Qual è l'importanza degli organismi nella biosfera. Nelle aree suburbane, questo

Abstract sull'argomento:

introduzione

Il ciclo biologico è un fenomeno di natura continua, ciclico, regolare, ma non uniforme nel tempo e nello spazio, di ridistribuzione di sostanze, energia e informazioni all'interno di sistemi ecologici di vari livelli gerarchici di organizzazione - dalla biogeocenosi alla biosfera. La circolazione di sostanze sulla scala dell'intera biosfera è chiamata un grande cerchio e all'interno di una specifica biogeocenosi - un piccolo cerchio di scambio biotico.

L'accademico V.I. Vernadsky è stato il primo a postulare la tesi sul ruolo più importante degli organismi viventi nella formazione e nel mantenimento delle proprietà fisiche e chimiche di base dei gusci della Terra. Nella sua concezione, la biosfera è considerata non solo come uno spazio occupato dalla vita, ma come un sistema funzionale integrale, al livello del quale si realizza l'inscindibile connessione di processi geologici e biologici. Le principali proprietà della vita che assicurano questa connessione sono l'elevata attività chimica degli organismi viventi, la loro mobilità e la capacità di riprodursi ed evolversi. Nel mantenere la vita come fenomeno planetario, la diversità delle sue forme, che differiscono per l'insieme delle sostanze consumate e dei prodotti di scarto rilasciati nell'ambiente, è di fondamentale importanza. La diversità biologica è la base per la formazione di cicli biogeochimici stabili di materia ed energia nella biosfera terrestre.

Le domande sul ruolo degli organismi viventi nella piccola circolazione sono state prese in considerazione da scienziati, insegnanti come Nikolaikin N.I., Shilov I.A., Melekhova O.P. e così via.

1. Il ruolo degli organismi viventi nel ciclo biologico

Una proprietà specifica della vita è lo scambio di sostanze con l'ambiente. Qualsiasi organismo deve ricevere determinate sostanze dall'ambiente esterno come fonti di energia e materiale per costruire il proprio corpo. Vengono presentati prodotti metabolici che non sono più adatti per un ulteriore utilizzo. Pertanto, ogni organismo o un insieme di organismi identici nel corso della sua attività vitale peggiora le condizioni del suo habitat. La possibilità del processo inverso - mantenere le condizioni di vita o addirittura migliorarle - è determinata dal fatto che la biosfera è abitata da organismi diversi con diversi tipi di metabolismo.

Nella sua forma più semplice, un insieme di forme di vita qualitative è rappresentato da produttori, consumatori e decompositori, la cui attività congiunta assicura l'estrazione di determinate sostanze dall'ambiente, la loro trasformazione a diversi livelli delle catene trofiche e la mineralizzazione della materia organica a componenti disponibili per la successiva inclusione nel ciclo (elementi di base che migrano lungo le catene del ciclo biologico - carbonio, idrogeno, ossigeno, potassio, fosforo, zolfo, ecc.).

I produttori sono organismi viventi in grado di sintetizzare materia organica da componenti inorganici utilizzando fonti di energia esterne. (Si noti che ottenere energia dall'esterno è una condizione generale per la vita di tutti gli organismi; in termini di energia, tutti i sistemi biologici sono aperti) sono anche chiamati autotrofi, poiché essi stessi si riforniscono di materia organica. Nelle comunità naturali, i produttori svolgono la funzione di produttori di materia organica accumulata nei tessuti di questi organismi. La materia organica funge anche da fonte di energia per i processi vitali; l'energia esterna viene utilizzata solo per la sintesi primaria.

Tutti i produttori, a seconda della natura della fonte energetica per la sintesi delle sostanze organiche, si dividono in fotoautotrofi e chemioautotrofi. I primi utilizzano l'energia della radiazione solare per la sintesi nella parte dello spettro con una lunghezza d'onda di 380-710 nm. Si tratta principalmente di piante verdi, ma anche i rappresentanti di altri regni del mondo organico sono capaci di fotosintesi. Tra questi, di particolare importanza sono i cianobatteri (alghe blu-verdi), che, a quanto pare, furono i primi fotosintetici nell'evoluzione della vita sulla Terra. Molti batteri sono anche capaci di fotosintesi, che però utilizzano un pigmento speciale - il batteriocloruro - e non emettono ossigeno durante la fotosintesi. I principali materiali di partenza utilizzati per la fotosintesi sono l'anidride carbonica e l'acqua (la base per la sintesi dei carboidrati), nonché azoto, fosforo, potassio e altri elementi della nutrizione minerale.

Creando sostanze organiche basate sulla fotosintesi, i fotoautotrofi legano così l'energia solare utilizzata, come se la immagazzinassero. La successiva distruzione dei legami chimici porta al rilascio di tale energia "immagazzinata". Questo vale non solo per l'uso di combustibili fossili; L'energia “immagazzinata” nei tessuti vegetali viene trasferita sotto forma di cibo lungo le catene trofiche e funge da base per i flussi energetici che accompagnano il ciclo biogenico delle sostanze.

I chemioautotrofi utilizzano l'energia dei legami chimici nei processi di sintesi della materia organica. Questo gruppo include solo procarioti: batteri, archeobatteri e in parte blu-verdi. L'energia chimica viene rilasciata nei processi di ossidazione delle sostanze minerali. I processi ossidativi esotermici sono utilizzati da batteri nitrificanti (ossidare l'ammoniaca in nitriti e poi in nitrati), batteri del ferro (ossidazione del ferro ferroso in ossido), batteri dello zolfo (acido solfidrico in solfati). Metano, CO e alcune altre sostanze sono anche usati come substrato per l'ossidazione.

Con tutta la varietà di forme specifiche di produttori autotrofi, la loro funzione biosferica generale è una e consiste nel coinvolgere elementi di natura inanimata nella composizione dei tessuti dell'organismo e quindi nel ciclo biologico generale. La massa totale dei produttori autotrofi è superiore al 95% della massa di tutti gli organismi viventi nella biosfera.

Consumatori. Gli esseri viventi che non sono in grado di costruire il proprio corpo sulla base dell'uso di sostanze inorganiche, richiedendo l'assunzione di materia organica dall'esterno, come parte degli alimenti, appartengono al gruppo degli organismi eterotrofi che si nutrono di prodotti sintetizzati da foto- o chemiosintetici. Il cibo estratto in un modo o nell'altro dall'ambiente esterno viene utilizzato dagli eterotrofi per costruire il proprio corpo e come fonte di energia per varie forme di vita. Pertanto, gli eterotrofi utilizzano l'energia immagazzinata dagli autotrofi sotto forma di legami chimici di sostanze organiche sintetizzate da loro. Nel flusso delle sostanze nel corso del ciclo, occupano il livello dei consumatori associati obbligatoriamente con organismi autotrofi (consumatori di 1° ordine) o con altri eterotrofi di cui si nutrono (consumatori di 2° ordine).

Il significato generale dei consumatori nella circolazione delle sostanze è peculiare e ambiguo. Non sono necessari nel processo a ciclo diretto: sistemi artificiali modello chiusi composti da piante verdi e microrganismi del suolo, in presenza di umidità e sali minerali, possono esistere indefinitamente a causa della fotosintesi, della distruzione dei residui vegetali e del coinvolgimento degli elementi rilasciati in una nuova ciclo. Ma questo è possibile solo in condizioni di laboratorio stabili. In un ambiente naturale, aumenta la probabilità della morte di sistemi così semplici per molte cause. I “garanti” della stabilità del ciclo sono, in primis, i consumatori.

Nel processo del proprio metabolismo, gli eterotrofi decompongono le sostanze organiche ottenute nella composizione degli alimenti e, su questa base, costruiscono le sostanze del proprio corpo. La trasformazione delle sostanze prodotte principalmente dagli autotrofi negli organismi consumatori porta ad un aumento della diversità della materia vivente. La diversità è una condizione necessaria per la stabilità di qualsiasi sistema cibernetico sullo sfondo di disturbi esterni e interni. I sistemi viventi - dall'organismo alla biosfera nel suo insieme - operano secondo il principio cibernetico del feedback.

Gli animali, che costituiscono la maggior parte degli organismi di consumo, sono caratterizzati dalla mobilità, dalla capacità di muoversi attivamente nello spazio. In questo modo partecipano efficacemente alla migrazione della materia vivente, alla sua dispersione sulla superficie del pianeta, che, da un lato, stimola l'insediamento spaziale della vita e, dall'altro, funge da sorta di "garanzia Meccanismo” in caso di distruzione di vite in qualsiasi luogo per vari motivi. .

Un esempio di tale “garanzia spaziale” è la ben nota catastrofe su about. Krakatoa: a seguito dell'eruzione vulcanica del 1883, la vita sull'isola fu completamente distrutta, ma si riprese in soli 50 anni - sono state registrate circa 1200 specie. L'insediamento è avvenuto principalmente a spese di Giava, Sumatra e delle isole vicine, che non sono state interessate dall'eruzione, da dove, in modi diversi, piante e animali hanno ripopolato l'isola ricoperta di cenere e colate laviche ghiacciate. Allo stesso tempo, sono apparsi per primi film di cianobatteri (già dopo 3 anni) su tufo vulcanico e cenere. Il processo di creazione di comunità sostenibili sull'isola continua; cenosi forestali sono ancora nelle prime fasi della successione e sono notevolmente semplificate nella struttura.

Infine, il ruolo dei consumatori, in primis animali, è estremamente importante come regolatori dell'intensità dei flussi di materia e di energia lungo le catene trofiche. La capacità di autoregolazione attiva della biomassa e la velocità del suo cambiamento a livello di ecosistemi e popolazioni di singole specie si realizza in definitiva sotto forma di mantenimento della corrispondenza tra le velocità di creazione e distruzione della materia organica nei sistemi del ciclo globale. Non solo i consumatori partecipano a tale sistema normativo, ma questi ultimi (soprattutto gli animali) si distinguono per la reazione più attiva e rapida a qualsiasi perturbazione dell'equilibrio della biomassa dei livelli trofici adiacenti.

In linea di principio, il sistema di regolazione del flusso di materia nel ciclo biogenico, basato sulla complementarità delle categorie ecologiche di organismi viventi che compongono tale sistema, opera secondo il principio della produzione senza sprechi. Tuttavia, idealmente, questo principio non può essere osservato a causa della grande complessità dei processi interagenti e dei fattori che li influenzano. Il risultato della violazione della completezza del ciclo furono i giacimenti di petrolio, carbone, torba, sapropel. Tutte queste sostanze trasportano l'energia originariamente immagazzinata nel processo di fotosintesi. Il loro uso da parte di una persona è, per così dire, il completamento dei cicli del ciclo biologico "ritardato nel tempo".

Riduttori. Questa categoria ecologica comprende organismi eterotrofi che, utilizzando come cibo la materia organica morta (cadaveri, feci, rifiuti vegetali, ecc.), la decompongono in componenti inorganici nel processo di metabolismo.

La mineralizzazione parziale delle sostanze organiche si verifica in tutti gli organismi viventi. Quindi, nel processo di respirazione, viene rilasciata CO2, acqua, sali minerali, ammoniaca, ecc. Vengono espulsi dal corpo. I veri decompositori, che completano il ciclo di distruzione delle sostanze organiche, vanno quindi considerati solo quegli organismi che rilasciano nell'ambiente esterno solo sostanze inorganiche pronte per essere coinvolte in un nuovo ciclo.

La categoria dei decompositori comprende molti tipi di batteri e funghi. Per la natura del loro metabolismo, stanno riducendo gli organismi. Pertanto, i batteri devitrificanti riducono l'azoto al suo stato elementare, mentre i batteri che riducono i solfati riducono lo zolfo a idrogeno solforato. I prodotti finali della decomposizione delle sostanze organiche sono anidride carbonica, acqua, ammoniaca, sali minerali. In condizioni anaerobiche, la decomposizione va oltre: all'idrogeno; si formano anche idrocarburi.

L'intero ciclo di riduzione della sostanza organica è più complesso e coinvolge un numero maggiore di partecipanti. Consiste in una serie di legami successivi, in una serie dei quali vari organismi distruttori convertono gradualmente le sostanze organiche, prima in forme più semplici, e solo dopo in componenti inorganiche per azione di batteri e funghi.

Livelli di organizzazione della materia vivente. L'attività congiunta di produttori, consumatori e decompositori determina il mantenimento continuo del ciclo biologico globale delle sostanze nella biosfera terrestre. Questo processo è supportato dalle relazioni naturali delle parti spazio-funzionali che compongono la biosfera ed è fornito da uno speciale sistema di connessioni che fungono da meccanismo per l'omeostasi della biosfera, mantenendo il suo funzionamento stabile sullo sfondo del cambiamento esterno e fattori interni. Pertanto, la biosfera può essere considerata come un sistema ecologico globale che assicura il mantenimento sostenibile della vita nella sua manifestazione planetaria.

Qualsiasi sistema biologico (compreso quello ecologico) è caratterizzato da una funzione specifica, relazioni ordinate delle parti (sottosistemi) che compongono il sistema e meccanismi regolatori basati su queste interazioni che determinano l'integrità e la stabilità del sistema sullo sfondo di fluttuazioni esterne condizioni. Da quanto detto sopra, è chiaro che la biosfera nella sua struttura e funzione corrisponde al concetto di sistema biologico (ecologico).

A livello della biosfera nel suo insieme, viene effettuata una connessione funzionale universale della materia vivente con la natura inanimata. I suoi componenti strutturali e funzionali (sottosistemi), a livello dei quali si svolgono cicli specifici del ciclo biologico, sono le biogeocenosi (ecosistemi).

2. Piccola circolazione di sostanze nella biosfera

Ciclo biologico (biogeochimico) (piccolo ciclo di sostanze nella biosfera) - il ciclo delle sostanze, la cui forza trainante è l'attività degli organismi viventi. Il ciclo biogeochimico delle sostanze avviene all'interno della biosfera. La principale fonte di energia del ciclo è la radiazione solare, che genera la fotosintesi. In un ecosistema, le sostanze organiche sono sintetizzate dagli autotrofi da sostanze inorganiche. Viene quindi consumato dagli eterotrofi. A seguito dell'escrezione durante l'attività vitale o dopo la morte di organismi, le sostanze organiche subiscono una mineralizzazione, ad es. trasformazione in sostanze inorganiche. Queste sostanze inorganiche possono essere riutilizzate per la sintesi di sostanze organiche da parte degli autotrofi.

Nei cicli biogeochimici si dovrebbero distinguere due parti:

1. un fondo di riserva è una parte di una sostanza che non è associata a organismi viventi;

2. fondo di scambio - una parte molto più piccola della sostanza, che è collegata dallo scambio diretto tra gli organismi e il loro ambiente circostante.

A seconda dell'ubicazione del fondo di riserva, i cicli biogeochimici possono essere suddivisi in due tipi:

1. cicli di tipo gassoso con fondo di riserva di sostanze in atmosfera e idrosfera (cicli del carbonio, ossigeno, azoto);

2. cicli sedimentari con fondo di riserva nella crosta terrestre (circolazioni di fosforo, calcio, ferro, ecc.).

I cicli del tipo a gas sono perfetti, perché avere un grande fondo di cambio, e quindi modi per una rapida autoregolamentazione. I cicli sedimentari sono meno perfetti, sono più inerti, perché la maggior parte della sostanza è contenuta nel fondo di riserva della crosta terrestre in una forma “inaccessibile” agli organismi viventi. Tali cicli sono facilmente disturbati da vari tipi di influenze e parte del materiale scambiato lascia il ciclo. Può tornare nuovamente in circolazione solo a seguito di processi geologici o per estrazione da parte di materia vivente. Tuttavia, è molto più difficile estrarre le sostanze necessarie agli organismi viventi dalla crosta terrestre che dall'atmosfera.

L'intensità del ciclo biologico è determinata principalmente dalla temperatura ambiente e dalla quantità di acqua. Quindi, ad esempio, il ciclo biologico procede più intensamente nelle foreste tropicali umide che nella tundra. Inoltre, i processi biologici nella tundra si verificano solo nella stagione calda.

Produttori, consumatori, detritofagi e decompositori dell'ecosistema, assorbendo e rilasciando diverse sostanze, interagiscono tra loro in modo chiaro e coordinato. La materia organica e l'ossigeno prodotti dalle piante fotosintetiche sono gli alimenti più importanti per il cibo e la respirazione dei consumatori. Allo stesso tempo, l'anidride carbonica e le sostanze minerali del letame e dell'urina emesse dai consumatori sono biogeni, produttori indispensabili. Pertanto, le sostanze negli ecosistemi compiono un ciclo quasi completo, entrando prima negli organismi viventi, poi nell'ambiente abiotico e tornando nuovamente ai vivi. Ecco uno dei principi base del funzionamento degli ecosistemi: la ricezione delle risorse e il trattamento dei rifiuti avvengono nel processo del ciclo di tutti gli elementi.

Considera i cicli delle sostanze e degli elementi più significativi per gli organismi viventi. Il piccolo ciclo biogeochimico degli elementi biogenici comprende: carbonio, azoto, fosforo, zolfo, ecc.

