Галина Гревцова
Природа и мы. Влияние человека на экосистему
1. Что такое природа?
Все, что окружает нас, но сделано не руками человека, то есть то, что создано без его участия, все органические и неорганические составляющие Вселенной называются природой. Природа бывает живая и неживая.
1.1. Что такое живая природа?
Природа - это весь окружающий нас мир, радующие глаз живые и неживые объекты. Она всегда привлекала к себе человеческое внимание, завораживала и удивляла своими законами. Благодаря исследованиям природы, люди получили массу полезных знаний, которыми пользуются и поныне. Человечество сделало много открытий, связанных с природными явлениями. Условное разделение показывает, что бывает живая и неживая природа.
Публикация «Природа и мы, Влияние человека на экосистему» размещена в разделах
Живая природа объединяет в себе все объекты планеты, которые развиваются, дышат, растут. К ней относят растения, животных и людей, многочисленные микроорганизмы, обитающие вокруг. Живая природа привносит в мир ярких красок, делая его интереснее и загадочнее. Она объединяет все живые объекты разных видов, родов и экосистем, присущих для определенной территории в определенное время и условия.
1.2. Объекты живой природы.
Разнообразие живой природы не описать простыми словами, к ее объектам можно отнести:
- людей;
- животных всех видов (включая птиц и рыб);
- растения;
- бактерии и водоросли;
- микробов и паразитов.
1.3. Признаки живой природы.
Основными признаками живых объектов являются:
- рождение, развитие и рост;
- размножение;
- питание;
- дыхание;
- движение;
- смерть.
Таким образом, любой организм после рождения со временем вырастает во взрослую особь (из семечка в дерево, котенка в кошку птенчика в птицу, младенца в взрослого человека, способную производить потомство.
На протяжении всего жизненного цикла объекты живой природы нуждаются в пище (вода — для растений, растения — для травоядных, мясо — для плотоядных животных) и воздушной среде, необходимой и пригодной для дыхания (рыбы и другие обитатели водных просторов имеют жабры для поглощения необходимой газовоздушной смеси из воды, сухопутные животные и человек пропускают воздух через легкие, а растения имеют специальные клетки для поглощения углекислого газа).
Живые организмы обладают способностью двигаться: так, человек имеет ноги, животные — лапы, рыбы — плавники и хвост, а растения разворачивают листья к солнцу, тем самым двигаясь, подобно ему, с востока на запад в течение дня).
Жизненный цикл заканчивается смертью, когда организм перестает дышать, двигаться, поглощать пищу.
1.4. Жизнь.
Основным свойством всех живых организмов можно считать наличие жизни. Точного определения данного термина нет, однако жизнь можно представить как совокупность таких природных процессов, протекающих в любом организме, как: обмен веществ, рост, инстинкты и реакции на природу вокруг.
1.5. Разнообразие живых организмов.
Разнообразие живых организмов на планете поражает. Каждый из видов существует сейчас только потому, что прошел естественный отбор в процессе эволюции, смог выживать и приспосабливаться к агрессивным условиям среды. История Земли показывает, что происходило множество катаклизмов, приводящих к вымиранию целых видов, пример – динозавры. При этом вымерли далеко не все рептилии – многие приспособились и видоизменились.
Жизнь можно встретить в каждом уголке планеты, однако наибольший интерес представляет человечество. Люди научились мыслить, у них есть свое собственное сознание, но никто до сих пор не может со 100% уверенностью сказать, что знает все о своем организме. Человеческое тело – отдельная тема для изучения. Такая сложная система требует досконального изучения, чем и занимаются миллионы ученых по всему миру.
1.6. Неживая природа.
Данную часть нашего мира представляют только те объекты, которые не могут самостоятельно меняться. Они остаются в своем исходном состоянии тысячелетия. Живые и неживые организмы постоянно взаимодействуют друг с другом, без этой связи невозможно существование жизни.
Неживую часть мира можно изобразить как симбиоз элементарных химических соединений. Неживая природа – объект исследований точных наук: химии, физики и математики.
Такие объекты, как воздух, ветер, облака, вода, снег, горы, песок, опавшие листья, относятся к неживым объектам природы. И хотя бывают объекты, которые способны к движению (водопад, снегопад, листопад) или к росту (горы, они не могут дышать, питаться и размножаться, в отличие от живых объектов.
1.7. Появление неживой природы.
