живот // Илюстрации

Картината е типична за всеки голям град на Земята: безкрайни колони от автомобили, от чиито изгорели газове се повръща на хората, умират дървета...

Наука и живот // Илюстрации

Наука и живот // Илюстрации

Наука и живот // Илюстрации

Наука и живот // Илюстрации

Екологичното производство е единственото нещо, което ще направи възможно, ако не да направим планетата по-чиста, то поне да я оставим такава, каквато я имаме.

Дългото развитие на екосистемата на Земята

Първо, нека си припомним как протича еволюцията на Слънчевата система. Преди около 4,6 милиарда години един от многото въртящи се газови и прахови облаци в нашата Галактика започна да се кондензира и да се трансформира в Слънчевата система. Вътре в облака се образува основна сферична, тогава все още студена, въртяща се буца, състояща се от газ (водород и хелий) и космически прах (фрагменти от атоми на по-тежки химични елементи от експлодирали преди това гигантски звезди) - бъдещото Слънце. Под въздействието на нарастващата гравитация около него започнаха да кръжат по-малки групи от същия облак - бъдещи планети, астероиди, комети. Орбитите на някои от тях се оказаха по-близо до Слънцето, други - по-далеч, някои бяха изградени от големи струпвания междузвездна материя, други - от по-малки.

В началото нямаше голямо значение. Но с течение на времето гравитационните сили все повече уплътняваха Слънцето и планетите. И степента на уплътняване зависи от първоначалната им маса. И колкото повече тези съсиреци от материя бяха компресирани, толкова повече се нагряваха отвътре. В този случай тежките химични елементи (предимно желязо, силикати) се стопиха и потънаха в центъра, докато леките (водород, хелий, въглерод, азот, кислород) останаха на повърхността. Комбинирайки се с водорода, въглеродът се превръща в метан, азотът в амоняк, кислородът във вода. По това време на повърхността на планетите цареше космически студ, така че всички съединения бяха под формата на лед. Над твърдата част имаше газообразен слой от водород и хелий.

Въпреки това, масата дори на такива големи планети като Юпитер и Сатурн се оказа недостатъчна, за да може налягането и температурата в техните центрове да достигнат точката, в която започва термоядрена реакция, и такава реакция започна вътре в Слънцето. Тя се нагрява и преди около четири милиарда години се превръща в звезда, изпращайки в космоса не само вълново лъчение - светлина, топлина, рентгенови и гама лъчи, но и така наречения слънчев вятър - потоци от заредени частици материя (протони и електрони).

Започнаха тестове за формиращите се планети. Те бяха ударени от потоци топлинна енергия от Слънцето и слънчевия вятър. Студената повърхност на протопланетите се затопли, над тях се издигнаха облаци от водород и хелий, а ледените маси от вода, метан и амоняк се стопиха и започнаха да се изпаряват. Задвижвани от слънчевия вятър, тези газове бяха пренесени в космоса. Степента на такова „събличане“ на първичните планети определяше разстоянието на техните орбити от Слънцето: тези, които са най-близо до него, се изпариха и бяха издухани от слънчевия вятър най-интензивно. Тъй като планетите „изтъняха“, техните гравитационни полета отслабнаха, а изпарението и дефлацията се увеличиха, докато планетите, които са най-близо до Слънцето, бяха напълно разпръснати в космоса.

Меркурий, най-близката оцеляла планета до Слънцето, е сравнително малко, много плътно небесно тяло с метално ядро, но едва забележимо магнитно поле. Практически е лишен от атмосфера, а повърхността му е покрита със спечени скали, които през деня се нагряват от слънцето до 420-430 o C, поради което тук не може да има течна вода. Венера, която е по-отдалечена от Слънцето, е много подобна по размер и плътност на нашата планета. Той има почти толкова голямо желязно ядро, но поради бавното си въртене около оста си (243 пъти по-бавно от Земята), му липсва магнитно поле, което би могло да го защити от слънчевия вятър, който е разрушителен за целия живот. Венера обаче е запазила доста мощна атмосфера, състояща се от 97% въглероден диоксид (CO 2) и по-малко от 2% азот. Този газов състав създава мощен парников ефект: CO 2 не позволява на слънчевата радиация, отразена от повърхността на Венера, да излезе в космоса, поради което повърхността на планетата и долните слоеве на нейната атмосфера се нагряват до 470 ° C. В такъв ад не може да се говори за течна вода, а следователно и за живи организми.

Другият ни съсед, Марс, е почти наполовина по-малък от Земята. И въпреки че има метално ядро ​​и се върти около оста си с почти същата скорост като Земята, той няма магнитно поле. Защо? Металното му ядро ​​е много малко и най-важното е, че не е разтопено и следователно не предизвиква такова поле. В резултат на това повърхността на Марс е постоянно бомбардирана от заредени фрагменти от водородни ядра и други елементи, които непрекъснато се изхвърлят от Слънцето. Атмосферата на Марс е сходна по състав с тази на Венера: 95% CO 2 и 3% азот. Но поради слабата гравитация на тази планета и слънчевия вятър, нейната атмосфера е изключително разредена: налягането на повърхността на Марс е 167 пъти по-ниско, отколкото на Земята. При това налягане там също не може да има течна вода. Но не е на Марс заради ниската температура (средно минус 33 o C през деня). През лятото на екватора тя се повишава до максимум плюс 17°C, а през зимата на високи географски ширини пада до минус 125°C, когато атмосферният въглероден диоксид също се превръща в лед - това обяснява сезонното увеличение на белите полярни шапки на Марс.

Големите планети Юпитер и Сатурн изобщо нямат твърда повърхност - горните им слоеве се състоят от течен водород и хелий, а долните са от разтопени тежки елементи. Уран е течна топка с ядро ​​от разтопени силикати, над ядрото лежи горещ воден океан с дълбочина около 8 хиляди километра, а над всичко това е водородно-хелиева атмосфера с дебелина 11 хиляди километра. Най-отдалечените планети, Нептун и Плутон, са еднакво неподходящи за произхода на биологичния живот.

Само Земята имаше късмет. Случайна комбинация от обстоятелства (основните са първоначалната маса на етапа на протопланетата, разстоянието от Слънцето, скоростта на въртене около оста му и наличието на полутечно желязно ядро, което му придава силно магнитно поле, което предпазва от слънчевия вятър) позволи на планетата в крайна сметка да се превърне в това, което сме свикнали да я виждаме. Дългата геоложка еволюция на Земята доведе до появата на живот само на нея.

На първо място, газовият състав на земната атмосфера се е променил. Първоначално той очевидно се е състоял от водород, амоняк, метан и водна пара. След това, взаимодействайки с водорода, метанът се превръща в CO 2, а амонякът в азот. В първичната атмосфера на Земята нямаше кислород. Докато се охлаждаше, водната пара се кондензира в течна вода и образува океани и морета, които покриваха три четвърти от земната повърхност. Количеството въглероден диоксид в атмосферата намалява: той се разтваря във вода. По време на продължителни вулканични изригвания, характерни за ранните етапи от историята на Земята, част от CO 2 се свързва в карбонатни съединения. Намаляването на въглеродния диоксид в атмосферата отслаби създадения от него парников ефект: температурата на земната повърхност намаля и започна да се различава радикално от това, което съществуваше и съществува на Меркурий и Венера.

Моретата и океаните изиграха решаваща роля в биологичната еволюция на Земята. Атомите на различни химични елементи, разтворени във вода, взаимодействат, за да образуват нови, по-сложни неорганични съединения. От тях, под въздействието на електрически разряди на мълния, радиоактивно излъчване на метали и подводни вулканични изригвания в морската вода, възникват най-простите органични съединения - аминокиселини, тези първоначални „градивни елементи“, от които се съставят протеините - основата на живота организми. Повечето от тези прости аминокиселини се разпадат, но някои от тях, ставайки по-сложни, се превръщат в първични едноклетъчни организми като бактерии, способни да се адаптират към околната среда и да се възпроизвеждат.

И така, преди около 3,5 милиарда години започва качествено нов етап в геоложката история на Земята. Неговата химическа еволюция беше допълнена (или по-скоро изместена на заден план) от биологичната еволюция. Никоя друга планета в Слънчевата система не знаеше това.

Изминаха още около милиард и половина години, преди хлорофилът и други пигменти да се появят в клетките на някои бактерии, способни да извършват фотосинтеза под въздействието на слънчева светлина - превръщайки молекулите на въглероден диоксид (CO 2) и вода (H 2 O) в органични съединения и свободен кислород (O 2). Сега светлинното излъчване на Слънцето започна да обслужва безкрайния растеж на биомасата, развитието на органичния живот вървеше много по-бързо.

И по-нататък. Под въздействието на фотосинтезата, която абсорбира въглероден диоксид и освобождава несвързан кислород, газовият състав на земната атмосфера се променя: делът на CO 2 намалява, а делът на O 2 се увеличава. Горите, покриващи земята, ускориха този процес. И преди около 500 милиона години се появиха най-простите гръбначни водолюбиви птици. След около още 100 милиона години количеството кислород достигна ниво, което позволи на някои гръбначни животни да достигнат сушата. Не само защото всички сухоземни животни дишат кислород, но и поради факта, че в горните слоеве на атмосферата на височина 25-30 километра се е появил защитен слой от озон (O 3), който абсорбира значителна част от ултравиолетовите лъчи. и рентгеново лъчение на Слънцето, което е разрушително за сухоземните животни.

Съставът на земната атмосфера по това време е придобил изключително благоприятни свойства за по-нататъшното развитие на живота: 78% азот, 21% кислород, 0,9% аргон и много малко (0,03%) въглероден диоксид, водород и други газове. С такава атмосфера Земята, получавайки доста много топлинна енергия от Слънцето, около 40% от нея, за разлика от Венера, се отразява в космоса и земната повърхност не се прегрява. Но това не е всичко. Топлинната слънчева енергия, почти свободно достигаща Земята под формата на късовълнова радиация, се отразява в космоса като дълговълнова инфрачервена радиация. Той се задържа частично от водни пари, въглероден диоксид, метан, азотен оксид и други газове, съдържащи се в атмосферата, създавайки естествен парников ефект. Благодарение на него в долните слоеве на атмосферата и на повърхността на Земята се поддържа повече или по-малко стабилна умерена температура, която е с около 33 o C по-висока, отколкото би била, ако естественият парников ефект не съществуваше.

Така стъпка по стъпка на Земята се формира уникална екологична система, годна за живот. Голямото, наполовина разтопено желязно ядро ​​и бързото въртене на Земята около оста й създават достатъчно силно магнитно поле, което принуждава потоци от слънчеви протони и електрони да текат около нашата планета, без да й причиняват значителна вреда дори в периоди на повишена слънчева радиация (дори ако ядрото е по-малко и по-твърдо и ако въртенето на Земята беше по-бавно, тя ще остане беззащитна срещу слънчевия вятър). И благодарение на своето магнитно поле и значителна маса, Земята е запазила доста дебел слой атмосфера (дебелина около 1000 km), създавайки комфортен топлинен режим на повърхността на планетата и изобилие от течна вода - незаменимо условие за произход и еволюция на живота.

В течение на два милиарда години броят на различните видове растения и животни на планетата е достигнал приблизително 10 милиона. От тях 21% са растения, почти 76% са безгръбначни животни и малко повече от 3% са гръбначни, от които само една десета са бозайници. Във всяка природна и климатична зона те се допълват взаимно като връзки в трофичната, тоест хранителна верига, образувайки относително стабилна биоценоза.