2.1 Il ciclo del carbonio

Il carbonio esiste in natura in molte forme, compresi i composti organici. La sostanza inorganica alla base del ciclo biogenico di questo elemento è l'anidride carbonica (CO 2). In natura, la CO 2 fa parte dell'atmosfera ed è anche disciolta nell'idrosfera. L'inclusione del carbonio nella composizione delle sostanze organiche avviene nel processo di fotosintesi, a seguito del quale si formano zuccheri sulla base di CO 2 e H 2 O. Successivamente, altri processi biosintetici convertono questi carboni in atomi più complessi, oltre che in proteine, lipidi. Tutti questi composti non solo formano i tessuti degli organismi fotosintetici, ma servono anche come fonte di materia organica per animali e piante non verdi.

Nel processo di respirazione, tutti gli organismi ossidano sostanze organiche complesse; il prodotto finale di questo processo, CO 2 , viene rilasciato nell'ambiente esterno, dove può essere nuovamente coinvolto nel processo di fotosintesi.

In determinate condizioni nel terreno, la decomposizione dei residui morti accumulati procede a un ritmo lento, attraverso la formazione di humus da parte dei saprofagi, la cui mineralizzazione per azione di funghi e batteri può procedere a velocità diverse, anche basse. In alcuni casi, la catena di decomposizione della materia organica è incompleta. In particolare, l'attività dei saprofagi può essere inibita dalla mancanza di ossigeno o dall'aumento dell'acidità. In questo caso i residui organici si accumulano sotto forma di torba; il carbonio non viene rilasciato e il ciclo si interrompe. Situazioni simili si sono verificate in epoche geologiche passate, come dimostrano i giacimenti di carbone e petrolio.

Nell'idrosfera, la sospensione del ciclo del carbonio è associata all'incorporazione di CO 2 in CaCO 3 sotto forma di calcare, gesso e coralli. In questo caso il carbonio è escluso dal ciclo per intere epoche geologiche. Solo l'innalzamento delle rocce organogene sul livello del mare porta al rinnovamento della circolazione attraverso la lisciviazione del calcare per precipitazione atmosferica. E anche in modo biogenico - dall'azione dei licheni, delle radici delle piante.

Le foreste sono il principale serbatoio di carbonio legato biologicamente; contengono fino a 500 miliardi di tonnellate di questo elemento, che è 2/3 della sua riserva nell'atmosfera. L'intervento umano nel ciclo del carbonio porta ad un aumento del contenuto di CO 2 nell'atmosfera e allo sviluppo dell'effetto serra.

Velocità del ciclo di CO 2, cioè il tempo impiegato da tutta l'anidride carbonica nell'atmosfera per passare attraverso la materia vivente è di circa 300 anni.

2.2 Il ciclo dell'azoto

La principale fonte di azoto nei composti organici è l'azoto molecolare nella composizione dell'atmosfera. La sua transizione verso composti accessibili agli organismi viventi può essere effettuata in diversi modi. Pertanto, le scariche elettriche durante i temporali vengono sintetizzate dall'azoto e dall'ossigeno nell'aria, l'ossido nitrico, che, con l'acqua piovana, entra nel terreno sotto forma di nitrato o acido nitrico. C'è anche la fissazione fotochimica dell'azoto.

Una forma più importante di assimilazione dell'azoto è l'attività dei microrganismi che fissano l'azoto sintetizzando proteine ​​complesse. Quando muoiono, arricchiscono il terreno di azoto organico, che si mineralizza rapidamente. In questo modo entrano nel terreno circa 25 kg di azoto per 1 ha all'anno.

La fissazione dell'azoto più efficiente è effettuata dai batteri che formano legami simbiotici con le leguminose. L'azoto organico da essi formato si diffonde nella rizosfera ed è compreso anche negli organi macinati della pianta ospite. In questo modo si accumulano 150-400 kg di azoto all'anno nel terreno e negli organi vegetali sotterranei per 1 ettaro.

Ci sono microrganismi che fissano l'azoto che formano simbiosi con altre piante. Nell'ambiente acquatico e su terreni molto umidi, i cianobatteri fissano direttamente l'azoto atmosferico. In tutti questi casi, l'azoto entra nelle piante sotto forma di nitrati. Questi composti vengono trasportati attraverso le radici e le vie alle foglie, dove vengono utilizzati per la sintesi proteica; questi ultimi servono come base per la nutrizione azotata degli animali.

Escrementi e organismi morti costituiscono la base delle catene alimentari degli organismi saprofagi, decomponendo i composti organici con la graduale trasformazione delle sostanze organiche contenenti azoto in sostanze inorganiche. L'ultimo anello di questa catena di riduzione è l'ammonizione degli organismi che formano l'ammoniaca, che può quindi entrare nel ciclo di nitrificazione. In questo modo è possibile continuare il ciclo dell'azoto.

Allo stesso tempo, vi è un costante ritorno di azoto nell'atmosfera per azione di batteri denitrificanti, che decompongono i nitrati in N 2 . Questi batteri sono attivi in ​​terreni ricchi di azoto e carbonio. Grazie alla loro attività vengono volatilizzati annualmente fino a 50-60 kg di azoto da 1 ha di terreno.

L'azoto può essere escluso dal ciclo accumulandosi nei sedimenti oceanici profondi. In una certa misura, ciò è compensato dal rilascio di N 2 molecolare nella composizione dei gas vulcanici.

2.3 Ciclo del fosforo

Di tutti i macronutrienti (elementi necessari per tutta la vita in grandi quantità), il fosforo è uno dei più rari serbatoi disponibili sulla superficie della Terra. In natura, il fosforo si trova in grandi quantità in un certo numero di rocce. Nel processo di distruzione di queste rocce, entra negli ecosistemi terrestri o viene lisciviato dalle precipitazioni e finisce infine nell'idrosfera. In entrambi i casi, questo elemento entra nella catena alimentare. Nella maggior parte dei casi, gli organismi decompositori mineralizzano le sostanze organiche contenenti fosforo in fosfati inorganici, che possono essere nuovamente utilizzati dalle piante e quindi sono nuovamente coinvolti nel ciclo.

Nell'oceano, parte dei fosfati con residui organici morti entra nei sedimenti profondi e vi si accumula, venendo esclusi dal ciclo. Il processo del ciclo naturale del fosforo nelle condizioni moderne è intensificato dall'uso di fertilizzanti fosfatici in agricoltura, la cui fonte sono depositi di fosfati minerali. Questo può essere motivo di preoccupazione, dal momento che i sali di fosforo vengono rapidamente lisciviati da tale uso e la scala dello sfruttamento delle risorse minerarie è in continuo aumento. Attualmente ammonta a circa 2 milioni di tonnellate all'anno.

2.4 Ciclo dello zolfo

Il principale fondo di riserva di zolfo si trova nei sedimenti e nel suolo, ma a differenza del fosforo, c'è un fondo di riserva nell'atmosfera. Il ruolo principale nel coinvolgimento dello zolfo nel ciclo biogeochimico appartiene ai microrganismi. Alcuni di loro sono agenti riducenti, altri sono agenti ossidanti.

Lo zolfo si trova nelle rocce sotto forma di solfuri, in soluzioni - sotto forma di ione, nella fase gassosa sotto forma di idrogeno solforato o anidride solforosa. In alcuni organismi lo zolfo si accumula nella sua forma pura (S) e, quando muoiono, si formano depositi di zolfo autoctono sul fondo dei mari.

Negli ecosistemi terrestri, lo zolfo entra nelle piante dal suolo principalmente sotto forma di solfati. Negli organismi viventi, lo zolfo si trova nelle proteine, sotto forma di ioni, ecc. Dopo la morte degli organismi viventi, parte dello zolfo viene ridotto nel terreno dai microrganismi a HS, l'altra parte viene ossidata a solfati e viene nuovamente inclusa nel ciclo. L'idrogeno solforato risultante fuoriesce nell'atmosfera, lì si ossida e ritorna al suolo con precipitazioni.

La combustione umana dei combustibili fossili, così come le emissioni dell'industria chimica, porta all'accumulo di anidride solforosa (SO) nell'atmosfera che, reagendo con il vapore acqueo, cade al suolo sotto forma di piogge acide.

I cicli biogeochimici sono in gran parte influenzati dall'uomo. L'attività economica viola il loro isolamento, diventano aciclici.

Conclusione

Nella lunga storia della Terra si sono formate relazioni complesse che supportano una circolazione stabile di sostanze, e con essa l'esistenza della vita come fenomeno globale del nostro pianeta.

L'attività congiunta di vari organismi viventi determina la circolazione naturale di singoli elementi e composti chimici, compresa la loro introduzione nella composizione delle cellule viventi, la trasformazione di sostanze chimiche nei processi metabolici, il rilascio nell'ambiente e la distruzione di sostanze organiche, come risultato del quale si liberano sostanze minerali, che vengono nuovamente inserite nei cicli biologici. .

Pertanto, i processi del ciclo si verificano in ecosistemi specifici, ma i cicli biogeochimici si realizzano pienamente solo a livello della biosfera nel suo insieme. E l'attività congiunta di forme di vita di alta qualità assicura l'estrazione di determinate sostanze dall'ambiente esterno, la loro trasformazione a diversi livelli delle catene trofiche e la mineralizzazione della materia organica in componenti disponibili per la successiva inclusione nel ciclo (i principali elementi che migrano lungo le catene del ciclo biologico si trovano carbonio, idrogeno, azoto, potassio, calcio, ecc.).

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Il ruolo della materia vivente nella biosfera Nella sua teoria della biosfera, V. I. Vernadsky si è concentrato sul ruolo della materia vivente. Lo scienziato ha scritto: "Gli organismi viventi sono una funzione della biosfera e sono strettamente connessi ad essa materialmente ed energeticamente, sono un'enorme forza geologica che la determina". Grazie alla capacità di crescere, riprodursi e stabilirsi, a seguito del metabolismo e della conversione di energia, gli organismi viventi contribuiscono alla migrazione degli elementi chimici nella biosfera.

V. I. Vernadsky ha confrontato le migrazioni di massa di animali, come sciami di locuste, in termini di scala del trasferimento di elementi chimici con il movimento di un'intera catena montuosa. Nella fauna selvatica sono stati scoperti circa 90 elementi chimici, cioè i più conosciuti oggi. Non ci sono elementi speciali caratteristici solo per gli organismi viventi, quindi, nell'intera storia dell'esistenza della biosfera, gli atomi della maggior parte degli elementi che compongono la sua composizione sono passati ripetutamente attraverso i corpi degli organismi viventi.

C'è un legame inestricabile tra materia organica e inorganica sul pianeta, c'è una circolazione costante di sostanze e la trasformazione dell'energia. Nel corso della storia biologica della Terra, l'attività degli organismi ha determinato la composizione dell'atmosfera (fotosintesi, respirazione), la composizione e la struttura dei suoli (l'attività dei decompositori) e il contenuto di varie sostanze nell'ambiente acquatico. I prodotti metabolici di alcuni organismi, entrando nell'ambiente, sono stati utilizzati e trasformati da altri organismi. Grazie ai decompositori, resti vegetali e animali sono stati inseriti nel ciclo delle sostanze.

Molti organismi sono in grado di assorbire e accumulare selettivamente vari elementi chimici sotto forma di composti organici e inorganici. Ad esempio, gli equiseti accumulano silicio dall'ambiente, spugne e alcune alghe - iodio. Come risultato dell'attività di vari batteri, si sono formati molti depositi di minerali di zolfo, ferro e manganese.

Dai corpi di piante fossili e organismi planctonici si sono formati depositi di carbone e riserve di petrolio. Scheletri di piccole alghe planctoniche e gusci di protozoi marini si sono formati in strati giganti di rocce calcaree.

I microrganismi svolgono un ruolo speciale nella biosfera. Senza di essi la circolazione di sostanze ed energia non potrebbe avvenire e la superficie del pianeta sarebbe ricoperta da uno spesso strato di resti vegetali e cadaveri di animali.

Licheni, funghi e batteri sono attivamente coinvolti nella distruzione delle rocce. Il loro lavoro è supportato da piante i cui apparati radicali crescono nelle più piccole crepe. Questo processo è completato dall'acqua e dal vento.

Oltre alle attività degli organismi viventi, anche altri processi influenzano lo stato del nostro pianeta. Durante le eruzioni vulcaniche, un'enorme quantità di vari gas, particelle di cenere vulcanica e flussi di rocce ignee fuse vengono espulsi nell'atmosfera. Come risultato dei processi tettonici, si formano nuove isole, le regioni montuose stanno cambiando aspetto, l'oceano avanza sulla terraferma.

lunga (geologica) per milioni di anni, è che le rocce vengono distrutte e i prodotti degli agenti atmosferici (compresi i nutrienti idrosolubili) vengono trasportati dai flussi d'acqua nell'Oceano Mondiale, dove formano strati marini e solo parzialmente tornano a terra con le precipitazioni. I cambiamenti geotettonici, i processi di cedimento dei continenti e l'innalzamento dei fondali marini, il movimento dei mari e degli oceani per lungo tempo portano al fatto che questi strati ritornano a terra e il processo ricomincia. piccolo (biotico) (parte di un grande), si verifica a livello di ecosistema e consiste nel fatto che i nutrienti, l'acqua e il carbonio si accumulano nella sostanza delle piante, vengono spesi per la costruzione del corpo e per i processi vitali di entrambe queste piante se stessi e altri organismi (di solito animali) che mangiano queste piante (consumatori). I prodotti di decomposizione della materia organica sotto l'azione di distruttori e microrganismi (batteri, funghi, vermi) si decompongono nuovamente in componenti minerali che sono a disposizione delle piante e sono da esse coinvolti nei flussi di materia.

Il ciclo dell'acqua. Il ciclo dell'acqua è di particolare importanza per l'esistenza della biosfera. Un'enorme massa d'acqua evapora dalla superficie degli oceani, che è parzialmente trasportata dai venti sotto forma di vapore e cade come precipitazione sulla terraferma. L'acqua ritorna nell'oceano attraverso i fiumi e le falde acquifere. Tuttavia, il partecipante più importante nella circolazione dell'acqua è la materia vivente.

Nel processo della vita, le piante assorbono enormi quantità di acqua dal suolo ed evaporano nell'atmosfera. Pertanto, un appezzamento di campo che produce un raccolto di 2 tonnellate a stagione consuma circa 200 tonnellate di acqua. Nelle regioni equatoriali del globo, le foreste, trattenendo ed evaporando l'acqua, ammorbidiscono notevolmente il clima. La riduzione dell'area di queste foreste può portare a cambiamenti climatici e siccità nelle aree circostanti.

CICLO DELL'OSSIGENO L'ossigeno atmosferico è di origine biogenica e la sua circolazione nella biosfera avviene reintegrando le riserve nell'atmosfera a seguito della fotosintesi delle piante e dell'assorbimento durante la respirazione degli organismi e la combustione di combustibili nell'economia umana. Inoltre, una certa quantità di ossigeno si forma nell'alta atmosfera durante la dissociazione dell'acqua e la distruzione dell'ozono sotto l'azione dei raggi ultravioletti; parte dell'ossigeno viene speso per processi ossidativi nella crosta terrestre, durante eruzioni vulcaniche, ecc.

I produttori nel processo di fotosintesi rilasciano ossigeno nell'atmosfera. L'ossigeno atmosferico viene utilizzato nel processo di respirazione. Una parte si trasforma in anidride carbonica e il resto viene passato lungo le catene alimentari. Dopo la morte degli organismi, i decompositori, utilizzando l'ossigeno, decompongono la materia organica in acqua e anidride carbonica. Parte dell'ossigeno atmosferico viene speso per l'ossidazione di sostanze inorganiche. Il ciclo naturale è completo. Anche l'ossigeno viene convertito in ozono e ritorna sotto l'influenza della luce solare. Una piccola parte di ossigeno esce dal ciclo sotto forma di minerali (carbone, petrolio, gas, ecc.). L'uomo apporta notevoli cambiamenti nel ciclo dell'ossigeno. La combustione di combustibili fossili (carbone, petrolio, gas) riduce l'apporto di ossigeno atmosferico. L'uso di clorofluorocarburi assottiglia lo strato di ozono, che protegge tutta la vita sulla Terra dai dannosi raggi ultravioletti.

Il ciclo del carbonio. Il carbonio fa parte di tutte le sostanze organiche, quindi la sua circolazione dipende completamente dall'attività vitale degli organismi. Nel processo di fotosintesi, le piante assorbono l'anidride carbonica (C 02) e includono il carbonio nella composizione dei composti organici sintetizzati. Nel processo di respirazione, animali, piante e microrganismi emettono anidride carbonica e il carbonio, precedentemente parte della materia organica, viene nuovamente restituito nell'atmosfera.

Il carbonio disciolto nei mari e negli oceani sotto forma di acido carbonico (H 2 C 03) e suoi ioni viene utilizzato dagli organismi per formare uno scheletro costituito da carbonati di calcio (spugne, molluschi, cavità intestinali). Inoltre, ogni anno un'enorme quantità di carbonio viene depositata sotto forma di carbonati sul fondo degli oceani.

A terra, circa l'1% di carbonio viene prelevato dal ciclo, depositato sotto forma di torba. Il carbonio entra nell'atmosfera anche come risultato delle attività umane. Attualmente, circa 5 miliardi di tonnellate di carbonio vengono emesse nell'aria ogni anno durante la combustione di combustibili fossili (gas, petrolio, carbone) e 1-2 miliardi di tonnellate - durante la lavorazione del legno. Ogni anno, la quantità di carbonio nell'atmosfera aumenta di circa 3 miliardi di tonnellate, il che può portare a una violazione dello stato sostenibile della biosfera.

