Реферат: Общие закономерности их действие на живые организмы
В сложных природных сообществах организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Первый трофический уровень представлен первичными продуцентами или автотрофами; к ним относятся зеленые растения, которые способны использовать солнечный свет для образования химических соединений, богатых энергией. Второй трофический уровень образуют растительноядные животные, называемые первичными консументами. Плотоядных, которые питаются растительно - травоядными называют вторичными консументами или первичными хищниками; они занимают третий трофический уровень. Хищники, питающиеся первичными хищниками, в свою очередь, образуют четвертый трофический уровень и называются третичными консументами или вторичными хищниками. Точно также животные, потребляющие вторичных хищников называются четвертичными консументами или третичными хищниками, они находятся на пятом трофическом уровне и т.д.
Эта трофическая классификация относится к функциям, а не к видам как таковым. Поскольку многие животные всеядны и питаются как растениями, так и животными, т.е. одновременно получают энергию с нескольких разных трофических уровней, их невозможно отнести к определенному уровню. Принято считать, что такие организмы представляют сразу несколько трофических уровней, а их участие в каждом уровне пропорционально составу их диеты.
В исследованиях структуры сообществ понятие трофического уровня оказалось чрезвычайно полезной абстракцией. Оно облегчает изучение потока вещества и энергии через сообщество и подчеркивает различия между взаимодействиями, которые протекают внутри трофических уровней и между ними.
Принцип организации пищевых цепей и действия двух законов термодинамики можно уяснить, рассмотрев схему переноса энергии на рис. 3. На этой схеме четырех-угольники изображают трофические уровни, "трубы" - потоки энергии от каждого уровня или к нему. Как требует первый закон термодинамики, приток энергии уравновешивается ее оттоком, и каждый перенос энергии сопровождается ее рассеянием в форме недоступной для использования тепловой энергии (при дыхании), как того требует второй закон.
Рис.3. Упрощенная схема потока энергии, показывающая три трофических уровня (I, II и III ) в линейной пищевой цепи ( E.Odum, 1963.)
I - общее поступление энергии; LA - свет, поглощаемый растительным покровом; PG - валовая первичная продуктивность ; А - общая ассимиляция; PN - чистая первичная продукция; P2-3 - вторичная продукция (консументов); NU- неиспользуемая (накапливаемая или экспортируемая энергия); NA- не ассимилированная консументами (выделенная с экскрементами) энергия; R - дыхание.
Представленная схема потоков энергии на трех трофических уровнях сильно упрощена. Но она позволяет ввести принятые в литературе обозначения разных потоков и ясно показывает, что на каждом последующем уровне поток энергии сильно уменьшается независимо от того, рассматривается ли общий поток (I - общий поток энергии и А - общая ассимиляция) или компоненты Р (продуктивность биомассы)и Р (дыхание). Показано, что на первом трофическом уровне поглощается около 50 % падающего света, а превращается в энергию пищи всего 1 % поглощенной энергии, а также "двойной метаболизм" продуцентов (т.е. валовая и чистая продукция). Вторичная продуктивность ( Р ) на каждом после-дующем трофическом уровне консументов составляет около 10 % предыдущей , хотя на уровне хищников эффективность может быть выше, скажем 20 %. Если питательная ценность источника энергии велика (например, продукт фотосинтеза, извлекаемый или выделяемой прямо из растительных тканей), то эффективность переноса энергии может быть гораздо выше. Но поскольку и растения, и животные производят, много трудно перевариваемого вещества (целлюлоза, лигнин, хитин), а также химические ингибиторы, препятствующие поеданию различными консументами, средняя эффективность переноса энергии между трофическими уровнями в целом составляет 20 % и менее.
5. Эволюция биосферы земли.
Универсальный эволюционизм позволяет рассматривать развитие мирового эволюционного процесса в контексте непрерывного разрушения старых организационных форм существования материи, которые дают материал для возникновения новых, в том числе и более сложных. Вместе с появлением новых форм организации, то есть новых систем, возникают и новые принципы отбора, которые не зачеркивают тех, которые определяли ранее развитие мира.
При развитии биосферы непрерывно росли разнообразие и сложность организационных структур живого мира (как единой системы-биосферы, так и ее компонентов).
Но сохранялась и иерархия: примитивные формы жизни не исчезают, а продолжают играть важнейшую роль в функционировании биосферы как единой системы. «Все держится на прокариотах» и «примитивные форма жизни - основа элитарных» -эти два утверждения сохраняют свое значение относительно всех миллиардов лет эволюции биосферы, обеспечивая ее стабильность. Эти утверждения не теряют своего смысла и истории общества. Элитарные структуры открывают новые горизонты развития, а примитивные обеспечивают стабильность организации живого вещества.
Возникновение жизни, поставившие себе на службу с помощью фотосинтеза энергию Солнца, резко ускорило все процессы земной оболочки. Она становится частью новой системы биосферы , которая начинает развиваться в совершенна ином темпе и по иным законам.
За относительно короткое по экологическим масштабам время биосфера представляет множество перестроек. Одна из них – появление эукариота и кислородного дыхания – ещё раз многократно ускорила эволюцию биосферы. Переход от прокариота ( самые древние организмы характеризующие отсутствием в клетках постоянного ядра ) к эукариота ( высшие организмы ) по своим масштабам и последствиям сопоставим с появлением жизни : прокариоты не знали смерти – их можно было уничтожить , но смерть не бы-ла закодирована в их генетическом аппарате. Если жизнь была «открытием » прокариота и их предшественников, то смерть пришла вместе с эукариотами . Возможность смены поколений была ещё одной причиной, многократно ускорившей эволюционные процессы .