Възникналата на Земята биосфера постепенно се вписва в екосистемата и става неразделна част от нея, участвайки в геоложкия цикъл на енергия и материя.

Живите организми са активни компоненти на много биогеохимични цикли, които включват вода, въглерод, кислород, азот, водород, сяра, желязо, калий, калций и други химични елементи. От неорганичната фаза те преминават в органичната фаза и след това под формата на отпадъчни продукти от растения и животни или техни останки се връщат в неорганичната фаза. Изчислено е, например, че една седма от целия въглероден диоксид и 1/4500 от кислорода преминава през органичната фаза годишно. Ако фотосинтезата на Земята спре по някаква причина, свободният кислород ще изчезне от атмосферата в рамките на около две хиляди години. И в същото време всички зелени растения и всички животни ще изчезнат, с изключение на най-простите анаеробни организми (някои видове бактерии, дрожди и червеи).

Екосистемата на Земята се самоподдържа благодарение на други цикли на вещества, несвързани с функционирането на биосферата – нека си припомним кръговрата на водата в природата, познат от училище. Целият набор от тясно взаимосвързани биологични и небиологични цикли образува сложна саморегулираща се екологична система, която е в относителен баланс. Стабилността му обаче е много крехка и уязвима. Доказателство за това са повтарящи се планетарни катастрофи, причината за които е падането на големи космически тела на Земята или мощни вулканични изригвания, поради които доставката на слънчева светлина на земната повърхност намаля за дълго време. Всеки път подобни бедствия отнасят от 50 до 96% от земната биота. Но животът се възроди отново и продължи да се развива.

Агресивен хомо сапиенс

Появата на фотосинтезиращи растения, както вече беше споменато, бележи нов етап в развитието на Земята. Такава драматична геоложка промяна е генерирана от относително прости живи организми, които нямат интелект. От хората, високо организиран организъм, надарен с мощен интелект, е естествено да се очаква много по-осезаемо въздействие върху екосистемата на Земята. Далечните предци на такова същество - хоминидите - се появяват, според различни оценки, от около 3 до 1,8 милиона години, неандерталците - около 200-100 хиляди, а съвременният Homo sapiens sapiens - само преди 40 хиляди години. В геологията дори три милиона години се вписват в границите на хронологичната грешка, а 40 хиляди са само една милионна от възрастта на Земята. Но дори и в този геоложки момент хората успяха напълно да подкопаят баланса на неговата екосистема.

На първо място, за първи път в историята нарастването на популацията на Хомо сапиенс не беше балансирано от природни ограничения: нито липса на храна, нито хищници, които се хранят с хора. С развитието на инструментите (особено след индустриалната революция) хората практически изпаднаха от обичайната трофична верига и получиха възможност да се възпроизвеждат почти безкрайно. Само преди две хиляди години е имало около 300 милиона, а до 2003 г. населението на земята се е увеличило 21 пъти до 6,3 милиарда.

Второ. За разлика от всички други биологични видове, които имат повече или по-малко ограничено местообитание, хората са се разселили по цялата земна повърхност, независимо от почвено-климатични, геоложки, биологични и други условия. Само поради тази причина степента на тяхното въздействие върху природата не е сравнима с влиянието на други създания. И накрая, благодарение на своята интелигентност, хората не толкова се адаптират към естествената среда, колкото адаптират тази среда към своите нужди. И подобно приспособяване (доскоро гордо казваха: „завладяване на природата”) придобива все по-обиден, дори агресивен характер.

В продължение на много хилядолетия хората не са усещали почти никакви ограничения от околната среда. И ако видят, че в непосредствена близост количеството на дивеча, който унищожават, е намаляло, обработваемите почви или ливадите за паша са изчерпани, тогава те мигрират на ново място. И всичко се повтаряше. Природните ресурси изглеждаха неизчерпаеми. Само понякога такъв чисто консуматорски подход към околната среда завършваше с провал. Преди повече от девет хиляди години шумерите започват да развиват поливно земеделие, за да изхранват нарастващото население на Месопотамия. Създадените от тях напоителни системи обаче с времето довели до преовлажняване и засоляване на почвата, което било основната причина за смъртта на шумерската цивилизация. Друг пример. Цивилизацията на маите, която процъфтява в днешна Гватемала, Хондурас и югоизточно Мексико, се срина преди около 900 години, главно поради ерозия на почвата и затлачване на реките. Същите причини предизвикаха падането на древните земеделски цивилизации от Месопотамия в Южна Америка. Тези случаи са само изключения от правилото, което гласи: черпете колкото можете повече от бездънния кладенец на природата. И хората са черпили от него, без да гледат състоянието на екосистемата.

Към днешна дата хората са приспособили около половината земна земя за своите нужди: 26% за пасища, по 11% за обработваема земя и гори, останалите 2-3% за строителство на жилища, промишлени съоръжения, транспорт и сектор на услугите . В резултат на обезлесяването земеделската земя се е увеличила шест пъти от 1700 г. насам. От наличните източници на прясна прясна вода човечеството използва повече от половината. В същото време почти половината от реките на планетата са станали значително по-плитки или замърсени, а около 60% от 277-те най-големи водни пътища са блокирани от язовири и други инженерни съоръжения, което е довело до създаването на изкуствени езера и промени в екологията. на резервоари и речни устия.

Хората са деградирали или унищожили местообитанията на много представители на флората и фауната. Само от 1600 г. на Земята са изчезнали 484 вида животни и 654 вида растения. Повече от една осма от 1183 вида птици и една четвърт от 1130 вида бозайници вече са застрашени от изчезване от лицето на Земята.

Световните океани са пострадали по-малко от хората. Хората използват само осем процента от първоначалната му производителност. Но дори и тук той остави злата си „следа“, като улови две трети от морските животни до краен предел и наруши екологията на много други морски обитатели. Само през 20-ти век почти половината от всички крайбрежни мангрови гори са унищожени и една десета от кораловите рифове са унищожени безвъзвратно.

И накрая, друга неприятна последица от бързо разрастващото се човечество са неговите промишлени и битови отпадъци. От общата маса на извлечените естествени суровини не повече от една десета се превръща в крайния потребителски продукт, останалата част отива в депата. Човечеството, според някои оценки, произвежда 2000 пъти повече органични отпадъци от останалата част от биосферата. Днес екологичният отпечатък на Хомо сапиенс превъзхожда отрицателното въздействие върху околната среда на всички останали живи същества, взети заедно. Човечеството се доближи до екологична задънена улица или по-скоро до ръба на скала. От втората половина на 20 век кризата на цялата екологична система на планетата нараства. Поражда се от много причини. Нека разгледаме само най-важната от тях - замърсяването на земната атмосфера.

Технологичният прогрес създаде много начини за замърсяването му. Това са различни стационарни инсталации, които преобразуват твърди и течни горива в топлинна или електрическа енергия. Това са превозни средства (автомобилите и самолетите несъмнено са лидери) и селското стопанство с неговите гниещи отпадъци от земеделието и животновъдството. Това са промишлени процеси в металургията, химическото производство и т.н. Това са битовите отпадъци и накрая добивът на изкопаеми горива (спомнете си например постоянно димящите факли в нефтени и газови находища или купища отпадъци в близост до въглищни мини).

Въздухът е отровен не само от първични газове, но и от вторични, които се образуват в атмосферата при реакцията на първите с въглеводороди под въздействието на слънчевата светлина. Серният диоксид и различни азотни съединения окисляват водните капки, които се събират в облаци. Такава подкислена вода, падаща под формата на дъжд, мъгла или сняг, отравя почвата, водните тела и унищожава горите. В Западна Европа езерната риба измира около големите индустриални центрове, а горите се превръщат в гробища от мъртви, голи дървета. Горските животни на такива места почти напълно умират.

Тези катастрофи, причинени от антропогенно замърсяване на атмосферата, въпреки че са универсални, все още са повече или по-малко локализирани пространствено: те обхващат само определени области на планетата. Някои видове замърсяване обаче придобиват планетарен мащаб. Говорим за емисии на въглероден диоксид, метан и азотен оксид в атмосферата, които засилват естествения парников ефект. Емисиите на въглероден диоксид в атмосферата създават около 60% от допълнителния парников ефект, метан - около 20%, други въглеродни съединения - още 14%, а останалите 6-7% идват от азотен оксид.

При естествени условия съдържанието на CO 2 в атмосферата през последните няколкостотин милиона години е около 750 милиарда тона (около 0,3% от общото тегло на въздуха в повърхностните слоеве) и се поддържа на това ниво поради факта, че излишната му маса се разтваря във вода и се абсорбира от растенията по време на процеса на фотосинтеза. Дори относително малко нарушение на този баланс застрашава значителни промени в екосистемата с трудно предвидими последици както за климата, така и за растенията и животните, които са се приспособили към него.

През последните два века човечеството има значителен „принос“ за нарушаването на този баланс. През 1750 г. той е отделил само 11 милиона тона CO 2 в атмосферата. Век по-късно емисиите се увеличават 18 пъти, достигайки 198 милиона тона, а сто години по-късно се увеличават 30 пъти до 6 милиарда тона. До 1995 г. тази цифра се е учетворила до 24 милиарда тона. Съдържанието на метан в атмосферата се е удвоило приблизително през последните два века. А способността му да засилва парниковия ефект е 20 пъти по-голяма от CO2.

Последствията бяха незабавни: през 20-ти век средната глобална повърхностна температура се увеличи с 0,6°C. Изглежда като дреболия. Но дори такова повишаване на температурата е достатъчно 20-ти век да бъде най-топлият през последното хилядолетие, а 90-те години да бъдат най-топлите през миналия век. Снежната покривка на земната повърхност е намаляла с 10% от края на 60-те години на миналия век, а дебелината на леда в Северния ледовит океан е намаляла с повече от метър през последните няколко десетилетия. В резултат нивото на Световния океан се е повишило със 7-10 сантиметра през последните сто години.

Някои скептици смятат антропогенното затопляне на климата за мит. Казват, че има естествени цикли на температурни колебания, един от които се наблюдава сега, а антропогенният фактор е пресилен. Съществуват естествени цикли на температурни колебания в близката до Земята атмосфера. Но те се измерват в много десетилетия, някои във векове. Затоплянето на климата, наблюдавано през последните два и повече века, не само не се вписва в обичайната природна цикличност, но и настъпва неестествено бързо. Междуправителственият панел по изменение на климата, който си сътрудничи с учени от целия свят, докладва в началото на 2001 г., че причинените от човека промени стават все по-ясни, че затоплянето се ускорява и последиците от него са много по-тежки, отколкото се смяташе преди. Очаква се, по-специално, че до 2100 г. средната температура на земната повърхност на различни географски ширини може да се повиши с още 1,4-5,8 ° C с всички произтичащи от това последствия.

Затоплянето на климата е разпределено неравномерно: в северните ширини то е по-изразено, отколкото в тропиците. Следователно през настоящия век зимните температури ще се повишат най-осезаемо в Аляска, Северна Канада, Гренландия, Северна Азия и Тибет, а летните температури в Централна Азия. Това разпределение на затоплянето води до промяна в динамиката на въздушните потоци и следователно до преразпределение на валежите. А това от своя страна поражда все повече природни бедствия – урагани, наводнения, суши, горски пожари. През 20-ти век около 10 милиона души са загинали при подобни бедствия. Освен това нараства броят на големите бедствия и техните разрушителни последици. През 50-те години е имало 20 мащабни природни бедствия, 47 през 70-те и 86 през 90-те. Щетите, причинени от природни бедствия, са огромни (виж графиката).

