Una parte integral del ecosistema terrestre. ¿Quién introdujo el término sistema ecológico en la ciencia?

Doctor en Ciencias Económicas Y. SHISHKOV

Vemos el cielo azul sin fondo, bosques y prados verdes, escuchamos el canto de los pájaros, respiramos aire compuesto casi exclusivamente de nitrógeno y oxígeno, nadamos a lo largo de ríos y mares, bebemos agua o la utilizamos, tomamos el sol bajo los suaves rayos del sol, y percibimos todo esto como algo natural y ordinario. Parece que no puede ser de otra manera: ¡siempre ha sido así, así será por siempre! Pero se trata de un concepto profundamente erróneo, nacido del hábito cotidiano y de la ignorancia de cómo y por qué el planeta Tierra llegó a ser como lo conocemos. Los planetas estructurados de manera diferente al nuestro no sólo pueden existir, sino que realmente existen en el Universo. Pero, ¿existen planetas en algún lugar de las profundidades del espacio con condiciones ambientales más o menos cercanas a las de la Tierra? Esta posibilidad es muy hipotética y mínima. La Tierra es, si no única, al menos un producto “fragmentado” de la naturaleza.

Los principales ecosistemas del planeta. Montañas, bosques, desiertos, mares, océanos (naturaleza todavía relativamente pura) y megaciudades son el foco de vida y actividad de personas que pueden convertir la Tierra en un completo vertedero.

La Tierra se ve tan hermosa desde el espacio: un planeta único que dio origen a la vida.

Ciencia y vida // Ilustraciones

La figura muestra las etapas de la evolución del planeta Tierra y el desarrollo de la vida en él.

Estas son sólo algunas de las consecuencias negativas que provocan las actividades humanas en la Tierra. Las aguas de los mares y océanos están contaminadas con petróleo, aunque existe más de una forma de recolectarlo. Pero las aguas también están obstruidas por los residuos domésticos comunes.

No existe ningún continente habitado donde las fábricas y las fábricas no fumen, lo que empeora la atmósfera circundante.

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La imagen es típica de cualquier gran ciudad de la Tierra: filas interminables de coches cuyos gases de escape enferman a la gente, árboles que mueren...

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La producción respetuosa con el medio ambiente es lo único que permitirá, si no hacer que el planeta esté más limpio, al menos dejarlo como lo tenemos.

El largo desarrollo del ecosistema terrestre

En primer lugar, recordemos cómo fue la evolución del Sistema Solar. Hace unos 4.600 millones de años, una de las muchas nubes de gas y polvo arremolinadas dentro de nuestra Galaxia comenzó a condensarse y transformarse en el Sistema Solar. Dentro de la nube, se formó un grupo giratorio principal esférico, entonces todavía frío, que consiste en gas (hidrógeno y helio) y polvo cósmico (fragmentos de átomos de elementos químicos más pesados ​​​​de estrellas gigantes previamente explotadas): el futuro Sol. Bajo la influencia de una gravedad creciente, grupos más pequeños de la misma nube comenzaron a orbitar a su alrededor: futuros planetas, asteroides, cometas. Las órbitas de algunos de ellos resultaron estar más cerca del Sol, otras (además, algunas se construyeron a partir de grandes acumulaciones de materia interestelar, otras, de otras más pequeñas).

Al principio no importó mucho. Pero con el tiempo, las fuerzas gravitacionales densificaron cada vez más el Sol y los planetas. Y el grado de compactación depende de su masa inicial. Y cuanto más se comprimían estos coágulos de materia, más se calentaban desde el interior. En este caso, los elementos químicos pesados ​​(principalmente hierro, silicatos) se derritieron y se hundieron hacia el centro, mientras que los ligeros (hidrógeno, helio, carbono, nitrógeno, oxígeno) permanecieron en la superficie. Al combinarse con el hidrógeno, el carbono se convirtió en metano, el nitrógeno en amoníaco y el oxígeno en agua. En ese momento, el frío cósmico reinaba en la superficie de los planetas, por lo que todos los compuestos estaban en forma de hielo. Sobre la parte sólida había una capa gaseosa de hidrógeno y helio.

Sin embargo, la masa incluso de planetas tan grandes como Júpiter y Saturno resultó ser insuficiente para que la presión y la temperatura en sus centros alcanzaran el punto en que comienza una reacción termonuclear, y dicha reacción comenzó dentro del Sol. Se calentó y hace unos cuatro mil millones de años se convirtió en una estrella, enviando al espacio no solo radiación ondulatoria (luz, calor, rayos X y rayos gamma), sino también el llamado viento solar, corrientes de partículas cargadas de materia (protones). y electrones).

Han comenzado las pruebas para los planetas en formación. Fueron golpeados por corrientes de energía térmica del Sol y del viento solar. La fría superficie de los protoplanetas se calentó, sobre ellos se elevaron nubes de hidrógeno y helio y masas heladas de agua, metano y amoníaco se derritieron y comenzaron a evaporarse. Impulsados ​​por el viento solar, estos gases fueron transportados al espacio. El grado de tal "desnudo" de los planetas primarios determinó la distancia de sus órbitas al Sol: los más cercanos a él se evaporaron y fueron arrastrados con mayor intensidad por el viento solar. A medida que los planetas se "adelgazaron", sus campos gravitacionales se debilitaron y la evaporación y la deflación aumentaron hasta que los planetas más cercanos al Sol quedaron completamente dispersos en el espacio.

Mercurio, el planeta superviviente más cercano al Sol, es un cuerpo celeste relativamente pequeño y muy denso con un núcleo metálico pero un campo magnético apenas perceptible. Está prácticamente desprovisto de atmósfera y su superficie está cubierta de rocas sinterizadas, que durante el día son calentadas por el Sol a 420-430 o C, por lo que aquí no puede haber agua líquida. Venus, que está más alejado del Sol, es muy similar en tamaño y densidad a nuestro planeta. Tiene un núcleo de hierro casi igual de grande, pero debido a su lenta rotación alrededor de su eje (243 veces más lenta que la Tierra), carece de un campo magnético que pueda protegerlo del viento solar, que es destructivo para toda la vida. Venus, sin embargo, ha conservado una atmósfera bastante poderosa, compuesta por un 97% de dióxido de carbono (CO 2) y menos del 2% de nitrógeno. Esta composición del gas crea un potente efecto invernadero: el CO 2 impide que la radiación solar reflejada por la superficie de Venus escape al espacio, por lo que la superficie del planeta y las capas inferiores de su atmósfera se calientan hasta los 470 °C. En tal infierno, no se puede hablar de agua líquida y, por tanto, de organismos vivos.

Nuestro otro vecino, Marte, tiene casi la mitad del tamaño de la Tierra. Y aunque tiene un núcleo metálico y gira sobre su eje casi a la misma velocidad que la Tierra, no tiene campo magnético. ¿Por qué? Su núcleo metálico es muy pequeño y, lo más importante, no está fundido y, por lo tanto, no induce dicho campo. Como resultado, la superficie de Marte es constantemente bombardeada por fragmentos cargados de núcleos de hidrógeno y otros elementos, que son continuamente expulsados ​​por el Sol. La atmósfera de Marte tiene una composición similar a la de Venus: 95% de CO 2 y 3% de nitrógeno. Pero debido a la débil gravedad de este planeta y al viento solar, su atmósfera está extremadamente enrarecida: la presión en la superficie de Marte es 167 veces menor que en la Tierra. A tal presión tampoco puede haber agua líquida allí. Sin embargo, no está en Marte debido a la baja temperatura (promedio de -33 o C durante el día). En verano en el ecuador sube a un máximo de más 17°C, y en invierno en latitudes altas desciende a -125°C, cuando el dióxido de carbono atmosférico también se convierte en hielo; esto explica el aumento estacional de los casquetes polares blancos de Marte.

Los grandes planetas, Júpiter y Saturno, no tienen ninguna superficie sólida: sus capas superiores están formadas por hidrógeno y helio líquidos, y sus capas inferiores están formadas por elementos pesados ​​fundidos. Urano es una bola líquida con un núcleo de silicatos fundidos, sobre el núcleo se encuentra un océano de agua caliente de unos 8 mil kilómetros de profundidad y, sobre todo, una atmósfera de hidrógeno y helio de 11 mil kilómetros de espesor. Los planetas más lejanos, Neptuno y Plutón, son igualmente inadecuados para el origen de la vida biológica.

Sólo la Tierra tuvo suerte. Una combinación aleatoria de circunstancias (las principales son la masa inicial en la etapa de protoplaneta, la distancia al Sol, la velocidad de rotación alrededor de su eje y la presencia de un núcleo de hierro semilíquido, que le confiere un fuerte campo magnético que lo protege del viento solar) permitió que el planeta eventualmente se convirtiera en lo que estamos acostumbrados a ver. La larga evolución geológica de la Tierra condujo al surgimiento de vida sólo en ella.

En primer lugar, la composición de los gases de la atmósfera terrestre ha cambiado. Al principio, aparentemente estaba formado por hidrógeno, amoníaco, metano y vapor de agua. Luego, al interactuar con el hidrógeno, el metano se convirtió en CO 2 y el amoníaco en nitrógeno. No había oxígeno en la atmósfera primaria de la Tierra. Al enfriarse, el vapor de agua se condensó en agua líquida y formó océanos y mares que cubrían las tres cuartas partes de la superficie terrestre. La cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera disminuyó: se disolvió en agua. Durante las continuas erupciones volcánicas, características de las primeras etapas de la historia de la Tierra, parte del CO 2 quedó ligado a compuestos de carbonato. La disminución del dióxido de carbono en la atmósfera debilitó el efecto invernadero que creaba: la temperatura en la superficie de la Tierra disminuyó y comenzó a diferir radicalmente de la que existía y existe en Mercurio y Venus.

Los mares y océanos jugaron un papel decisivo en la evolución biológica de la Tierra. Los átomos de varios elementos químicos disueltos en agua interactuaron para formar compuestos inorgánicos nuevos y más complejos. De ellos, bajo la influencia de las descargas eléctricas de los rayos, la radiación radiactiva de los metales y las erupciones volcánicas submarinas en el agua de mar, surgieron los compuestos orgánicos más simples: los aminoácidos, esos "bloques de construcción" iniciales a partir de los cuales se componen las proteínas, la base de la vida. organismos. La mayoría de estos aminoácidos simples se desintegraron, pero algunos de ellos, al volverse más complejos, se convirtieron en organismos unicelulares primarios, como las bacterias, capaces de adaptarse a su entorno y reproducirse.

Así, hace unos 3.500 millones de años, comenzó una etapa cualitativamente nueva en la historia geológica de la Tierra. Su evolución química fue complementada (o mejor dicho, relegada a un segundo plano) por la evolución biológica. Ningún otro planeta del sistema solar lo sabía.

Pasaron aproximadamente mil quinientos millones de años más antes de que aparecieran clorofila y otros pigmentos en las células de algunas bacterias, capaces de realizar la fotosíntesis bajo la influencia de la luz solar, convirtiendo moléculas de dióxido de carbono (CO 2) y agua (H 2 O) en compuestos orgánicos y oxígeno libre (O 2). Ahora que la radiación luminosa del Sol comenzó a favorecer el crecimiento interminable de la biomasa, el desarrollo de la vida orgánica fue mucho más rápido.

Y además. Bajo la influencia de la fotosíntesis, que absorbe dióxido de carbono y libera oxígeno libre, la composición del gas de la atmósfera terrestre cambió: la proporción de CO 2 disminuyó y la proporción de O 2 aumentó. Los bosques que cubrían la tierra aceleraron este proceso. Y hace unos 500 millones de años aparecieron los vertebrados de aves acuáticas más simples. Después de unos 100 millones de años más, la cantidad de oxígeno alcanzó un nivel que permitió a algunos vertebrados llegar a la tierra. No solo porque todos los animales terrestres respiran oxígeno, sino también porque en las capas superiores de la atmósfera a una altitud de 25-30 kilómetros ha aparecido una capa protectora de ozono (O 3), que absorbe una parte importante de la radiación ultravioleta. y la radiación de rayos X del Sol, que es destructiva para los animales terrestres.