Неживая природа появилась в первую очередь. Постоянные катаклизмы, извержения вулканов и отсутствие воды – прошлое молодой Земли. Постепенно образовалась вода, а после нее и появилась жизнь. Горы стали почвами, тепло солнца позволило первым микроорганизмам развиваться и размножаться, постоянно эволюционируя.
1.8. Признаки неживых объектов природы.
В отличие от объектов живой природы, неживые тела не растут, не питаются, не дышат и так далее. Таким образом, они отличаются:
- устойчивостью;
- малой изменчивостью;
- неспособностью и отсутствием необходимости питаться и дышать;
- неспособностью размножаться;
- неспособностью к движению и росту.
Например, гора, появившись однажды на Земле, не исчезнет и не умрет, она может лишь изменить свое состояние (например, разрушиться и постепенно превратиться в пыль под действием осадков или ветров); море также не может умереть, так как вода лишь меняет свое агрегатное состояние (может быть в виде воды, пара или льда в зависимости от условий атмосферы, как-то: температура или давление, так, испарение воды из водоема приводит к образованию облаков и туч, которые проливаются дождем. Так называемый «рост» горы или озера также нельзя отнести к признаку живой природы, так как это происходит не за счет образования новых клеток, а за счет прибавления к уже существующим частям объектов новых.
1.9. Свойства неживой природы.
Возникновение неживой природы послужило толчком к развитию жизни на Земле. Все объекты можно считать первичными. Неживой природе приписываются следующие свойства:
- Они находятся в одном из трех агрегатных состояний. Различают еще и четвертое – плазму, но она представляет собой отдельный элемент для размышлений. Твердые объекты не меняют своей изначальной формы, их молекулы плотно расположены между собой.
- Они крепкие и плотные: почва, камни и горы, пески, лед.
- Жидкое состояние изменчиво, молекулы плавают, находясь в неопределенной форме: туманы, жидкости, ртуть. Газообразные объекты: пар и воздух. Молекулы ничем не связаны, находятся в свободном полете.
- Представители неживой природы не меняются, они не способны дышать, мыслить, размножаться.
- Изменение размеров и форм возможно только под воздействием внешних факторов. Вода существует в трех агрегатных состояниях: паром, жидкостью и льдом. Кристаллы льда постепенно нарастают, камни стачиваются из-за ветра и воды.
- Они не могут умереть или родиться. Не могут самостоятельно передвигаться, все происходит под воздействием внешней среды.
1.10. Отличия неживой природы от живой.
Неживая природа отличается от живой главным образом тем, что не может родиться или умереть. Размножение тоже прерогатива живой природы, равно как и дыхание, развитие и рост. Появление неживых объектов обуславливается множеством факторов, возникнув единожды, неживые объекты не исчезнут самостоятельно. Иногда они могут лишь перейти в другое агрегатное состояние.
Камни постепенно превращаются в пыль и песок, вода испаряется. Однако, несмотря на изменения формы и распад, они не перестают существовать в природе.
1.11. Связь природных объектов.
Без объектов неживой природы было бы невозможным существование живых организмов. Так, наиболее важны почва, вода, воздух и солнце.
Почва является крайне важной средой, так как защищает живые организмы от токсинов, нейтрализуя их, также в ней происходят значимые физические и химические процессы: умершие животные и растения разлагаются и образуют полезные ископаемые и естественное удобрение для растений.
Воздух необходим для дыхания живых организмов, а также для образования питательных веществ в других средах.
Вода также необходима для всего живого на Земле. Без нее жизнь на планете не могла бы появиться и существовать. Для некоторых животных и растений вода является домом, для других — неотъемлемой частью питания.
Солнце производит необходимые для появления и поддержания жизни тепло и энергию, а также является частью процесса фотосинтеза растений, позволяющего преобразовывать углекислый газ (продукт дыхания животных и человека) в необходимый для жизни и дыхания кислород.
Таким образом, объекты природы тесно связаны. Причем эта зависимость работает в обе стороны. Так, гниение умерших существ обогащает почву необходимыми веществами и микроэлементами, наземные и подводные растения меняют состав сред за счет фотосинтеза, а рыбы, обитающие в водоемах, поддерживают физико-химические свойства воды.
2. Экосистема.
2.1. История термина.