Първите години на този век бяха белязани от безпрецедентни наводнения, урагани, суши и горски пожари.

И това е само началото. По-нататъшното затопляне на климата във високите географски ширини заплашва размразяването на вечната замръзналост в Северен Сибир, Колския полуостров и субполярните региони на Северна Америка. Това означава, че основите под сгради в Мурманск, Воркута, Норилск, Магадан и десетки други градове и градове, стоящи върху замръзнала почва, ще изплуват (в Норилск вече са забелязани признаци на наближаваща катастрофа). Това обаче не е всичко. Обвивката на вечно замръзналата земя се размразява и се отваря изход за огромните натрупвания на метан, съхраняван под нея в продължение на хиляди години, газ, който причинява повишен парников ефект. Вече е регистрирано, че метанът на много места в Сибир започва да изтича в атмосферата. Ако климатът тук се затопли още малко, емисиите на метан ще станат масови. Резултатът е увеличаване на парниковия ефект и още по-голямо затопляне на климата на цялата планета.

Според песимистичния сценарий, поради затоплянето на климата, до 2100 г. нивото на Световния океан ще се покачи с почти един метър. И тогава южното крайбрежие на Средиземно море, западното крайбрежие на Африка, Южна Азия (Индия, Шри Ланка, Бангладеш и Малдивите), всички крайбрежни страни на Югоизточна Азия и кораловите атоли в Тихия и Индийския океан ще станат сцена на природно бедствие. Само в Бангладеш морето заплашва да удави около три милиона хектара земя и да наложи разселването на 15-20 милиона души. В Индонезия 3,4 милиона хектара може да бъдат наводнени и най-малко два милиона души да бъдат разселени. За Виетнам тези цифри биха били два милиона хектара и десет милиона разселени хора. А общият брой на такива жертви по света може да достигне приблизително милиард.

Според експертите на UNEP разходите, причинени от затоплянето на климата на Земята, ще продължат да се увеличават. Разходите за защита срещу покачването на морското равнище и силните бури могат да достигнат 1 милиард долара годишно. Ако концентрацията на CO 2 в атмосферата се удвои в сравнение с прединдустриалните нива, глобалното селско и горско стопанство ще загуби до 42 милиарда долара годишно поради суши, наводнения и пожари, а системата за водоснабдяване ще бъде изправена пред допълнителни разходи (около 47 милиарда долара) до 2050 г.

Човекът все повече вкарва природата и себе си в задънена улица, от която излизането е все по-трудно. Изключителният руски математик и еколог академик Н. Н. Моисеев предупреди, че биосферата, както всяка сложна нелинейна система, може да загуби стабилност, в резултат на което ще започне нейният необратим преход към определено квазистабилно състояние. Повече от вероятно е в това ново състояние параметрите на биосферата да са неподходящи за човешки живот. Затова няма да е погрешно да се каже, че човечеството балансира на острието на бръснача. Колко дълго може да балансира така? През 1992 г. две от най-авторитетните научни организации в света - Британското кралско общество и Американската национална академия на науките - съвместно заявяват: „Бъдещето на нашата планета виси на косъм. Устойчивото развитие може да бъде постигнато, но само ако необратимата деградация на планетата ще бъде спряна навреме.“ На свой ред Н. Н. Моисеев пише, че „подобна катастрофа може да се случи не в някакво неясно бъдеще, а може би вече в средата на идващия 21 век“.

Ако тези прогнози са верни, тогава по исторически стандарти остава много малко време за намиране на изход - от три до пет десетилетия.

Как да се измъкнем от задънена улица?

В продължение на много стотици години хората са били абсолютно убедени: човекът е създаден от Създателя като венец на природата, неин владетел и трансформатор. Подобен нарцисизъм все още се поддържа от основните световни религии. Освен това такава хомоцентрична идеология беше подкрепена от изключителния руски геолог и геохимик В. И. Вернадски, който през 20-те години на миналия век формулира идеята за прехода на биосферата в ноосферата (от гръцки noos - ум), в един вид интелектуален „слой“ на биосферата. „Човечеството, взето като цяло, се превръща в мощна геоложка сила и пред него, пред неговата мисъл и работа, възниква въпросът за преструктуриране на биосферата в интерес на свободомислещото човечество като единно цяло“, пише той. Нещо повече, „[човек] може и трябва да преустрои областта на своя живот чрез работа и мисъл, да преустрои радикално в сравнение с това, което е било преди“ (курсивът е добавен. - Ю. Ш.).

Всъщност, както вече споменахме, имаме не преход на биосферата в ноосфера, а прехода й от естествена еволюция към неестествена, наложена й от агресивната намеса на човечеството. Тази разрушителна намеса се отнася не само за биосферата, но и за атмосферата, хидросферата и отчасти за литосферата. Какво царство на разума има, ако човечеството, дори осъзнало много (макар и не всички) аспекти на деградацията на естествената среда, която е генерирало, не е в състояние да спре и продължава да влошава екологичната криза. В естествената си среда се държи като бик в магазин за порцелан.

Настъпи горчив махмурлук - спешна нужда да се намери изход. Неговото търсене е трудно, тъй като съвременното човечество е много разнородно - както по отношение на нивото на техническо, икономическо и културно развитие, така и по манталитет. Някои хора са просто безразлични към бъдещата съдба на световното общество, докато други се придържат към старомодната логика: не сме се измъкнали от такива проблеми, но и този път ще се измъкнем. Надеждите за „може би“ може да се окажат фатална грешка.

Друга част от човечеството разбира сериозността на надвисналата опасност, но вместо да участва в колективно търсене на изход, насочва цялата си енергия към разобличаване на виновните за създалата се ситуация. Тези хора смятат за отговорни за кризата либералната глобализация, егоистичните индустриализирани страни или просто „главния враг на цялото човечество“ – Съединените щати. Те изливат собствения си гняв на страниците на вестници и списания, организират масови протести, участват в улични безредици и се наслаждават на чупенето на прозорци в градове, където се провеждат форуми на международни организации. Трябва ли да казвам, че подобни разкрития и демонстрации не напредват още една стъпка в решаването на един универсален проблем, а по-скоро го възпрепятстват?

И накрая, третата, много малка част от световната общност не само разбира степента на заплахата, но и концентрира своите интелектуални и материални ресурси за намиране на изходи от настоящата ситуация. Тя се стреми да различи перспектива в мъглата на бъдещето и да намери оптималния път, за да не се спъне и да не пропадне в бездната.

След като претеглихме реалните опасности и ресурси, с които човечеството разполага в началото на 21 век, можем да кажем, че все още има някакъв шанс за излизане от сегашната безизходица. Но е необходима безпрецедентна мобилизация на здравия разум и волята на цялата световна общност за решаване на много проблеми в три стратегически направления.

Първият от тях е психологическа преориентация на световното общество, радикална промяна в стереотипите на неговото поведение. „За да излезе от кризите, породени от техногенната цивилизация, обществото ще трябва да премине през труден етап на духовна революция, както през Ренесанса“, казва академик Б. С. Степин, „Ще трябва да развием нови ценности... Ние трябва да променим отношението си към природата: не можем да я разглеждаме като бездънна килера, като нива за преправяне и оран." Такава психологическа революция е невъзможна без значително усложняване на логическото мислене на всеки индивид и преход към нов модел на поведение за по-голямата част от човечеството. Но, от друга страна, това е невъзможно без фундаментални промени в отношенията в обществото - без нови морални норми, без нова организация на микро- и макрообществото, без нови взаимоотношения между различните общества.

Подобна психологическа преориентация на човечеството е много трудна. Ще трябва да разчупим стереотипите на мислене и поведение, които са се развивали в продължение на хиляди години. И на първо място е необходима радикална ревизия на самооценката на човека като венец на природата, неин трансформатор и владетел. Тази хомоцентрична парадигма, проповядвана от хилядолетия от много световни религии, подкрепяна през 20 век от доктрината за ноосферата, трябва да бъде изпратена на идеологическото бунище на историята.

В наше време е необходима друга ценностна система. Отношението на хората към живата и неживата природа не трябва да се основава на противопоставянето „ние” и „всичко останало”, а на разбирането, че и „ние”, и „всичко останало” сме равноправни пътници на космическия кораб, наречен „Земя”. . Такава психологическа революция изглежда малко вероятна. Но нека си припомним, че в епохата на прехода от феодализъм към капитализъм точно такава революция, макар и в по-малък мащаб, настъпи в съзнанието на аристокрацията, която традиционно разделя обществото на „ние” (хора със синя кръв). ) и „те“ (обикновените хора и просто тълпата). В съвременния демократичен свят подобни идеи са станали неморални. Многобройни „табута” по отношение на природата могат и трябва да се появят и да се наложат в индивидуалното и общественото съзнание - един вид екологичен императив, който изисква балансиране на нуждите на световното общество и всеки човек с възможностите на екосферата. Моралът трябва да надхвърли междуличностните или международните отношения и да включва норми на поведение по отношение на живата и неживата природа.

Второто стратегическо направление е ускоряване и глобализация на научно-техническия прогрес. „Тъй като назряващата екологична криза, заплашваща да прерасне в глобална катастрофа, е причинена от развитието на производителните сили, постиженията на науката и технологиите, изходът от нея е немислим без по-нататъшното развитие на тези компоненти на цивилизационния процес“, пише Н. Н. Моисеев, „За да се намери изход“, ще са необходими максимални усилия на творческия гений на човечеството, безброй изобретения и открития, следователно е необходимо да се освободи индивидът възможно най-скоро всеки способен човек да разкрие своя творчески потенциал.”

Наистина, човечеството ще трябва радикално да промени структурата на производството, която се е развивала в продължение на векове, изключително намаляване на дела на добивната индустрия в него, замърсяване на почвата и подземните води на селското стопанство; преминаване от въглеводородна енергия към ядрена енергия; замяна на автомобилния и авиационния транспорт, работещ с течно гориво, с друг, екологичен; значително преструктуриране на цялата химическа индустрия, за да се сведе до минимум замърсяването на атмосферата, водата и почвата от нейните продукти и отпадъци...

Някои учени виждат бъдещето на човечеството в отдалечаването от техногенната цивилизация на 20 век. Ю. В. Яковец, например, смята, че в постиндустриалната епоха, която той вижда като „хуманистично общество“, „ще бъде преодоляна техногенната природа на късноиндустриалното общество“. Всъщност, за да се предотврати екологична катастрофа, е необходима максимална интензификация на научно-техническите усилия за създаване и внедряване на екологични технологии във всички сфери на човешката дейност: селско стопанство, енергетика, металургия, химическа промишленост, строителство, бита и др. , постиндустриалното общество става не посттехногенно, а напротив, супертехногенно. Друго нещо е, че векторът на неговата техногенност се променя от усвояване на ресурси към опазване на ресурсите, от екологично мръсни технологии към екологични.

Важно е да се има предвид, че подобни качествено нови технологии стават все по-опасни, тъй като могат да бъдат използвани както в полза на човечеството и природата, така и в тяхна вреда. Следователно тук са необходими непрекъснато нарастваща предпазливост и предпазливост.