Un'enorme quantità di carbonio è contenuta nelle rocce sedimentarie. Il suo ritorno al ciclo dipende dall'attività vulcanica e dai processi geochimici.

CICLO DELL'AZOTO L'azoto è un componente necessario dei più importanti composti organici: proteine, acidi nucleici, ATP, ecc. Le sue principali riserve sono concentrate nell'atmosfera sotto forma di azoto molecolare, inaccessibile alle piante, in quanto in grado di utilizzare solo sotto forma di composti inorganici. Le modalità di ingresso dell'azoto nel suolo e nell'ambiente acquatico sono diverse. Quindi, una piccola quantità di composti azotati si forma nell'atmosfera durante i temporali. Insieme all'acqua piovana, entrano nell'ambiente acquatico o del suolo. Una piccola parte dei composti azotati proviene da eruzioni vulcaniche.

Solo alcuni organismi procarioti sono in grado di fissare direttamente l'azoto molecolare atmosferico: batteri e cianobatteri. I fissatori di azoto più attivi sono i batteri noduli che si depositano nelle cellule delle radici delle leguminose. Convertono l'azoto molecolare in composti che vengono assimilati dalle piante. Dopo la morte delle piante e la decomposizione dei noduli, il terreno si arricchisce di forme organiche e minerali di azoto. I cianobatteri svolgono un ruolo significativo nell'arricchimento dell'ambiente acquatico con composti azotati. Le sostanze organiche contenenti azoto di piante e animali morti, così come l'urea e l'acido urico secreti da animali e funghi, vengono scomposti dai batteri putrefattivi (ammonificanti) in ammoniaca. La maggior parte dell'ammoniaca risultante viene ossidata dai batteri nitrificanti in nitriti e nitrati, dopodiché viene riutilizzata dalle piante. Parte dell'ammoniaca va nell'atmosfera e, insieme all'anidride carbonica e ad altre sostanze gassose, svolge la funzione di trattenere il calore del pianeta.

IL CICLO DELLO ZOLFO Il ciclo dello zolfo in natura è mantenuto dai microrganismi. Con la loro partecipazione, i solfuri vengono ossidati in solfati, i solfati vengono assorbiti dagli organismi viventi, dove lo zolfo è ridotto e fa parte delle proteine. Con il decadimento degli organismi morti, lo zolfo ritorna al ciclo. Il ciclo dello zolfo copre l'acqua, il suolo e l'atmosfera. Le principali riserve di zolfo si trovano nel suolo e nei sedimenti sia allo stato nativo che sotto forma di depositi di minerali solfuri e solfati. L'anello chiave del ciclo sono i processi di ossidazione aerobica del solfuro in solfato e la riduzione anaerobica del solfato in solfuro. L'idrogeno solforato rilasciato dall'acqua viene ossidato a ione solfato dall'ossigeno atmosferico. Lo ione solfato è la principale forma di zolfo a disposizione degli autotrofi. Il ciclo dello zolfo è fortemente influenzato dalle attività umane, principalmente attraverso la combustione di combustibili fossili. I vettori energetici organici contengono sempre l'una o l'altra quantità di zolfo, che viene rilasciato sotto forma di biossido che, come gli ossidi di azoto, è tossico per gli organismi viventi. L'anidride solforosa può essere assorbita intensamente dall'apparato di assimilazione fuori terra delle piante e sopprimere fortemente il processo di fotosintesi fino alla necrosi e alla completa morte delle foglie. L'anidride solforosa può reagire con il vapore acqueo atmosferico per formare anidride solforosa e quindi acido solforico.

In natura, il ciclo dello zolfo avviene gradualmente, simile al ciclo dell'azoto o del carbonio. Le piante consumano zolfo perché i suoi atomi fanno parte della proteina. Particolarmente importanti nel ciclo dello zolfo, a quanto pare, sono i batteri tionici, che sono diffusi in vari corpi idrici, nel suolo e nelle rocce collassanti.

CICLO DEL FOSFORO Il fosforo è uno degli elementi chimici più importanti coinvolti nello sviluppo degli organismi viventi. Fa parte del protoplasma e della maggior parte delle proteine ​​animali e vegetali. Il fosforo è vitale per il pieno sviluppo di organi e tessuti, nonché per garantire il normale funzionamento del cervello. Il ciclo del fosforo nella biosfera è costituito da diversi collegamenti principali: rocce, suolo, piante e organismi animali. La fonte della maggior parte dei composti contenenti fosforo in natura è l'apatite minerale, che contiene dal 5 al 36% di ossido di fosforo. I cristalli di apatite si trovano nelle rocce ignee e nei luoghi del loro contatto con quelle sedimentarie. Riserve significative di questo minerale sono state trovate in Brasile e Norvegia e il giacimento più grande si trova a Khibiny (penisola di Kola). Nel processo di alterazione degli agenti atmosferici, che si verifica sotto l'influenza delle condizioni atmosferiche, gli acidi del suolo, gli organismi viventi, le apatiti vengono distrutti e coinvolti nel ciclo biochimico del fosforo, coprendo bio, idro e litosfera.

In qualsiasi organismo animale, si verificano costantemente processi fisiologici associati alla rottura, alla sintesi e ad altre trasformazioni chimiche dei composti contenenti fosforo. Nei mammiferi, questo elemento si trova nelle proteine ​​del sangue, del latte, dei tessuti nervosi, delle ossa e del cervello. È anche presente nella composizione degli acidi nucleici - composti coinvolti nella trasmissione di informazioni ereditarie. Dopo la morte degli organismi animali, il ciclo del fosforo si chiude, l'elemento ritorna nella litosfera, uscendo dal ciclo biochimico. In determinate condizioni (ad esempio, con un forte cambiamento delle condizioni climatiche, con fluttuazioni di salinità, temperatura, acidità dell'acqua, ecc.), si verifica una morte di massa di organismi e l'accumulo dei loro resti sul fondo del mare. Di conseguenza, si formano nuovi depositi di rocce di origine sedimentaria contenenti fosforo (ad esempio fosforiti). Nel tempo, le rocce organogeniche biolitiche diventano una nuova fonte di questo elemento nel ciclo biogenico.

TRASFORMAZIONE ENERGETICA NELLA BIOSFERA La maggior parte dell'energia che arriva sulla Terra viene assorbita dall'atmosfera; questa è principalmente la parte ultravioletta dello spettro, estremamente pericolosa per gli organismi viventi. Pertanto, il 30% dell'energia incidente sulla Terra viene perso. Circa il 50% dell'energia incidente viene convertita in calore e reirradiata nello spazio esterno sotto forma di radiazione termica infrarossa e il 20% viene speso per l'evaporazione dell'acqua e la formazione di nuvole. Infine, solo lo 0,02% dell'energia incidente viene assorbita dalla biosfera. L'energia assorbita dalla biosfera viene utilizzata per svolgere un lavoro biologico da parte degli organismi viventi volto a mantenerne la vita.

Le piante assorbono l'energia solare con l'aiuto dei cloroplasti, che includono il pigmento clorofilla, che si trova nelle foglie e determina il colore verde delle piante. Le foglie hanno un'ampia superficie per assorbire la luce solare e aperture (stomi) per lo scambio di ossigeno e anidride carbonica con l'ambiente. Avendo assorbito l'energia elettromagnetica del sole, le piante in fase di fotosintesi la immagazzinano sotto forma di zuccheri, la principale fonte chimica di energia. L'acqua necessaria alla fotosintesi con i sali che contiene viene fornita dalle radici attraverso un sistema di “tubazioni” chiamato xilema, e lo zucchero risultante (nutrienti) viene distribuito a tutte le parti della pianta utilizzando un altro sistema conduttore chiamato floema. Xilema e floema formano il sistema circolatorio della pianta, che distribuisce nutrienti ed energia alle piante.

Assorbimento, conversione e utilizzo dell'energia da parte degli animali Gli animali non possono utilizzare direttamente l'energia della radiazione solare per svolgere le proprie attività vitali. Poiché non dispongono di un sistema di fotosintesi, ottengono energia mangiando piante (erbivori) o altri animali mangiatori di piante (carnivori). Nel corpo animale, nel processo di digestione di componenti alimentari complessi, viene decomposto in componenti più semplici, che vengono assorbiti nell'intestino, entrano nel flusso sanguigno e vengono trasportati in tutto il corpo. Questo rilascia l'energia immagazzinata nel cibo. Parte di questa energia rilasciata viene rilasciata sotto forma di calore, mentre il resto viene immagazzinato dal corpo sotto forma di energia chimica, che viene poi utilizzata per svolgere lavori, come il cuore per pompare il sangue, l'intestino per assorbire i nutrienti, i muscoli che muovi ali, gambe e code, gambe e braccia. ecc. Per creare sistemi con un alto livello di organizzazione genetica e nervosa (sistemi ordinati), è anche necessario spendere energia. Per funzionare efficacemente, un organismo deve avere un programma che contenga istruzioni per il funzionamento di tutti i suoi elementi e per questo programma sono necessarie informazioni sullo stato interno e sull'ambiente esterno dell'organismo. Il lavoro svolto in questo caso consiste nello sviluppo di segnali con l'aiuto dei quali vengono regolati i processi energetici, vengono organizzate le biostrutture, viene controllato il consumo di energia necessario per una rapida reazione del corpo agli stimoli esterni o l'emergere di altri segnali è stimolato.

Noosfera. L'attività congiunta degli organismi viventi per molti anni ha creato e successivamente mantenuto determinate condizioni necessarie per l'esistenza della vita, cioè assicurato l'omeostasi della biosfera. V. I. Vernadsky ha scritto: "Non c'è forza chimica sulla superficie terrestre che agisca più costantemente, e quindi più potente nelle sue conseguenze, degli organismi viventi presi nel loro insieme"

Recentemente, però, un nuovo fattore, l'antropogenico, ha progressivamente acquisito importanza nello sviluppo della biosfera. Nel 1927, gli scienziati francesi Edouard Leroy e Pierre Teilhard de Chardin introdussero il concetto di "noosfera". La noosfera è un nuovo stato della biosfera, in cui l'attività razionale di una persona diventa un fattore decisivo nel suo sviluppo. Successivamente, V. I. Vernadsky sviluppò il concetto di noosfera come sfera della mente.

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1. Caratteristiche degli organismi viventi. Il ruolo degli organismi viventi nella formazione della biosfera

1.1 Principi biochimici

1.2 Riflessione dell'attività vitale della materia vivente sul funzionamento della biosfera

1.3 Funzioni della materia vivente nella biosfera

2. L'inquinamento ambientale, i suoi tipi, oggetti e scale. Principali fonti di inquinamento ambientale

2.1 Tipi di inquinamento ambientale

2.2 Scala dell'inquinamento ambientale

2.3 Fonti di inquinamento ambientale

3. Risorse vegetali, caratteristiche quantitative e qualitative. Protezione delle specie vegetali rare. Protezione delle foreste e delle terre foraggere naturali

3.1 Risorse vegetali, caratteristiche quantitative e qualitative

3.2 Protezione delle specie vegetali rare

3.3 Protezione delle foreste e dei pascoli naturali

Letteratura

1. Caratteristiche degli organismi viventi. Il ruolo degli organismi viventi nella formazione della biosfera

La superficie terrestre non contiene una forza dinamica più potente, in azione costante, degli organismi viventi. Secondo la dottrina della materia vivente, a questo guscio è assegnata una funzione cosmica, che funge da collegamento tra la Terra e lo spazio esterno. Partecipando al processo di fotosintesi, scambio e trasformazione delle sostanze naturali, la materia vivente svolge un lavoro chimico inimmaginabile.

Il concetto di materia vivente è stato sviluppato dal famoso scienziato V. I. Vernadsky, che ha considerato separatamente la massa biologica tra la totalità di altri tipi di sostanze organiche che formano la biosfera del globo. Secondo il ricercatore, gli organismi viventi costituiscono una frazione insignificante della biosfera. Tuttavia, è la loro attività vitale che influenza in modo più tangibile la formazione del mondo circostante.

Secondo il concetto dello scienziato, la materia vivente della biosfera è costituita da entrambi sostanze organiche e inorganiche. La principale caratteristica specifica della materia vivente è la presenza di un enorme potenziale energetico. In termini di rilascio di energia libera nell'ambiente inorganico del pianeta, solo i flussi di lava vulcanica possono essere paragonati alla materia vivente. La principale differenza tra materia inanimata e vivente è la velocità delle reazioni chimiche, che in quest'ultimo caso si verificano milioni di volte più velocemente. Sulla base degli insegnamenti del professor Vernadsky, la presenza di materia vivente nella biosfera terrestre può manifestarsi in diverse forme:

biochimico (partecipazione allo scambio di sostanze chimiche, formazione di gusci geologici);

· meccanico (impatto diretto della biomassa sulla trasformazione del mondo materiale).

Forma biochimica L'"attività" della biomassa del pianeta si manifesta nel continuo scambio di sostanze tra l'ambiente e gli organismi durante la digestione degli alimenti, costruendo l'organismo.

Impatto meccanico L'influenza della materia vivente sul mondo circostante risiede nel movimento ciclico delle sostanze nel corso della vita degli organismi.

1.1 Principi biochimici

Per avere un quadro completo della "quantità di lavoro" che una sostanza vivente svolge nel processo della vita, diverse disposizioni scientifiche, note come principi biochimici, consentono:

· il movimento di atomi di sostanze chimiche durante la migrazione biogenica tende sempre a raggiungere le massime manifestazioni possibili;

· la trasformazione evolutiva delle specie si sta muovendo in una direzione che favorisca la migrazione degli atomi degli elementi;

· l'esistenza di biomasse è dovuta alla presenza di energia solare;

· la materia vivente del pianeta è racchiusa in un ciclo continuo di scambio di sostanze chimiche con l'ambiente spaziale.

1.2 Riflessione dell'attività vitale della materia vivente sul funzionamento della biosfera

La vita è nata sotto forma di biosfera grazie alla capacità della massa organica di riprodurre, crescere ed evolvere forme. Inizialmente, il guscio vivente del pianeta era un complesso di sostanze organiche che formano il ciclo degli elementi. Nel corso dello sviluppo e della trasformazione degli organismi viventi, la materia vivente ha acquisito la capacità di funzionare non solo come un flusso continuo di energia, ma anche di evolversi come un sistema complesso. I nuovi tipi di guscio organico del globo non trovano solo le loro radici in forme precedenti. La loro presenza è dovuta al corso di specifici processi biogenici nell'ambiente naturale, che, a sua volta, colpisce tutta la materia vivente, le cellule degli organismi viventi. Ogni fase dell'evoluzione della biosfera è caratterizzata da notevoli cambiamenti nella sua struttura materiale ed energetica. Nascono così nuovi sistemi di materia inerte e vivente del pianeta. Un aumento dell'impatto della biomassa sul cambiamento dei sistemi inerti del pianeta è evidente nello studio di tutte le epoche senza eccezioni. Ciò è dovuto, in primo luogo, ad un aumento dell'accumulo di energia solare, nonché ad un aumento dell'intensità e della capacità del ciclo biologico degli elementi. Un cambiamento nell'ambiente predetermina sempre l'emergere di nuove forme di vita complesse.

1.3 Funzioni della materia vivente nella biosfera

Per la prima volta le funzioni della biomassa furono considerate dallo stesso Vernadsky quando scrisse la famosa opera intitolata "Biosfera". Qui lo scienziato identifica nove funzioni della materia vivente: ossigeno, calcio, gas, ossidante, riducente, distruttivo, concentrazione, riducente, metabolico, respiratorio.

Lo sviluppo di concetti moderni della materia vivente della biosfera ha portato a una significativa riduzione del numero di funzioni della materia vivente e alla loro associazione in nuovi gruppi.

Funzioni energetiche della materia vivente. Se parliamo delle funzioni energetiche della materia vivente, allora vengono messe, prima di tutto, su piante che hanno la capacità di fotosintesi e convertire l'energia solare in vari composti organici. I flussi di energia emanati dal Sole sono un vero e proprio dono di natura elettromagnetica per le piante. Oltre il 90% dell'energia che entra nella biosfera del pianeta viene assorbita dalla litosfera, dall'atmosfera e dall'idrosfera e partecipa direttamente anche al corso dei processi chimici. Le funzioni della materia vivente volte alla conversione di energia da parte delle piante verdi sono il principale meccanismo della materia vivente. Senza la presenza dei processi di trasmissione e accumulo dell'energia solare, lo sviluppo della vita sul pianeta sarebbe in discussione.

Funzioni distruttive degli organismi viventi. La capacità di mineralizzare i composti organici, la decomposizione chimica delle rocce, la materia organica morta, il coinvolgimento dei minerali nel ciclo della biomassa: tutte queste sono funzioni distruttive della materia vivente nella biosfera. La principale forza trainante delle funzioni distruttive della biosfera sono batteri, funghi e altri microrganismi. I composti organici morti si decompongono allo stato di sostanze inorganiche (acqua, ammoniaca, anidride carbonica, metano, acido solfidrico), ritornando al ciclo originario della materia. L'effetto distruttivo degli organismi sulle rocce merita un'attenzione speciale. A causa della circolazione di sostanze, la crosta terrestre si riempie di componenti minerali rilasciati dalla litosfera. Partecipando alla decomposizione dei minerali, gli organismi viventi includono così un intero complesso degli elementi chimici più importanti nel ciclo della biosfera.

funzioni di concentrazione. L'accumulo selettivo di sostanze in natura, la loro distribuzione, la circolazione della materia vivente: tutto ciò costituisce le funzioni di concentrazione della biosfera. I microrganismi svolgono un ruolo speciale tra i concentratori più attivi di elementi chimici. La costruzione degli scheletri dei singoli rappresentanti del mondo animale è dovuta all'uso di minerali sparsi. Vividi esempi di utilizzo di elementi naturali concentrati sono molluschi, diatomee e alghe calcaree, coralli, radiolari, spugne di selce.