La composición de la atmósfera terrestre había adquirido en ese momento propiedades extremadamente favorables para el desarrollo posterior de la vida: 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 0,9% de argón y muy poco (0,03%) dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases. Con una atmósfera así, la Tierra, al recibir una gran cantidad de energía térmica del Sol, aproximadamente el 40% de ella, a diferencia de Venus, se refleja en el espacio y la superficie de la Tierra no se sobrecalienta. Pero eso no es todo. La energía solar térmica, que llega casi libremente a la Tierra en forma de radiación de onda corta, se refleja en el espacio en forma de radiación infrarroja de onda larga. Es retenido parcialmente por el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el óxido de nitrógeno y otros gases contenidos en la atmósfera, creando un efecto invernadero natural. Gracias a él, se mantiene una temperatura moderada más o menos estable en las capas inferiores de la atmósfera y en la superficie de la Tierra, aproximadamente 33 o C más alta de la que habría sido si no hubiera existido el efecto invernadero natural.

Así, paso a paso, se formó en la Tierra un sistema ecológico único apto para la vida. El gran núcleo de hierro medio fundido y la rápida rotación de la Tierra alrededor de su eje crean un campo magnético suficientemente fuerte que obliga a corrientes de protones y electrones solares a fluir alrededor de nuestro planeta, sin causarle daños significativos incluso durante períodos de aumento. radiación solar (aunque el núcleo sea más pequeño y duro, y si la rotación de la Tierra fuera más lenta, quedaría indefensa frente al viento solar). Y gracias a su campo magnético y su importante masa, la Tierra ha retenido una capa de atmósfera bastante gruesa (de unos 1.000 km de espesor), creando un régimen térmico confortable en la superficie del planeta y una abundancia de agua líquida, una condición indispensable para la Origen y evolución de la vida.

En el transcurso de dos mil millones de años, el número de especies diferentes de plantas y animales en el planeta ha alcanzado aproximadamente los 10 millones. De ellos, el 21% son plantas, casi el 76% son animales invertebrados y poco más del 3% son vertebrados, de los cuales sólo una décima parte son mamíferos. En cada zona natural y climática, se complementan como eslabones de la cadena trófica, es decir, alimentaria, formando una biocenosis relativamente estable.

La biosfera que surgió en la Tierra se incorporó gradualmente al ecosistema y se convirtió en su componente integral, participando en el ciclo geológico de la energía y la materia.

Los organismos vivos son componentes activos de muchos ciclos biogeoquímicos, que involucran agua, carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, azufre, hierro, potasio, calcio y otros elementos químicos. De la fase inorgánica pasan a la fase orgánica y luego, en forma de productos de desecho de plantas y animales o de sus restos, regresan a la fase inorgánica. Se estima, por ejemplo, que una séptima parte de todo el dióxido de carbono y 1/4500 del oxígeno pasan anualmente por la fase orgánica. Si por alguna razón se detuviera la fotosíntesis en la Tierra, el oxígeno libre desaparecería de la atmósfera en unos dos mil años. Y al mismo tiempo, desaparecerían todas las plantas verdes y todos los animales, a excepción de los organismos anaeróbicos más simples (ciertos tipos de bacterias, levaduras y gusanos).

El ecosistema terrestre se sustenta por sí solo gracias a otros ciclos de sustancias no relacionadas con el funcionamiento de la biosfera; recordemos el ciclo del agua en la naturaleza, conocido en la escuela. Todo el conjunto de ciclos biológicos y no biológicos estrechamente interconectados forma un complejo sistema ecológico autorregulado que se encuentra en relativo equilibrio. Sin embargo, su estabilidad es muy frágil y vulnerable. Prueba de ello son las repetidas catástrofes planetarias, cuya causa fue la caída de grandes cuerpos cósmicos a la Tierra o poderosas erupciones volcánicas, por lo que el suministro de luz solar a la superficie terrestre disminuyó durante mucho tiempo. Cada vez, estos desastres arrasaron entre el 50 y el 96% de la biota terrestre. Pero la vida renació de nuevo y siguió desarrollándose.

Homo sapiens agresivo

La aparición de las plantas fotosintéticas, como ya se mencionó, marcó una nueva etapa en el desarrollo de la Tierra. Un cambio geológico tan dramático fue generado por organismos vivos relativamente simples que no tienen inteligencia. De los humanos, un organismo altamente organizado y dotado de una poderosa inteligencia, es natural esperar un impacto mucho más tangible en el ecosistema de la Tierra. Los ancestros lejanos de tal criatura, los homínidos, aparecieron, según diversas estimaciones, hace aproximadamente 3 a 1,8 millones de años, los neandertales, aproximadamente 200-100 mil, y el Homo sapiens sapiens moderno, hace solo 40 mil años. En geología, incluso tres millones de años entran dentro de los límites del error cronológico, y 40 mil es sólo una millonésima parte de la edad de la Tierra. Pero incluso durante este momento geológico, la gente logró socavar completamente el equilibrio de su ecosistema.

En primer lugar, por primera vez en la historia, el crecimiento de la población de Homo sapiens no estuvo equilibrado por limitaciones naturales: ni la falta de alimentos ni los depredadores que se alimentan de humanos. Con el desarrollo de herramientas (especialmente después de la revolución industrial), las personas prácticamente salieron de la cadena trófica habitual y tuvieron la oportunidad de reproducirse casi indefinidamente. Hace apenas dos mil años había alrededor de 300 millones, y en 2003 la población de la Tierra se había multiplicado por 21, hasta 6.300 millones.

Segundo. A diferencia de todas las demás especies biológicas que tienen un hábitat más o menos limitado, los humanos se han asentado en toda la superficie terrestre, independientemente de las condiciones edafoclimáticas, geológicas, biológicas y de otro tipo. Sólo por esta razón el grado de su influencia sobre la naturaleza no es comparable con la influencia de otras criaturas. Y finalmente, gracias a su inteligencia, las personas no se adaptan tanto al entorno natural como adaptan este entorno a sus necesidades. Y tal adaptación (hasta hace poco decían con orgullo: “conquista de la naturaleza”) está adquiriendo un carácter cada vez más ofensivo, incluso agresivo.

Durante muchos milenios, la gente casi no sintió restricciones por parte del medio ambiente. Y si veían que en la zona inmediata la cantidad de caza que estaban exterminando había disminuido, los suelos cultivados o los prados para el pastoreo se habían agotado, entonces emigraban a un nuevo lugar. Y todo se repitió. Los recursos naturales parecían inagotables. Sólo a veces una actitud tan puramente consumista hacia el medio ambiente acabó en fracaso. Hace más de nueve mil años, los sumerios comenzaron a desarrollar la agricultura de regadío para alimentar a la creciente población de Mesopotamia. Sin embargo, los sistemas de riego que crearon con el tiempo provocaron anegamiento y salinización del suelo, que fue la principal razón de la muerte de la civilización sumeria. Otro ejemplo. La civilización maya, que floreció en lo que hoy es Guatemala, Honduras y el sureste de México, colapsó hace unos 900 años, principalmente debido a la erosión del suelo y la sedimentación de los ríos. Las mismas razones provocaron la caída de las antiguas civilizaciones agrícolas de Mesopotamia en América del Sur. Estos casos son sólo excepciones a la regla que dice: saca todo lo que puedas del pozo sin fondo de la naturaleza. Y la gente extraía de él sin mirar el estado del ecosistema.

Hasta la fecha, la gente ha adaptado aproximadamente la mitad de la tierra del planeta a sus necesidades: el 26% para pastos, el 11% para tierras cultivables y silvicultura, el 2-3% restante para la construcción de viviendas, instalaciones industriales, transporte y el sector de servicios. . Como resultado de la deforestación, las tierras agrícolas se han sextuplicado desde 1700. De las fuentes disponibles de agua dulce, la humanidad utiliza más de la mitad. Al mismo tiempo, casi la mitad de los ríos del planeta se han vuelto significativamente menos profundos o están contaminados, y alrededor del 60% de los 277 cursos de agua más grandes están bloqueados por represas y otras estructuras de ingeniería, lo que ha llevado a la creación de lagos artificiales y cambios en la ecología. de embalses y desembocaduras de ríos.

La gente ha degradado o destruido los hábitats de muchos representantes de la flora y la fauna. Sólo desde 1600, 484 especies de animales y 654 especies de plantas han desaparecido en la Tierra. Más de una octava parte de las 1.183 especies de aves y una cuarta parte de las 1.130 especies de mamíferos están ahora amenazadas de extinción de la faz de la Tierra.

Los océanos del mundo han sufrido menos por los humanos. Los seres humanos utilizan sólo el ocho por ciento de su productividad original. Pero incluso aquí dejó su malvada “huella”, atrapando hasta el límite a dos tercios de los animales marinos y alterando la ecología de muchos otros habitantes del mar. Sólo durante el siglo XX, casi la mitad de todos los bosques de manglares costeros fueron destruidos y una décima parte de los arrecifes de coral fueron destruidos irreversiblemente.

Y, finalmente, otra consecuencia desagradable del rápido crecimiento de la humanidad son sus residuos industriales y domésticos. De la masa total de materias primas naturales extraídas, no más de una décima parte se convierte en producto de consumo final y el resto va a los vertederos. La humanidad, según algunas estimaciones, produce 2.000 veces más residuos orgánicos que el resto de la biosfera. Hoy en día, la huella ecológica del Homo sapiens supera el impacto ambiental negativo de todos los demás seres vivos combinados. La humanidad se ha acercado a un callejón sin salida ecológico, o mejor dicho, al borde de un precipicio. Desde la segunda mitad del siglo XX, la crisis de todo el sistema ecológico del planeta va en aumento. Se genera por muchas razones. Consideremos sólo el más importante de ellos: la contaminación de la atmósfera terrestre.

El progreso tecnológico ha creado muchas formas de contaminarlo. Se trata de diversas instalaciones estacionarias que convierten combustibles sólidos y líquidos en energía térmica o eléctrica. Se trata de los vehículos (los coches y los aviones son sin duda los líderes) y la agricultura con sus residuos podridos de la agricultura y la ganadería. Se trata de procesos industriales en metalurgia, producción química, etc. Se trata de residuos municipales y, finalmente, de la extracción de combustibles fósiles (recordemos, por ejemplo, las bengalas humeantes constantemente en los yacimientos de petróleo y gas o los montones de residuos cerca de las minas de carbón).

El aire está envenenado no solo por los gases primarios, sino también por los secundarios, que se forman en la atmósfera durante la reacción de los primeros con los hidrocarburos bajo la influencia de la luz solar. El dióxido de azufre y varios compuestos de nitrógeno oxidan las gotas de agua que se acumulan en las nubes. Esta agua acidificada, que cae en forma de lluvia, niebla o nieve, envenena el suelo, los cuerpos de agua y destruye los bosques. En Europa occidental, los peces de lago están desapareciendo alrededor de los grandes centros industriales y los bosques se están convirtiendo en cementerios de árboles muertos y desnudos. Los animales del bosque en esos lugares mueren casi por completo.

Estas catástrofes causadas por la contaminación antropogénica de la atmósfera, aunque son universales, están más o menos localizadas espacialmente: cubren sólo determinadas zonas del planeta. Sin embargo, algunos tipos de contaminación adquieren escala planetaria. Estamos hablando de emisiones a la atmósfera de dióxido de carbono, metano y óxido de nitrógeno, que potencian el efecto invernadero natural. Las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera crean alrededor del 60% del efecto invernadero adicional, el metano, alrededor del 20%, otros compuestos de carbono, otro 14%, y el 6-7% restante proviene del óxido de nitrógeno.

En condiciones naturales, el contenido de CO 2 en la atmósfera durante los últimos cientos de millones de años es de unos 750 mil millones de toneladas (aproximadamente el 0,3% del peso total del aire en las capas superficiales) y se mantiene en este nivel debido a que su exceso de masa se disuelve en agua y es absorbido por las plantas durante el proceso de fotosíntesis. Incluso una alteración relativamente pequeña de este equilibrio amenaza con cambios significativos en el ecosistema con consecuencias difíciles de predecir tanto para el clima como para las plantas y animales que se han adaptado a él.