Третото стратегическо направление е преодоляване или поне значително намаляване на техническото, икономическото и социокултурното разминаване между постиндустриалния център на световната общност и неговата периферия и полупериферия. В края на краищата фундаментални технологични промени трябва да настъпят не само във високоразвитите страни с големи финансови и човешки ресурси, но и в целия развиващ се свят, който бързо се индустриализира главно на базата на стари, опасни за околната среда технологии и няма нито финансови, нито човешки ресурси за прилагане на технологии за опазване на околната среда. Технологичните иновации, които в момента се създават само в постиндустриалния център на световната общност, трябва да бъдат въведени и в неговата индустриална или индустриализираща се периферия. В противен случай тук ще се използват все по-мащабно остарели, опасни за околната среда технологии и деградацията на естествената среда на планетата ще се ускори още повече. Невъзможно е да спрем процеса на индустриализация в развиващите се региони на света. Това означава, че трябва да им помогнем да направят това по начин, който минимизира щетите за околната среда. Този подход е в интерес на цялото човечество, включително и на населението на високоразвитите страни.

И трите стратегически задачи, стоящи пред световната общност, са безпрецедентни както по своята трудност, така и по своето значение за бъдещите съдбини на човечеството. Те са тясно взаимосвързани и взаимозависими. Неуспешното решаване на един от тях няма да ви позволи да разрешите останалите. Като цяло това е тест за зрелостта на вида Хомо сапиенс, който случайно стана „най-умният“ сред животните. Дойде време да докаже, че той е наистина умен и способен да спаси земната екосфера и себе си в нея от деградация.

Екосистема- това е функционалното единство на живите организми и тяхното местообитание. Основните характерни черти на една екосистема са нейната безразмерност и липса на ранг. Замяната на едни биоценози с други за дълъг период от време се нарича сукцесия. Наследяването, възникващо върху новообразуван субстрат, се нарича първично. Сукцесията в площ, която вече е заета от растителност, се нарича вторична сукцесия.

Единица за класификация на екосистемите е биомът - природна зона или район с определени климатични условия и съответен набор от доминиращи растителни и животински видове.

Специална екосистема - биогеоценоза - е участък от земната повърхност с еднородни природни явления. Компонентите на биогеоценозата са климатоп, едафотоп, хидротоп (биотоп), както и фитоценоза, зооценоза и микробиоценоза (биоценоза).

За да си набавят храна, хората изкуствено създават агроекосистеми. Те се различават от естествените с ниска устойчивост и стабилност, но с по-висока производителност.

Екосистемите са основните структурни единици на биосферата

Екологичната система или екосистемата е основната функционална единица в екологията, тъй като включва организми и

нежива среда - компоненти, които взаимно влияят на свойствата си и необходимите условия за поддържане на живота във формата, която съществува на Земята. Срок екосистемае предложен за първи път през 1935 г. от английски еколог А. Тансли.

По този начин екосистемата се разбира като набор от живи организми (съобщества) и техните местообитания, които благодарение на цикъла на веществата образуват стабилна система от живот.

Съобществата от организми са свързани с неорганичната среда чрез най-тесни материални и енергийни връзки. Растенията могат да съществуват само благодарение на постоянното снабдяване с въглероден диоксид, вода, кислород и минерални соли. Хетеротрофите живеят от автотрофи, но се нуждаят от доставка на неорганични съединения като кислород и вода.

Във всяко дадено местообитание запасите от неорганични съединения, необходими за поддържане на живота на организмите, които го обитават, няма да продължат дълго, ако тези запаси не бъдат подновени. Връщането на хранителни вещества в околната среда става както по време на живота на организмите (в резултат на дишане, екскреция, дефекация), така и след смъртта им, в резултат на разлагането на трупове и растителни остатъци.

Следователно общността образува определена система с неорганичната среда, в която потокът от атоми, причинен от жизнената дейност на организмите, има тенденция да се затваря в цикъл.

Ориз. 8.1. Структурата на биогеоценозата и схемата на взаимодействие между компонентите

Терминът "биогеоценоза", предложен през 1940 г., е широко използван в руската литература. б. нСукачев.Според неговата дефиниция биогеоценозата е „съвкупност от хомогенни природни явления (атмосфера, скали, почва и хидрологични условия) на определена територия от земната повърхност, която има особена специфика на взаимодействието на тези компоненти, които я изграждат и определен тип обмен на материя и енергия между тях и други природни явления и представляващи вътрешно противоречиво диалектическо единство, в постоянно движение и развитие.

В биогеоценозата V.N. Сукачев идентифицира два блока: екотоп— набор от условия на абиотичната среда и биоценоза- съвкупността от всички живи организми (фиг. 8.1). Екотопът често се разглежда като абиотична среда, нетрансформирана от растенията (първичният комплекс от фактори на физико-географската среда), а биотопът е съвкупност от елементи на абиотичната среда, модифицирана от дейностите, формиращи средата на живите организми.

Има мнение, че терминът "биогеоценоза" в много по-голяма степен отразява структурните характеристики на изследваната макросистема, докато понятието "екосистема" включва преди всичко нейната функционална същност. Всъщност няма разлика между тези термини.

Трябва да се отбележи, че комбинацията от специфична физикохимична среда (биотоп) с общност от живи организми (биоценоза) образува екосистема:

Екосистема = Биотоп + Биоценоза.

Равновесното (стабилно) състояние на екосистемата се осигурява въз основа на циклите на веществата (виж параграф 1.5). Всички компоненти на екосистемите участват пряко в тези цикли.

За да се поддържа циркулацията на веществата в една екосистема, е необходимо да има запас от неорганични вещества в смилаема форма и три функционално различни екологични групи организми: производители, консументи и разлагащи.

производителиавтотрофните организми са способни да изграждат телата си с помощта на неорганични съединения (фиг. 8.2).

Ориз. 8.2. производители

Потребители -хетеротрофни организми, които консумират органична материя от производители или други потребители и я трансформират в нови форми.

РазлагачиТе живеят от мъртва органична материя, превръщайки я обратно в неорганични съединения. Тази класификация е относителна, тъй като самите потребители и производители действат частично като разлагащи вещества по време на живота, освобождавайки минерални метаболитни продукти в околната среда.

По принцип цикълът на атомите може да се поддържа в системата без междинно звено - консуматори, благодарение на дейността на други две групи. Такива екосистеми обаче се срещат по-скоро като изключение, например в онези райони, където функционират общности, формирани само от микроорганизми. Ролята на консументи в природата се играе главно от животните, тяхната дейност за поддържане и ускоряване на цикличната миграция на атомите в екосистемите е сложна и разнообразна.

Мащабът на екосистемите в природата варира значително. Различна е и степента на затвореност на поддържаните в тях цикли на материята, т.е. многократно включване на едни и същи елементи в цикли. Като отделни екосистеми можем да разгледаме например възглавница от лишеи върху ствол на дърво, гниещ пън с населението му, малко временно водно тяло, ливада, гора, степ, пустиня, целия океан, и накрая, цялата повърхност на Земята, заета от живот.

В някои видове екосистеми преносът на материя извън техните граници е толкова голям, че стабилността им се поддържа главно от притока на същото количество материя отвън, докато вътрешният кръговрат е неефективен. Те включват течащи резервоари, реки, потоци и райони по стръмни планински склонове. Други екосистеми имат много по-пълен кръговрат на веществата и са относително автономни (гори, ливади, езера и др.).

Една екосистема е практически затворена система. Това е фундаменталната разлика между екосистемите и общностите и популациите, които са отворени системи, които обменят енергия, материя и информация със своята среда.

Но нито една екосистема на Земята няма напълно затворена циркулация, тъй като все още има минимален обмен на маса с околната среда.

Една екосистема е набор от взаимосвързани потребители на енергия, които извършват работа, за да поддържат своето неравновесно състояние спрямо местообитанието си чрез използване на потока от слънчева енергия.

В съответствие с йерархията на общностите, животът на Земята се проявява и в йерархията на съответните екосистеми. Екосистемната организация на живота е едно от необходимите условия за неговото съществуване. Както вече беше отбелязано, запасите от биогенни елементи, необходими за живота на организмите на Земята като цяло и във всяка конкретна област на нейната повърхност, не са неограничени. Само система от цикли може да даде на тези резерви свойството безкрайност, необходимо за продължаване на живота.

Само функционално различни групи организми могат да поддържат и осъществяват цикъла. Функционалното и екологично разнообразие на живите същества и организацията на потока от вещества, извлечени от околната среда в цикли, е най-древното свойство на живота.

От тази гледна точка, устойчивото съществуване на много видове в една екосистема се постига благодарение на смущения в естествените местообитания, които постоянно се случват в нея, което позволява на нови поколения да заемат новоосвободеното пространство.

Концепция за екосистема

Основният обект на изучаване на екологията са екологичните системи или екосистемите. Екосистемата заема следващо място след биоценозата в системата от нива на живата природа. Когато говорим за биоценоза, имахме предвид само живи организми. Ако разгледаме живите организми (биоценоза) във връзка с факторите на околната среда, тогава това вече е екосистема. По този начин екосистемата е природен комплекс (биоинертна система), образуван от живи организми (биоценоза) и тяхното местообитание (например атмосферата е инертна, почвата, резервоарът е биоинертен и т.н.), свързани помежду си от обмен на вещества и енергия.

Терминът "екосистема", общоприет в екологията, е въведен през 1935 г. от английския ботаник А. Тансли. Той смята, че екосистемите, „от гледна точка на еколога, представляват основните природни единици на повърхността на земята“, които включват „не само комплекс от организми, но и целия комплекс от физически фактори, които формират това, което ние наричаме биома среда - фактори на местообитанието в най-широк смисъл." Тансли подчертава, че екосистемите се характеризират с различни видове метаболизъм не само между организмите, но и между органичната и неорганичната материя. Това е не само комплекс от живи организми, но и комбинация от физически фактори.

Екосистема (екологична система)— основната функционална единица на екологията, представляваща единството на живите организми и тяхното местообитание, организирано от енергийните потоци и биологичния цикъл на веществата. Това е основната общност от живи същества и тяхното местообитание, всяка съвкупност от живи организми, живеещи заедно, и условията на тяхното съществуване (фиг. 8).

Ориз. 8. Различни екосистеми: а - езерце в средната зона (1 - фитопланктон; 2 - зоопланктон; 3 - плуващи бръмбари (ларви и възрастни); 4 - млад шаран; 5 - щука; 6 - хорономидни ларви (комари); 7 - бактерии; 8 - насекоми от крайбрежната растителност (I - абиотични вещества, т.е. основни неорганични и органични компоненти); и др. – индиректни или хранещи се с детрит консументи (почвени безгръбначни);

Понятието „екосистема“ може да се приложи към обекти с различна степен на сложност и размер. Пример за екосистема е тропическа гора на определено място и време, обитавана от хиляди видове растения, животни и микроби, живеещи заедно и свързани чрез взаимодействията, които възникват между тях. Екосистемите са природни образувания като океан, море, езеро, ливада, блато. Една екосистема може да бъде хълм в блато, гниещо дърво в гора с организми, живеещи върху тях и в тях, или мравуняк с мравки. Най-голямата екосистема е планетата Земя.

Всяка екосистема може да се характеризира с определени граници (екосистема от смърчови гори, екосистема от низинни блата). Самото понятие „екосистема“ обаче е без ранг. Притежава атрибута безразмерност, не се характеризира с териториални ограничения. Обикновено екосистемите се разграничават от елементи на абиотичната среда, например релеф, видово разнообразие, физикохимични и трофични условия и др. Размерът на екосистемите не може да бъде изразен във физически мерни единици (площ, дължина, обем и др.). Изразява се като системна мярка, която отчита метаболитни и енергийни процеси. Следователно екосистемата обикновено се разбира като набор от компоненти на биотичната (живи организми) и абиотичната среда, по време на взаимодействието на които възниква повече или по-малко пълен биотичен цикъл, в който участват производители, потребители и разлагащи. Терминът „екосистема“ се използва и по отношение на изкуствени образувания, например паркова екосистема, селскостопанска екосистема (агроекосистема).