Мнение о том, что живые существа и места их обитания нужно рассматривать как единое целое, в XIX веке высказал физиолог из Шотландии Джон Скотт Холдейн. Он считал, что «части организма и его окружение составляют одну систему».
Современное понятие «экосистема» (англ. ecosystem, ставшее основным в экологии, придуман в 1935 году британским биологом и геоботаником Артуром Джорджем Тенсли. Ученый дал ему такое определение: «Единая система, включающая в себя не только комплекс организмов, но и комплекс факторов, которые образуют то, что мы называем экологией. Внутри системы происходит постоянное разнообразное взаимодействие не только между организмами, но и между органическим и неорганическим мирами».
Концепцию экологии Тенсли принял и расширил американский биолог Юджин Одум, доказавший, что экологию следует изучать как отдельную научную дисциплину.
2.2. Сравнение понятий «экосистема» и «биогеоценоз».
В 1940-х годах в Советском Союзе науку об экологических системах создал советский ученый Владимир Николаевич Сукачев. Он придумал для них собственный термин — “биогеоценозы”, который долгое время использовался в восточноевропейской научной литературе вместо ecosystems Тенсли. Однако не все ученые согласны с тем, что эти термины полностью синонимичны.
Согласно Сукачеву, биогеоценоз — конкретный участок земной поверхности, где обязательно есть растительное сообщество — фитоценоз. Понятие “экосистема” более общее. Оно применимо, например, не только к полю или лесу, но также к кочке посреди болота или ручью.
2.3. Определение.
Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга, и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Таким образом, под экосистемой понимается совокупность живых организмов (сообществ) и среды их обитания, образующих благодаря круговороту веществ, устойчивую систему жизни.
Экосистема — это функциональное единство живых организмов и среды их обитания. Основные характерные особенности экосистемы — ее безразмерность и безранговость. Замещение одних биоценозов другими в течение длительного периода времени называется сукцессией. Сукцессия, протекающая на вновь образовавшемся субстрате, называется первичной. Сукцессия на территории, уже занятой растительностью, называется вторичной.
Единицей классификации экосистем является биом — природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных.
Особая экосистема — биогеоценоз — участок земной поверхности с однородными природными явлениями. Составными частями биогеоценоза являются климатоп, эдафотоп, гидротоп (биотоп, а также фитоценоз, зооценоз и микробоценоз (биоценоз).
С целью получения продуктов питания человек искусственно создает агроэкосистемы. Они отличаются от естественных малой устойчивостью и стабильностью, однако, более высокой продуктивностью.
Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально- энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода.
В любом конкретном месте обитания запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации, так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков.
Следовательно, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.
2.4. Понятие экосистемы.
Экосистема включает в себя все живые организмы (растения, животные, грибы и микроорганизмы, которые в той или иной степени, взаимодействуют друг с другом и окружающей их неживой средой (климат, почва, солнечный свет, воздух, атмосфера, вода и т. п.).
Экосистема не имеет определенного размера. Она может быть столь же большой, как пустыня или озеро, или маленькой, как дерево или лужа. Вода, температура, растения, животные, воздух, свет и почва - все взаимодействуют вместе.
2.5. Типы экосистем.
По типам экосистемы делятся на несколько видов, а именно:
- Микроэкосистема — это закрытая миниатюрная экосистема, которая нуждается только в одной солнечной энергии. Под такой системой подразумеваются озерные водоемы, лужи, аквариум, ствол упавшего дерева со всеми организмами живущими на нем и пр.
- Мезоэкосистема — система среднего размера с более обширным набором живых организмов. Это реки, луга, озера, леса и пр.
- Макроэкосистема представляет собой большую экологическую систему, такую как континенты, океаны, биома и пр.
- Мегаэкосистема объединяет в себе все существующие экосистемы в одно целое, то есть это глобальная биосфера.
2.6. Виды экосистем.
Чтобы классифицировать экологические системы, ученые разделили их по месту нахождения по тем причинам, что каждая отличается по биологическим, биоэнергетическим и климатическим особенностям. Естественная или природная экосистема имеет признак стихийности, так как возникает за счет природных стихий. Это твердая часть экосистемы — пустыни, горы, экваториальный лес, хвойный лес, смешанный лес, и наземные водные ресурсы.
Антропогенная или искусственная экосистема - это все, что создано человеком, а именно: сады, поля, заповедники, насаженные леса, искусственные водоемы, даже аквариумы и оранжереи.