Durante los últimos dos siglos, la humanidad ha hecho una “contribución” significativa a alterar este equilibrio. En 1750, emitía a la atmósfera sólo 11 millones de toneladas de CO 2. Un siglo después, las emisiones se multiplicaron por 18, hasta alcanzar los 198 millones de toneladas, y cien años después, se multiplicaron por 30, hasta alcanzar los 6 mil millones de toneladas. En 1995, esta cifra se había cuadriplicado a 24 mil millones de toneladas. El contenido de metano en la atmósfera aproximadamente se ha duplicado en los últimos dos siglos. Y su capacidad para potenciar el efecto invernadero es 20 veces mayor que la del CO 2.

Las consecuencias fueron inmediatas: en el siglo XX, la temperatura media de la superficie global aumentó 0,6°C. Parecería una nimiedad. Pero incluso tal aumento de temperatura es suficiente para que el siglo XX sea el más cálido del último milenio, y los años 90 sean los más cálidos del último siglo. La capa de nieve sobre la superficie terrestre ha disminuido un 10% desde finales de los años 1960, y el espesor del hielo en el Océano Ártico ha disminuido más de un metro en las últimas décadas. Como resultado, el nivel del Océano Mundial ha aumentado entre 7 y 10 centímetros en los últimos cien años.

Algunos escépticos consideran que el calentamiento climático provocado por el hombre es un mito. Dicen que existen ciclos naturales de fluctuaciones de temperatura, uno de los cuales se está observando ahora, y el factor antropogénico es inverosímil. Existen ciclos naturales de fluctuaciones de temperatura en la atmósfera cercana a la Tierra. Pero se miden en muchas décadas, algunas en siglos. El calentamiento climático observado durante los últimos dos siglos no sólo no encaja en el carácter cíclico natural habitual, sino que además se produce con una rapidez anormal. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, en colaboración con científicos de todo el mundo, informó a principios de 2001 que los cambios causados ​​por el hombre eran cada vez más claros, que el calentamiento se estaba acelerando y sus efectos eran mucho más severos de lo que se pensaba anteriormente. Se espera, en particular, que para 2100 la temperatura media de la superficie terrestre en diferentes latitudes pueda aumentar otros 1,4-5,8 ° C, con todas las consecuencias consiguientes.

El calentamiento climático se distribuye de manera desigual: en las latitudes septentrionales es más pronunciado que en los trópicos. Por lo tanto, en el siglo actual, las temperaturas invernales aumentarán más notablemente en Alaska, el norte de Canadá, Groenlandia, el norte de Asia y el Tíbet, y las temperaturas de verano en Asia Central. Esta distribución del calentamiento conlleva un cambio en la dinámica de los flujos de aire y, por tanto, una redistribución de las precipitaciones. Y esto, a su vez, da lugar a cada vez más desastres naturales: huracanes, inundaciones, sequías, incendios forestales. En el siglo XX, alrededor de 10 millones de personas murieron en desastres de este tipo. Además, está aumentando el número de grandes desastres y sus consecuencias destructivas. Hubo 20 desastres naturales de gran escala en los años 50, 47 en los 70 y 86 en los 90. Los daños causados ​​por los desastres naturales son enormes (ver gráfico).

Los primeros años de este siglo estuvieron marcados por inundaciones, huracanes, sequías e incendios forestales sin precedentes.

Y esto es sólo el principio. Un mayor calentamiento climático en latitudes altas amenaza con el deshielo del permafrost en el norte de Siberia, la península de Kola y las regiones subpolares de América del Norte. Esto significa que los cimientos de los edificios en Murmansk, Vorkuta, Norilsk, Magadan y docenas de otras ciudades y pueblos que se encuentran sobre suelo helado flotarán (en Norilsk ya se han observado signos de un desastre inminente). Sin embargo, eso no es todo. La capa de permafrost se está descongelando y se abre una salida para las enormes acumulaciones de metano almacenadas bajo ella durante miles de años, un gas que provoca un mayor efecto invernadero. Ya se ha registrado que en muchos lugares de Siberia comienza a filtrarse metano a la atmósfera. Si el clima aquí se calienta un poco más, las emisiones de metano serán masivas. El resultado es un aumento del efecto invernadero y un calentamiento climático aún mayor en todo el planeta.

Según el escenario pesimista, debido al calentamiento climático, hacia 2100 el nivel del océano mundial aumentará casi un metro. Y luego la costa sur del mar Mediterráneo, la costa occidental de África, el sur de Asia (India, Sri Lanka, Bangladesh y Maldivas), todos los países costeros del sudeste asiático y los atolones de coral de los océanos Pacífico e Índico se convertirán en el escenario. de un desastre natural. Sólo en Bangladesh, el mar amenaza con ahogar unos tres millones de hectáreas de tierra y forzar el desplazamiento de entre 15 y 20 millones de personas. En Indonesia, 3,4 millones de hectáreas podrían quedar inundadas y al menos dos millones de personas desplazadas. Para Vietnam, estas cifras serían dos millones de hectáreas y diez millones de desplazados. Y el número total de esas víctimas en todo el mundo podría llegar a aproximadamente mil millones.

Según los expertos del PNUMA, los costos causados ​​por el calentamiento del clima de la Tierra seguirán aumentando. Los costos de las defensas contra el aumento del nivel del mar y las fuertes marejadas ciclónicas podrían alcanzar los mil millones de dólares al año. Si la concentración de CO 2 en la atmósfera se duplica en comparación con los niveles preindustriales, la agricultura y la silvicultura mundiales perderán hasta 42 mil millones de dólares al año debido a sequías, inundaciones e incendios, y el sistema de suministro de agua enfrentará costos adicionales (alrededor de 47 mil millones de dólares). para 2050.

El hombre está llevando cada vez más a la naturaleza y a él mismo a un callejón sin salida del que le resulta cada vez más difícil salir. El destacado matemático y ecologista ruso académico N. N. Moiseev advirtió que la biosfera, como cualquier sistema complejo no lineal, puede perder estabilidad, como resultado de lo cual comenzará su transición irreversible a un cierto estado cuasi estable. Es más que probable que en este nuevo estado los parámetros de la biosfera sean inadecuados para la vida humana. Por tanto, no sería un error decir que la humanidad se balancea sobre el filo de una navaja. ¿Cuánto tiempo puede mantenerse en equilibrio así? En 1992, dos de las organizaciones científicas más autorizadas del mundo, la Royal Society británica y la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, declararon conjuntamente: “El futuro de nuestro planeta está en juego. El desarrollo sostenible se puede lograr, pero sólo si se logra el desarrollo sostenible. La degradación irreversible del planeta se detendrá a tiempo. Los próximos 30 años serán decisivos." A su vez, N.N. Moiseev escribió que "tal catástrofe tal vez no ocurra en un futuro incierto, pero quizás ya a mediados del próximo siglo XXI".

Si estos pronósticos son correctos, entonces, según los estándares históricos, queda muy poco tiempo para encontrar una salida: de tres a cinco décadas.

¿Cómo salir de un callejón sin salida?

Durante muchos cientos de años, la gente estuvo absolutamente convencida: el hombre fue creado por el Creador como corona de la naturaleza, su gobernante y transformador. Este narcisismo todavía es apoyado por las principales religiones del mundo. Además, una ideología tan homocéntrica fue apoyada por el destacado geólogo y geoquímico ruso V.I Vernadsky, quien formuló en los años 20 del siglo pasado la idea de la transición de la biosfera a la noosfera (del griego noos - mente), en una especie de “capa” intelectual de la biosfera. "La humanidad, en su conjunto, se convierte en una poderosa fuerza geológica. Y ante él, ante su pensamiento y su obra, surge la cuestión de la reestructuración de la biosfera en interés de la humanidad librepensadora como un todo", escribió. Además, “[una persona] puede y debe reconstruir el área de su vida a través del trabajo y el pensamiento, reconstruir radicalmente en comparación con lo que era antes” (énfasis añadido. - Yu.).

De hecho, como ya se mencionó, no estamos ante una transición de la biosfera a la noosfera, sino su transición de la evolución natural a la antinatural, impuesta por la intervención agresiva de la humanidad. Esta intervención destructiva se aplica no sólo a la biosfera, sino también a la atmósfera, la hidrosfera y, en parte, a la litosfera. ¿Qué clase de reino de razón existe si la humanidad, aun habiéndose dado cuenta de muchos (aunque no todos) aspectos de la degradación del medio ambiente natural que ha generado, es incapaz de detener y continúa agravando la crisis ambiental? Se comporta en su hábitat natural como un toro en una cacharrería.

Ha llegado una amarga resaca: una necesidad urgente de encontrar una salida. Su búsqueda es difícil, ya que la humanidad moderna es muy heterogénea, tanto en términos de nivel de desarrollo técnico, económico y cultural como de mentalidad. Algunas personas son simplemente indiferentes al destino futuro de la sociedad mundial, mientras que otras se adhieren a la lógica anticuada: no hemos salido de tales problemas, pero esta vez también lo saldremos. Las esperanzas de "quizás" bien pueden resultar en un error de cálculo fatal.

Otra parte de la humanidad comprende la gravedad del peligro inminente, pero en lugar de participar en una búsqueda colectiva de una salida, dirige toda su energía a exponer a los responsables de la situación actual. Estas personas consideran que la globalización liberal, los países industrializados egoístas o simplemente “el principal enemigo de toda la humanidad” (Estados Unidos) son los responsables de la crisis. Expresan su propia ira en las páginas de periódicos y revistas, organizan protestas masivas, participan en disturbios callejeros y disfrutan rompiendo cristales en las ciudades donde se celebran foros de organizaciones internacionales. ¿Necesito decir que tales revelaciones y demostraciones no hacen avanzar un paso más la solución de un problema universal, sino que más bien la obstaculizan?

Finalmente, una tercera parte, muy pequeña, de la comunidad mundial no sólo comprende el alcance de la amenaza, sino que también concentra sus recursos intelectuales y materiales en encontrar salidas a la situación actual. Se esfuerza por discernir una perspectiva en la niebla del futuro y encontrar el camino óptimo para no tropezar y caer al abismo.

Habiendo sopesado los peligros y recursos reales que tiene la humanidad a principios del siglo XXI, podemos decir que todavía hay alguna posibilidad de salir del actual estancamiento. Pero se requiere una movilización sin precedentes del sentido común y la voluntad de toda la comunidad mundial para resolver muchos problemas en tres direcciones estratégicas.

El primero de ellos es una reorientación psicológica de la sociedad mundial, un cambio radical en los estereotipos de su comportamiento. “Para salir de las crisis generadas por la civilización tecnogénica, la sociedad tendrá que pasar por una etapa difícil de revolución espiritual, como en el Renacimiento”, dice el académico B. S. Stepin. “Tendremos que desarrollar nuevos valores... Nosotros. Debemos cambiar nuestra actitud hacia la naturaleza: no podemos considerarla como una despensa sin fondo, como un campo para rehacer y arar." Tal revolución psicológica es imposible sin una complicación significativa del pensamiento lógico de cada individuo y una transición hacia un nuevo modelo de comportamiento para la mayoría de la humanidad. Pero, por otra parte, es imposible sin cambios fundamentales en las relaciones dentro de la sociedad: sin nuevas normas morales, sin una nueva organización de la micro y macrosociedad, sin nuevas relaciones entre diferentes sociedades.

Semejante reorientación psicológica de la humanidad es muy difícil. Tendremos que romper con los estereotipos de pensamiento y comportamiento que se han desarrollado durante miles de años. Y, en primer lugar, necesitamos una revisión radical de la autoestima del hombre como corona de la naturaleza, su transformador y gobernante. Este paradigma homocéntrico, predicado durante miles de años por muchas religiones del mundo, apoyado en el siglo XX por la doctrina de la noosfera, debería ser enviado al basurero ideológico de la historia.