Екосистемите могат да бъдат разделени на микроекосистеми(дърво в гората, крайбрежни гъсталаци от водни растения), мезоекосистеми(блато, борова гора, ръжено поле) и макроекосистеми(океан, море, пустиня).

За баланса в екосистемите

Равновесните екосистеми са тези, които „контролират” концентрациите на хранителни вещества, поддържайки тяхното равновесие с твърдите фази. Твърдите фази (останките от живи организми) са продукти от жизнената дейност на биотата. Тези общности и популации, които са част от една равновесна екосистема, също ще бъдат в равновесие. Този вид биологично равновесие се нарича Подвижен, тъй като процесите на смърт непрекъснато се компенсират от появата на нови организми.

Равновесните екосистеми се подчиняват на принципа на Le Chatelier за устойчивост. Следователно, тези екосистеми имат хомеостаза - с други думи, те са в състояние да минимизират външните влияния, като същевременно поддържат вътрешен баланс. Стабилността на екосистемите се постига не чрез изместване на химическите равновесия, а чрез промяна на скоростите на синтез и разлагане на хранителни вещества.

От особен интерес е методът за поддържане на стабилността на екосистемите, основан на включването в биологичния цикъл на органични вещества, произведени преди това от екосистемата и заделени „в резерв“ - дървесина и мортмаса (торф, хумус, постеля). В този случай дървесината служи като индивидуално материално богатство, а мортмасата служи като колективно богатство, принадлежащо на екосистемата като цяло. Това „материално богатство” повишава устойчивостта на екосистемите, осигурявайки оцеляването им при неблагоприятни климатични промени, природни бедствия и др.

Стабилността на една екосистема е толкова по-голяма, колкото по-голяма е тя и колкото по-богат и разнообразен е нейният видов и популационен състав.

Различните видове екосистеми използват различни варианти за индивидуални и колективни методи за съхранение на устойчивост с различни съотношения на индивидуално и колективно материално богатство.

По този начин основната функция на съвкупността от живи същества (общности), включени в екосистемата, е да осигури равновесно (стабилно) състояние на екосистемата въз основа на затворен цикъл на веществата.

Екосистемите са едно от ключовите понятия на екологията, която е система, която включва няколко компонента: общност от животни, растения и микроорганизми, характерно местообитание, цяла система от взаимоотношения, чрез които се осъществява обменът на вещества и енергии.

В науката има няколко класификации на екосистемите. Едната от тях разделя всички известни екосистеми на два големи класа: естествени, създадени от природата, и изкуствени, създадени от човека. Нека разгледаме всеки от тези класове по-подробно.

Естествени екосистеми

Както беше отбелязано по-горе, естествените екосистеми са се образували в резултат на действието на природни сили. Те се характеризират с:

• Тясна връзка между органичните и неорганичните вещества
• Пълен, затворен кръг от цикъла на веществата: започвайки от появата на органична материя и завършвайки с нейното разпадане и разлагане на неорганични компоненти.
• Устойчивост и способност за самолечение.

Всички природни екосистеми се определят от следните характеристики:

• 1. Видова структура: броят на всеки вид животно или растение се регулира от природните условия.
  2. Пространствена структура: всички организми са подредени в строга хоризонтална или вертикална йерархия. Например в горската екосистема нивата са ясно разграничени; във водната екосистема разпределението на организмите зависи от дълбочината на водата.
  3. Биотични и абиотични вещества. Организмите, които изграждат екосистемата, се делят на неорганични (абиотични: светлина, въздух, почва, вятър, влажност, налягане) и органични (биотични – животни, растения).
  4. От своя страна биотичният компонент е разделен на производители, потребители и разрушители. Производителите включват растения и бактерии, които използват слънчева светлина и енергия, за да създадат органична материя от неорганични вещества. Консуматорите са животни и месоядни растения, които се хранят с тази органична материя. Разрушителите (гъбички, бактерии, някои микроорганизми) са венецът на хранителната верига, тъй като те извършват обратния процес: органичните вещества се превръщат в неорганични вещества.

Пространствените граници на всяка естествена екосистема са много произволни. В науката е обичайно тези граници да се определят от естествените контури на релефа: например блато, езеро, планини, реки. Но като цяло всички екосистеми, които съставляват биочерупката на нашата планета, се считат за отворени, тъй като взаимодействат с околната среда и с космоса. В най-общ план картината изглежда така: живите организми получават енергия, космически и земни вещества от околната среда, а изходът е утаечни скали и газове, които в крайна сметка излизат в космоса.

Всички компоненти на естествената екосистема са тясно свързани помежду си. Принципите на тази връзка се развиват в продължение на години, понякога векове. Но точно затова те стават толкова стабилни, тъй като тези връзки и климатичните условия определят видовете животни и растения, които живеят в дадена област. Всеки дисбаланс в естествена екосистема може да доведе до нейното изчезване или изчезване. Такова нарушение може да бъде например обезлесяване или унищожаване на популация от определен животински вид. В този случай хранителната верига незабавно се прекъсва и екосистемата започва да се „проваля“.

Между другото, въвеждането на допълнителни елементи в екосистемите също може да го наруши. Например, ако човек започне да отглежда животни в избраната екосистема, които първоначално не са били там. Ярко потвърждение за това е отглеждането на зайци в Австралия. Първоначално това беше от полза, тъй като в такава плодородна среда и отлични климатични условия за размножаване, зайците започнаха да се размножават с невероятна скорост. Но накрая всичко се разпадна. Безброй орди от зайци опустошиха пасищата, където преди това пасяха овце. Броят на овцете започнал да намалява. И човек получава много повече храна от една овца, отколкото от 10 заека. Този инцидент дори се превърна в поговорка: „Зайците изядоха Австралия“. На учените бяха необходими невероятни усилия и много разходи, преди да успеят да се отърват от популацията на зайци. Не беше възможно да се унищожи напълно популацията им в Австралия, но броят им намаля и вече не застрашаваше екосистемата.

Изкуствени екосистеми

Изкуствените екосистеми са съобщества от животни и растения, живеещи в условия, създадени за тях от човека. Те се наричат ​​още нообиогеоценози или социоекосистеми. Примери: поле, пасище, ​​град, общество, космически кораб, зоопарк, градина, изкуствено езерце, резервоар.

Най-простият пример за изкуствена екосистема е аквариумът. Тук местообитанието е ограничено от стените на аквариума, потокът от енергия, светлина и хранителни вещества се осъществява от човека, който също така регулира температурата и състава на водата. Първоначално се определя и броят на жителите.

Първа характеристика: всички изкуствени екосистеми са хетеротрофни, тоест консумиране на готова храна. Да вземем за пример град, една от най-големите изкуствени екосистеми. Тук огромна роля играе притокът на изкуствено създадена енергия (газопровод, електричество, храна). В същото време такива екосистеми се характеризират с голямо отделяне на токсични вещества. Тоест тези вещества, които по-късно служат за производството на органична материя в естествена екосистема, често стават неподходящи в изкуствени.

Друга отличителна черта на изкуствените екосистеми е отвореният метаболитен цикъл.Да вземем за пример агроекосистемите – най-важните за хората. Те включват ниви, градини, зеленчукови градини, пасища, ферми и други земеделски земи, върху които хората създават условия за производство на потребителски продукти. Хората изваждат част от хранителната верига в такива екосистеми (под формата на култури) и следователно хранителната верига се разрушава.

Третата разлика между изкуствените екосистеми и естествените е техният малък брой видове. Всъщност човек създава екосистема в името на отглеждането на един (по-рядко няколко) вида растения или животни. Например в пшенично поле се унищожават всички вредители и плевели и се отглежда само пшеница. Това прави възможно получаването на по-добра реколта. Но в същото време унищожаването на организми, които са „нерентабилни“ за хората, прави екосистемата нестабилна.

Сравнителна характеристика на естествени и изкуствени екосистеми

По-удобно е да се представи сравнение на естествени екосистеми и социоекосистеми под формата на таблица:

). Съвременният термин е предложен за първи път от английския еколог А. Тансли (Английски)Руски

през 1935г. В. В. Докучаев също развива идеята за биоценозата като цялостна система. Въпреки това, в руската наука концепцията за биогеоценозата, въведена от V.N.Sukachev (1944), е станала общоприета. В сродните науки също има различни определения, които в една или друга степен съвпадат с понятието „екосистема“, например „геосистема“ в геоекологията или въведени около същия период от други учени „холоцен“ (F. Clements, 1930 г. ) и „биоинертно тяло“ (V.I. Vernadsky, 1944).

Екосистемна концепция

Дефиниции

Понякога се подчертава специално, че екосистемата е исторически развита система (виж Биоценоза).

Екосистемна концепция

Юджийн Одум (1913-2000). Бащата на екосистемната екология

Екосистемата е сложна (според дефиницията на сложните системи на Л. Берталанфи), самоорганизираща се, саморегулираща се и саморазвиваща се система. Основната характеристика на екосистемата е наличието на относително затворени, пространствено и времево стабилни потоци от материя и енергия между биотичните и абиотичните части на екосистемата. От това следва, че не всяка биологична система може да се нарече екосистема, например аквариум или гнил пън не са такива. Тези биологични системи (естествени или изкуствени) не са достатъчно самодостатъчни и саморегулиращи се (ако спрете да регулирате условията и поддържате характеристиките на същото ниво, той ще се срине достатъчно бързо); Такива общности не образуват независими затворени цикли на материя и енергия (пън), а са само част от по-голяма система. Такива системи трябва да се наричат ​​общности от по-нисък ранг или микрокосмоси. Понякога за тях се използва понятието фациес (например в геоекологията), но не е в състояние да опише напълно такива системи, особено от изкуствен произход. Като цяло в различните науки понятието „фациес“ съответства на различни дефиниции: от системи на ниво субекосистема (в ботаниката, ландшафтната наука) до концепции, които не са свързани с екосистемата (в геологията), или концепция, която обединява хомогенни екосистеми (Sochava V. B.), или почти идентични (L. S. Berg, L. G. Ramensky) с определението за екосистема.

В съответствие с дефинициите няма разлика между понятията „екосистема“ и „биогеоценоза“ може да се счита за пълен синоним на термина екосистема. Въпреки това, има широко разпространено мнение, че биогеоценозата може да служи като аналог на екосистема на най-основно ниво, тъй като терминът "биогеоценоза" поставя по-голям акцент върху връзката на биоценозата с определена област от сушата или водна среда, докато екосистемата предполага всяка абстрактна област. Следователно биогеоценозите обикновено се считат за специален случай на екосистема. Различните автори в дефиницията на термина биогеоценоза изброяват специфични биотични и абиотични компоненти на биогеоценозата, докато определението за екосистема е по-общо.

Структура на екосистемата

В една екосистема могат да се разграничат два компонента – биотичен и абиотичен. Биотичният се разделя на автотрофни (организми, които получават първична енергия за съществуване от фото- и хемосинтеза или производители) и хетеротрофни (организми, които получават енергия от окисляването на органичната материя - консументи и разлагащи) компоненти, които формират трофичната структура на екосистемата.