Funzioni del gas. La base della proprietà gassosa della materia vivente è la distribuzione di sostanze gassose da parte degli organismi viventi. In base al tipo di gas da convertire, si distinguono una serie di singole funzioni del gas:

formazione di ossigeno: ripristino dell'apporto di ossigeno del pianeta in forma libera;

biossido: la formazione di acidi carbonici biogenici a seguito della respirazione dei rappresentanti del mondo animale;

· ozono - formazione di ozono, che contribuisce alla protezione della biomassa dagli effetti distruttivi della radiazione solare;

Azoto: la creazione di azoto libero durante la decomposizione di sostanze di origine organica.

Funzioni di formazione dell'ambiente. La biomassa ha la capacità di trasformare i parametri fisici e chimici dell'ambiente per creare condizioni che soddisfino i bisogni degli organismi viventi. Ad esempio, si può individuare un ambiente vegetale, la cui attività vitale contribuisce all'aumento dell'umidità dell'aria, alla regolazione del deflusso superficiale e all'arricchimento dell'atmosfera con l'ossigeno. In una certa misura, le funzioni di formazione dell'ambiente sono il risultato di tutte le suddette proprietà della materia vivente.

Il ruolo dell'uomo nella formazione della biosfera. L'emergere dell'uomo come specie separata si rifletteva nell'emergere di un fattore rivoluzionario nell'evoluzione della massa biologica: la trasformazione consapevole del mondo circostante. Il progresso tecnologico e scientifico non è solo un fenomeno della vita sociale di un essere umano, ma si riferisce in qualche modo ai processi naturali di evoluzione di tutti gli esseri viventi. Da tempo immemorabile, l'umanità ha trasformato la materia vivente della biosfera, che si è riflessa nell'aumento della velocità di migrazione degli atomi dell'ambiente chimico, nella trasformazione delle singole geosfere, nell'accumulo di flussi di energia nella biosfera e nel cambiamento nell'aspetto della Terra. Attualmente l'uomo è considerato non solo come una specie, ma anche come una forza in grado di cambiare le conchiglie del pianeta, che a sua volta è un fattore specifico dell'evoluzione. Il naturale desiderio di aumentare la popolazione della specie ha portato la specie umana all'uso attivo delle risorse rinnovabili e non rinnovabili della biosfera, fonti energetiche, sostanze sepolte nei gusci del pianeta. Lo spostamento dei singoli rappresentanti del mondo animale dai loro habitat naturali, la distruzione di specie a fini di consumo, la trasformazione tecnologica dei parametri ambientali: tutto ciò comporta la scomparsa degli elementi più importanti della biosfera.

2. L'inquinamento ambientale, i suoi tipi, oggetti e scale. Principali fonti di inquinamento ambientale

Sotto inquinamento dell'ambiente si intende qualsiasi introduzione in questo o quel sistema ecologico di componenti viventi o non viventi che non gli siano caratteristici, cambiamenti fisici o strutturali che interrompono o interrompono i processi di circolazione e metabolismo, flussi di energia con diminuzione della produttività o distruzione di questo ecosistema.

Una definizione dettagliata di questo concetto è data dal famoso scienziato francese F. Ramad (1981): "L'inquinamento è un cambiamento negativo nell'ambiente, che è in tutto o in parte il risultato dell'attività umana, modifica direttamente o indirettamente la distribuzione dell'energia in entrata, i livelli di radiazione, le proprietà fisiche e chimiche dell'ambiente e le condizioni di esistenza degli esseri viventi . Questi cambiamenti possono interessare una persona direttamente o attraverso prodotti agricoli, attraverso l'acqua o altri prodotti biologici (sostanze)".

Distinguere tra inquinamento naturale causato da cause naturali, spesso catastrofiche, come un'eruzione vulcanica, e antropogenico, derivante dalle attività umane.

Gli inquinanti antropici si dividono in materiali (polveri, gas, ceneri, scorie, ecc.) e fisici o energetici (energia termica, campi elettrici ed elettromagnetici, rumore, vibrazioni, ecc.).

Gli inquinanti materiali si dividono in meccanici, chimici e biologici. Gli inquinanti meccanici includono polvere e aerosol dell'aria atmosferica, particelle solide nell'acqua e nel suolo.

Gli inquinanti chimici (ingredienti) sono vari composti chimici gassosi, liquidi e solidi ed elementi che entrano nell'atmosfera, idrosfera e interagiscono con l'ambiente: acidi, alcali, anidride solforosa, emulsioni e altri.

2.1 Tipi di inquinamento ambientale

L'inquinamento ambientale è classificato in base a un gran numero di caratteristiche.

La classificazione dell'inquinamento ambientale è mostrata nella Figura 1.

Figura 1. I principali tipi di inquinamento ambientale (secondo N. F. Reimers, 1990)

inquinamento naturale sorgono a seguito di processi naturali e catastrofici (ad esempio, una potente eruzione vulcanica, un terremoto, una colata di fango, ecc.) senza alcuna influenza umana su questi processi, sebbene l'attività antropica umana a volte contribuisca all'emergere di questi processi.

biotico(biogeni) (i biogeni, cioè i prodotti di scarto di un certo numero di funghi microscopici (comunemente chiamati muffe), sono micotossine. Questi agenti possono avere un grave effetto negativo sulla salute umana e animale) è associato alla diffusione di alcuni indesiderabili, dal punto di vista visivo delle persone, sostanze biogene (escrezioni, cadaveri, ecc.) nel territorio (o zona acquatica) dove non sono state prima osservate.

microbiologico l'inquinamento (microbico) si verifica a causa della comparsa nell'ambiente di un numero insolitamente elevato di microrganismi associati alla loro riproduzione di massa in ambienti modificati nel corso delle attività umane (ad esempio malattie infettive pericolose come il colera asiatico e il tifo addominale, dissenteria e Epatite virale).

Inquinamento antropogenico sono il risultato delle attività umane. L'intensità dell'inquinamento antropico è direttamente correlata alla crescita della popolazione mondiale e, in primis, allo sviluppo dei grandi centri industriali.

inquinamento industriale causati da una singola impresa o da una loro combinazione, nonché dai trasporti.

inquinamento agricolo causati dall'uso di pesticidi, defoglianti e altri agenti, dall'applicazione di fertilizzanti in quantità non assorbite dalle piante coltivate, dallo scarico di rifiuti animali e da altre azioni legate alla produzione agricola.

inquinamento militare sorgono a seguito del funzionamento di imprese dell'industria militare, del trasporto di materiali e attrezzature militari, del collaudo delle armi, del funzionamento di installazioni militari e dell'intero complesso di mezzi militari in caso di ostilità. Gli effetti negativi dei test sulle armi nucleari esistono ancora e l'uso massiccio di queste armi potrebbe portare a un "inverno nucleare".

Secondo il meccanismo di impatto, l'inquinamento si divide in:

– meccanico;

– fisico (termico, luminoso, acustico, elettromagnetico);

– chimico;

– radiazioni;

- biologico (biotico, microbiologico).

Tutti i gusci della Terra sono esposti all'inquinamento.

Inquinamento dell'aria- l'immissione nell'aria o la formazione in essa da parte di sostanze chimiche o organismi di agenti fisici che incidono negativamente sull'ambiente di vita o danneggiano i valori materiali, nonché la formazione di campi fisici antropici.

Inquinamento dell'idrosfera- l'immissione in acqua di inquinanti in quantità e concentrazioni tali da perturbare le normali condizioni ambientali nei grandi corpi idrici.

Inquinamento del suolo- l'introduzione e l'emersione nel suolo di nuovi agenti fisici, chimici o biologici, solitamente non caratteristici, che modificano il corso del processo di formazione del suolo (lo rallentano), riducono drasticamente la produttività, provocano l'accumulo di inquinanti nelle piante (ad esempio, metalli pesanti), da cui questi inquinamenti direttamente o indirettamente (attraverso alimenti vegetali o animali) entrano nel corpo umano.

Attualmente c'è inquinamento spaziale- contaminazione generale del vicino-Terra e del vicino spazio esterno da parte di oggetti spaziali. La più pericolosa è la contaminazione radioattiva dovuta al lancio in orbita e alla distruzione dei reattori nucleari, oltre ai "detriti spaziali", che interferisce con il normale funzionamento della radioingegneria e degli strumenti astronomici.

2.2 Scala dell'inquinamento ambientale

In base alla scala di inquinamento si dividono in:

· Inquinamento locale coprire piccole aree, di solito intorno a un'impresa, insediamento, ecc.

· Inquinamento regionale si trovano all'interno di vaste aree.

· inquinamento globale si trovano ovunque nel mondo e lontano dalla loro fonte, coprono ampi spazi con una minaccia per la vita di un gran numero di persone e organismi.

2.3 Fonti di inquinamento ambientale

Oggi è generalmente accettato che la produzione industriale inquini maggiormente l'aria. Fonti di inquinamento:

- centrali termoelettriche che, insieme ai fumi, emettono nell'aria anidride solforosa e anidride carbonica;

- imprese metallurgiche, in particolare metallurgia non ferrosa, che emettono nell'aria ossidi di azoto, acido solfidrico, cloro, fluoro, ammoniaca, composti del fosforo, particelle e composti di mercurio e arsenico; impianti chimici e cementifici.

Gas nocivi entrano nell'aria come risultato della combustione di carburante per esigenze industriali, riscaldamento domestico, trasporto, combustione e trattamento di rifiuti domestici e industriali.

La quota dell'agricoltura nell'inquinamento ambientale è in aumento. Ciò è dovuto a due circostanze. Il primo è un aumento della costruzione di grandi complessi zootecnici in assenza di qualsiasi trattamento dei rifiuti prodotti e del loro smaltimento, e il secondo è un aumento dell'uso di fertilizzanti minerali e pesticidi, che, insieme ai flussi piovosi e alle falde acquifere, entrare in fiumi e laghi, provocando gravi danni ai grandi bacini fluviali, ai loro stock ittici e alla vegetazione. terreno foraggero vegetativo della biosfera

Ogni anno, più di 20 tonnellate di rifiuti cadono su un abitante della Terra. I principali oggetti di inquinamento sono l'aria atmosferica, i corpi idrici, compreso l'Oceano Mondiale, il suolo. Ogni giorno migliaia e migliaia di tonnellate di monossido di carbonio, ossidi di azoto, zolfo e altre sostanze nocive vengono emesse nell'atmosfera. E solo il 10% di questa quantità viene assorbito dalle piante. L'ossido di zolfo (gas solforoso) è il principale inquinante, la cui fonte sono centrali termiche, caldaie e impianti metallurgici.

La concentrazione di anidride solforosa negli ossidi di azoto genera piogge acide, che distruggono le colture, la vegetazione e influiscono negativamente sullo stato degli stock ittici. Insieme all'anidride solforosa, l'anidride carbonica, che si forma a seguito della combustione, ha un impatto negativo sullo stato dell'atmosfera. Le sue fonti sono centrali termiche, impianti metallurgici, trasporti. Per tutti gli anni precedenti, la quota di anidride carbonica nell'atmosfera è aumentata del 20% e continua ad aumentare dello 0,2% all'anno. Se tali tassi di crescita vengono mantenuti, entro il 2000 la proporzione di anidride carbonica nell'atmosfera aumenterà del 30-40%.

In tutti i paesi economicamente sviluppati del mondo, il trasporto su strada occupa una posizione di primo piano in termini di volume di traffico, nella maggior parte dei paesi è anche leader nel lavoro di trasporto. Il parcheggio del mondo è in costante aumento e ha superato i 400 milioni di unità. Tuttavia, con un aumento così significativo delle dimensioni e una crescita del ritmo della motorizzazione, ci sono una serie di gravi problemi associati a conseguenze ambientali e sociali dannose che accompagnano questo processo.

L'impatto del trasporto su strada sull'ambiente è accompagnato non solo dal consumo di risorse naturali, ma anche dall'inquinamento ambientale. Da un punto di vista ecologico, l'inquinamento ambientale è un complesso di interferenze nei sistemi ecologici. Se il livello di interferenza supera la capacità di adattamento dell'organismo, questo porta alla sua morte o oppressione. Il verificarsi di interferenze nei sistemi ecologici può essere associato all'introduzione di vari rifiuti (inquinamento da ingredienti), perdite di energia improduttive (inquinamento parametrico), cambiamenti irreversibili nei sistemi ecologici naturali (inquinamento ecologico).

Gli oggetti dell'inquinamento da ingrediente sono l'atmosfera, l'idrosfera e la litosfera, ovvero le componenti più importanti che compongono l'ambiente umano. L'uomo ha aperto il ciclo delle sostanze in natura e ha creato catene di eventi lineari artificiali.

Una di queste catene può essere facilmente rintracciata dall'esempio dell'uso del carburante nel trasporto su strada. Il petrolio viene estratto dalle viscere della terra, trasformato in carburante, che viene bruciato nei cilindri del motore. Questo produce rifiuti (gas di scarico) che inquinano l'aria, l'acqua e il suolo. Ci sono molti di questi circuiti nel funzionamento delle automobili. Tra gli ingredienti dell'inquinamento ci sono centinaia di sostanze e composti chimici, spesso molto pericolosi per gli organismi viventi, allo stato solido, liquido e gassoso. I più massicci sono i componenti tossici e non tossici dei gas di scarico (EG), i prodotti petroliferi, le polveri contenenti sostanze organiche e inorganiche, i cloruri, i rifiuti della produzione e del funzionamento dei veicoli. Allo stesso tempo, l'effetto dannoso aumenta con l'aumento del volume del traffico, i componenti dannosi si accumulano costantemente nell'ambiente.

Durante la combustione del carburante nei cilindri del motore, solo una parte dell'energia chimica viene convertita in lavoro meccanico utile. Il resto dell'energia viene sprecato. Per i migliori campioni di motori automobilistici, queste perdite sono superiori al 55%. Parte dell'energia trasmessa dal motore alle ruote motrici viene spesa per superare le perdite nella trasmissione e la resistenza al movimento. La maggior parte dell'energia non utilizzata viene convertita in calore, il resto in altri tipi di inquinamento parametrico.

Lo sviluppo della motorizzazione porta ad una significativa trasformazione dei sistemi ecologici naturali. Con l'uso diffuso delle auto, un numero crescente di persone accede a complessi naturali che prima erano loro preclusi, il cui carico supera spesso le loro capacità ricreative. Di conseguenza, le connessioni abituali nei sistemi ecologici vengono interrotte, il numero di luoghi adatti all'abitazione degli animali viene ridotto e la produttività del sistema viene ridotta. Il pericolo e il grado di impatto del trasporto su strada sull'ambiente sono diversi per le città e le aree suburbane.

V città Questo effetto è più pronunciato nel seguito:

– aumento del consumo di carburante delle auto;

- la necessità di aree significative all'interno delle aree urbane;

– inquinamento atmosferico da componenti dei gas di scarico tossici;

– inquinamento dei corpi idrici urbani; tutti i tipi di inquinamento parametrico.

Nelle aree suburbane esso:

- la necessità di grandi aree per la costruzione di strade e altre strutture;

– contaminazione degli strati superficiali del suolo; inquinamento di bacini e falde acquifere;

- violazione dell'equilibrio ecologico nell'area della costruzione e della gestione delle strade.

Sia in condizioni urbane che suburbane, la società subisce danni associati alle conseguenze socio-economiche negative della motorizzazione sviluppata.

In generale, le città moderne sono caratterizzate da un maggiore impatto del trasporto su strada sull'ambiente e, di conseguenza, da un maggiore pericolo per la popolazione.

La situazione sfavorevole è aggravata anche dal fatto che l'inquinamento ambientale da trasporto stradale è pressoché impossibile da localizzare, e la popolazione della città è esposta ad esso anche nella zona residenziale.