En nuestra época se necesita un sistema de valores diferente. La actitud de las personas hacia la naturaleza viva e inanimada no debe basarse en la oposición: "nosotros" y "todo lo demás", sino en el entendimiento de que tanto "nosotros" como "todo lo demás" somos pasajeros iguales de una nave espacial llamada "Tierra". . Una revolución psicológica de este tipo parece improbable. Pero recordemos que en la era de la transición del feudalismo al capitalismo, se produjo una revolución de este tipo, aunque en menor escala, en la conciencia de la aristocracia, que tradicionalmente dividía la sociedad en "nosotros" (gente de sangre azul). ) y “ellos” (gente común y simplemente la chusma). En el mundo democrático moderno, esas ideas se han vuelto inmorales. Numerosos "tabúes" con respecto a la naturaleza bien pueden y deben aparecer y afianzarse en la conciencia individual y pública, una especie de imperativo ecológico que requiere equilibrar las necesidades de la sociedad mundial y de cada persona con las capacidades de la ecosfera. La moralidad debe ir más allá de las relaciones interpersonales o internacionales e incluir normas de comportamiento en relación con la naturaleza viva e inanimada.

La segunda dirección estratégica es la aceleración y globalización del progreso científico y tecnológico. "Dado que la crisis ecológica que se está gestando, que amenaza con convertirse en una catástrofe global, es causada por el desarrollo de las fuerzas productivas, los logros de la ciencia y la tecnología, es impensable una salida sin un mayor desarrollo de estos componentes del proceso de civilización", escribió N. N. Moiseev “Para encontrar una salida”, será necesario el máximo esfuerzo del genio creativo de la humanidad, innumerables inventos y descubrimientos, por lo que es necesario liberar al individuo lo antes posible, crear oportunidades para su desarrollo. cualquier persona capaz de revelar su potencial creativo”.

De hecho, la humanidad tendrá que cambiar radicalmente la estructura de producción que se ha desarrollado durante siglos, reduciendo extremadamente la participación de la industria extractiva en ella, contaminando el suelo y las aguas subterráneas de la agricultura; pasar de la energía de hidrocarburos a la energía nuclear; sustituir el transporte automovilístico y aéreo que funciona con combustible líquido por otro que sea respetuoso con el medio ambiente; reestructurar significativamente toda la industria química para minimizar la contaminación de la atmósfera, el agua y el suelo por sus productos y residuos...

Algunos científicos ven el futuro de la humanidad en alejarse de la civilización tecnogénica del siglo XX. Yu. V. Yakovets, por ejemplo, cree que en la era postindustrial, que él considera una “sociedad humanista”, “se superará el carácter tecnogénico de la sociedad industrial tardía”. De hecho, para prevenir un desastre ambiental se requiere la máxima intensificación de los esfuerzos científicos y técnicos para crear e implementar tecnologías ambientales en todas las esferas de la actividad humana: agricultura, energía, metalurgia, industria química, construcción, vida cotidiana, etc. , la sociedad postindustrial no se está volviendo posttecnogénica, sino, por el contrario, supertecnogénica. Otra cosa es que el vector de su tecnogenicidad está cambiando de la absorción de recursos al ahorro de recursos, de tecnologías ambientalmente sucias a tecnologías de protección ambiental.

Es importante tener en cuenta que estas tecnologías cualitativamente nuevas son cada vez más peligrosas, ya que pueden utilizarse tanto en beneficio de la humanidad y la naturaleza como en detrimento de ellas. Por lo tanto, aquí se requiere cada vez más precaución y precaución.

La tercera dirección estratégica es superar o al menos reducir significativamente la brecha técnica, económica y sociocultural entre el centro postindustrial de la comunidad mundial y su periferia y semiperiferia. Después de todo, los cambios tecnológicos fundamentales deben ocurrir no sólo en los países altamente desarrollados con grandes recursos financieros y humanos, sino también en todo el mundo en desarrollo, que se está industrializando rápidamente sobre la base de tecnologías antiguas y ambientalmente peligrosas y no tiene los recursos financieros ni humanos. implementar tecnologías de protección ambiental. Las innovaciones tecnológicas, que actualmente se crean sólo en el centro postindustrial de la comunidad mundial, también deben introducirse en su periferia industrial o en proceso de industrialización. De lo contrario, aquí se utilizarán tecnologías obsoletas y peligrosas para el medio ambiente en una escala cada vez mayor y la degradación del medio ambiente natural del planeta se acelerará aún más. Es imposible detener el proceso de industrialización en las regiones en desarrollo del mundo. Esto significa que debemos ayudarlos a hacerlo de una manera que minimice el daño al medio ambiente. Este enfoque redunda en beneficio de toda la humanidad, incluida la población de los países altamente desarrollados.

Las tres tareas estratégicas que enfrenta la comunidad mundial no tienen precedentes tanto por su dificultad como por su importancia para los destinos futuros de la humanidad. Están estrechamente interconectados y son interdependientes. No resolver uno de ellos no te permitirá resolver los demás. En general, esta es una prueba de la madurez de la especie Homo sapiens, que se convirtió en la más "inteligente" entre los animales. Ha llegado el momento de demostrar que él es realmente inteligente y capaz de salvar de la degradación la ecosfera de la Tierra y a él mismo en ella.

Ecosistema- esta es la unidad funcional de los organismos vivos y su hábitat. Los principales rasgos característicos de un ecosistema son su adimensionalidad y su falta de rango. La sustitución de unas biocenosis por otras durante un largo período de tiempo se denomina sucesión. La sucesión que ocurre sobre un sustrato recién formado se llama primaria. La sucesión en un área ya ocupada por vegetación se llama sucesión secundaria.

La unidad de clasificación de los ecosistemas es el bioma, una zona o área natural con determinadas condiciones climáticas y un conjunto correspondiente de especies de plantas y animales dominantes.

Un ecosistema especial, la biogeocenosis, es una sección de la superficie terrestre con fenómenos naturales homogéneos. Los componentes de la biogeocenosis son el climatopo, el edafotópo, el hidrotopo (biotopo), así como la fitocenosis, la zoocenosis y la microbiocenosis (biocenosis).

Para obtener alimentos, la gente crea artificialmente agroecosistemas. Se diferencian de los naturales por su baja resistencia y estabilidad, pero por su mayor productividad.

Los ecosistemas son las unidades estructurales básicas de la biosfera.

Un sistema ecológico, o ecosistema, es la unidad funcional básica en ecología, ya que incluye organismos y

ambiente inanimado: componentes que influyen mutuamente en las propiedades de cada uno y en las condiciones necesarias para mantener la vida en la forma que existe en la Tierra. Término ecosistema Fue propuesto por primera vez en 1935 por un ecologista inglés. A. Tansley.

Así, se entiende por ecosistema el conjunto de organismos vivos (comunidades) y sus hábitats, que gracias al ciclo de las sustancias forman un sistema de vida estable.

Las comunidades de organismos están conectadas con el entorno inorgánico por las conexiones materiales y energéticas más cercanas. Las plantas sólo pueden existir gracias al suministro constante de dióxido de carbono, agua, oxígeno y sales minerales. Los heterótrofos viven de los autótrofos, pero necesitan el suministro de compuestos inorgánicos como oxígeno y agua.

En cualquier hábitat determinado, las reservas de compuestos inorgánicos necesarios para sustentar la vida de los organismos que lo habitan no durarían mucho si no se renovaran. El retorno de nutrientes al medio ambiente se produce tanto durante la vida de los organismos (como consecuencia de la respiración, excreción, defecación) como después de su muerte, como consecuencia de la descomposición de cadáveres y restos de plantas.

En consecuencia, la comunidad forma con el medio inorgánico un cierto sistema en el que el flujo de átomos provocado por la actividad vital de los organismos tiende a cerrarse en un ciclo.

Arroz. 8.1. La estructura de la biogeocenosis y el esquema de interacción entre componentes.

El término "biogeocenosis", propuesto en 1940, se utiliza ampliamente en la literatura rusa. B. norteSukachev. Según su definición, la biogeocenosis es “un conjunto de fenómenos naturales homogéneos (atmósfera, rocas, suelo y condiciones hidrológicas) en una determinada extensión de la superficie terrestre, que tiene una especial especificidad de las interacciones de estos componentes que la componen y una cierto tipo de intercambio de materia y energía entre ellos y otros fenómenos naturales y que representan una unidad dialéctica internamente contradictoria, en constante movimiento y desarrollo”.

En la biogeocenosis V.N. Sukachev identificó dos bloques: ecotop— un conjunto de condiciones del medio abiótico y biocenosis- la totalidad de todos los organismos vivos (Fig. 8.1). Un ecotopo a menudo se considera como un ambiente abiótico no transformado por las plantas (el complejo primario de factores del ambiente físico-geográfico), y un biotopo es un conjunto de elementos del ambiente abiótico modificados por las actividades formadoras del ambiente de los organismos vivos.

Existe la opinión de que el término "biogeocenosis" refleja en mucha mayor medida las características estructurales del macrosistema en estudio, mientras que el concepto de "ecosistema" incluye, en primer lugar, su esencia funcional. De hecho, no hay diferencia entre estos términos.

Cabe señalar que la combinación de un entorno fisicoquímico específico (biotopo) con una comunidad de organismos vivos (biocenosis) forma un ecosistema:

Ecosistema = Biotopo + Biocenosis.

El estado de equilibrio (estable) del ecosistema se garantiza sobre la base de ciclos de sustancias (ver párrafo 1.5). Todos los componentes de los ecosistemas participan directamente en estos ciclos.

Para mantener la circulación de sustancias en un ecosistema, es necesario contar con un suministro de sustancias inorgánicas en forma digerible y tres grupos ecológicos de organismos funcionalmente diferentes: productores, consumidores y descomponedores.

productores Los organismos autótrofos son capaces de construir sus cuerpos utilizando compuestos inorgánicos (Fig. 8.2).

Arroz. 8.2. productores

Consumidores - Organismos heterótrofos que consumen materia orgánica de productores u otros consumidores y la transforman en nuevas formas.

Descomponedores Viven de materia orgánica muerta y la convierten nuevamente en compuestos inorgánicos. Esta clasificación es relativa, ya que tanto los consumidores como los propios productores actúan parcialmente como descomponedores durante la vida, liberando productos metabólicos minerales al medio ambiente.

En principio, el ciclo de los átomos puede mantenerse en un sistema sin un eslabón intermedio: los consumidores, gracias a la actividad de otros dos grupos. Sin embargo, estos ecosistemas ocurren más bien como excepciones, por ejemplo, en aquellas áreas donde funcionan comunidades formadas únicamente a partir de microorganismos. El papel de consumidores en la naturaleza lo desempeñan principalmente los animales; sus actividades para mantener y acelerar la migración cíclica de átomos en los ecosistemas son complejas y diversas.

La escala de los ecosistemas en la naturaleza varía mucho. También es diferente el grado de cierre de los ciclos de la materia que se mantienen en ellos, es decir Implicación repetida de los mismos elementos en ciclos. Como ecosistemas separados, podemos considerar, por ejemplo, un colchón de líquenes sobre el tronco de un árbol, un tocón en descomposición con su población, una pequeña masa de agua temporal, una pradera, un bosque, una estepa, un desierto, todo el océano, y, finalmente, toda la superficie de la Tierra ocupada por vida.

En algunos tipos de ecosistemas, la transferencia de materia fuera de sus límites es tan grande que su estabilidad se mantiene principalmente mediante la entrada de la misma cantidad de materia desde el exterior, mientras que el ciclo interno es ineficaz. Estos incluyen embalses, ríos, arroyos y áreas en laderas empinadas de montañas. Otros ecosistemas tienen un ciclo de sustancias mucho más completo y son relativamente autónomos (bosques, praderas, lagos, etc.).

Un ecosistema es prácticamente un sistema cerrado. Ésta es la diferencia fundamental entre ecosistemas y comunidades y poblaciones, que son sistemas abiertos que intercambian energía, materia e información con su entorno.

Sin embargo, ningún ecosistema de la Tierra tiene una circulación completamente cerrada, ya que todavía se produce un mínimo intercambio de masa con el medio ambiente.