Единственият източник на енергия за съществуването на екосистемата и поддържането на различни процеси в нея са продуцентите, които абсорбират слънчевата енергия (топлина, химични връзки) с ефективност 0,1 - 1%, рядко 3 - 4,5% от първоначалното количество. Автотрофите представляват първото трофично ниво на една екосистема. Следващите трофични нива на екосистемата се формират за сметка на консументи (2-ро, 3-то, 4-то и следващи нива) и се затварят от декомпозитори, които превръщат неживата органична материя в минерална форма (абиотичен компонент), която може да бъде усвоена от автотрофен елемент.

Основни компоненти на екосистемата

От гледна точка на структурата в екосистемата има:

1. климатичен режим, който определя температурата, влажността, условията на осветление и други физически характеристики на околната среда;
2. неорганични вещества, включени в цикъла;
3. органични съединения, които свързват биотичните и абиотичните части в кръговрата на материята и енергията;
4. производители - организми, които създават първични продукти;
5. макроконсуматорите или фаготрофите са хетеротрофи, които ядат други организми или големи частици органична материя;
6. микроконсуматори (сапротрофи) - хетеротрофи, главно гъби и бактерии, които унищожават мъртвата органична материя, минерализирайки я, като по този начин я връщат в цикъла.

Последните три компонента формират биомасата на екосистемата.

От гледна точка на функционирането на екосистемата се разграничават следните функционални блокове от организми (в допълнение към автотрофите):

1. биофаги - организми, които ядат други живи организми,
2. сапрофаги - организми, които се хранят с мъртва органична материя.

Това разделение показва времево-функционалната връзка в екосистемата, като се фокусира върху разделянето във времето на образуване на органична материя и нейното преразпределение в екосистемата (биофаги) и обработка от сапрофаги. Между смъртта на органичната материя и повторното включване на нейните компоненти в кръговрата на материята в екосистемата може да мине значителен период от време, например в случая на боров дънер, 100 години или повече.

Всички тези компоненти са взаимосвързани в пространството и времето и образуват единна структурна и функционална система.

Екотоп

Обикновено концепцията екотоп се определя като местообитание на организми, характеризиращо се с определена комбинация от условия на околната среда: почви, почви, микроклимат и др. В този случай обаче тази концепция всъщност е почти идентична с концепцията климатик.

В момента под екотоп, за разлика от биотоп, се разбира определена територия или водна площ с целия набор и характеристики на почви, почви, микроклимат и други фактори във форма, непроменена от организмите. Примери за екотоп включват алувиални почви, новообразувани вулканични или коралови острови, кариери, изкопани от хора, и други новообразувани територии. В такъв случай климатике част от екотопа.

Климатоп

Първоначално "климатоп" е определена от В. Н. Сукачев (1964) като въздушна част на биогеоценозата, която се различава от околната атмосфера по своя газов състав, особено концентрацията на въглероден диоксид в повърхностния биохоризонт, кислород там и във фотосинтетичните биохоризонти, въздушния режим, насищането с биолин, намалена и модифицирана слънчева радиация и осветеност, наличие на луминесценция на растения и някои животни, специален топлинен режим и режим на влажност на въздуха.

В момента това понятие се тълкува малко по-широко: като характеристика на биогеоценозата, комбинация от физични и химични характеристики на въздушната или водната среда, от съществено значение за организмите, обитаващи тази среда. Климатопът определя в дългосрочен мащаб основните физически характеристики на съществуването на животни и растения, определяйки кръга от организми, които могат да съществуват в дадена екосистема.

Едафотоп

Под едафотоп Почвата обикновено се разбира като съставен елемент на екотоп. Но по-точно това понятие трябва да се дефинира като част от инертната среда, трансформирана от организмите, тоест не цялата почва, а само част от нея. Почвата (едафотоп) е най-важният компонент на екосистемата: тя затваря циклите на материя и енергия, прехвърля от мъртва органична материя към минерали и включването им в живата биомаса. Основните носители на енергия в едафотопа са органичните въглеродни съединения, техните лабилни и стабилни форми до голяма степен определят почвеното плодородие.

Биоценоза, представена схематично като хранителна мрежа и нейния биотоп

Биотоп

Биоценоза

Понякога се разграничава трети аспект на устойчивостта - стабилността на екосистемата по отношение на промените в характеристиките на околната среда и промените в нейните вътрешни характеристики. Ако една екосистема функционира стабилно в широк диапазон от параметри на околната среда и/или екосистемата съдържа голям брой взаимозаменяеми видове (т.е. когато различни видове със сходни екологични функции в екосистемата могат да се заменят взаимно), такава общност се нарича динамично силен(устойчив). В обратния случай, когато една екосистема може да съществува в много ограничен набор от параметри на околната среда и/или повечето видове са незаменими в своите функции, такава общност се нарича динамично крехък(нестабилен). Трябва да се отбележи, че тази характеристика обикновено не зависи от броя на видовете и сложността на общностите. Класически пример е Големият бариерен риф край бреговете на Австралия (североизточно крайбрежие), който е една от „горещите точки“ на биоразнообразието в света - симбиотичните водорасли на коралите, динофлагелатите, са много чувствителни към температурата. Отклонението от оптимума буквално с няколко градуса води до смъртта на водораслите, а полипите получават до 50-60% (според някои източници до 90%) хранителни вещества от фотосинтезата на техните мутуалисти.

Екосистемите имат много състояния, в които са в динамично равновесие; ако бъде отстранена от външни сили, екосистемата няма непременно да се върне в първоначалното си състояние; тя често ще бъде привлечена от най-близкото равновесно състояние (атрактор), въпреки че може да е много близко до първоначалното.

Биоразнообразие и устойчивост в екосистемите

Дъждовните гори на Амазонка, подобно на екваториалните гори, са дом на най-голямото биоразнообразие

Обикновено устойчивостта беше и е свързана с биоразнообразието на видовете в една екосистема (алфа разнообразие), т.е. колкото по-голямо е биоразнообразието, толкова по-сложна е организацията на общностите, толкова по-сложни са хранителните мрежи, толкова по-висока е стабилността на екосистемите. Но още преди 40 или повече години имаше различни гледни точки по този въпрос и в момента най-разпространеното мнение е, че както местната, така и общата стабилност на екосистемата зависят от много по-голям набор от фактори, отколкото просто сложността на общностите и биоразнообразието . По този начин в момента увеличаването на биоразнообразието обикновено се свързва с увеличаване на сложността, силата на връзките между компонентите на екосистемата и стабилността на материята и енергийните потоци между компонентите.

Екваториалната дъждовна гора може да съдържа повече от 5000 вида растения (за сравнение, горите на зоната на тайгата рядко имат повече от 200 вида)

Значението на биоразнообразието е, че то позволява формирането на множество съобщества, различни по структура, форма, функции и осигурява устойчива възможност за тяхното формиране. Колкото по-високо е биоразнообразието, толкова по-голям е броят на съобществата, които могат да съществуват, толкова по-голям е броят на разнообразните реакции (от гледна точка на биогеохимията), които могат да се осъществят, осигурявайки съществуването на биосферата като цяло.

Сложност и устойчивост на екосистемата

В момента няма задоволителна дефиниция и модел, който да описва сложността на системите и екосистемите в частност. Има две широко приети дефиниции за сложност: сложност на Колмогоров - твърде специализирана, за да се приложи към екосистемите. И едно по-абстрактно, но също незадоволително определение на сложността, дадено от И. Пригожин в работата му „Време, хаос, квант“: Сложни системи - неподлежащи на грубо или оперативно описание от гледна точка на детерминирана причинно-следствена връзка. В другите си творби И. Пригожин пише, че не е готов да даде стриктна дефиниция на сложността, тъй като комплексът е нещо, което в момента не може да бъде правилно дефинирано.

Параметри на трудност и тяхното влияние върху стабилността

Измеренията на сложността на екосистемата традиционно включват общия брой видове (алфа разнообразие), големия брой взаимодействия между видовете, силата на взаимодействията между популациите и различни комбинации от тези характеристики. С по-нататъшното развитие на тези идеи се появи твърдението, че колкото повече са начините за пренос и трансформация на енергия в една екосистема, толкова по-стабилна е тя при различни видове смущения.

По-късно обаче беше показано, че тези идеи не могат да характеризират стабилността на екосистемите. Има много примери както за силно стабилни монокултурни общности (фитоценози на папрат), така и за слабо устойчиви общности с голямо биоразнообразие (коралови рифове, тропически гори). През 70-80-те години на 20 век интересът към моделирането на зависимостта на устойчивостта от сложността на екосистемите нараства. Моделите, разработени през този период, показаха, че в произволно генерирана мрежа от взаимодействие в общност, когато се премахнат безсмислени вериги (като A изяжда B, B изяжда C, C изяжда A и подобни типове), локалната стабилност намалява с нарастваща сложност. Ако продължим да усложняваме модела и вземем предвид, че потребителите се влияят от хранителните ресурси, но хранителните ресурси не зависят от потребителите, тогава можем да стигнем до извода, че стабилността не зависи от сложността или също намалява с нейното увеличаване. Разбира се, такива резултати са валидни главно за детриталните хранителни вериги, в които потребителите не влияят на потока от хранителни ресурси, въпреки че могат да променят хранителната стойност на последните.

В проучване на общата устойчивост в модел от 6 вида (2 потребителски хищници от втори ред, 2 потребители от първи ред и 2 основни вида на хранителната верига) е изследвано отстраняването на един от видовете. Свързаността беше взета като параметър за стабилност. Една общност се счита за стабилна, ако останалите видове остават локално стабилни. Получените резултати са в съответствие с общоприетото мнение, че стабилността на общността намалява с нарастваща сложност, когато се изгубят най-добрите хищници, но с нарастваща сложност стабилността на общността се увеличава, когато се загуби основата на хранителната верига.

В случай на еластична стабилност, където сложността също означава свързаност, с увеличаване на сложността, еластичната стабилност също се увеличава. Тоест по-голямото разнообразие от видове и по-голямата сила на връзките между тях позволява на общностите по-бързо да възстановят своята структура и функции. Този факт потвърждава общоприетите възгледи за ролята на биоразнообразието като своеобразен резервоар (фонд) за възстановяване на пълната структура както на екосистемите, така и на по-високо организираните структури на биосферата, както и на самата биосфера като цяло. В момента общоприетата и почти неоспорвана идея е, че биосферата се е развила към увеличаване на биоразнообразието (и трите му компонента), ускоряване на циркулацията на материята между компонентите на биосферата и „ускоряване“ на продължителността на живота както на видовете, така и екосистеми.

Потоци на материя и енергия в екосистемите

В момента научното разбиране на всички процеси в екосистемата далеч не е перфектно и в повечето изследвания цялата екосистема или някои части от нея действат като „черна кутия“. В същото време, като всяка относително затворена система, екосистемата се характеризира с входящи и изходящи енергийни потоци и разпределението на тези потоци между компонентите на екосистемата.

Продуктивност на екосистемата

При анализа на производителността и потоците на материя и енергия в екосистемите се разграничават следните понятия: биомаса И стояща култура . Под стояща култура се разбира масата на телата на всички организми на единица площ земя или вода, а под биомаса е масата на същите тези организми по отношение на енергия (например в джаули) или по отношение на сухо органично вещество (например в тонове на хектар). Биомасата включва цялото тяло на организмите, включително витализирани мъртви части и не само в растенията, например кора и ксилема, но също така и нокти и кератинизирани части при животни. Биомасата се превръща в некромаса само когато част от организма умре (се отдели от него) или целият организъм. Често веществата, фиксирани в биомасата, са „мъртъв капитал“, това е особено изразено в растенията: ксилемните вещества може да не влязат в цикъла в продължение на стотици години, служейки само като опора за растението.