Tabella 1 - Principali inquinanti ambientali

Tipi di inquinanti	Principali fonti di inquinamento	Possibile impattosullo stato dell'atmosferasu ecosistemi, organismi
Ossido di zolfo (IV),diossido di zolfo,SO2	Combustibile, metallurgia	Cambiamenti climatici, formazione di "precipitazioni acide", esacerbazione delle malattie respiratorie nell'uomo, danni alle piante, corrosione dei materiali da costruzione e di alcuni tessuti, aumento della corrosione delle strutture metalliche
ponderatoparticella,contenentemetalli pesanti	Estrazione, aratura, metallurgia	Cambiamenti climatici, condizioni dello strato di ozono, aumento delle concentrazioni di metalli pesanti nelle catene alimentari
Ozono,O3	Reazioni fotochimiche nell'atmosfera	Cambiamenti climatici, impatto negativo sulla salute umana
ossido d'azoto,NOx	Combustione di carburanti, trasporti, fertilizzanti minerali contenenti azoto, aviazione	Cambiamenti climatici, stato dello strato di ozono, formazione di "precipitazioni acide". Aumento della concentrazione di nitrati (nitriti) nelle catene alimentari, aumento della corrosione, smog, ecc.
Biossidocarbonio (IV),diossido di carbonio,CO2	Combustione di carburante, trasporto	Cambiamenti climatici, "effetto serra"
Mercurio,hg	Sviluppo di minerali contenenti mercurio, produzione di cloro, soda, numerosi pesticidi, discariche
Guida,Pb	Trasporto, metallurgia	Accumulo negli organismi lungo le catene alimentari
Cadmio,cd; zinco,Zn;rame,Cue altri metalli pesanti	Industria chimica, metallurgia	La morte degli abitanti dei corpi idrici per accumulo lungo le catene alimentari, ecc.
Monossido di carbonio (II), monossido di carbonio,COSÌ	Combustione di carburante, trasporto	Cambiamenti climatici, violazione dell'equilibrio termico dell'alta atmosfera
Amianto	Materiali di costruzione	Impatto sulla salute umana
Olio	industria petrolchimica	Violazione dello scambio termico tra l'idrosfera e l'atmosfera, morte degli organismi acquatici
Idrocarburi policiclici(benzopirene)	Industria chimica, combustione di carburanti, trasporti, fumo	Cambiamenti climatici, condizioni dello strato di ozono, impatto negativo sulla salute umana
Fosfati	Industria chimica, produzione di fertilizzanti fosfatici	Stato ecologico di fiumi, laghi
pesticidi	Industria chimica, produzione di pesticidi	Accumulo negli organismi lungo le catene alimentari
Derivati ​​del fluorocloruro degli idrocarburi (freon)	Industria della refrigerazione, industria degli imballaggi per aerosol	Distruzione dello strato di ozono del pianeta, cambiamento climatico
Radiazione	Fonti naturali (principalmente strato di radon) e artificiali (cure mediche, test di armi nucleari, centrali nucleari)	Tumori maligni e alterazioni genetiche (mutazioni)
diossine -ipertossicoconnessioni	Combustione di combustibili, incenerimento dei rifiuti, funzionamento di forni a muffola, fusione di metalli, funzionamento di motori di automobili con benzina con piombo; effluenti fenolici provenienti da imprese dell'industria metallurgica, della raffinazione del petrolio e chimica, disinfezione con cloro di acque contenenti fenoli o loro precursori - lignine, acidi umici e fulvici presenti nelle acque naturali; polvere portata dal vento proveniente da discariche di rifiuti tossici abbandonate.	Il raggio d'azione fisiologico è estremamente ampio: riducono l'efficienza del sistema immunitario; causare formazioni maligne (al composto 2, 3, 7, 8-TCDD è stata assegnata la più alta classe di rischio cancerogeno - gruppo I), interessano le ghiandole endocrine, inibiscono l'attività della ghiandola tiroidea e aumentano il rischio di diabete; causare malattie della pelle come iperpigmentazione, ipertricosi (crescita eccessiva dei peli); portare a difetti alla nascita, patologie neurologiche, interrompere il metabolismo nel corpo, aumentare il rischio di malattie cardiovascolari. Le diossine non vengono praticamente escrete dal corpo, ma si accumulano nel tessuto adiposo. Apparentemente, l'unico livello sicuro di diossine nell'ambiente è la loro assenza.

3. Risorse vegetali, caratteristiche quantitative e qualitative. Protezione delle specie vegetali rare. Protezione delle foreste e delle terre foraggere naturali

3.1 Risorse vegetali, caratteristiche quantitative e qualitative

risorse vegetali- sono tutti organismi vegetali (piante superiori, funghi, muschi, licheni, alghe) che crescono nei territori e nelle zone acquatiche e sono utilizzati o possono essere utilizzati per le diverse esigenze della società. Tra questi, le risorse forestali rivestono una particolare importanza economica.

Le foreste coprono circa un terzo della superficie mondiale. La superficie forestale totale era di 2.438 milioni di ettari, di cui 1.233 milioni di ettari (50,5%) erano foreste tropicali e 1.205 milioni di ettari (49,5%) erano foreste temperate. Le riserve mondiali di legname sono state stimate in 5412,5 milioni di tonnellate.Tra i paesi europei, il più "boscoso" è la Finlandia, dove le foreste occupano il 70% del suo territorio. La Gran Bretagna è povera di foreste: occupano meno del 6% dell'area del paese. La superficie totale del fondo forestale della Federazione Russa nel 1991 era di 1182,6 milioni di ettari, la superficie boschiva - 771,1 milioni di ettari, lo stock totale di legno nelle foreste - 81,6 miliardi di m3. Il legno è una materia prima universale da cui è possibile realizzare più di 15-20 mila prodotti diversi.

Le risorse forestali sono legno, prodotti tecnici, medicinali e altri prodotti forestali che vengono utilizzati per soddisfare i bisogni della popolazione e della produzione e si riproducono nel processo di formazione di complessi naturali forestali. Le risorse forestali comprendono anche le proprietà benefiche delle foreste (la capacità di ridurre gli effetti negativi dei fenomeni naturali, proteggere il suolo dall'erosione, prevenire l'inquinamento ambientale e purificarlo, aiutare a regolare il flusso dell'acqua, migliorare la salute della popolazione e la sua educazione estetica, ecc. .), che servono a soddisfare i bisogni pubblici.

Le risorse forestali sono un insieme di benefici materiali della foresta che possono essere utilizzati senza danni all'ambiente con la massima efficienza economica. Tutta la varietà delle risorse forestali, a seconda della loro destinazione e delle caratteristiche di utilizzo, sono raggruppate nei seguenti gruppi:

- materie prime di origine legnosa - legno, verdure arboree, cortecce;

- risorse di origine non legnosa - funghi, bacche, frutti, noci, risorse medicinali, foraggi e risorse tecniche di vegetazione non legnosa, ecc.;

- risorse di origine animale - fauna forestale utile e nociva, uova, miele, corna di ungulati selvatici, ecc.;

- le funzioni utili multilaterali della foresta e il suo impatto positivo sull'ambiente naturale.

Non solo le risorse forestali svolgono diverse funzioni economiche nella società. Le risorse vegetali erbacee svolgono un ruolo altrettanto importante. In base alla loro importanza per l'uomo, sono divisi nei seguenti gruppi:

- piante foraggere pregiate;

- piante medicinali;

- impianti tecnici;

- il resto - piante decorative e altre

Va notato che la vegetazione di nessuna zona naturale non ha subito un impatto antropico così catastrofico come la vegetazione delle steppe, soprattutto negli ultimi 150-200 anni, quando l'aspetto di questa zona paesaggistica è cambiato radicalmente. Le principali direzioni dell'impatto dell'attività economica umana sull'erba della steppa sono associate a fattori come il pascolo, la completa distruzione della vegetazione vergine durante l'aratura, la fienagione, la costruzione di città, impianti industriali, vie di trasporto, ecc.

3.2 Protezione delle specie vegetali rare

Sul territorio della Russia ci sono molte piante con una varietà di proprietà utili. Il loro uso per scopi pratici è ancora lontano dall'essere completo. Basti dire che su 300 mila specie della flora mondiale delle piante superiori, solo circa 2500 specie sono sistematicamente utilizzate dall'uomo nell'attività economica e periodicamente - fino a 20 mila specie. In Russia, circa 250 specie vengono utilizzate per scopi economici. Molte piante hanno proprietà preziose e sono utilizzate in medicina, tecnologia, cucina, floricoltura e paesaggistica.

Il mondo delle piante medicinali non è stato sufficientemente studiato. Attualmente è in fase di esplorazione intensiva. Studi approfonditi condotti da farmacologi, chimici, botanici e coltivatori di piante hanno permesso di identificare nuove piante di valore medicinale che possono essere utilizzate nella pratica medica non solo sotto forma di preparati, ma anche sotto forma di singole sostanze. Anche le proprietà nutrizionali delle piante sono state poco studiate. Alla fine del 20° secolo iniziò un'intensa ricerca di nuove piante che potessero fornire più proteine ​​di quelle già conosciute nella coltivazione delle piante. Un tale esempio è la clorella, che attrae gli scienziati con la sua più grande capacità fotosintetica. Utilizza fino al 20% dell'energia solare in condizioni artificiali (piante da fiore - 2%) e la sua resa è 25 volte superiore al grano. Lo studio di molte piante che scompaiono dalla faccia della Terra aiuta a svelare nuove pagine di storia, a comprendere meglio le leggi della formazione del mondo vegetale. Fino ai nostri giorni sono state preservate antiche forme di piante, la cui importanza per la scienza non può essere sopravvalutata. In Russia ci sono pini Eldar e altre piante della flora del periodo terziario. Sono specie rare e parzialmente in via di estinzione soggette a protezione, ad esempio nel bacino del fiume Ussuri: vite di magnolia, lillà dell'Amur, ecc.

Alcune piante diventano rare e in pericolo a causa del loro sterminio. Un esempio di questo è il ginseng, ovvero la "radice della vita", che è quasi scomparsa dalle foreste dell'estremo oriente. La protezione delle piante rare sta diventando un importante compito dello Stato. 533 specie di piante soggette a protezione sono elencate nel Libro rosso della Federazione Russa. Tra questi vanno menzionati: ginseng, aralia continentale, loto, castagna d'acqua, esca, scarpetta da donna, ecc.

La conservazione di specie rare e in via di estinzione può essere effettuata in diversi modi:

- il primo modo è il divieto di qualsiasi azione: falciatura, rottura, danneggiamento;

- la seconda via - la tutela delle specie rare nelle riserve naturali, nei parchi nazionali, nei santuari faunistici, dichiarando monumenti naturali;

- la terza via - la creazione di siti di raccolta e riserve nella rete degli orti botanici e delle altre istituzioni scientifiche.

Le piante trasferite in appezzamenti di raccolta possono essere mantenute in coltura per un periodo indefinitamente lungo ed essere una riserva necessaria per vari scopi. Insieme alle specie vegetali rare e in via di estinzione, anche le piante di valore economico che crescono in natura sono soggette a protezione. In questo caso, la cosa principale è il loro uso razionale e la lotta contro il bracconaggio forme di raccolta disorganizzata.

3.3 Protezione delle foreste e dei pascoli naturali

Le specie vegetali non esistono isolatamente. Sono collegati da molti fili con altri componenti vegetali, animali e fattori abiotici di complessi naturali. Pertanto, la protezione della vegetazione è un compito complesso, dovrebbe essere svolto attraverso la protezione dell'intero ambiente naturale, comprese le comunità vegetali, che includono queste specie vegetali. Tutta la flora e i suoi raggruppamenti - le fitocenosi sono soggette a protezione.

Gli obiettivi principali della protezione forestale sono l'uso irrazionale e il ripristino. Le misure per proteggere le foreste delle aree scarsamente boscose stanno diventando sempre più importanti in relazione al loro ruolo di protezione delle acque, protezione del suolo, sanitario e di miglioramento della salute. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata alla protezione delle foreste di montagna, in quanto svolgono importanti funzioni di regolazione dell'acqua e di protezione del suolo. Con una corretta gestione forestale, il ritaglio in una determinata area dovrebbe essere effettuato non prima di 80-100 anni, quando si raggiunge la piena maturazione. Negli anni 60-80. 20 ° secolo in un certo numero di regioni della parte europea della Russia, ripetuti abbattimenti sono tornati molto prima, il che ha portato alla perdita del loro significato di formazione del clima e di regolazione dell'acqua e il numero di foreste a foglia piccola è aumentato. Una misura importante per l'uso razionale delle foreste è la lotta contro la perdita di legname. Spesso si verificano perdite significative durante la raccolta del legno. Rami e aghi rimangono nelle aree di abbattimento, che sono un materiale prezioso per la preparazione della farina di conifere - mangime vitaminico per il bestiame. I rifiuti del disboscamento sono promettenti per l'ottenimento di oli essenziali.

Il tempestivo rimboschimento è la condizione più importante per la conservazione delle risorse forestali. In Russia, circa un terzo delle foreste abbattute ogni anno viene ripristinato naturalmente, il resto richiede misure speciali per il loro rinnovamento. Sul 50% della superficie sono sufficienti solo misure per favorire la rigenerazione naturale, mentre sul resto sono necessarie la semina e la piantumazione di alberi. La pulizia delle foreste dai rami, corteccia, aghi, ecc. rimasti dopo il taglio, ha un effetto positivo sul ripristino delle foreste.

Le misure migliorative svolgono un ruolo importante nella riproduzione delle foreste: drenare i terreni impregnati d'acqua, piantare alberi, arbusti ed erbe che migliorano il suolo. Ciò influisce favorevolmente sulla crescita degli alberi e sulla qualità del legno. Dove non c'è rimboschimento naturale sulle radure, dopo aver allentato il terreno, si seminano semi o piantine coltivate nei vivai. Allo stesso modo, le foreste vengono ripristinate nelle aree bruciate, nelle radure, piantando varietà di alberi altamente produttive. Insieme al rimboschimento e all'aumento della produttività della foresta, insieme alla corretta selezione e all'uso diffuso di specie a crescita rapida, al drenaggio ragionevole delle zone umide, sono necessarie misure tempestive di cura delle foreste. Diradamento, disboscamento, alleggerimento, abbattimento sanitario, protezione da incendi, parassiti e malattie, danni al bestiame, ecc.: tutto ciò migliora le condizioni della foresta, ne aumenta la produttività. Queste misure, se adeguatamente attuate, contribuiscono alla protezione della foresta come complesso naturale.

Negli ultimi anni, il centro di disboscamento in Russia è stato trasferito in Siberia. Si procede al rimboschimento, si eliminano le conseguenze del disboscamento sconsiderato, si eseguono tagli sanitari e altri lavori di cura delle foreste. Le piantagioni forestali vengono effettuate su aree libere e terre desolate non boscose. Cercano di utilizzare la foresta in modo più ampio e completo. Pertanto, nel 1991, l'area di taglio consentita (norma sull'uso delle foreste) in Russia nel suo insieme era di oltre 550 milioni di m3, inclusi 340 milioni di m3 di specie di conifere. Infatti, l'uso della CAA è del 46% in termini di volume totale e del 52% in termini di specie di conifere. Il diradamento delle foreste è stato effettuato su un'area di oltre 2 milioni di ettari, il rimboschimento - su un'area di 1,6 milioni di ettari. Nell'attuale fase di sviluppo della silvicoltura, i volumi di riforestazione raggiunti garantiscono la conservazione e anche un certo aumento dei terreni boschivi.

La protezione delle foreste dagli incendi viene effettuata sul 65% dell'area del fondo forestale della Federazione Russa. Il controllo di parassiti e malattie è stato effettuato nel 1991 su una superficie totale di 565.000 ha, di cui 483.000 ha con metodi e mezzi biologici.

Letteratura

1. Akimova T.A., Khaskin V.V. Ecologia. - M., 2011.

2. Konstantinov V. M. Basi ecologiche della gestione della natura. - M., 2010.

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6. Khatuntsev Yu. L. Ecologia e sicurezza ambientale. - M., 2002.

7. Ecocultura. Alla ricerca di una via d'uscita dalla crisi ecologica. / Ed. N. N. Marfenina. - M.: MNEPU, 1998.

8. Sicurezza ambientale dei flussi di traffico. / Sotto. ed. AB Dyakova. - M.: Trasporti, 1989.

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Il termine "biosfera" fu introdotto nel 1875 dal geologo austriaco E. Suess; il fondatore della moderna teoria della biosfera è lo scienziato russo V. I. Vernadsky. Secondo V. I. Vernadsky, la biosfera copre lo spazio in cui la materia vivente agisce come una forza geologica che forma la faccia della Terra;

Nella visione moderna, la biosfera è un grande sistema dinamico complesso costituito da molti componenti di natura animata e inanimata, la cui integrità è mantenuta come risultato del ciclo biologico costantemente operativo delle sostanze.

Gli insegnamenti di V. I. Vernadsky si basano sulle idee del ruolo geochimico planetario della materia vivente nella formazione della biosfera, come prodotto di una trasformazione a lungo termine della materia e dell'energia nel corso dello sviluppo geologico della Terra. La sostanza vivente è un insieme di organismi viventi che sono esistiti o esistono in un certo periodo di tempo e sono un potente fattore geologico. A differenza degli esseri viventi studiati dalla biologia, la materia vivente come fattore biogeochimico è caratterizzata da composizione elementare, massa ed energia. Accumula e trasforma l'energia solare e coinvolge la materia inorganica in un ciclo continuo. Gli atomi di quasi tutti gli elementi chimici sono passati ripetutamente attraverso la materia vivente. In definitiva, la materia vivente ha determinato la composizione dell'atmosfera, dell'idrosfera, dei suoli e, in larga misura, delle rocce sedimentarie del nostro pianeta.

IN E. Vernadsky ha sottolineato che la materia vivente accumula l'energia del cosmo, la trasforma nell'energia dei processi terrestri (chimici, meccanici, termici, elettrici, ecc.) e, in un continuo scambio di sostanze con la materia inerte del pianeta, assicura la formazione della materia vivente, che non solo sostituisce le sue masse morenti, ma introduce anche nuove qualità, determinando così il processo di evoluzione del mondo organico.

Secondo V. I. Vernadsky, la biosfera comprende quattro componenti principali:

materia vivente - la totalità di tutti gli organismi viventi;

materia biogenica, ovvero prodotti formatisi a seguito dell'attività vitale di vari organismi (carbone, bitume, torba, lettiera forestale, humus del suolo e ip.);

materia bioinerte - materia inorganica trasformata da organismi (ad esempio l'atmosfera superficiale, alcune rocce sedimentarie, ecc.);

materia inerte - rocce di origine prevalentemente ignea, inorganica che costituiscono la crosta terrestre.