Отличиями между искусственными и естественными экосистемами считаются : сконцентрированность одного вида больше, чем других ( пример: поле, на котором выращиваются злаки; фермы животных); небольшое разнообразие видов; короткие пищевые цепочки; незамкнутый кругооборот веществ; невозможность существования без вмешательства человека. Социоприродная экосистема являет собой систему, сформированную по причине взаимодействия человека с природой, а не вследствие определенной деятельности человека. Для удовлетворения своих потребностей человек ведет деятельность, которая взаимосвязана с окружающим миром, и в ходе этой деятельности природные экосистемы начинают подстраиваться и преобразуются уже в социоприродные экосистемы.
Автотрофные экологические системы самостоятельно энергообеспечивают себя и делятся на подвиды: фотоавтотрофные и хемоавтотрофные. Первые приобретают энергию солнца за счет фотоавтотрофов, вторые получают химическую энергию за счет хемоавтотрофов. К примеру, сельскохозяйственные угодья относятся к фотоавтотрофным экосистемам, так как человек принимает участие, используя энергопроизводящие вещества при обработке почвы. Формирование хемоавтотрофных экосистем происходит в подземных водах.
Гетеротрофная экосистема зависит от использования химической энергии. Данная энергия получается из органических веществ, либо от энергетических устройств, которые созданы человеком. Образование гетеротрофной системы природным путем происходит на дне океанических глубин, там формирование происходит за счет отсутствия света солнца.
2.7. Структура и факторы экосистемы.
Все живые организмы, бактерии, все, что является биоценозом во взаимодействии с физико-химической неживой средой — является природной экологической единицей, то есть экологической системой. Экосистема имеет свойство сохранять устойчивость в течение некоторого времени за счет абиотических и биотических компонентов. Пространственная структура биоценоза — это часть экосистемы, а именно вся наземная жизнь с подземной их частью, включая также животный мир. Видовая структура подразумевает совокупность взаимосвязей, а так же соотношение численности видов. А разные сообщества, которые относятся к экологическим системам, состоят из видового разнообразия. К примеру, в степи разнообразием может быть большое количество разных растений. Экологическая структура — это соотношение различных групп организмов, характеризующих различные типы биоценозов, которые и определяют экологический фактор сообщества. В то же время экологическая структура имеет строгую закономерность из-за определенных ландшафтных и климатических условий. Трофическая структура является одним из видов экосистемы. Процесс попадания органического вещества продуцентов переходит с одного трофического уровня на следующий, этот переход называется пищевой цепью, схема которой образует трофическую цепь. Пограничный фактор возникает в экосистеме из-за роли разнообразных условий в различных видах. Сложность состава вида зависит от разных мест обитания. Только так сформировываются и взаимодействуют виды, у которых широкое разнообразие по фауне и флоре.
2.8. Классификация экосистем.
Классификация экосистем осуществляется по :
расположению в пространстве,
масштабу,
типу возникновения,
источнику энергии.
По расположению.
Бывают наземные и водные системы. Наземные — это системы твердой поверхности нашей планеты. В их распределении наблюдается определенная климатическая зональность. Выделяют виды экосистем :
- арктическая тундра;
- бореальные хвойные леса, летнезеленые лиственные и смешанные леса, - степь, пампасы умеренной зоны;
- альпийская (высокогорная) тундра;
- субтропические заросли жестколистных кустарников — чапараль;
- тропические пустыни, злаковники, саванна, вечнозеленые сухие и дождевые леса.
Водные виды делятся на морские (моря, океаны, соленые озера, ватты) и пресноводные (пресные озера, реки, ручьи).
По масштабу.
Часть экологов выделяет 3 вида экосистем в зависимости от размера: микросистемы, мезосистемы, макросистемы. Отдельными системами они считают, например, разлагающийся пень, лес, где он находится, и целый континент. Самая большая это биосфера, которая включает в себя совокупность всех наземных и водных видов.
По типу возникновения.
Различают естественные (природные) и искусственные, или антропогенные (созданные человеком) типы экосистем. Для первых характерны условность границ, большое разнообразие видов, устойчивость, способность саморегулироваться и восстанавливаться. Человек не влияет на обмен вещества и энергии.