Под първично производство на общността (или първично биологично производство) се отнася до образуването на биомаса (по-точно синтеза на пластични вещества) от производителите, без да се изключва енергията, изразходвана за дишане за единица време на единица площ (например на ден на хектар).

Първичната продукция на общността се разделя на бруто първична продукция , тоест всички продукти на фотосинтезата без разходите за дишане и чисто първично производство , което е разликата между брутното първично производство и дихателните разходи. Понякога се нарича и чиста асимилацияили наблюдавана фотосинтеза ).

Нетна производителност на общността - скоростта на натрупване на органична материя, която не се консумира от хетеротрофи (и след това от разлагащи). Обикновено се изчислява за вегетационния период или за годината. По този начин това е част от продукцията, която не може да бъде преработена от самата екосистема. В по-зрели екосистеми нетната производителност на общността клони към нула (вижте концепцията за кулминационни общности).

Вторична производителност на Общността - скорост на натрупване на енергия на ниво потребители. Вторичната продукция не се дели на бруто и нетно, тъй като потребителите консумират само енергията, погълната от производителите, част от нея не се усвоява, част се използва за дишане, а останалата част отива в биомаса, затова е по-правилно да се нарича вторична асимилация .

Разпределението на енергията и материята в една екосистема може да бъде представено като система от уравнения. Ако продуктите на производителите са представени като P1, тогава продуктите на потребителите от първи ред ще изглеждат така:

• P 2 =P 1 -R 2,

където R 2 е цената на дишането, преноса на топлина и неусвоената енергия. Следните потребители (втори ред) ще преработват биомасата на потребители от първи ред в съответствие с:

• P3 =P2-R3

и така нататък, до консуматори от най-висок клас и разлагачи. По този начин, колкото повече потребители (консуматори) има в екосистемата, толкова по-пълно се обработва енергията, първоначално записана от производителите в пластмасови вещества. В кулминационни общности, където разнообразието обикновено е най-голямо за даден регион, тази схема за преработка на енергия позволява на общностите да функционират устойчиво за дълги периоди от време.

Енергийни взаимоотношения в екосистемите (екологична ефективност)

Графика на промените в съотношението P/B в екосистемите (по A.K. Brodsky, 2002)

Пространствени граници на екосистемата (хорологичен аспект)

В природата, като правило, няма ясни граници между различните екосистеми. Винаги можете да посочите една или друга екосистема, но не е възможно да идентифицирате отделни граници, ако те не са представени от различни ландшафтни фактори (скали, реки, различни хълмове, скални разкрития и др.), тъй като най-често има плавни преходи от една екосистема в друга. Това се дължи на сравнително плавна промяна в градиента на факторите на околната среда (влажност, температура, влажност и др.). Понякога преходите от една екосистема към друга всъщност могат да бъдат екосистема сама по себе си. Обикновено общностите, образувани на кръстовището на различни екосистеми, се наричат ​​екотони. Терминът "екотон" е въведен от Ф. Клементс през 1905 г.

Екотони

Екотоните играят значителна роля в поддържането на биологичното разнообразие на екосистемите поради така наречения ефект на ръба - комбинация от набор от фактори на околната среда на различни екосистеми, причиняващи по-голямо разнообразие от условия на околната среда, следователно, лицензи и екологични ниши. По този начин е възможно съществуването на видове от една и друга екосистема, както и видове, специфични за екотона (например растителност на крайбрежни водни местообитания).

Някои възможни граници (екотони) между екосистемите

В руската литература ефектът на ръба понякога се нарича ефект на ръба.

Примери за екотони включват крайбрежни зони на земя и водни обекти (например крайбрежна зона), горски ръбове, преходи от горски екосистеми към полеви екосистеми и устия. Въпреки това, един екотон не винаги е място с увеличено видово биоразнообразие. Например, устията на реки, вливащи се в морета и океани, напротив, се характеризират с намалено биологично разнообразие от видове, тъй като средната соленост на делтите не позволява съществуването на много сладководни и соленоводни (морски) видове.

Алтернативна идея за непрекъснати преходи между екосистемите е идеята за екоклини (екологични серии). Ecoclean- постепенна промяна на биотопите, генетично и фенотипно адаптирани към специфично местообитание, с пространствена промяна във всеки фактор на околната среда (обикновено климатичен), и следователно представляващи непрекъсната поредица от форми без забележими прекъсвания в постепенността. Екоклината не може да бъде разделена на екотипове. Например дължината на лисичи уши и много други. и т.н., техните характери се променят от север на юг толкова постепенно, че е много трудно да се идентифицират ясни морфологични групи, които естествено биха се комбинирали в подвидове.

Времеви граници на екосистемата (хронологичен аспект)

Промяна на общността в борова гора след приземен пожар (вляво) и две години след пожара (вдясно)

В един и същи биотоп във времето съществуват различни екосистеми. Промяната от една екосистема в друга може да отнеме както доста дълги, така и относително кратки (няколко години) периоди от време. Продължителността на съществуването на екосистемите в този случай се определя от етапа на сукцесия. Промяната в екосистемите в биотоп може да бъде причинена и от катастрофални процеси, но в този случай самият биотоп се променя значително и такава промяна обикновено не се нарича сукцесия (с някои изключения, когато катастрофа, например пожар, е естествен етап на циклична последователност).

приемственост

приемственост - това е последователна, естествена замяна на едни общности с други в определена област от територията, дължаща се на вътрешни фактори в развитието на екосистемите. Всяка предишна общност предопределя условията на съществуване на следващата и собственото си изчезване. Това се дължи на факта, че в екосистемите, които са преходни в сукцесионната серия, има натрупване на материя и енергия, които те вече не могат да включат в цикъла, трансформация на биотопа, промени в микроклимата и други фактори , като по този начин се създава материално-енергийна база, както и условията на околната среда, необходими за формирането на последващи съобщества. Съществува обаче друг модел, който обяснява механизма на приемственост по следния начин: видовете от всяка предишна общност се изместват само от последователна конкуренция, възпрепятствайки и „съпротивлявайки се“ на въвеждането на следващи видове. Тази теория обаче разглежда само конкурентните взаимоотношения между видовете, без да описва цялостната картина на екосистемата като цяло. Разбира се, такива процеси протичат, но е възможно конкурентно изместване на предишни видове именно защото те трансформират биотопа. Така и двата модела описват различни аспекти на процеса и са валидни едновременно.

Сукцесията може да бъде автотрофна (например сукцесия след горски пожар) или хетеротрофна (например пресушено блато). В ранните етапи на автотрофна сукцесионна последователност съотношението P/R е много по-голямо от едно, тъй като обикновено първичните общности са високопродуктивни, но структурата на екосистемата все още не е напълно оформена и няма начин да се използва това биомаса. Последователно, с усложняването на съобществата, с усложняването на структурата на екосистемата, разходите за дишане (R) се увеличават, тъй като се появяват все повече и повече хетеротрофи, отговорни за преразпределението на материалните и енергийните потоци, съотношението P / R клони към единица и всъщност е същото за терминалната общност (екосистема). Хетеротрофната сукцесия има противоположни характеристики: при нея съотношението P/R в ранните етапи е много по-малко от единица (тъй като има много органична материя и няма нужда от нейния синтез, тя може веднага да се използва за изграждане на общност ) и постепенно се увеличава с преминаването през последователните етапи.

Пример за етап на хетеротрофна сукцесия - влажна поляна

В ранните етапи на сукцесия видовото разнообразие е ниско, но с напредването на развитието разнообразието се увеличава, видовият състав на общността се променя, започват да преобладават видове със сложен и дълъг жизнен цикъл, обикновено се появяват все по-големи и по-големи организми, взаимно изгодно сътрудничество и развиват се симбиози и трофичната структура на екосистемата става по-сложна. Обикновено се приема, че крайният етап на сукцесия има най-голямо видово биоразнообразие. Това не винаги е вярно, но за кулминационните съобщества от тропически гори това твърдение е вярно, а за съобществата от умерените ширини пикът на разнообразието настъпва в средата на последователната серия или по-близо до крайния етап. В ранните етапи съобществата се състоят от видове с относително висока скорост на възпроизводство и растеж, но ниска способност за индивидуално оцеляване (r-стратеги). В терминалния стадий влиянието на естествения подбор благоприятства видове с ниска скорост на растеж, но по-голяма способност за оцеляване (k-стратеги).

Докато се движим по реда на последователност, е възможно нарастващо участие на хранителни вещества в цикъла на екосистемите; възможно е относително затваряне на потоците на такива хранителни вещества като азот и калций (едни от най-мобилните хранителни вещества) в екосистемата. Следователно, в крайния етап, когато повечето от хранителните вещества участват в цикъла, екосистемите са по-независими от външното снабдяване с тези елементи.

За изследване на процеса на сукцесия се използват различни математически модели, включително такива със стохастичен характер.

Общност Climax

Концепцията за приемственост е тясно свързана с концепцията за кулминационна общност. Климаксната общност се формира в резултат на последователни промени в екосистемите и представлява най-балансираната общност, използваща възможно най-ефективно материалните и енергийните потоци, тоест поддържайки максимално възможната биомаса на единица енергия, постъпваща в екосистемата.

Теоретично всяка последователна серия има кулминационна общност (екосистема), която е крайният етап на развитие (или няколко, така наречената концепция за поликлимакс). В действителност обаче последователната серия не винаги е затворена от кулминацията; може да се реализира субклимаксна общност (или наречена от Ф. Клементс - плагиклимакс), която е общност, която предшества кулминацията и е достатъчно развита структурно и функционално. Тази ситуация може да възникне поради естествени причини - условия на околната среда или в резултат на човешка дейност (в този случай се нарича дисклимакс).

Екосистемни класации

Въпросът за класирането на екосистемите е доста сложен. Разликата между минималните екосистеми (биогеоценози) и екосистемата с най-висок ранг - биосферата - е извън съмнение. Междинните разграничения са доста сложни, тъй като сложността на хорологичния аспект не винаги позволява ясно да се определят границите на екосистемите. В геоекологията (и ландшафтознанието) има следното подреждане: фациес - тракт (екосистема) - ландшафт - географска област - географска област - биом - биосфера. В екологията има подобно класиране, но обикновено се смята, че е правилно да се разграничи само една междинна екосистема - биом.

Биоми

Биом - голямо системно-географско (екосистемно) подразделение в рамките на природно-климатичната зона (Reimers N.F.). Според Р. Х. Уитакър, група от екосистеми на даден континент, които имат подобна структура или физиономия на растителността и общия характер на условията на околната среда. Това определение е донякъде неправилно, тъй като има връзка с определен континент и някои биоми присъстват на различни континенти, например биомът на тундрата или степта.

В момента най-общоприетата дефиниция е: „Биомът е съвкупност от екосистеми с подобен тип растителност, разположени в една и съща природно-климатична зона“ (Акимова Т. А., Хаскин В. В.).

Общото между тези определения е, че във всеки случай биомът е набор от екосистеми от една естествена климатична зона.

Има от 8 до 30 биома. Географското разпределение на биомите се определя от:

1. Закон за географското зониране (формулиран от В. В. Докучаев)

Биосфера

Срок биосфера е въведен от Жан-Батист Ламарк в началото на 19 век, а в геологията е предложен от австрийския геолог Едуард Зюс през 1875 г. Създаването на цялостно учение за биосферата обаче принадлежи на руския учен Владимир Иванович Вернадски.