Qualsiasi specie di piante, animali e microrganismi, interagendo con l'ambiente, ne garantisce l'esistenza non come somma di individui, ma come un unico insieme funzionale, che è una popolazione (popolazioni di pini, zanzare, ecc.).

Secondo S.S. Schwartz, una popolazione è un raggruppamento elementare di organismi di una determinata specie, che ha tutte le condizioni necessarie per mantenere la sua popolazione per un tempo indefinitamente lungo e in condizioni ambientali in continua evoluzione. In altre parole, una popolazione è una forma di esistenza di una specie, quel sistema sovraorganismo che rende una specie potenzialmente (ma non realmente) immortale. Ciò indica che la capacità di adattamento della popolazione è molto superiore a quella dei singoli organismi che la compongono.

Una popolazione come unità ecologica elementare ha una certa struttura, che è caratterizzata dai suoi individui costituenti e dalla loro distribuzione nello spazio. Le popolazioni sono caratterizzate da crescita, sviluppo e capacità di mantenere l'esistenza in condizioni in costante cambiamento.

In natura, le popolazioni di piante, animali e microrganismi costituiscono sistemi di rango superiore: comunità di organismi viventi o, come vengono comunemente chiamate, biocenosi. La biocenosi è un gruppo organizzato di popolazioni di piante, animali e microrganismi che vivono in interazione nelle stesse condizioni ambientali. Il concetto di "biocenosi" fu proposto nel 1877 dallo zoologo tedesco K-Moebius, il quale scoprì che tutti i membri di una comunità di organismi viventi sono in stretta e costante relazione. La biocenosi è un prodotto della selezione naturale, quando la sua esistenza sostenibile nel tempo e nello spazio dipende dalla natura dell'interazione delle popolazioni ed è possibile solo con l'apporto obbligatorio di energia radiante dal Sole e la presenza di una circolazione costante di sostanze.

A volte, per semplificare lo studio della biocenosi, è condizionatamente suddivisa in componenti separati: fitocenosi - vegetazione, zoocenosi - fauna, microbiocenosi - microrganismi. Tale divisione porta alla separazione artificiale di gruppi separati di organismi viventi che non possono esistere in modo indipendente. Non può esistere un sistema stabile che consisterebbe solo di piante o solo di animali. Le comunità e le loro componenti devono essere considerate come un'unità biologica di diversi tipi di organismi viventi.

La biocenosi non può svilupparsi da sola, al di fuori e indipendentemente dall'ambiente del mondo inorganico. Di conseguenza, in natura si formano alcuni complessi relativamente stabili, insiemi di componenti viventi e non viventi. Uno spazio con condizioni omogenee abitato da una comunità di organismi (biocenosi) è chiamato biotopo, cioè un biotopo è un luogo di esistenza, un habitat per una biocenosi. Pertanto, la biocenosi può essere considerata come un complesso di organismi storicamente stabilito, caratteristico di questo particolare biotopo.

La biocenosi forma un'unità dialettica con il biotopo, un macrosistema biologico di rango ancora più elevato: la biogeocenosi. Il termine "biogeocenosi", che denota la totalità della biocenosi e del suo habitat, fu proposto nel 1940 da V.N. Sukachev. Il termine è praticamente identico al termine "ecosistema", che appartiene ad A. Tensley.

Un sistema ecologico è un sistema costituito da elementi viventi e non viventi dell'ambiente, tra i quali vi è uno scambio di materia, energia e informazioni. I sistemi ecologici di rango diverso possono comprendere un numero limitato o molto grande di componenti e occupare aree e volumi piccoli o molto grandi; il sistema ecologico dell'Europa, il sistema ecologico del paese, il sistema ecologico della regione, del distretto, dell'area di attività dell'impresa, ecc.

La biogeocenosi è intesa come un elemento della biosfera, dove, per una certa misura, la biocenosi (comunità di organismi viventi) e il biotopo ad essa corrispondente (parti di atmosfera, litosfera e idrosfera) rimangono omogenei e strettamente interconnessi in un unico complesso . Cioè, la biogeocenosi è intesa come un complesso naturale naturale attraverso il quale non passa alcun confine significativo biocenotico, geomorfologico, idrologico, microclimatico, notturno-geochimico o qualsiasi altro confine. Questa è una regione della biosfera omogenea in termini di condizioni topografiche, microclimatiche, idrologiche e biotiche. Il concetto di "sistema ecologico" non porta questa limitazione e può combinare diversi complessi naturali (bosco, prato, fiume, ecc.). La stessa biogeocenosi è un sistema ecologico elementare.

L'unità strutturale elementare della biosfera - la biogeocenosi - è costituita da due componenti interconnesse (Fig. 3.1):

abiotico (biotopo), compresi gli elementi abiotici dell'ambiente che sono in relazione con gli organismi viventi;

biotico (biocenosi), una comunità di organismi viventi che vivono all'interno di un biotopo selezionato (sistema ecologico selezionato).

La componente abiotica comprende i seguenti componenti: litosfera, idrosfera e atmosfera.

Nella litosfera si distingue una sezione di un insieme di rocce, la superficie terrestre, che sono l'habitat degli organismi viventi e fanno parte della biocenosi selezionata. Una caratteristica importante di un biotopo è un'area della superficie terrestre con una struttura speciale e una composizione materiale dei suoli (pedosfera) all'interno dell'area selezionata.

L'idrosfera comprende le acque superficiali e sotterranee situate all'interno del biotopo e che forniscono direttamente o indirettamente l'attività vitale degli organismi viventi, nonché le acque che cadono sotto forma di precipitazione nel territorio di un'area selezionata.

L'atmosfera (componente gassosa) comprende: aria atmosferica; gas disciolti nelle acque superficiali e sotterranee; la componente gassosa dei suoli, nonché i gas rilasciati dalla catena montuosa, che influiscono direttamente o indirettamente sull'attività vitale degli organismi viventi.

La componente biotica dell'ambiente naturale (biocenosi) comprende tre componenti: fitocenosi-produttori (produttori) di produzione primaria, accumulando energia solare; eocenosi - consumatori, produttori di prodotti secondari, che utilizzano per la loro vita l'energia contenuta nella materia organica della fitocenosi; riduttori di microbocenosi (distruttori), organismi che vivono dell'energia della materia organica morta e ne assicurano la distruzione (mineralizzazione) con la produzione di elementi minerali iniziali in una forma conveniente per l'uso da parte delle piante per la riproduzione di prodotti organici primari.

Tutte le componenti dell'ambiente naturale (biogeocenosi), le sue componenti biotiche e abiotiche sono in costante relazione e garantiscono lo sviluppo evolutivo l'una dell'altra. La composizione e le proprietà della litosfera, dell'idrosfera e dell'atmosfera determinano in gran parte gli organismi viventi. Allo stesso tempo, gli stessi organismi viventi, fornendo l'attività vitale l'uno dell'altro, dipendono dai cambiamenti delle condizioni ambientali. L'ambiente esterno fornisce loro energia e nutrienti essenziali.

Quindi, in generale, la biosfera comprende i seguenti livelli di vita: popolazione, biocenosi, biogeocenosi. Ciascuno di questi livelli è relativamente indipendente, il che garantisce l'evoluzione del macrosistema nel suo insieme, dove l'unità in evoluzione è la popolazione. Allo stesso tempo, l'unità strutturale elementare della biosfera è la biogeocenosi, cioè la comunità di organismi in congiunzione con l'habitat inorganico (vedi Fig. 3.1).

Nelle condizioni moderne, l'attività umana trasforma le risorse naturali (foreste, steppe, laghi). Sono sostituiti dalla semina e dalla messa a dimora di piante coltivate. È così che si formano nuovi sistemi ecologici: agrobiogeocenosi o agrocenosi. Le agrocenosi non sono solo campi agricoli, ma anche piantagioni forestali protettive, pascoli, piantagioni forestali, stagni e bacini artificiali, canali e paludi prosciugate. Nella maggior parte dei casi, le agrobiocenosi nella loro struttura sono caratterizzate da un piccolo numero di specie di organismi viventi, ma dalla loro elevata abbondanza. Sebbene ci siano molte caratteristiche specifiche nella struttura e nell'energia delle biocenosi naturali e artificiali, non ci sono differenze fondamentali tra di loro.

La situazione è molto più complicata con i sistemi ecologici che sorgono nelle zone di influenza di imprese industriali, città, dighe e altre grandi strutture ingegneristiche. Qui, a seguito dell'impatto attivo delle persone sull'ambiente, si formano sistemi ecologici qualitativamente nuovi, il cui funzionamento è assicurato grazie ai processi naturali e al costante impatto di un'impresa industriale sull'abiotico (non vivente) e componenti biotici (viventi) della natura.

5. Ciclo biotico delle sostanze nella biosfera

L'esistenza della biosfera nel suo insieme e delle sue singole parti assicura la circolazione delle sostanze e la conversione dell'energia:

La circolazione delle sostanze nella biosfera avviene in primo luogo sulla base dell'attività vitale di un'ampia varietà di organismi. Ogni organismo estrae dall'ambiente le sostanze necessarie alla sua attività vitale e restituisce quelle inutilizzate. Inoltre, alcuni tipi di organismi viventi consumano le sostanze di cui hanno bisogno Direttamente dall'ambiente, altri utilizzano prodotti lavorati e isolati prima, altri poi, e così via fino a quando la sostanza non ritorna all'ambiente naturale1 nel suo stato originale. Da qui nasce l'esigenza della coesistenza di vari organismi (diversità di specie) capaci di utilizzare i prodotti della reciproca attività vitale, cioè che operi praticamente senza sprechi; nuova produzione di prodotti biologici.

Il numero totale di organismi viventi e la velocità del loro sviluppo nella biocenosi dipendono dalla quantità di energia che entra nel sistema ecologico, dalla velocità del suo trasferimento attraverso i singoli elementi del sistema e dall'intensità della circolazione delle sostanze minerali. Una caratteristica di questi processi è che i nutrienti (carbonio, azoto, acqua, fosforo, ecc.) circolano costantemente tra il biotopo e la biocenosi, cioè vengono utilizzati innumerevoli volte, e l'energia entra nel sistema ecologico sotto forma di un ruscello di radiazione solare, è esaurito ^ Xia completamente. Secondo la legge di conservazione e trasformazione, l'energia che entra nel sistema ecologico può cambiare da una forma all'altra. Il secondo principio fondamentale è che qualsiasi azione legata alla trasformazione dell'energia non può aver luogo senza la sua perdita sotto forma di Calore dissipato nello spazio, cioè parte dell'energia che entra nel sistema ecologico va perduta e non può funzionare.

Qualsiasi sistema ecologico nel processo della sua evoluzione tende al suo stato di equilibrio, quando tutti i suoi parametri fn=eic assumono un valore costante, e il coefficiente di efficienza raggiunge il suo valore massimo»

L'attività vitale di qualsiasi organismo è assicurata grazie alle molteplici relazioni biotiche che instaura con altri organismi. Tutti gli organismi possono essere classificati in base alla modalità di alimentazione e al livello trofico al quale si trovano nella catena alimentare generale. Secondo il metodo di nutrizione, si distinguono due gruppi: autotrofi ed eterotrofi.

Gli autotrofi hanno la capacità di creare sostanze organiche da sostanze inorganiche utilizzando l'energia del Sole o l'energia rilasciata durante le reazioni chimiche.

Gli organismi eterotrofi usano la materia organica come cibo. In questo caso, le piante viventi oi loro frutti, i resti morti di piante e animali possono essere utilizzati come cibo. Inoltre, ogni organismo in natura in una forma o nell'altra funge da fonte di nutrimento per un certo numero di altri organismi.

Come risultato del successivo passaggio della materia organica da un livello trofico all'altro, si verifica il ciclo della materia e il trasferimento di energia in natura (Fig. 3.2). Allo stesso tempo, le sostanze organiche, passando da un livello trofico all'altro, sono parzialmente escluse dal ciclo. Di conseguenza, i composti organici si accumulano sulla Terra sotto forma di depositi minerali (torba, carbone, petrolio, gas, scisti bituminosi, ecc.). Tuttavia, in sostanza, la biomassa sulla Terra non si accumula, ma si mantiene ad un certo livello, poiché viene costantemente distrutta e ricreata dallo stesso materiale da costruzione, cioè entro i suoi limiti avviene una circolazione ininterrotta di sostanze. In tavola. 3.1 fornisce dati sul tasso di riproduzione della biomassa per alcuni sistemi ecologici naturali.

Nel processo di attività vitale degli organismi, anche la parte inanimata della biosfera è stata radicalmente trasformata. Nell'atmosfera apparve ossigeno libero e nei suoi strati superiori apparve uno schermo di ozono; l'anidride carbonica, estratta dagli organismi dall'aria e dall'acqua, è stata conservata in depositi di carbone e carbonato di calcio.

Come risultato dei processi geologici, si verificano deformazioni e distruzione della parte superiore della litosfera. Le rocce sedimentarie precedentemente sepolte sono di nuovo in superficie. In futuro si verifica il loro invecchiamento, in cui anche gli organismi viventi prendono parte attiva.

Rilasciando anidride carbonica, acidi organici e minerali, contribuiscono alla distruzione delle rocce e quindi partecipano al processo di migrazione degli elementi chimici.

La quantità totale di energia solare ricevuta annualmente dalla Terra è di circa 2-1024 J. Nel processo di fotosintesi, si formano circa 100 miliardi di tonnellate di materia organica all'anno e si accumulano 1,9-1021 J di energia solare. Per i processi di fotosintesi, 170 miliardi di tonnellate di anidride carbonica vengono coinvolte ogni anno dall'atmosfera, circa 130 miliardi di tonnellate di acqua vengono decomposte con mezzi fotochimici e 115 miliardi di tonnellate di ossigeno vengono rilasciate nell'ambiente. Inoltre, nella circolazione delle sostanze sono coinvolti 2 miliardi di tonnellate di azoto, silicio, ammonio, ferro, calcio e molte altre sostanze. In totale, più di 60 elementi sono coinvolti nel ciclo biologico.

La fase di sintesi della materia organica è sostituita nella fase successiva del ciclo biologico dalla fase della sua distruzione con contemporanea dissipazione dell'energia chimica potenziale (sotto forma di energia termica) nello spazio.Di conseguenza, la materia organica passa in gas, forme liquide e solide (minerali e altri composti). Nel processo di queste tre fasi si rinnova il ciclo biologico, che è supportato dall'energia solare e in cui sono coinvolte praticamente le stesse masse di sostanze ed elementi chimici.

Nel processo di circolazione geologica delle sostanze, i composti minerali vengono trasferiti da un luogo all'altro su scala planetaria, e c'è anche un trasferimento e un cambiamento nello stato di aggregazione dell'acqua (liquido, solido - neve, ghiaccio; gassoso - lari). L'acqua circola più intensamente allo stato di vapore.

Il ciclo dell'acqua nella biosfera si basa sul fatto che l'evaporazione totale è compensata dalle precipitazioni. Allo stesso tempo, dall'oceano evapora più acqua di quella che ritorna con le precipitazioni. Sulla terraferma, al contrario, cadono più precipitazioni, ma l'eccesso scorre nei laghi e nei fiumi, e da lì di nuovo nell'oceano.

Con l'avvento della materia vivente basata sul ciclo dell'acqua e sui composti minerali disciolti in essa, ad es. sulla base dell'abiotico, geologico, sorse il ciclo della materia organica, o il piccolo ciclo biologico.

Nel ciclo biologico, il processo più importante è la traspirazione. Quando l'umidità del suolo viene assorbita dalle radici di una pianta, le sostanze minerali e organiche disciolte nell'acqua vi entrano con l'acqua. Il processo di traspirazione è importante anche per regolare la temperatura della pianta, prevenendone il surriscaldamento. A causa della perdita di calore che si verifica durante l'evaporazione dell'acqua, la temperatura della pianta diminuisce. Allo stesso tempo, questo processo è regolato dalla pianta stessa: nella stagione calda, gli stomi situati sulle foglie si aprono più larghi e ciò contribuisce ad un aumento dell'evaporazione e ad una diminuzione della temperatura, e a una temperatura più bassa, gli stomi sono coperti , l'intensità dell'evaporazione diminuisce. Pertanto, la traspirazione è sia un processo fisiologico che fisico, poiché differisce dalla normale evaporazione dalla materia inanimata nella capacità di regolare la pianta stessa.

La capacità di traspirazione di una pianta è spesso stimata dal coefficiente di traspirazione, che caratterizza il volume d'acqua che deve essere speso per formare una massa unitaria di sostanza secca della pianta. Ad esempio, per la formazione di 1 tonnellata di massa vegetale macinata di grano, ad es. grano e paglia, vengono consumati 300-500 m3 di acqua Il consumo di acqua per la traspirazione dipende da un gran numero di fattori: la natura della pianta stessa, le condizioni meteorologiche e la presenza di umidità nel terreno. Nella stagione calda e secca, la pianta ha bisogno di spendere una grande quantità di acqua per la traspirazione.

Le radici delle piante assorbono l'umidità del suolo da diverse profondità. L'apparato radicale del grano si estende fino a una profondità di 2,0-2,5 m, le radici di quercia a volte penetrano fino a una profondità di 20 M. Per questo motivo, le piante sono in grado di utilizzare l'umidità situata a grandi profondità e dipendono meno dalle fluttuazioni del contenuto di umidità dello strato di suolo superficiale.