Искусственные системы имеют четкие границы. Они не могут существовать без вмешательства человека, который отбирает для них определенные растения и животных. Они создаются, например для получения сельскохозяйственной продукции (пашни, теплицы, сады, рыбные пруды, отдыха (парки, поля для гольфа, снабжения водой (оросительные каналы, городские пруды).
По источнику энергии.
В зависимости от наличия и количества живых организмов, производящих органические вещества (автотрофы, продуценты, бывают такие виды экосистем : автотрофные, которые делятся на фотоавтотрофные, использующие солнечную энергию, и хемотрофные, потребляющие химическую энергию. Это леса, болота, пашни, сады.
- Гетеротрофные. В естественных (океанические глубоководные) организмы получают энергию, перерабатывая остатки животных и растений, которые попадают к ним из автотрофных.
- Антропогенные (грибные фермы, фабрики, города) зависят от электроснабжения.
2.9. Структура и основные компоненты.
Наземные системы разделены на слои, водные — на зоны. Структура экосистем складывается из биотических и абиотических элементов. К ним относятся:
- биомасса: растения, животные, грибы, микроорганизмы;
- органические соединения;
- неорганические вещества;
- климатические факторы, которые влияют на влажность, освещение, температуру.
Компоненты экосистемы взаимодействуют друг с другом.
2.10. Уровни экологической системы.
Экологическая система включает в себя разные функциональные группы организмов, среди которых:
- Первичные продуценты. Они производят из неорганических веществ органические, используя солнечный свет или химическую энергию. Это в первую очередь способные к фотосинтезу зеленые растения, автотрофные бактерии, археи.
- Консументы, поедающие продуцентов, других консументов или деструкторов. К ним относятся люди и животные. Они выделяют диоксид углерода. Их останки, испражнения, шерсть, волосы представляют собой источник химической энергии.
- Деструкторы (микроорганизмы, которые разлагают, а затем минерализуют останки продуцентов и консументов, их испражнения или органы (опавшие листья и др.).
2.11. Механизмы функционирования.
К таким механизмам относят устойчивость и биоразнообразие видов. Некоторые системы не меняют свою структуру и функции при негативном воздействии или способны их восстанавливать. Эту способность называют резистентным и упругим гомеостазом. Экологическая система, чувствительная к воздействию факторов окружающей среды и/или населенная преимущественно незаменимыми видами, считается неустойчивой, или динамически хрупкой. Устойчивая, напротив, хорошо функционирует в любых условиях и населена в основном взаимозаменяемыми организмами. Чем больше видов, тем выше динамическая прочность системы.
2.12. Границы экосистем.
Природная экосистема, как упоминалось выше, в отличие от антропогенной не имеет четких пространственных границ. Каждая плавно перетекает в другие. Переходы между ними иногда являются самостоятельными системами — экотонами. Их населяют виды из соседних комплексов и/или специфичные для них организмы. Примеры: дельта реки, опушка леса.
Одни экологические системы остаются более или менее неизменными, другие развиваются, то есть меняются на протяжении долгого времени. С этим процессом связано понятие “сукцессия”. Оно применяется для обозначения последовательного естественного изменения под воздействием внутренних факторов. Сформировавшееся в результате сукцессии сообщество называют климаксным. Оно наиболее устойчивое.
2.13. Воздействие человека.
Виды негативного антропогенного воздействия на природные экосистемы :
- Нарушение естественного биологического равновесия. Например, в результате введения чуждых ей организмов и связанное с этим вытеснение местных видов.
- Преобразование ландшафта. Сюда относятся вырубка леса для освобождения площадей для сельского хозяйства. Или получения древесины (ежегодно вырубается 13 млн. га, осушение естественных или создание искусственных озер.
- Вымирание видов животных (браконьерство).
Загрязнение окружающей среды. Примеры — выбросы углекислого газа при сжигании ископаемого топлива, разрушение озонового слоя фреоном.
- Добыча песка, природных гравия и камня. Происходит изменение химического состава почв или водоёмов, образуются отходы. Все это негативно влияет на биотопы и разрушает места обитания живых организмов.
- Долговременные последствия использования атомной/ядерной энергии. Яркий пример — Чернобыльская катастрофа.
Ввиду непрерывного ухудшения экологии негативное воздействие человека на нее изучают многие ученые. Согласно результатам исследования «Экономика экосистем и биоразнообразия»”, защита и сохранение экологических систем всегда обходятся дешевле, чем их восстановление или замена искусственными.
Галина Гревцова | Все публикации