Биосферата е екосистема от най-висок порядък, обединяваща всички други екосистеми и осигуряваща съществуването на живот на Земята. Биосферата включва следните "сфери":

Биосферата също не е затворена система, тя всъщност се захранва изцяло от енергията на Слънцето, като малка част е топлината на самата Земя. Всяка година Земята получава около 1,3 * 10 24 калории от Слънцето. 40% от тази енергия се излъчва обратно в космоса, около 15% се използва за затопляне на атмосферата, почвата и водата, останалата част от енергията е видима светлина, която е източник на фотосинтеза.

V.I. Vernadsky е първият, който ясно формулира разбирането, че целият живот на планетата е неразривно свързан с биосферата и дължи своето съществуване на нея:

Всъщност на Земята не се среща нито един жив организъм в свободно състояние. Всички тези организми са неразривно и непрекъснато свързани - предимно чрез хранене и дишане - с материалната и енергийна среда около тях. Извън него, в природни условия, те не могат да съществуват.

Изкуствени екосистеми

Изкуствени екосистеми - това са екосистеми, създадени от човека, например агроценози, природни икономически системи или биосфера 2.

Изкуствените екосистеми имат същия набор от компоненти като естествените: производители, потребители и разлагащи, но има значителни разлики в преразпределението на материята и енергийните потоци. По-специално, създадените от човека екосистеми се различават от естествените по следните начини:

Без поддържането на енергийните потоци от човека в изкуствените системи естествените процеси се възстановяват с една или друга скорост и се формира естествената структура на компонентите на екосистемата и материалните и енергийните потоци между тях.

Концепции, подобни на концепцията за екосистема в сродните науки

По екогеология, ландшафтознание и геоекология

В тези науки има понятия, подобни на понятието екосистема. Разликата е, че в тези науки има промяна в разглеждането на структурата и функциите на екосистемите.

Като цяло в географските науки е обичайно природният териториален комплекс да се разглежда като еквивалент на екосистема.

Вижте също

Бележки

1. Forbes, S.A.Езерото като микрокосмос (английски) // Бик. Sci. ст.н.с. - Пеория, Илинойс, 1887. - С. 77–87.Препечатано в Illinois Nat. Хист. Проучвателен бюлетин 15 (9): 537–550.
2. Ю. Одум.Основи на екологията. - М.: Мир, 1975. - 741 с.
3. . Речници на Академка. Архивирано
4. Ю. Одум.Екология. - М.: Мир, 1986.
5. Раздел "Екосистеми". Сайтът ЕКОЛОГИЯ. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
6. Biogeocenosis Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
7. Николайкин, Н. И., Николайкина, Н. Е., Мелехова, О. П.Екология. - 5-ти. - М .: Bustard, 2006. - 640 с.
8. Бродски А.К.Кратък курс по обща екология, Учебник за ВУЗ. - Санкт Петербург: "Dean", 2000. - 224 с.
9. Н. В. Короновски, Хидротермални образувания в океаните. Soros Educational Journal, - No 10, 1999, - стр. 55-62. Посетен на 14 август 2010.
10. Д. В. Гричук.Теродинамични модели на подводни хидротермални системи. - М.: Научен свят, 2000. - ISBN UDC 550.40
11. В. Ф. Левченко.Глава 3 // Еволюцията на биосферата преди и след появата на човека. - Санкт Петербург: Наука, 2004. - 166 с. - ISBN 5-02-026214-5
12. Раутиан А. С.Палеонтологията като източник на информация за моделите и факторите на еволюцията // Съвременна палеонтология. - М., 1988. - Т. 2. - С. 76-118.
13. Раутиан А. С., Жерихин В. В.Модели на филоценогенеза и поуки от екологични кризи от геоложкото минало // Журнал обща сума биология. - 1997. - Т. 58 № 4. - С. 20-47.
14. Остроумов С. А.Нови варианти на дефиниции на понятията и термините "екосистема" и "биогеоценоза" // ДАН. - 2002. - Т. 383 № 4. - С. 571-573.
15. М. Бигон, Дж. Харпър, К. Таунсенд.Екология. Индивиди, популации и общности. - М.: Мир, 1989.
16. Ecotop Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
17. Т. А. Работнов„За биогеоценозите“. // Бюлетин на МОИП, биологичен отдел, - том 81, - бр. 2. - 1976. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
18. Климатоп. Биков Б. А."Екологичен речник" - Алма-Ата: "Наука", 1983 - с.216. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
19. Основни термини на екологията. Буренина Е.М., Буренин Е.П.Електронен учебник по екология.. Архивиран от първоизточника на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
20. Климатоп. Речник по природни науки (речник на Yandex). Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
21. Edaphoto Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
22. . Екологичен речник (Речници на Академик). Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
23. Биоценоза. Велика съветска енциклопедия. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
24. Зооценоза. Велика съветска енциклопедия. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
25. Хомеостаза на екосистемата. Научноинформационен портал ВИНИТИ. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
26. Hutchinson S., Hawkins L.E.Океани. Енциклопедичен справочник. - М.: Махаон, 2007. - 304 с. - ISBN 5-18-001089-6
27. А. Гиляров.„Коралите избелват поради загуба на взаимно разбиране“. Елементи на голямата наука. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
28. А. Д. Арман, Експериментът Гая, проблемът за живата земя. Руската академия на науките. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
29. А. В. Галанин. Лекции по екология. . Уебсайт на Ботаническата градина на Далекоизточния клон на Руската академия на науките. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
30. Пригожин И., Стенгерс И.Време, хаос, квант. - Москва, 1994. - С. 81. - 263 с.
31. Николис Г., Пригожин И.Разбиране на комплекса. - М.: Мир, 1990. - с. 352. Страница 47
32. MacArthur R.H.Колебания на животинските популации и мярка за стабилност на общността // Екология, 36, 1955, - стр. 533-536
33. Май Р.М.Дали голяма сложна система ще бъде стабилна? // Nature (Лондон), 1972, 238, - pp. 413-414
34. Май Р.М.Модели за отделни популации. // Теоретична екология: Принципи и приложения, 2-ро изд., R.M. май изд. - стр. 5-29, - Blackwell Scientific Publications, Оксфорд 1981 г
35. Май Р.М.Модели за две взаимодействащи популации. // Теоретична екология: Принципи и приложения, 2-ро изд., R.M. май изд. - pp.78-104, - Blackwell Scientific Publications, Oxford 1981
36. Май Р.М.Модели в многовидови общности. // Теоретична екология: Принципи и приложения, 2-ро изд., R.M. Изд. Май, - Blackwell Scientific Publications, Оксфорд 1981 г
37. Де Анджелис Д.Л.Стабилност и свързаност в модели на хранителни мрежи // Екология 56, 1975, - стр. 238-243
38. Pimm S.L.Структурата на хранителните мрежи // Теоретична популационна биология, 16, 1979, - стр. 144-158
39. Pimm S.L.Сложност и стабилност: друг поглед към оригиналната хипотеза на Макарту // Oikos, 33, 1979, - pp. 351-357
40. В. Ф. Левченко, Я. И. СтаробогатовФизико-екологичен подход към еволюцията на биосферата. // „Еволюционна биология: история и теория.“ Санкт Петербург, 1999, - стр. 37-46. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
41. Левченко В. Ф.Еволюция на биосферата преди и след появата на човека. . Санкт Петербург, Институт по еволюционна физиология и биохимия на Руската академия на науките, - издателство НАУКА, 2004 г. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
42. Първично производство. Научноинформационен портал ВИНИТИ. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
43. Първична производителност. Glossary.ru. Посетен на 14 август 2010.
44. Маврищев В.В.Континуум, екотони, ръбов ефект // Основи на екологията: учебник. - 3-то изд. кор. и допълнителни - Минск: Висше училище, 2007. - 447 с. - ISBN 978-985-06-1413-1
45. Екотон. . Речник по природни науки (речник на Yandex). Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
46. Екотон и концепцията за ръбов (граничен) ефект. Сайт за биоекология. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
47. Зловещ ефект. Екологичен енциклопедичен речник. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
48. Естуар. . Речник на термините по физическа география на Института по география на Руската академия на науките. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
49. Наследяване. Велика съветска енциклопедия. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
50. Развитие и еволюция на екосистемите. портал Инженерна екология. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
51. Б, Грант.Еволюционен процес. Архивиран от оригинала на 22 август 2011 г. Посетен на 14 август 2010 г.
52. В. И. ГрабовскиСамоорганизация и структура на общностите или как в изкуствен хомогенен свят възникват структури, които имитират растителна сукцесия. Модели на живота в биологията на развитието, екологията, икономиката. (недостъпна връзка - история) Посетен на 14 август 2010.

Лекция № 2 Екологични системи.

Конспект на лекцията:

Концепцията за екологичните системи.

Структура на екосистемата.

Биотична структура на екосистема.

Производство и разлагане в природата.

Хомеостаза на екосистемата.

Енергията на екосистемите.

Биологична продуктивност на екосистемите.

Екологични пирамиди.

Екологична приемственост.

1. Концепцията за екологичните системи.

Екологична система (екосистема) - е всяка единица (биосистема), която включва всички съвместно функциониращи организми (биотична общност) в дадена област и взаимодейства с физическата среда по такъв начин, че потокът от енергия създава добре дефинирани биотични структури и циркулацията на веществата между живите и неживи части. (по Ю. Одум).

Понятието екологична система може да се дефинира и чрез понятията биоценоза и биотоп.

Биоценоза е колекция от съжителстващи популации на различни видове микроорганизми, растения и животни.

Биотоп – това са условията на заобикалящата (нежива) среда в определен район (въздух, вода, почва и подлежащи скали).

По този начин една екосистема е биоценоза + биотоп.

При изучаването на екосистемите основният предмет на изследване са процесите на трансформация на материя и енергия между биотата и физическата среда, т.е. възникващият биогеохимичен цикъл на веществата в екосистемата като цяло.

Биота – това е флората и фауната на дадена територия в нейната цялост.

Екосистемите включват биотични общности от всякакъв мащаб с техните местообитания от езеро до Световния океан и от пън до обширна гора.

Също така се отличава:

микроекосистеми (възглавница от лишеи върху ствол на дърво),

мезоекосистеми (езеро, езеро, степ...),

макроекосистеми (континент, океан),

глобална екосистема (биосфера на Земята).

2. Структура на екосистемата.

Екосистемата се състои от три части:

общности,

енергиен поток,

поток (цикъл) на вещества.

Екологичната система според нейната трофична структура е разделена на две нива:

горен – автотрофен слой или „зелен пояс“, включващ фотосинтезиращи организми, които създават сложни органични молекули от неорганични прости съединения,

долният е хетеротрофният слой или „кафявият пояс“ от почви и седименти, в който преобладава разлагането на мъртвата органична материя обратно до прости минерални образувания.

От биологична гледна точка екосистемата се състои от:

неорганични вещества (C, N, CO 2, H 2 O, P, O и др.), участващи в циклите.

Органични съединения (протеини, въглехидрати, мазнини, хуминови вещества и др.).

въздух, вода и субстратна среда, включително абиотични фактори.

производители,

потребители,

разлагачи.

Неорганичните вещества, открити в екосистемите, участват в постоянен цикъл. Запасите от вещества, които се консумират от организмите в природата, не са неограничени. Ако тези вещества не се използват повторно, животът на Земята би бил невъзможен. Такъв безкраен цикъл на веществата в природата е възможен само ако съществуват функционално различни групи организми, способни да пренасят и поддържат потока от вещества, които извличат от околната среда.

Биотичната структура на една екосистема е начините, по които различните категории организми в системата си взаимодействат.