L'evaporazione dal suolo non può essere considerata isolatamente dalla traspirazione: ad esempio, sotto una volta forestale, poca acqua evapora dalla superficie del suolo, indipendentemente dalla sua presenza. Questo perché la radiazione solare penetra debolmente attraverso le chiome degli alberi. Inoltre, sotto la volta della foresta, la velocità del movimento dell'aria rallenta ed è più satura di umidità. In queste condizioni, la maggior parte dell'umidità evapora a causa della traspirazione.

Nel ciclo dell'acqua, le fasi più importanti sono quelle che si verificano all'interno dei singoli bacini fluviali e lacustri. La vegetazione svolge un'importante funzione schermante, trattenendo parte dell'acqua che cade in precipitazione. Questa intercettazione, che, ovviamente, è massima durante le piogge leggere, può arrivare fino al 25% delle precipitazioni totali alle latitudini temperate.

Parte dell'acqua viene trattenuta nel terreno e più forte, più significativo è il complesso colloidale del suolo (humus e argilla). Quella parte dell'acqua che penetra nel terreno fino a una profondità di 20-30 cm può risalire in superficie attraverso i capillari ed evaporare. Pertanto, il passaggio dell'acqua dalla superficie all'atmosfera avviene a seguito dell'evaporazione fisica e del processo di traspirazione. Allo stesso tempo, la quantità di acqua traspirata dalle piante aumenta con il miglioramento del loro approvvigionamento idrico. Quindi, una betulla fa evaporare 0,075 m3 di acqua al giorno; faggio - 0,1 m; tiglio - 0,2 e 1 ha di foresta - 20-50 m3. 1 ettaro di bosco di betulle, il cui peso del fogliame è di 4940 kg, evapora 47 m - "di acqua al giorno e 1 ettaro di bosco di abeti rossi, il cui peso dell'ago è di 31 mila kg. Traspira 43 m:< воды в день. 1 га пше­ницы за период развития использует 375 мм осадков, а проду­цирует 12,5 т (сухая масса) растительного вещества.

Il ciclo biologico, a differenza del ciclo geologico, richiede meno energia. Solo lo 0.!-0,2% dell'energia solare incidente sulla Terra viene speso per la creazione di materia organica (fino al 50% sul ciclo geologico) - Nonostante questo. l'energia coinvolta nel ciclo biologico fa un ottimo lavoro nel creare produzione primaria sul pianeta.

La circolazione delle sostanze è solitamente chiamata cicli biogeochimici. I principali cicli biogeochimici sono la circolazione di ossigeno, carbonio, acqua, azoto, fosforo e una serie di altri elementi.

In generale, ogni circolazione di qualsiasi elemento chimico fa parte della grandiosa circolazione generale delle sostanze sulla Terra, cioè sono tutte strettamente interconnesse da varie forme di interazione. I principali collegamenti dei cicli biogeochimici sono gli organismi viventi, che determinano l'intensità di tutti i cicli e il coinvolgimento di quasi tutti gli elementi della crosta terrestre in essi.

Quasi tutto l'ossigeno molecolare presente nell'atmosfera terrestre si origina e si mantiene ad un certo livello grazie all'attività delle piante verdi. In grandi quantità, viene consumato dagli organismi nel processo di respirazione. Ma, inoltre, avendo un'elevata attività chimica, l'ossigeno entrerà sicuramente nei composti con quasi tutti gli elementi della crosta terrestre. Si stima che tutto l'ossigeno contenuto nell'atmosfera passi attraverso gli organismi viventi (legandosi durante la respirazione e rilasciato durante la fotosintesi) in 200 anni, l'anidride carbonica cicli in direzione opposta in 300 anni e tutte le acque sulla Terra siano decomposte e ricreate da fotosintesi e respirazione in 2 milioni di anni.

Il ciclo e la migrazione delle sostanze nei cicli biochimici possono essere considerati prendendo come esempio il ciclo del carbonio (Fig. 3.3). Sulla terra, inizia con la fissazione dell'anidride carbonica da parte delle piante durante la fotosintesi. L'anidride carbonica contenuta nell'atmosfera viene assorbita dalle piante e, come risultato della fotosintesi, si formano idrocarburi e viene rilasciato ossigeno.

A loro volta, i carboidrati sono il materiale di partenza per la formazione delle piante.

Il carbonio fissato nella pianta è in gran parte consumato dagli animali. Anche gli animali rilasciano anidride carbonica quando respirano. Le piante e gli animali obsoleti vengono decomposti dai microrganismi, a seguito dei quali il carbonio della materia organica morta viene ossidato in anidride carbonica e rientra nell'atmosfera. Un ciclo simile del carbonio si verifica nell'oceano.

Parte dell'anidride carbonica dall'atmosfera entra nell'oceano, dove è in forma disciolta. Cioè, l'oceano garantisce il mantenimento dell'anidride carbonica nell'atmosfera entro determinati limiti. A sua volta, il contenuto di carbonio nell'oceano a un certo livello è fornito dalle riserve accumulate di carbonato di calcio nei sedimenti del fondo. La presenza di questo processo naturale permanente regola in una certa misura il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera e nelle acque dell'oceano.

Il ciclo dell'azoto, come altri cicli biogeochimici, copre tutte le aree della biosfera (Fig. 3.4). L'azoto, che è molto abbondante nell'atmosfera, viene assorbito dalle piante solo dopo essere stato combinato con idrogeno o ossigeno. Nelle condizioni moderne, l'uomo è intervenuto nel ciclo dell'azoto. Coltiva legumi che fissano l'azoto su vaste aree o fissa artificialmente l'azoto naturale. Si ritiene che l'agricoltura e l'industria forniscano quasi il 60% in più di azoto fisso rispetto a quello prodotto naturalmente.

Il ciclo del fosforo, che è uno degli elementi principali richiesti dagli organismi viventi, è relativamente semplice. Le principali fonti di fosforo sono le rocce ignee (apatiti) e sedimentarie (fosforiti). Il fosforo inorganico è coinvolto nel ciclo come risultato dei processi di lisciviazione naturale. Il fosforo viene assimilato dagli organismi viventi che, con la sua partecipazione, sintetizzano un certo numero di composti organici e lo trasferiscono a diversi livelli trofici. Terminato il loro viaggio attraverso le catene trofiche, i fosfati organici vengono decomposti dai microbi e si trasformano in ortofosfati minerali a disposizione delle piante verdi. I fosfati entrano nei corpi idrici a causa del deflusso dei fiumi, che contribuisce allo sviluppo del fitoplancton e degli organismi viventi situati a diversi livelli della catena trofica dei corpi idrici d'acqua dolce o marini. Il ritorno dei fosfati minerali nell'acqua viene effettuato anche come risultato dell'attività dei microrganismi. Tuttavia, va notato che i fosfati depositati a grandi profondità sono esclusi dal ciclo, che deve essere preso in considerazione quando si compila il bilancio di questo ciclo biogeochimico. Pertanto, c'è solo un parziale ritorno del fosforo che è caduto nell'oceano e ritorna sulla terraferma. Questo processo si verifica come risultato della vita degli uccelli che si nutrono di pesci.

Parte del fosforo arriva nel continente a causa della pesca umana. Tuttavia, la quantità di fosforo fornita annualmente con i prodotti ittici è molto inferiore alla sua rimozione nell'idrosfera, che raggiunge molti milioni di tonnellate all'anno. Inoltre, applicando fertilizzanti fosfatici ai campi, una persona accelera notevolmente il processo di rimozione del fosforo nei corsi d'acqua e nell'oceano. Allo stesso tempo, i corpi idrici provocano danni ambientali, poiché i processi naturali dell'attività vitale degli organismi che vivono nell'acqua sono disturbati.

Poiché le riserve di fosforo sono molto limitate, il suo consumo incontrollato può portare a una serie di conseguenze negative. È il principale fattore limitante per gli organismi autotrofi sia dell'ambiente acquatico che terrestre, il principale regolatore di numerosi altri cicli biogeochimici, ad esempio il contenuto di nitrati nell'acqua o di ossigeno nell'atmosfera dipende in gran parte dall'intensità del ciclo del fosforo nella biosfera.

6. sistemi ecologici naturali

Struttura e dinamica delle popolazioni. Lo studio della struttura e della dinamica delle popolazioni è di grande importanza pratica.

Non conoscere i modelli di vita della popolazione. È impossibile garantire lo sviluppo di misure ambientali, ingegneristiche e organizzative scientificamente fondate per l'uso razionale e la protezione delle risorse naturali.

L'approccio della popolazione allo studio dell'attività vitale degli organismi si basa sulla loro capacità di regolarne l'abbondanza e la densità sotto l'influenza di vari fattori ambientali abiotici e biotici.

I parametri principali di una popolazione sono la sua abbondanza e densità. La dimensione della popolazione è il numero totale di individui in una data area o in un dato volume. Non è mai costante e, di regola, dipende dal rapporto tra l'intensità della riproduzione e la mortalità.

La densità di popolazione è determinata dal numero di individui o di biomassa per unità di superficie o volume. Ad esempio, 106 piante di betulla per 1 ettaro. o 1,5 persico per 1 m3 di acqua caratterizza la densità di popolazione di queste specie. Con l'aumento dell'abbondanza, la densità di He aumenta solo se la popolazione può essere dispersa su un'area più ampia o in un volume maggiore.

La dimensione dell'area di distribuzione, il numero e la densità delle popolazioni non sono costanti e possono variare entro limiti significativi. Spesso questi cambiamenti sono associati alle attività umane. Ma le ragioni principali di tali dinamiche sono i cambiamenti nelle condizioni di esistenza, la disponibilità di cibo (es. risorse energetiche) e altri motivi.

È stato stabilito che il numero delle popolazioni può variare illimitatamente. Il mantenimento della popolazione entro certi limiti è assicurato dalla sua capacità di autoregolazione. Qualsiasi popolazione ha sempre limiti di densità inferiore E superiore, oltre i quali non può andare (Fig. 3.5). Con una combinazione favorevole di fattori, la densità di popolazione viene mantenuta a un livello ottimale, deviando leggermente da essa. Tali fluttuazioni di densità sono generalmente corrette, di natura regolare e riflettono chiaramente la reazione della popolazione a specifici cambiamenti delle condizioni ambientali. In natura possono verificarsi fluttuazioni stagionali della pigrizia, soprattutto nei piccoli animali (roditori topi. Insetti, alcuni uccelli). Pertanto, il numero di roditori simili a topi durante una stagione a volte aumenta di 300-100 volte e di alcuni insetti di 1300-1500 volte.

Un calo della densità al di sotto dell'ottimale provoca un deterioramento delle proprietà protettive della popolazione, una diminuzione della sua fertilità e una serie di altri fenomeni negativi. Popolazioni con un numero minimo di individui non possono esistere a lungo, sono noti casi di estinzione di animali con un numero basso anche in riserve con condizioni di vita molto favorevoli. L'aumento della densità al di sopra dell'optimum influisce negativamente anche sulla popolazione, poiché ciò distrugge l'approvvigionamento alimentare e riduce lo spazio vitale.

Le popolazioni regolano il loro numero e si adattano alle mutevoli condizioni ambientali aggiornando gli individui. Gli individui compaiono nella popolazione attraverso la nascita e l'immigrazione e scompaiono a causa della morte e dell'emigrazione. Con un'intensità equilibrata di nascite e morti, si forma una popolazione stabile. In una tale popolazione, la mortalità è compensata dalla crescita, ad es. la dimensione della popolazione nel suo range è mantenuta a un certo livello.

Tuttavia, l'equilibrio della popolazione non esiste in natura. Ogni popolazione è dotata di proprietà sia statiche che dinamiche, quindi la loro densità è costantemente fluttuante. Ma in condizioni esterne stabili, queste fluttuazioni si verificano intorno a un valore medio. Di conseguenza, le popolazioni non diminuiscono o aumentano, non ampliano o restringono il loro areale.

L'autoregolazione della densità di popolazione è effettuata da due forze che si equilibrano a vicenda che agiscono in Natura. Questa, da un lato, è la capacità degli organismi di riprodurre, dall'altro, processi che dipendono dalla densità di popolazione e limitano la riproduzione. L'autoregolazione della densità di popolazione è un adattamento necessario per mantenere la vita in condizioni in costante mutamento.

Una popolazione è la più piccola unità in evoluzione. Non esiste isolatamente, ma in connessione con popolazioni di altre specie. Allo stesso tempo, quindi, sono diffusi in natura anche i meccanismi non demografici di regolazione automatica, più precisamente i meccanismi di interpopolazione. Allo stesso tempo, la popolazione è un oggetto regolato e il sistema naturale, che consiste di molte popolazioni di specie diverse, funge da regolatore. Questo sistema nel suo insieme e le popolazioni di altre specie in esso incluse influiscono su questa particolare popolazione, e ciascuno separatamente, da parte sua, influenza l'intero sistema di cui fa parte.

Funzionamento e struttura delle biogeocenosi. Nelle biocenosi sorgono alcune connessioni tra diversi tipi di organismi viventi. La forma principale di queste connessioni sono le relazioni nutrizionali, sulla base delle quali si formano complesse catene e cicli di nutrizione e relazioni spaziali. È attraverso il cibo e le relazioni spaziali (trofiche e topiche) che si costruiscono vari complessi biotici che uniscono le specie degli organismi viventi in un unico insieme, cioè nel macrosistema biologico - biogeocenosi.

Le biogeocenosi naturali rappresentano solitamente comunità multispecie. E più la biocenosi è diversificata nella composizione delle specie, maggiori sono le opportunità che ha per uno sviluppo più completo ed economico delle risorse materiali ed energetiche.

Tutti gli anelli della catena alimentare sono interconnessi e dipendenti l'uno dall'altro. Tra di loro, dal primo all'ultimo collegamento, viene effettuato il trasferimento di materia ed energia (Fig. 3.6, a). Quando l'energia viene trasferita da un livello trofico all'altro, l'energia viene persa. Di conseguenza, la filiera non può essere lunga. Molto spesso, è costituito da 4-6 collegamenti a terra e 5-8 nell'oceano. In qualsiasi catena alimentare, non tutto il cibo viene utilizzato per la crescita di un individuo, ad es. per l'accumulo di biomassa. Una parte viene spesa per sostenere i costi energetici del corpo: per la respirazione, il movimento, la riproduzione, il mantenimento della temperatura corporea, ecc. Allo stesso tempo, la biomassa di un collegamento non può essere completamente elaborata dal collegamento successivo. In ogni anello successivo della catena alimentare si registra una diminuzione della biomassa rispetto al precedente. Questo vale non solo per la biomassa, ma anche per il numero di individui e il flusso di energia.

Questo fenomeno fu studiato da C. Elton e chiamato piramide dei numeri, o piramide di Elton (Fig. 3.6.6). La base della piramide è formata da piante - produttori, i fitofagi si trovano sopra di loro. Il collegamento successivo è rappresentato dai consumatori del secondo ordine. E così via fino alla cima della piramide, che è composta dai più grandi predatori. Il numero di piani della piramide corrisponde solitamente al numero di anelli della catena alimentare.

Le piramidi ecologiche esprimono la struttura trofica di un sistema ecologico in forma geometrica. Possono essere costruiti da rettangoli separati della stessa altezza, la cui lunghezza su una certa scala riflette il valore del parametro misurato. In questo modo si possono costruire piramidi di numeri, biomasse ed energia.

La fonte di energia per il ciclo biologico delle sostanze è la radiazione solare accumulata dalle piante verdi - autotrofi. Di tutta la radiazione solare che raggiunge la Terra, solo lo 0,1-0,2% circa dell'energia viene catturata dalle piante verdi e fornisce l'intero ciclo biologico delle sostanze nella biosfera. Allo stesso tempo, più della metà dell'energia associata alla fotosintesi viene consumata dalle piante stesse, mentre il resto viene accumulato nel corpo della pianta e successivamente funge da fonte di energia per l'intera varietà di organismi di livelli trofici successivi.

La dottrina della biosfera - una delle più grandi generalizzazioni filosofiche nel campo delle scienze naturali - è stata creata dall'accademico V. I. Vernadsky (1863-1945). La sostanza vivente della biosfera, secondo la definizione di V. I. Vernadsky, è la totalità dei suoi organismi viventi. Ciò significa che i confini della biosfera sono i confini della diffusione della vita sul pianeta.

Funzioni della materia vivente

Essere vivi, ha osservato V. I. Vernadsky, significa essere organizzati. Nel corso di miliardi di anni di esistenza della biosfera, l'organizzazione viene creata e preservata dall'attività della materia vivente. La materia vivente svolge le più importanti funzioni biochimiche nella biosfera, garantendo la circolazione di sostanze ed energia.

La funzione gassosa è svolta dalle piante verdi: per la sintesi delle sostanze organiche utilizzano anidride carbonica, mentre rilasciano ossigeno nell'atmosfera. Il resto del mondo organico utilizza l'ossigeno nel processo di respirazione e reintegra le riserve di anidride carbonica nell'atmosfera. Grazie alla capacità degli organismi autotrofi di fotosintesi, un'enorme quantità di anidride carbonica è stata estratta dall'antica atmosfera. Con l'aumento della biomassa delle piante verdi, la composizione gassosa dell'atmosfera è cambiata: il contenuto di anidride carbonica è diminuito e la concentrazione di ossigeno è aumentata. Pertanto, la materia vivente ha modificato qualitativamente la composizione del gas dell'atmosfera: il guscio geologico della Terra.