Un ecosistema es un conjunto de consumidores de energía interconectados que realizan un trabajo para mantener su estado de desequilibrio en relación con su hábitat mediante el uso del flujo de energía solar.

De acuerdo con la jerarquía de comunidades, la vida en la Tierra también se manifiesta en la jerarquía de los ecosistemas correspondientes. La organización ecosistémica de la vida es una de las condiciones necesarias para su existencia. Como ya se señaló, las reservas de elementos biogénicos necesarios para la vida de los organismos en la Tierra en general y en cada zona específica de su superficie no son ilimitadas. Sólo un sistema de ciclos podría dar a estas reservas la propiedad de infinidad, necesaria para la continuación de la vida.

Sólo grupos de organismos funcionalmente diferentes pueden mantener y llevar a cabo el ciclo. La diversidad funcional y ecológica de los seres vivos y la organización en ciclos del flujo de sustancias extraídas del medio ambiente es la propiedad más antigua de la vida.

Desde este punto de vista, la existencia sostenible de muchas especies en un ecosistema se logra debido a las perturbaciones naturales de los hábitats que se producen constantemente en el mismo, permitiendo que nuevas generaciones ocupen el espacio recién desocupado.

Concepto de ecosistema

El principal objeto de estudio de la ecología son los sistemas ecológicos o ecosistemas. El ecosistema ocupa el siguiente lugar después de la biocenosis en el sistema de niveles de la naturaleza viva. Cuando hablamos de biocenosis, nos referimos únicamente a organismos vivos. Si consideramos los organismos vivos (biocenosis) junto con los factores ambientales, entonces esto ya es un ecosistema. Así, un ecosistema es un complejo natural (sistema bioinerte) formado por organismos vivos (biocenosis) y su hábitat (por ejemplo, la atmósfera es inerte, el suelo, un embalse es bioinerte, etc.), interconectados por el Intercambio de sustancias y energía.

El término "ecosistema", generalmente aceptado en ecología, fue introducido en 1935 por el botánico inglés A. Tansley. Creía que los ecosistemas, "desde el punto de vista de un ecologista, representan las unidades naturales básicas en la superficie de la tierra", que incluyen "no sólo un complejo de organismos, sino también todo el complejo de factores físicos que forman lo que somos". "El ambiente del bioma se llama factores de hábitat en el sentido más amplio". Tansley enfatizó que los ecosistemas se caracterizan por varios tipos de metabolismo no sólo entre organismos, sino también entre materia orgánica e inorgánica. No se trata sólo de un complejo de organismos vivos, sino también de una combinación de factores físicos.

Ecosistema (sistema ecológico)— la unidad funcional básica de la ecología, que representa la unidad de los organismos vivos y su hábitat, organizados por los flujos de energía y el ciclo biológico de las sustancias. Esta es la comunidad fundamental de seres vivos y su hábitat, cualquier conjunto de organismos vivos que conviven y las condiciones de su existencia (Fig. 8).

Arroz. 8. Varios ecosistemas: a - estanque en la zona media (1 - fitoplancton; 2 - zooplancton; 3 - escarabajos nadadores (larvas y adultos); 4 - carpas jóvenes; 5 - lucio; 6 - larvas de coronómidos (mosquitos idiotas); 7 - bacterias; 8 - insectos de la vegetación costera; b - prados (I - sustancias abióticas, es decir, principales componentes inorgánicos y orgánicos); II - productores (vegetación) III - macroconsumidores (animales): A - herbívoros (potras, ratones de campo, etc.); B – consumidores que se alimentan indirectamente o de detritos, o saprobios (invertebrados del suelo); C – depredadores “de montaña” (halcones);

El concepto de "ecosistema" se puede aplicar a objetos de diversos grados de complejidad y tamaño. Un ejemplo de ecosistema es un bosque tropical en un lugar y tiempo determinado, habitado por miles de especies de plantas, animales y microbios que viven juntos y conectados por las interacciones que ocurren entre ellos. Los ecosistemas son formaciones naturales como el océano, el mar, el lago, la pradera o el pantano. Un ecosistema puede ser un montículo en un pantano, un árbol podrido en un bosque con organismos viviendo en él y en él, o un hormiguero con hormigas. El ecosistema más grande es el planeta Tierra.

Cada ecosistema puede caracterizarse por ciertos límites (ecosistema de bosque de abetos, ecosistema de pantanos de tierras bajas). Sin embargo, el concepto de “ecosistema” en sí mismo carece de rango. Tiene el atributo de adimensionalidad; no se caracteriza por restricciones territoriales. Normalmente, los ecosistemas están delimitados por elementos del entorno abiótico, por ejemplo, relieve, diversidad de especies, condiciones fisicoquímicas y tróficas, etc. El tamaño de los ecosistemas no se puede expresar en unidades físicas de medida (área, longitud, volumen, etc.). Se expresa como una medida sistémica que tiene en cuenta los procesos metabólicos y energéticos. Por tanto, se suele entender por ecosistema el conjunto de componentes del medio biótico (organismos vivos) y abiótico, durante cuya interacción se produce un ciclo biótico más o menos completo, en el que participan productores, consumidores y descomponedores. El término "ecosistema" también se utiliza en relación con formaciones artificiales, por ejemplo, un ecosistema de parque, un ecosistema agrícola (agroecosistema).

Los ecosistemas se pueden dividir en microecosistemas(árbol en el bosque, matorrales costeros de plantas acuáticas), mesoecosistemas(pantano, pinar, campo de centeno) y macroecosistemas(océano, mar, desierto).

Sobre el equilibrio en los ecosistemas

Los ecosistemas en equilibrio son aquellos que “controlan” las concentraciones de nutrientes, manteniendo su equilibrio con las fases sólidas. Las fases sólidas (restos de organismos vivos) son productos de la actividad vital de la biota. Aquellas comunidades y poblaciones que forman parte de un ecosistema en equilibrio también lo estarán. Este tipo de equilibrio biológico se llama móvil, ya que los procesos de muerte se compensan continuamente con la aparición de nuevos organismos.

Los ecosistemas en equilibrio obedecen al principio de sostenibilidad de Le Chatelier. En consecuencia, estos ecosistemas tienen homeostasis; en otras palabras, son capaces de minimizar las influencias externas manteniendo el equilibrio interno. La estabilidad de los ecosistemas no se logra cambiando los equilibrios químicos, sino cambiando las tasas de síntesis y descomposición de nutrientes.

De particular interés es el método para mantener la estabilidad de los ecosistemas, basado en la participación en el ciclo biológico de sustancias orgánicas previamente producidas por el ecosistema y reservadas "en reserva": madera y masa mortífera (turba, humus, hojarasca). En este caso, la madera sirve como riqueza material individual y la masa muerta como riqueza colectiva, perteneciente al ecosistema en su conjunto. Esta “riqueza material” aumenta la resiliencia de los ecosistemas, asegurando su supervivencia durante cambios climáticos adversos, desastres naturales, etc.

La estabilidad de un ecosistema es mayor cuanto mayor es su tamaño y más rica y diversa es su composición de especies y población.

Los ecosistemas de diferentes tipos utilizan diferentes opciones para métodos individuales y colectivos de almacenar sostenibilidad con diferentes proporciones de riqueza material individual y colectiva.

Así, la función principal de la totalidad de los seres vivos (comunidades) incluidos en el ecosistema es asegurar un estado de equilibrio (estable) del ecosistema basado en un ciclo cerrado de sustancias.

Los ecosistemas son uno de los conceptos clave de la ecología, que es un sistema que incluye varios componentes: una comunidad de animales, plantas y microorganismos, un hábitat característico, todo un sistema de relaciones a través del cual se produce el intercambio de sustancias y energías.

En ciencia, existen varias clasificaciones de ecosistemas. Uno de ellos divide todos los ecosistemas conocidos en dos grandes clases: los naturales, creados por la naturaleza, y los artificiales, los creados por el hombre. Veamos cada una de estas clases con más detalle.

Ecosistemas naturales

Como se señaló anteriormente, los ecosistemas naturales se formaron como resultado de la acción de fuerzas naturales. Se caracterizan por:

• Estrecha relación entre sustancias orgánicas e inorgánicas.
• Un círculo completo y cerrado del ciclo de las sustancias: desde la aparición de la materia orgánica hasta su descomposición y descomposición en componentes inorgánicos.
• Resiliencia y capacidad de autocuración.

Todos los ecosistemas naturales se definen por las siguientes características:

• 1. Estructura de especies: el número de cada especie de animal o planta está regulado por las condiciones naturales.
  2. Estructura espacial: todos los organismos están organizados en una estricta jerarquía horizontal o vertical. Por ejemplo, en un ecosistema forestal los niveles se distinguen claramente; en un ecosistema acuático, la distribución de los organismos depende de la profundidad del agua.
  3. Sustancias bióticas y abióticas.. Los organismos que componen el ecosistema se dividen en inorgánicos (abióticos: luz, aire, suelo, viento, humedad, presión) y orgánicos (bióticos - animales, plantas).
  4. A su vez, el componente biótico se divide en productores, consumidores y destructores. Los productores incluyen plantas y bacterias, que utilizan la luz solar y la energía para crear materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. Los consumidores son animales y plantas carnívoras que se alimentan de esta materia orgánica. Los destructores (hongos, bacterias, algunos microorganismos) son la corona de la cadena alimentaria, ya que realizan el proceso inverso: la materia orgánica se convierte en sustancias inorgánicas.

Los límites espaciales de cada ecosistema natural son muy arbitrarios. En ciencia, estos límites se acostumbran a definir mediante los contornos naturales del relieve: por ejemplo, un pantano, un lago, montañas, ríos. Pero en conjunto, todos los ecosistemas que forman la biocapa de nuestro planeta se consideran abiertos, ya que interactúan con el medio ambiente y con el espacio. En la idea más general, la imagen es la siguiente: los organismos vivos reciben energía, sustancias cósmicas y terrestres del medio ambiente, y la salida son rocas sedimentarias y gases, que finalmente escapan al espacio.

Todos los componentes del ecosistema natural están estrechamente interconectados. Los principios de esta conexión se desarrollan a lo largo de años, a veces siglos. Pero precisamente por eso se vuelven tan estables, ya que estas conexiones y condiciones climáticas determinan las especies de animales y plantas que viven en un área determinada. Cualquier desequilibrio en un ecosistema natural puede provocar su desaparición o extinción. Tal violación podría ser, por ejemplo, la deforestación o el exterminio de una población de una especie animal particular. En este caso, la cadena alimentaria se altera inmediatamente y el ecosistema comienza a “fallar”.

Por cierto, la introducción de elementos adicionales en los ecosistemas también puede alterarlos. Por ejemplo, si una persona comienza a criar animales en el ecosistema elegido que inicialmente no estaban allí. Una clara confirmación de ello es la cría de conejos en Australia. Al principio esto fue beneficioso, ya que en un ambiente tan fértil y excelentes condiciones climáticas para la reproducción, los conejos comenzaron a reproducirse a una velocidad increíble. Pero al final todo se vino abajo. Innumerables hordas de conejos arrasaron los pastos donde antes pastaban las ovejas. El número de ovejas empezó a disminuir. Y una persona obtiene mucha más comida de una oveja que de 10 conejos. Este incidente incluso se convirtió en un dicho: “Los conejos se comieron a Australia”. Fue necesario un esfuerzo increíble por parte de los científicos y muchos gastos antes de que lograran deshacerse de la población de conejos. No fue posible exterminar completamente su población en Australia, pero su número disminuyó y ya no amenazaba el ecosistema.

Ecosistemas artificiales

Los ecosistemas artificiales son comunidades de animales y plantas que viven en condiciones creadas para ellos por el hombre. También se les llama noobiogeocenosis o socioecosistemas. Ejemplos: campo, pasto, ciudad, sociedad, nave espacial, zoológico, jardín, estanque artificial, embalse.

El ejemplo más simple de ecosistema artificial es un acuario. Aquí el hábitat está limitado por las paredes del acuario, el flujo de energía, luz y nutrientes lo realiza el hombre, quien también regula la temperatura y composición del agua. Inicialmente también se determina el número de habitantes.