Создавая сложнейшие технически управляемые системы, человек обеспечивает их стабильность, обеспечивает их стабильность. В природных системах всё ни так : отдельный биоценоз, а тем более биосфера в целом , сохраняет свою стабильность за счёт неустойчивости, гибели отдельных ее элементов . Совершенствование природных систем про-исходит за счет замены её компонентов всё более совершенными . То же самое имеет место в общественных социальных системах , и в экономике в частности.
В истории информационной эволюции биосферы особую роль играет становление разума. В самом деле, нейроны, сами по себе, практически одни и те же у всех живых существ, обладающим мозгом. Однако ( и это экспериментальный факт ) существовал некоторый порог сложности связей между нейронами и возможностью увеличения их количества, после которого мы уже можем говорить об интеллекте, о разуме, о мышлении.
Мышление как природные явление рассматривается подобно феномену жизни, в качестве некоторого системного свойства. Его особенности не выводимы из свойств от-дельных нейронов и отдельных связей между ними, играющих, по – видимому, лишь роль каналов для передачи информации. И у нас пока нет никакого намёка на понимание такого алгоритма развития, который наделил совокупность нейронов совокупностью выделять собственное « Я », фантазировать, строить картины мира, одним словом ,способностью к мышлению.
Антропогенные воздействия на окружающую среду оказались деструктивными. Они « заменили » биогенную эволюцию, разрушив естественные системы природы. Эволюция вынуждена идти экстенсивно, под воздействием внешних факторов, с темпом, диктуемым человеком , а не ходом естественных явлений.
Доминирует преобразующая человеческая деятельность. В этом свете вслед за прямым уничтожением видов следует ожидать само деструкцию живого. Фактически этот процесс и идет в виде массового размножения отдельных организмов, разрушающих сложившие экосистемы
6 Количественное изучение биохимических процессов.
Ведущую роль в отборе играли верхние уровни биосферы, и они же фактически направляли эволюцию. Антропогенные изменения биосферы, идущие с большой скоростью, в любой момент могут дать толчок для нового ускорения эволюционных перестроек. Это будет означать капитальную перестройку экологических условий на планете. Едва ли к ней готово человечество. Нужны какие-то количественные данные для выяснения, что опасно, а что еще не опасно в ходе ускоренной эволюции среды и жизни на планете. Таки-ми критическими маркерами видимо могут быть «точки Пастера» и правила одного и десяти процентов.
Основной «точкой Пастера» служит момент, когда уровень содержания кислорода в атмосфере Земли эволюционно достиг примерно 1% современного. С этого времени стало возможна аэробная жизнь. Предполагается, что накопление кислорода шло взрывообразно и заняло в эволюции не больше 20 тысяч лет. Вторая «точка Пастера» - достижение содержания кислорода в атмосфере планеты около 10% от современного. Это привело к возникновению предпосылок формирования озоносферы. Жизнь стала возможной на мелководьях, а затем и на суше.
«Точки Пастера», как и закон пирамиды энергии Линдемана, дали повод для формулировки правил одного и десяти процентов. Конечно, 1 и 10- числа приближенные: около 1 и примерно 10. «Магическое число» 10 % возникает из соотношения возможностей потребления энергии и «мощностей», необходимых для стабилизации среды. Для биосферы доля возможного потребления энергии и «мощностей», необходимых для стабилизации среды. Для биосферы доля возможного потребления общей первичной продукции не превышает 1%. Как только человечество на грани прошлого и настоящего веков стало использовать большее количество продукции биосферы (сейчас не менее 10 % ) , перестал удовлетворяться принцип Ле Шателье – Брауна : растительность не давала прироста биомассы в соответствии с увеличением концентрации СО2. Эмпирическая порог потребления 5-10 % от суммы вещества,приводящей с переходом через негативно заметным изменениям системы природы, достаточно признан. Ориентировочно можно разделить начинающиеся переходы, с одной стороны ,для природных систем с организменным типом управления, с другой для популяционных систем. Для первых интересующие для нас величин таковы : порог выхода из стационарного состояния - до 1 % от потока энергии ( «норма » потребления ) и порог саморазрушения – около 10% от этой « нормы ». Для популяционных систем превышение в среднем 10% объёма изъятия приводит к выходу этих систем из стационарного состояния .
7 Кислотные дожди
Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO2) и окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. ("ХХ век: последние 10 лет." с. 91) Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются од-ной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме- того кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в не-годность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.
Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кисло-та (CO2 + H2O —> H2CO3). .
Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными оксидами азота (NOх). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - сер-ной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.
Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца еще не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы... в совокупности приводят к деградации лесов
Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Миннесота 40 миллионов долларов на медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов,- это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.
8 Концепция взаимодействия общества и природы .
Как и любая другая отрасль права, международное экологическое право нуждается в определении основных направлений своей деятельности в сфере общественных экологических отношений, которые составляют предмет данной отрасли права.
Впервые принципы международного экологического права были сформулированы в Декларации Стокгольмской конференции ООН 1972 г. по проблемам окружающей человека среды.
Принцип первый (основной): государство вправе использовать собственные ресурсы в соответствии со св