La funzione redox è strettamente correlata alla funzione gassosa della materia vivente. Pertanto, alcuni microrganismi sono direttamente coinvolti nell'ossidazione del ferro, che ha portato alla formazione di minerali di ferro sedimentari, mentre altri riducono i solfati, formando depositi di zolfo biogenici.

La funzione di concentrazione si manifesta nella capacità degli organismi viventi di accumulare vari elementi chimici. Ad esempio, gli impianti di stoccaggio come i carici e gli equiseti contengono molto silicio; il cavolo cappuccio e l'acetosa sono fonti di iodio e calcio. Gli scheletri dei vertebrati contengono una grande quantità di fosforo, calcio, magnesio. A causa dell'implementazione della funzione di concentrazione, gli organismi viventi hanno creato molte rocce sedimentarie, come depositi di gesso e calcare.

Il ciclo delle sostanze nella biosfera

Tutti i componenti strutturali della biosfera: rocce, acque naturali, gas, suoli, vegetazione, animali, microrganismi - sono collegati da un continuo processo di circolazione. La circolazione delle sostanze è un fattore importante per l'esistenza della biosfera, mantenendone l'integrità e la stabilità.

Ogni elemento che fa parte della materia vivente entra nel corpo dall'ambiente, è coinvolto nel processo del metabolismo cellulare, dopodiché ritorna nell'ambiente e quindi viene nuovamente utilizzato dalla fauna selvatica. Di conseguenza, gli elementi chimici sono ripetutamente coinvolti nella circolazione delle sostanze. Altrimenti, le riserve di qualsiasi elemento sulla Terra si esaurirebbero rapidamente e la vita cesserebbe. Ma allo stesso tempo, a causa della funzione di concentrazione degli organismi viventi, una parte della sostanza biosferica lascia il ciclo oltre i confini della moderna biosfera, negli strati profondi della crosta terrestre. Ecco perché ogni stato successivo della biosfera non ripete il precedente, la biosfera è costantemente aggiornata, il che contribuisce al suo progressivo sviluppo evolutivo. Quindi, il ciclo del carbonio si svolge nell'arco di 3000-5000 anni. La quota di carbonio che lascia questo ciclo è trascurabile: circa un centomilionesimo di percento della quantità totale di carbonio in circolazione. Ma nell'intera storia geologica della biosfera, ci sono state circa 100.000 di queste "uscite" di carbonio al di fuori della biosfera, e questo ha portato all'accumulo nel passato geologico di trilioni di tonnellate di materia organica fossile immagazzinata in carboni, petrolio, bitume, calcare e altri minerali.

Quindi, il meccanismo di interazione tra vivente (biotico) e non vivente (abiotico) consiste nel coinvolgimento della materia inorganica nella sfera della vita; dopo una serie di trasformazioni - il ritorno del biotico al suo precedente stato abiotico.

A seconda del ruolo che i vari tipi di organismi svolgono in questo processo, sono divisi in tre grandi gruppi:

Produttori - organismi che producono, producono materia vivente da materia non vivente. Fondamentalmente, questi sono fotosintetici: piante verdi superiori e inferiori;

Decompositori - organismi che convertono la materia organica in minerale - il prodotto iniziale per il ciclo successivo. Questi sono batteri, funghi, piante saprofite.

In senso figurato, le piante verdi avviano il testimone della vita, poi gli animali lo raccolgono e i batteri lo portano al traguardo, dove le piante vengono raccolte di nuovo. Il cerchio si chiude per dar luogo a una nuova svolta, e così via all'infinito.

Ci sono molte comunità di questo tipo con catene alimentari chiuse - biocenosi - sulla Terra. Insieme all'ambiente in cui si svolge la loro attività vitale (biotopo), formano complessi naturali relativamente indipendenti: le biogeocenosi. Le principali biogeocenosi del mondo: mari, fiumi, laghi, paludi, foreste, steppe, deserti, tundre.

La nascita della biosfera può essere considerata come un salto di qualità nell'evoluzione della materia. Prima del suo verificarsi, i processi della natura inanimata predominavano sulla superficie terrestre. Dal momento della loro origine, gli organismi viventi sono diventati una potente forza geochimica che agisce sulla Terra da circa 4 miliardi di anni. Gli organismi viventi regolano completamente la composizione dell'involucro gassoso del nostro pianeta, la composizione salina delle acque dell'Oceano Mondiale, assicurano la circolazione di molti elementi chimici, l'uso e la trasformazione dell'energia solare, la formazione di suolo, petrolio, carbone, rocce sedimentarie e altri depositi geologici.

Inquinamento umano della biosfera

L'uomo è un elemento della biosfera. All'inizio della sua storia, ha avuto la stessa influenza sul corso dei processi geochimici di qualsiasi altra specie eterotrofa di organismi viventi. Tuttavia, grazie allo sviluppo della scienza e della tecnologia, l'umanità è diventata una potente forza geochimica. In natura, non esiste un processo geologico così rapido con cui l'attività umana possa essere paragonata, soprattutto ora che è armato di un enorme arsenale di influenze sulla natura.

Il punto di vista che esisteva solo pochi decenni fa secondo cui la biosfera ha un'altissima stabilità, che gli animali, le piante, i minerali e le risorse energetiche della Terra sono inesauribili, si è rivelato insostenibile. L'industria e l'agricoltura dei paesi sviluppati hanno interrotto in modo significativo il ciclo dell'acqua e il ciclo associato degli elementi chimici, inquinato l'atmosfera che ci fornisce ossigeno e l'idrosfera che fornisce l'acqua.

Viviamo in un'epoca in cui l'impatto sulla biosfera deve essere combinato con la saggezza di prevederne i risultati. La capacità di essere responsabili di tutto ciò che accade sulla Terra può essere la caratteristica principale di quella che chiamiamo civiltà.

Perturbazione dell'equilibrio di ossigeno della Terra

La freschezza dell'aria, il contenuto di ossigeno in essa contenuto sono associati all'intenso processo di fotosintesi delle piante verdi. L'ossigeno che respiriamo e che viene utilizzato come agente ossidante durante la combustione dei combustibili fossili si è formato durante 2-3mila anni di attività fotosintetica delle piante di tutto il mondo: sia terrestri che marine, sia alberi che alghe microscopiche.

Dal punto di vista del mantenimento dell'equilibrio di ossigeno sulla Terra, l'uguaglianza tra gli ettari di bosco abbattuto e quello piantato non può essere soddisfatta. Dopotutto, la produttività fotosintetica di un albero adulto non può essere paragonata a quella di una piantina. Ancora oggi, in un certo numero di paesi industrializzati, la combustione del carburante consuma molto più ossigeno di quello rilasciato dalle piante durante la fotosintesi. Ciò significa che questi paesi utilizzano l'ossigeno "prodotto" in altri paesi, in particolare l'ossigeno della taiga siberiana.

Le umide foreste tropicali del Sud America, dell'Africa equatoriale e dell'Indocina svolgono un ruolo speciale nel fornire ossigeno alla Terra. È come i polmoni del nostro pianeta. Non ricevendo compensi dai paesi altamente sviluppati per la conservazione delle loro foreste, i paesi in via di sviluppo sono costretti a ridurle in modo intensivo per ottenere legname da esportazione. Pertanto, l'umanità sta disturbando sempre più l'equilibrio di ossigeno della Terra.

Lo schermo dell'ozono - un fragile guscio che salva la vita sulla Terra dagli effetti nocivi dei raggi ultravioletti - è nato dall'ossigeno di origine biogenica circa 500 milioni di anni fa. Violazione di questo strato protettivo (e si verifica a causa della comparsa del freon in l'atmosfera) renderà impossibile la vita sulla terra Il rinnovamento dello schermo dell'ozono è estremamente lento e dura per migliaia di anni.

Inquinamento dell'acqua

Per bere, irrigazione, esigenze tecnologiche, una persona ha bisogno di acqua pulita. La purezza dell'acqua è il risultato di processi biogenici, ovvero i processi di depurazione biologica di tutti i piccoli e grandi serbatoi. La purezza delle acque del lago Baikal non si spiega semplicemente con il fatto. che 300 fiumi siberiani relativamente puliti vi confluiscono. Questi fiumi portano con sé torbidità, sospensione, resti di organismi morti. E se non fosse per la fauna e la flora uniche del Baikal, che svolgono il processo di autodepurazione biologica, allora il lago, nella migliore delle ipotesi, sarebbe un pozzetto per l'acqua "morta" portata al suo interno. Solo una specie di crostacei semimicroscopici del Baikal - l'epishura - filtra attraverso le branchie 30 volte la colonna d'acqua di 50 metri degli strati superficiali del lago Baikal 30 volte l'anno. E altri organismi sono responsabili della purezza degli strati più profondi. Tutti gli organismi del Baikal sono interconnessi da migliaia di relazioni complesse che garantiscono un equilibrio biologico molto fragile di questa comunità. La sua violazione in qualche modo, una forte diminuzione del numero di una specie, che a volte sembra essere di secondaria importanza, può portare alla fine alla morte dell'intero sistema. Preservare il Baikal è il dovere della nostra generazione.

Il pericolo ecologico incombeva sull'acqua del Volga. Le norme di presa d'acqua sono note: affinché il fiume possa vivere, è impossibile prelevare più di 1/25 della sua parte. Solo in questo caso può operare attivamente il sistema di autodepurazione naturale. Attualmente, 1/6 dell'acqua del Volga viene utilizzata per le esigenze dell'agricoltura e dell'industria. Un grande pericolo per il Volga è l'industria, i cui rifiuti distruggono sia il fiume che il pesce. È necessario un piano unificato per lo sviluppo del bacino del Volga, tenendo conto dell'interconnessione di tutte le sue regioni e industrie.

Preserva la fertilità della terra

Suolo, aria, acqua sono i prodotti della vita di molte decine di migliaia di specie di organismi. I nostri antenati vivevano ancora nelle grotte, sapevano solo come mantenere un fuoco, quando, a seguito dell'interazione di migliaia di specie di microrganismi, funghi, piante verdi e animali, si formò il chernozem, che iniziò ad essere utilizzato per l'agricoltura in la parte europea della Russia solo 250-350 anni fa, in Altai - circa 75 e in Kazakistan meno di 30 anni fa.

Un'aratura scorretta lungo il pendio e non attraverso il pendio, il conducente del trattore in una stagione può distruggere lo strato di terreno arabile, la cui formazione ha richiesto centinaia, a volte migliaia di anni. L'uso improprio di fertilizzanti, pesticidi comporta la morte della microfauna vitale del suolo (nematodi, collemboli, molti acari) e della macrofauna (lombrichi, millepiedi, coleotteri, ditteri).

Diminuzione della diversità delle specie

La popolazione della Terra è in costante crescita, attualmente è in aumento di 172 persone al minuto, di 250mila al giorno e di 90 milioni all'anno e nel 2000 sarà di circa 6,5 ​​miliardi. nuovi territori sono inseriti nell'attività economica attiva: arare campi, costruire nuovi complessi industriali, posare strade, ampliare le aree di insediamenti e città. Di conseguenza, lo spazio per animali e piante selvatici sta diminuendo, i loro habitat vengono distrutti, il loro numero e la loro diversità stanno diminuendo.

Recentemente, secondo la IUCN, in media una specie o sottospecie di vertebrati scompare sul nostro pianeta ogni anno. Spostando un'altra specie biologica dalla vita, derubiamo noi stessi, mentre perdiamo il prezioso patrimonio genetico, tagliamo le informazioni che provengono dalla profondità dei secoli, impoveriamo la biosfera. La tecnosfera non può sostituire la biosfera e nessuna natura creata dall'uomo può sostituire la natura naturale. I bacini idrici non sono equivalenti ai laghi, i parchi forestali non sono una foresta naturale. Non sono vitali, perché sono privati ​​del principale segno di vita: la capacità di auto-rinnovamento e autoconservazione.

Tuttavia, va detto che alcuni esseri viventi si sentono a proprio agio in condizioni antropiche. La crescente influenza dell'attività economica umana sulla biosfera ha un effetto favorevole sull'evoluzione di ratti, topi domestici, corvi, piccioni, alcune specie di ragni delle caverne (probabilmente prendono le case di pietra per le caverne), mosche domestiche, falene che trovano un favorevole ambiente sotto forma di scorte di vestiti immagazzinate in quasi tutte le case. Nei bacini inquinati dalle acque reflue, il blu-verde (cyanideas) si sviluppa in numero senza precedenti. Erano una delle prime forme di vita sul nostro pianeta e sono, per così dire, fossili viventi. Creando le condizioni per lo sviluppo dei blu-verdi, sembra che stiamo riportando questa parte della biosfera indietro di miliardi di anni.

Noosfera

Noosfera - fase di sviluppo della biosfera. VI Vernadsky è stato il primo a rendersi conto che l'uomo è diventato una forza geologica in grado di trasformare la natura su larga scala. Ha notato che l'uomo ha abbracciato l'intera biosfera con la sua vita e cultura, che siamo presenti alla creazione nella biosfera di un nuovo fattore geologico di potenza senza precedenti.

L'accademico V. I. Vernadsky credeva nella mente umana. Era convinto che l'umanità avrebbe trovato un modo per mantenere l'equilibrio biologico del pianeta. La biosfera, secondo lui, dovrebbe essere trasformata nella noosfera: la sfera della mente, creata principalmente dallo sviluppo della scienza, dalla comprensione scientifica dei processi in corso e dal lavoro umano basato su di essa. Solo l'uomo è in grado di assumere le funzioni di gestione dello sviluppo ecologico del pianeta nel suo insieme.

Protezione della biosfera

Il fragile guscio della Terra separa il pianeta dal mondo dello spazio, dove tutto lo spazio è permeato dalla radiazione cosmica, dove il vuoto è sostituito da una pressione mostruosa e l'assenza di gravità - da colossali forze di gravità, salva dal freddo e dal caldo cosmici. Quindi, prima di tutto, è importante prendersi cura della conservazione della natura terrena. Per fare ciò è necessario adeguare la quantità di emissioni alle possibilità di assorbimento o assimilazione da parte della biosfera terrestre, cioè alla possibilità di autodepurazione; è necessario, inoltre, istituire un servizio di monitoraggio dello stato dell'ambiente - monitoraggio.

Un compito altrettanto importante è utilizzare razionalmente le risorse del pianeta. L'umanità deve correlare il consumo annuale di risorse rinnovabili con il loro rinnovo annuale, spendere economicamente e con lungimiranza risorse che non sono in grado di autorinnovarsi. La violazione di queste condizioni porta a un calo della fertilità del suolo, un calo delle catture di pesce, una riduzione dei terreni forestali e una carenza di acqua dolce. L'uso sconsiderato delle risorse non rinnovabili può mettere in difficoltà le generazioni future. L'esaurimento delle riserve di minerale prima che venga trovata una sostituzione equivalente priverà l'industria delle materie prime necessarie e il completo esaurimento dei combustibili fossili prima che vengano trovate nuove fonti di energia si fermerà, priverà il calore e la luce di tutti i settori dell'economia.

Le catene naturali si distinguono per la costanza della composizione fisica e chimica e il numero di elementi che vi partecipano. L'acqua degli oceani, dopo una serie di trasformazioni (passando per l'atmosfera, la litosfera, la materia vivente del pianeta), ritorna nuovamente nella stessa forma e quantità agli oceani; i gas atmosferici, dopo essere passati attraverso gli stessi elementi, si trasformano in una miscela di gas con una composizione rigorosamente costante.

La lotta per la purezza della biosfera si svolge oggi nelle seguenti aree:

Lotta all'inquinamento dell'aria, dell'acqua e del suolo attraverso la neutralizzazione dei rifiuti industriali, agricoli, domestici;

Creazione di tecnologie qualitativamente nuove costruite sul principio dei sistemi chiusi, seguendo lo schema di quei processi che avvengono nell'ambiente naturale;

Ripristino delle violazioni nella biosfera: bonifica dei terreni, ripristino delle foreste e della fertilità del suolo, ripristino delle popolazioni animali o vegetali minacciate di sterminio, ecc.

Le misure prioritarie iniziano con la determinazione degli MPC scientificamente provati per le sostanze emesse. La pulizia consiste nell'installazione di collettori di fumo, gas e cenere su camini di industrie particolarmente sporche e pericolose (industria chimica, metallurgia non ferrosa e ferrosa, energia) e impianti di trattamento sul percorso di scarico delle acque reflue da risaie, pasta di carta e altre imprese Ciascuna specie ha un pool genetico unico. Per sopravvivere e non perdere proprietà preziose, deve vivere nelle sue comunità, partecipare alla lotta intraspecifica e interspecifica. Ecco perché la protezione del fondo genetico mondiale richiede la conservazione non solo di singole specie, ma anche di intere biogeocenosi con tutta la diversità delle loro popolazioni. La conservazione del patrimonio genetico svolgerà un ruolo importante nel miglioramento delle piante coltivate e degli animali domestici. Altrettanto importante è la conservazione del fondo delle piante medicinali più pregiate. Il nostro compito è preservare tutti i tipi di organismi viventi, preservare tutta la straordinaria diversità di specie che l'umanità ha ereditato come risultato della lunga evoluzione della vita sulla Terra.