Primera característica: todos los ecosistemas artificiales son heterótrofos, es decir, consumir alimentos preparados. Tomemos como ejemplo una ciudad, uno de los ecosistemas artificiales más grandes. La afluencia de energía creada artificialmente (gasoductos, electricidad, alimentos) juega aquí un papel muy importante. Al mismo tiempo, estos ecosistemas se caracterizan por una gran liberación de sustancias tóxicas. Es decir, aquellas sustancias que luego sirven para la producción de materia orgánica en un ecosistema natural muchas veces quedan inadecuadas en los artificiales.

Otra característica distintiva de los ecosistemas artificiales es un ciclo metabólico abierto. Tomemos como ejemplo los agroecosistemas, los más importantes para los humanos. Estos incluyen campos, jardines, huertas, pastos, granjas y otras tierras agrícolas en las que la gente crea las condiciones para la producción de productos de consumo. La gente elimina parte de la cadena alimentaria en dichos ecosistemas (en forma de cultivos) y, por lo tanto, la cadena alimentaria se destruye.

La tercera diferencia entre los ecosistemas artificiales y los naturales es su reducido número de especies.. De hecho, una persona crea un ecosistema con el fin de criar una (con menos frecuencia varias) especies de plantas o animales. Por ejemplo, en un campo de trigo, se destruyen todas las plagas y malas hierbas y sólo se cultiva trigo. Esto permite obtener una mejor cosecha. Pero al mismo tiempo, la destrucción de organismos "no rentables" para los humanos vuelve inestable el ecosistema.

Características comparativas de los ecosistemas naturales y artificiales.

Es más conveniente presentar una comparación de ecosistemas naturales y socioecosistemas en forma de tabla:

). El término moderno fue propuesto por primera vez por el ecologista inglés A. Tansley. (Inglés) ruso en 1935. V.V. Dokuchaev también desarrolló la idea de la biocenosis como un sistema integral. Sin embargo, en la ciencia rusa, el concepto de biogeocenosis introducido por V.N. Sukachev (1944) se ha vuelto generalmente aceptado. En ciencias afines, también existen varias definiciones que en un grado u otro coinciden con el concepto de "ecosistema", por ejemplo, "geosistema" en geoecología o introducido en el mismo período por otros científicos del "Holoceno" (F. Clements, 1930 ) y “cuerpo bioinerte "(V.I. Vernadsky, 1944).

Concepto de ecosistema

Definiciones

A veces se enfatiza especialmente que un ecosistema es un sistema históricamente desarrollado (ver Biocenosis).

Concepto de ecosistema

Eugenio Odum (1913-2000). Padre de la ecología de ecosistemas

Un ecosistema es un sistema complejo (según la definición de sistemas complejos de L. Bertalanffy), autoorganizado, autorregulado y autodesarrollado. La principal característica de un ecosistema es la presencia de flujos de materia y energía relativamente cerrados, espacial y temporalmente estables, entre las partes biótica y abiótica del ecosistema. De esto se deduce que no todos los sistemas biológicos pueden llamarse ecosistemas; por ejemplo, un acuario o un tocón podrido no lo son. Estos sistemas biológicos (naturales o artificiales) no son suficientemente autosuficientes y autorregulados (acuario); si se deja de regular las condiciones y mantener las características al mismo nivel, colapsará lo suficientemente rápido. Estas comunidades no forman ciclos cerrados independientes de materia y energía (muñón), sino que son sólo parte de un sistema más grande. Estos sistemas deberían denominarse comunidades de rango inferior o microcosmos. A veces se utiliza para ellos el concepto de facies (por ejemplo, en geoecología), pero no es capaz de describir completamente tales sistemas, especialmente los de origen artificial. En general, en diferentes ciencias, el concepto de “facies” corresponde a diferentes definiciones: desde sistemas a nivel de subecosistema (en botánica, ciencias del paisaje) hasta conceptos no relacionados con el ecosistema (en geología), o un concepto que une ecosistemas homogéneos. (Sochava V. B.), o casi idéntica (L. S. Berg, L. G. Ramensky) a la definición de ecosistema.

Biogeocenosis y ecosistema.

De acuerdo con las definiciones, no existe diferencia entre los conceptos de "ecosistema" y "biogeocenosis"; la biogeocenosis puede considerarse un sinónimo completo del término ecosistema. Sin embargo, existe una opinión generalizada de que la biogeocenosis puede servir como análogo de un ecosistema en el nivel más básico, ya que el término "biogeocenosis" pone mayor énfasis en la conexión de una biocenosis con un área específica de tierra o medio acuático. mientras que un ecosistema implica cualquier área abstracta. Por tanto, las biogeocenosis suelen considerarse un caso especial de ecosistema. Diferentes autores en la definición del término biogeocenosis enumeran componentes bióticos y abióticos específicos de la biogeocenosis, mientras que la definición de ecosistema es más general.

Estructura del ecosistema

En un ecosistema se pueden distinguir dos componentes: biótico y abiótico. Los bióticos se dividen en componentes autótrofos (organismos que reciben energía primaria para su existencia a partir de la foto y quimiosíntesis o productores) y heterótrofos (organismos que reciben energía de la oxidación de la materia orgánica: consumidores y descomponedores) que forman la estructura trófica del ecosistema.

La única fuente de energía para la existencia del ecosistema y el mantenimiento de diversos procesos en él son los productores que absorben la energía solar (calor, enlaces químicos) con una eficiencia del 0,1 al 1%, rara vez del 3 al 4,5% de la cantidad original. Los autótrofos representan el primer nivel trófico de un ecosistema. Los niveles tróficos posteriores del ecosistema se forman a expensas de los consumidores (niveles 2, 3, 4 y posteriores) y están cerrados por descomponedores, que convierten la materia orgánica inanimada en una forma mineral (componente abiótico), que puede ser asimilado por un autótrofo. elemento.

Principales componentes del ecosistema.

Desde el punto de vista de la estructura en el ecosistema existen:

1. régimen climático, que determina la temperatura, humedad, condiciones de iluminación y otras características físicas del medio ambiente;
2. sustancias inorgánicas incluidas en el ciclo;
3. compuestos orgánicos que conectan las partes biótica y abiótica en el ciclo de la materia y la energía;
4. productores: organismos que crean productos primarios;
5. los macroconsumidores, o fagótrofos, son heterótrofos que comen otros organismos o partículas grandes de materia orgánica;
6. microconsumidores (saprótrofos): heterótrofos, principalmente hongos y bacterias, que destruyen la materia orgánica muerta, mineralizándola y devolviéndola así al ciclo.

Los últimos tres componentes forman la biomasa del ecosistema.

Desde el punto de vista del funcionamiento del ecosistema, se distinguen los siguientes bloques funcionales de organismos (además de los autótrofos):

1. biofagos: organismos que se alimentan de otros organismos vivos,
2. Saprófagos: organismos que comen materia orgánica muerta.

Esta división muestra la relación temporal-funcional en el ecosistema, centrándose en la división en el tiempo de la formación de la materia orgánica y su redistribución dentro del ecosistema (biófagos) y su procesamiento por los saprófagos. Entre la muerte de la materia orgánica y la reincorporación de sus componentes al ciclo de la materia en el ecosistema puede pasar un período de tiempo importante, por ejemplo, en el caso de un tronco de pino, 100 años o más.

Todos estos componentes están interconectados en el espacio y el tiempo y forman un único sistema estructural y funcional.

ecotop

Generalmente el concepto ecotop Se definió como el hábitat de los organismos, caracterizado por una determinada combinación de condiciones ambientales: suelos, suelos, microclima, etc. Sin embargo, en este caso este concepto es casi idéntico al concepto climatop.

Actualmente, se entiende por ecotopo, a diferencia de un biotopo, un determinado territorio o superficie acuática con todo el conjunto y características de suelos, suelos, microclima y otros factores en una forma no modificada por los organismos. Ejemplos de ecotopo incluyen suelos aluviales, islas volcánicas o de coral recién formadas, canteras excavadas por humanos y otros territorios recién formados. En este caso climatop es parte del ecotopo.

Climatopo

Inicialmente "climatopo" fue definido por V.N Sukachev (1964) como la parte aérea de la biogeocenosis, que se diferencia de la atmósfera circundante en su composición de gas, especialmente en la concentración de dióxido de carbono en el biohorizonte superficial, oxígeno allí y en los biohorizontes fotosintéticos, el régimen del aire, la saturación de biolina, Radiación e iluminación solar reducida y modificada, presencia de luminiscencia de plantas y algunos animales, régimen térmico especial y régimen de humedad del aire.

Actualmente, este concepto se interpreta de manera un poco más amplia: como una característica de la biogeocenosis, una combinación de características físicas y químicas del ambiente aéreo o acuático, esenciales para los organismos que habitan este ambiente. El climatopo fija, a escala de largo plazo, las características físicas básicas de la existencia de animales y plantas, determinando la gama de organismos que pueden existir en un ecosistema determinado.

Edafotópe

Bajo edafotope Se suele entender al suelo como un elemento constitutivo de un ecotopo. Sin embargo, más precisamente este concepto debería definirse como parte del ambiente inerte transformado por los organismos, es decir, no todo el suelo, sino solo una parte de él. El suelo (edafotópo) es el componente más importante del ecosistema: cierra los ciclos de materia y energía, transfiere de materia orgánica muerta a minerales y su participación en la biomasa viva. Los principales portadores de energía en el edafotópo son los compuestos orgánicos de carbono, sus formas lábiles y estables determinan en gran medida la fertilidad del suelo;

Biocenosis, presentada esquemáticamente como una red trófica y su biotopo.

Biotopo

Biocenosis

A veces se distingue un tercer aspecto de la sostenibilidad: la estabilidad de un ecosistema en relación con los cambios en las características ambientales y los cambios en sus características internas. Si un ecosistema funciona de manera estable en una amplia gama de parámetros ambientales y/o el ecosistema contiene una gran cantidad de especies intercambiables (es decir, cuando diferentes especies con funciones ecológicas similares en el ecosistema pueden reemplazarse entre sí), dicha comunidad se llama dinámicamente fuerte(sostenible). En el caso contrario, cuando un ecosistema puede existir en un conjunto muy limitado de parámetros ambientales, y/o la mayoría de las especies son indispensables en sus funciones, dicha comunidad se denomina dinámicamente frágil(inestable). Cabe señalar que esta característica generalmente no depende del número de especies y de la complejidad de las comunidades. Un ejemplo clásico es la Gran Barrera de Coral frente a la costa de Australia (costa noreste), que es uno de los "puntos calientes" de biodiversidad en el mundo: las algas simbióticas de los corales, los dinoflagelados, son muy sensibles a la temperatura. Una desviación del óptimo literalmente en un par de grados conduce a la muerte de las algas, y los pólipos reciben hasta el 50-60% (según algunas fuentes, hasta el 90%) de los nutrientes de la fotosíntesis de sus mutualistas.

Los ecosistemas tienen muchos estados en los que se encuentran en equilibrio dinámico; si lo eliminan fuerzas externas, el ecosistema no necesariamente volverá a su estado original; a menudo será atraído por el estado de equilibrio más cercano (atractor), aunque puede estar muy cerca del original;

Biodiversidad y sostenibilidad en los ecosistemas

La selva amazónica, al igual que la selva ecuatorial, alberga la mayor biodiversidad

Normalmente, la sostenibilidad estaba y está asociada con la biodiversidad de las especies en un ecosistema (diversidad alfa), es decir, cuanto mayor es la biodiversidad, más compleja es la organización de las comunidades, cuanto más complejas son las redes alimentarias, mayor es la estabilidad de los ecosistemas. Pero hace ya 40 años o más, había diferentes puntos de vista sobre este tema, y ​​en este momento la opinión más común es que la estabilidad tanto local como general de los ecosistemas depende de un conjunto mucho mayor de factores que solo la complejidad de las comunidades y la biodiversidad. . Así, por el momento, un aumento de la biodiversidad suele estar asociado con un aumento de la complejidad, la fuerza de las conexiones entre los componentes del ecosistema y la estabilidad de los flujos de materia y energía entre los componentes.

La selva tropical ecuatorial puede contener más de 5.000 especies de plantas (en comparación, los bosques de la zona de taiga rara vez tienen más de 200 especies)

La importancia de la biodiversidad es que permite la formación de muchas comunidades, diferentes en estructura, forma, funciones, y brinda una oportunidad sostenible para su formación. A mayor biodiversidad, mayor número de comunidades que pueden existir, mayor número de reacciones diversas (desde el punto de vista de la biogeoquímica) que se pueden llevar a cabo, asegurando la existencia de la biosfera en su conjunto.

Complejidad y resiliencia del ecosistema

Por el momento, no existe una definición y un modelo satisfactorios que describan la complejidad de los sistemas y ecosistemas en particular. Hay dos definiciones de complejidad ampliamente aceptadas: Complejidad de Kolmogorov: demasiado especializada para aplicarla a los ecosistemas. Y una definición más abstracta, pero también insatisfactoria, de complejidad, dada por I. Prigogine en su obra “Tiempo, caos, cuántico”: Sistemas complejos: incapaces de realizar una descripción cruda u operativa en términos de causalidad determinista.. En sus otras obras, I. Prigogine escribió que no estaba preparado para dar una definición estricta de complejidad, ya que complejo es algo que actualmente no se puede definir correctamente.

Parámetros de dificultad y su impacto en la estabilidad.

Las dimensiones de la complejidad de los ecosistemas han incluido tradicionalmente el número total de especies (diversidad alfa), el gran número de interacciones entre especies, la fuerza de las interacciones entre poblaciones y varias combinaciones de estas características. Con el desarrollo de estas ideas, surgió la afirmación de que cuantas más formas de transferencia y transformación de energía haya en un ecosistema, más estable será ante diversos tipos de perturbaciones.

Sin embargo, más tarde se demostró que estas ideas no pueden caracterizar la estabilidad de los ecosistemas. Hay muchos ejemplos tanto de comunidades monoculturales altamente estables (fitocenosis de helechos) como de comunidades débilmente resilientes con alta biodiversidad (arrecifes de coral, bosques tropicales). En los años 70 y 80 del siglo XX, aumentó el interés por modelar la dependencia de la sostenibilidad de la complejidad de los ecosistemas. Los modelos desarrollados durante este período mostraron que en una red de interacción generada aleatoriamente en una comunidad, cuando se eliminan cadenas sin sentido (como A se come a B, B se come a C, C se come a A y tipos similares), la estabilidad local disminuye a medida que aumenta la complejidad. Si continuamos complicando el modelo y tenemos en cuenta que los consumidores están influenciados por los recursos alimentarios, pero los recursos alimentarios no dependen de los consumidores, entonces podemos llegar a la conclusión de que la estabilidad no depende de la complejidad, o también disminuye con su aumento. Por supuesto, estos resultados son válidos principalmente para las cadenas alimentarias detríticas, en las que los consumidores no afectan el flujo de recursos alimentarios, aunque pueden cambiar el valor nutricional de estos últimos.

En un estudio de persistencia general en un modelo de 6 especies (2 depredadores consumidores de segundo orden, 2 consumidores de primer orden y 2 especies de la base de la cadena alimentaria), se examinó la eliminación de una de las especies. La conectividad se tomó como parámetro de estabilidad. Una comunidad se consideró estable si las especies restantes permanecían localmente estables. Los resultados obtenidos fueron consistentes con la opinión generalmente aceptada de que la estabilidad de la comunidad disminuye a medida que aumenta la complejidad cuando se pierden los principales depredadores, pero a medida que aumenta la complejidad, la estabilidad de la comunidad aumenta cuando se pierde la base de la cadena alimentaria.

En el caso de la estabilidad elástica, donde la complejidad también significa conectividad, a medida que aumenta la complejidad, también aumenta la estabilidad elástica. Es decir, una mayor diversidad de especies y una mayor fuerza de las conexiones entre ellas permiten a las comunidades restaurar más rápidamente su estructura y funciones. Este hecho confirma las opiniones generalmente aceptadas sobre el papel de la biodiversidad como una especie de fondo (fondo) para restaurar la estructura completa tanto de los ecosistemas como de las estructuras más altamente organizadas de la biosfera, así como de la biosfera misma en su conjunto. Por el momento, la idea generalmente aceptada y prácticamente indiscutible es que la biosfera ha evolucionado hacia una mayor biodiversidad (sus tres componentes), acelerando la circulación de materia entre los componentes de la biosfera y "acelerando" la esperanza de vida de ambas especies y ecosistemas.

Flujos de materia y energía en los ecosistemas.

Por el momento, la comprensión científica de todos los procesos dentro del ecosistema está lejos de ser perfecta, y en la mayoría de los estudios, todo el ecosistema o algunas partes de él actúan como una "caja negra". Al mismo tiempo, como cualquier sistema relativamente cerrado, un ecosistema se caracteriza por flujos de energía entrantes y salientes y la distribución de estos flujos entre los componentes del ecosistema.

Productividad del ecosistema

Al analizar la productividad y los flujos de materia y energía en los ecosistemas se distinguen los siguientes conceptos: biomasa Y cultivo en pie . Por cultivo en pie se entiende la masa de cuerpos de todos los organismos por unidad de superficie de tierra o agua, y por biomasa es la masa de estos mismos organismos en términos de energía (por ejemplo, en julios) o en términos de materia orgánica seca. (por ejemplo, en toneladas por hectárea). La biomasa incluye todo el cuerpo de los organismos, incluidas las partes muertas vitalizadas y no sólo en las plantas, por ejemplo, la corteza y el xilema, sino también las uñas y las partes queratinizadas en los animales. La biomasa se convierte en necromasa solo cuando parte del organismo muere (se separa de él) o todo el organismo. A menudo, las sustancias fijadas en la biomasa son "capital muerto", esto es especialmente pronunciado en las plantas: las sustancias del xilema pueden no entrar en el ciclo durante cientos de años y solo sirven como soporte para la planta.

Bajo producción primaria de la comunidad (o producción biológica primaria) se refiere a la formación de biomasa (más precisamente, la síntesis de sustancias plásticas) por parte de los productores, sin excluir la energía gastada en la respiración por unidad de tiempo por unidad de área (por ejemplo, por día por hectárea).

La producción primaria de la comunidad se divide en producción primaria bruta , es decir, todos los productos de la fotosíntesis sin el costo de la respiración, y producción primaria pura , que es la diferencia entre la producción primaria bruta y los costos de respiración. A veces también se le llama pura asimilación o fotosíntesis observada ).

Productividad neta de la comunidad - la tasa de acumulación de materia orgánica no consumida por los heterótrofos (y luego por los descomponedores). Generalmente se calcula para la temporada de crecimiento o para el año. Por tanto, es parte de la producción que no puede ser procesada por el propio ecosistema. En ecosistemas más maduros, la productividad neta de la comunidad tiende a cero (ver el concepto de comunidades clímax).

Productividad secundaria comunitaria - tasa de acumulación de energía a nivel de los consumidores. La producción secundaria no se divide en bruta y neta, ya que los consumidores solo consumen la energía absorbida por los productores, una parte no se asimila, otra se utiliza para la respiración y el resto va a la biomasa, por lo que es más correcto llamarla asimilación secundaria. .

La distribución de energía y materia en un ecosistema se puede representar como un sistema de ecuaciones. Si los productos de los productores se representan como P1, entonces los productos de los consumidores de primer orden se verán así:

• P 2 =P 1 -R 2,

donde R 2 es el costo de la respiración, la transferencia de calor y la energía no asimilada. Los siguientes consumidores (segundo orden) procesarán la biomasa de los consumidores de primer orden de acuerdo con:

• P 3 =P 2 -R 3

y así sucesivamente, hasta llegar a los consumidores de primer orden y a los descomponedores. Por tanto, cuantos más consumidores (consumidores) haya en el ecosistema, más completamente se procesará la energía inicialmente registrada por los productores en sustancias plásticas. En las comunidades clímax, donde la diversidad suele ser mayor en una región determinada, este esquema de procesamiento de energía permite que las comunidades funcionen de manera sostenible durante largos períodos de tiempo.

Relaciones energéticas en los ecosistemas (eficiencia ecológica)

Gráfico de cambios en la relación P/B en los ecosistemas (según A.K. Brodsky, 2002)

Límites espaciales del ecosistema (aspecto corológico)

En la naturaleza, por regla general, no existen límites claros entre los diferentes ecosistemas. Siempre se puede señalar uno u otro ecosistema, pero no es posible identificar límites discretos si no están representados por varios factores del paisaje (acantilados, ríos, varias laderas, afloramientos rocosos, etc.), porque la mayoría de las veces hay transiciones suaves. de un ecosistema a otro. Esto se debe a un cambio relativamente suave en el gradiente de factores ambientales (humedad, temperatura, humedad, etc.). A veces, las transiciones de un ecosistema a otro pueden ser en realidad un ecosistema en sí mismo. Normalmente, las comunidades formadas en la unión de diferentes ecosistemas se denominan ecotonos. El término "ecotono" fue introducido por F. Clements en 1905.

Ecotonos

Los ecotonos juegan un papel importante en el mantenimiento de la diversidad biológica de los ecosistemas debido al llamado efecto de borde, una combinación de un conjunto de factores ambientales de diferentes ecosistemas, que provocan una mayor diversidad de condiciones ambientales y, por tanto, licencias y nichos ecológicos. Así, es posible la existencia de especies tanto de uno como de otro ecosistema, así como especies específicas de ecotono (por ejemplo, vegetación de hábitats acuáticos costeros).

Algunos posibles límites (ecotonos) entre ecosistemas

En la literatura rusa, el efecto de borde a veces se denomina efecto de borde.

Ejemplos de ecotonos incluyen áreas costeras de tierra y cuerpos de agua (por ejemplo, zona litoral), bordes de bosques, transiciones de ecosistemas forestales a ecosistemas de campo y estuarios. Sin embargo, un ecotono no siempre es un lugar de mayor biodiversidad de especies. Por ejemplo, los estuarios de los ríos que desembocan en mares y océanos, por el contrario, se caracterizan por una biodiversidad reducida de especies, ya que la salinidad media de los deltas no permite la existencia de muchas especies de agua dulce y salada (marina).

Una idea alternativa de transiciones continuas entre ecosistemas es la idea de ecoclinas (series ecológicas). ecolimpio- un cambio gradual de biotopos, adaptados genética y fenotípicamente a un hábitat específico, con un cambio espacial en cualquier factor ambiental (generalmente climático), y por tanto constituyendo una serie continua de formas sin rupturas perceptibles en la gradualidad. La ecoclina no se puede dividir en ecotipos. Por ejemplo, la longitud de las orejas de zorro y muchas otras. etc., sus caracteres cambian de norte a sur de manera tan gradual que es muy difícil identificar grupos morfológicos claros que naturalmente se combinarían en subespecies.

Límites temporales del ecosistema (aspecto cronológico)

Cambio de comunidad en un pinar tras un incendio terrestre (izquierda) y dos años después del incendio (derecha)

En un mismo biotopo existen diferentes ecosistemas a lo largo del tiempo. El cambio de un ecosistema a otro puede llevar períodos de tiempo bastante largos y relativamente cortos (varios años). La duración de la existencia de los ecosistemas en este caso está determinada por la etapa de sucesión. Un cambio en los ecosistemas en un biotopo también puede ser causado por procesos catastróficos, pero en este caso el biotopo en sí cambia significativamente y tal cambio generalmente no se llama sucesión (con algunas excepciones, cuando una catástrofe, por ejemplo, un incendio, es una etapa natural de sucesión cíclica).

sucesión

sucesión - Se trata de un reemplazo constante y natural de unas comunidades por otras en una determinada zona del territorio, debido a factores internos en el desarrollo de los ecosistemas. Cada comunidad anterior predetermina las condiciones de existencia de la siguiente y su propia extinción. Esto se debe a que en los ecosistemas que son de transición en la serie de sucesión, hay acumulación de materia y energía, que ya no pueden incluir en el ciclo, transformación del biotopo, cambios en el microclima y otros factores. , y así se crea una base material-energética, así como las condiciones ambientales necesarias para la formación de comunidades posteriores. Sin embargo, existe otro modelo que explica el mecanismo de sucesión de la siguiente manera: las especies de cada comunidad anterior son desplazadas sólo por una competencia constante, inhibiendo y “resistiendo” la introducción de especies posteriores. Sin embargo, esta teoría sólo considera las relaciones competitivas entre especies, sin describir el panorama completo del ecosistema en su conjunto. Por supuesto, tales procesos se están produciendo, pero el desplazamiento competitivo de especies anteriores es posible precisamente porque transforman el biotopo. Así, ambos modelos describen aspectos diferentes del proceso y son válidos al mismo tiempo.

La sucesión puede ser autótrofa (por ejemplo, la sucesión después de un incendio forestal) o heterótrofa (por ejemplo, un pantano drenado). En las primeras etapas de una secuencia de sucesión autótrofa, la relación P/R es mucho mayor que uno, ya que normalmente las comunidades primarias son altamente productivas, pero la estructura del ecosistema aún no se ha formado completamente y no hay forma de utilizarla. biomasa. Consecuentemente, con la complicación de las comunidades, con la complicación de la estructura del ecosistema, los costos de respiración (R) aumentan, a medida que aparecen cada vez más heterótrofos, responsables de la redistribución de los flujos de materiales y energía, la relación P/R tiende a la unidad. y en realidad es lo mismo para la comunidad terminal (ecosistema). La sucesión heterótrofa tiene las características opuestas: en ella la relación P/R en las primeras etapas es mucho menor que uno (dado que hay mucha materia orgánica y no hay necesidad de su síntesis, se puede utilizar inmediatamente para construir una comunidad ) y aumenta gradualmente a medida que se avanza por las etapas sucesivas.

Un ejemplo de una etapa de sucesión heterótrofa: una pradera de humedal

En las primeras etapas de sucesión, la diversidad de especies es baja, pero a medida que avanza el desarrollo, la diversidad aumenta, la composición de especies de la comunidad cambia, las especies con ciclos de vida complejos y largos comienzan a predominar, generalmente aparecen organismos cada vez más grandes, cooperación mutuamente beneficiosa y Se desarrollan simbiosis y la estructura trófica del ecosistema se vuelve más compleja. Generalmente se supone que la etapa terminal de la sucesión tiene la mayor biodiversidad de especies. Esto no siempre es cierto, pero para las comunidades clímax de bosques tropicales esta afirmación es cierta, y para las comunidades de latitudes templadas el pico de diversidad ocurre en la mitad de la serie sucesional o más cerca de la etapa terminal. En las primeras etapas, las comunidades están formadas por especies con una tasa de reproducción y crecimiento relativamente alta, pero una baja capacidad de supervivencia individual (estrategas r). En la etapa terminal, la influencia de la selección natural favorece a especies con una baja tasa de crecimiento pero una mayor capacidad de supervivencia (k-estrategas).

A medida que avanzamos en la serie de sucesión, hay una participación cada vez mayor de nutrientes en el ciclo de los ecosistemas; es posible un cierre relativo de los flujos de nutrientes como el nitrógeno y el calcio (uno de los nutrientes más móviles) dentro del ecosistema. Por tanto, en la etapa terminal, cuando la mayoría de los nutrientes intervienen en el ciclo, los ecosistemas son más independientes del aporte externo de estos elementos.

Para estudiar el proceso de sucesión se utilizan diversos modelos matemáticos, incluidos los de carácter estocástico.

Comunidad clímax

El concepto de sucesión está estrechamente relacionado con el concepto de comunidad clímax. La comunidad clímax se forma como resultado de cambios sucesivos en los ecosistemas y representa la comunidad más equilibrada, utilizando los flujos de materiales y energía de la manera más eficiente posible, es decir, manteniendo la máxima biomasa posible por unidad de energía que ingresa al ecosistema.

Teóricamente, cada serie sucesional tiene una comunidad clímax (ecosistema), que es la etapa terminal del desarrollo (o varias, el llamado concepto de policlímax). Sin embargo, en realidad, la serie sucesiva no siempre se cierra con el clímax; se puede realizar una comunidad subclímax (o llamada por F. Clements - plagyclimax), que es una comunidad que precede al clímax y está suficientemente desarrollada estructural y funcionalmente. Esta situación puede surgir por razones naturales, condiciones ambientales o como resultado de la actividad humana (en este caso se llama disclimax).

Rangos de ecosistemas

La cuestión de clasificar los ecosistemas es bastante compleja. La distinción entre ecosistemas mínimos (biogeocenosis) y el ecosistema de mayor rango, la biosfera, está fuera de toda duda. Las distinciones intermedias son bastante complejas, ya que las complejidades del aspecto corológico no siempre permiten determinar claramente los límites de los ecosistemas. En geoecología (y ciencias del paisaje) existe la siguiente clasificación: facies - tracto (ecosistema) - paisaje - área geográfica - área geográfica - bioma - biosfera. En ecología, existe una clasificación similar, sin embargo, generalmente se cree que es correcto distinguir solo un ecosistema intermedio: un bioma.

Biomas

Bioma - una gran subdivisión sistémica-geográfica (ecosistema) dentro de la zona climática natural (Reimers N.F.). Según R.H. Whittaker, grupo de ecosistemas de un continente determinado que tienen una estructura o fisonomía similar de la vegetación y la naturaleza general de las condiciones ambientales. Esta definición es algo incorrecta, ya que existe un vínculo con un continente específico y algunos biomas están presentes en diferentes continentes, por ejemplo, el bioma de tundra o la estepa.

Actualmente, la definición más aceptada es: “Un bioma es un conjunto de ecosistemas con un tipo similar de vegetación, ubicados en la misma zona natural y climática” (Akimova T. A., Haskin V. V.).

Lo que estas definiciones tienen en común es que, en cualquier caso, un bioma es un conjunto de ecosistemas de una zona climática natural.

Hay de 8 a 30 biomas. La distribución geográfica de los biomas está determinada por:

1. Ley de Zonificación Geográfica (formulada por V.V. Dokuchaev)

Biosfera

Término biosfera Fue introducido por Jean-Baptiste Lamarck a principios del siglo XIX, y en geología fue propuesto por el geólogo austriaco Eduard Suess en 1875. Sin embargo, la creación de una doctrina holística de la biosfera pertenece al científico ruso Vladimir Ivanovich Vernadsky.

La biosfera es un ecosistema de primer orden, que une a todos los demás ecosistemas y garantiza la existencia de vida en la Tierra. La biosfera incluye las siguientes “esferas”:

La biosfera tampoco es un sistema cerrado; en realidad, está completamente alimentada por la energía del Sol, siendo una pequeña parte el calor de la propia Tierra. Cada año la Tierra recibe alrededor de 1,3 * 10 24 calorías del Sol. El 40% de esta energía se irradia de regreso al espacio, alrededor del 15% se utiliza para calentar la atmósfera, el suelo y el agua, el resto de la energía es luz visible, que es la fuente de la fotosíntesis.

V.I. Vernadsky fue el primero en formular claramente el entendimiento de que toda la vida en el planeta está indisolublemente ligada a la biosfera y le debe su existencia:

De hecho, ni un solo organismo vivo se encuentra en estado libre en la Tierra. Todos estos organismos están inextricablemente y continuamente conectados -principalmente mediante la nutrición y la respiración- con el entorno material y energético que los rodea. Fuera de él, en condiciones naturales, no pueden existir.

Ecosistemas artificiales

Ecosistemas artificiales - estos son ecosistemas creados por el hombre, por ejemplo, agrocenosis, sistemas económicos naturales o Biosfera 2.

Los ecosistemas artificiales tienen el mismo conjunto de componentes que los naturales: productores, consumidores y descomponedores, pero existen diferencias significativas en la redistribución de los flujos de materia y energía. En particular, los ecosistemas creados por el hombre se diferencian de los naturales en los siguientes aspectos:

Sin el mantenimiento de los flujos de energía por parte de los humanos en los sistemas artificiales, los procesos naturales se restablecen a una velocidad u otra y se forma la estructura natural de los componentes del ecosistema y los flujos de materiales y energía entre ellos.

Conceptos similares al concepto de ecosistema en ciencias afines

En ecogeología, ciencias del paisaje y geoecología.

En estas ciencias existen conceptos similares al concepto de ecosistema. La diferencia es que en estas ciencias hay un cambio en la consideración de la estructura y funciones de los ecosistemas.

En general, en las ciencias geográficas se acostumbra considerar un complejo territorial natural como el equivalente a un ecosistema.

ver también

Notas

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Conferencia No. 2 Sistemas ecológicos.

Esquema de la conferencia:

El concepto de sistemas ecológicos.

Estructura del ecosistema.

Estructura biótica de un ecosistema.

Producción y descomposición en la naturaleza.

Homeostasis del ecosistema.

Energía de los ecosistemas.

Productividad biológica de los ecosistemas.

Pirámides ecológicas.

Sucesión ecológica.

1. El concepto de sistemas ecológicos.

Sistema ecológico (ecosistema) - es cualquier unidad (biosistema) que incluye todos los organismos que funcionan conjuntamente (comunidad biótica) en un área determinada e interactúa con el entorno físico de tal manera que el flujo de energía crea estructuras bióticas bien definidas y la circulación de sustancias entre los seres vivos. y partes no vivas. (según Yu. Odum).

El concepto de sistema ecológico también se puede definir a través de los conceptos de biocenosis y biotopo.

Biocenosis es una colección de poblaciones que conviven de diferentes tipos de microorganismos, plantas y animales.

Biotopo – estas son las condiciones del entorno circundante (no vivo) en un área determinada (aire, agua, suelo y rocas subyacentes).

Así, un ecosistema es una biocenosis + biotopo.

Al estudiar los ecosistemas, el principal tema de investigación son los procesos de transformación de materia y energía entre la biota y el entorno físico, es decir. el ciclo biogeoquímico emergente de sustancias en el ecosistema en su conjunto.

Biota – esta es la flora y fauna de un territorio determinado en su totalidad.

Los ecosistemas incluyen comunidades bióticas de cualquier escala con su hábitat desde un estanque hasta el Océano Mundial y desde el tocón de un árbol hasta un vasto bosque.

También se distingue:

microecosistemas (cojín de líquenes sobre el tronco de un árbol),

mesoecosistemas (estanque, lago, estepa...),

macroecosistemas (continente, océano),

ecosistema global (biosfera de la Tierra).

2. Estructura del ecosistema.

El ecosistema consta de tres partes:

comunidades,

flujo de energía,

flujo (ciclo) de sustancias.

El sistema ecológico según su estructura trófica se divide en dos niveles:

superior: nivel autótrofo o “cinturón verde”, que incluye organismos fotosintéticos que crean moléculas orgánicas complejas a partir de compuestos inorgánicos simples,

la inferior es la capa heterótrofa, o el “cinturón marrón” de suelos y sedimentos, en la que predomina la descomposición de la materia orgánica muerta en formaciones minerales simples.

Desde el punto de vista biológico, el ecosistema está formado por:

Sustancias inorgánicas (C, N, CO 2, H 2 O, P, O, etc.) que participan en los ciclos.

Compuestos orgánicos (proteínas, carbohidratos, grasas, sustancias húmicas, etc.).

aire, agua y ambiente del sustrato, incluidos los factores abióticos.

productores,

consumidores,

descomponedores.

Las sustancias inorgánicas que se encuentran en los ecosistemas están involucradas en un ciclo constante. Las reservas de sustancias que consumen los organismos en la naturaleza no son ilimitadas. Si estas sustancias no se reutilizaran, la vida en la Tierra sería imposible. Un ciclo tan interminable de sustancias en la naturaleza sólo es posible si existen grupos de organismos funcionalmente diferentes capaces de llevar a cabo y mantener el flujo de sustancias que extraen del medio ambiente.

La estructura biótica de un ecosistema son las formas en que interactúan las diferentes categorías de organismos en el sistema.