Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(Технический университет)
Кафедра инженерной защиты окружающей среды
Факультет_________
Курс _____________
Группа____________
Учебная дисциплина: общая экология
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема: Парниковый эффект и его возможные последствия
Студент
Руководитель работы,
профессор, доктор химических наук
Оценка за курсовую работу
Санкт-Петербург
2010 г.
Содержание
Стр.
Введение 3
Глава 1 Парниковый эффект 4
Глава 2 Геосферные оболочки, краткая характеристика 10
Глава 3 Биотоп и биоценоз 12
Заключение 17
Список использованной литературы 18
Введение
Что такое парниковый эффект?
Еще в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос.
Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам, таким, , например, как водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически исчезла.
В течение прошлого века температура у поверхности земли выросла на 0,6 градуса Цельсия (плюс-минус 0,2 градуса). При этом, по оценкам ученых, до 2100 года температура может вырасти еще на 1,5-5,8 градусов Цельсия. Согласно спутниковым наблюдениям, проводившимся с конца 1960-х годов, в результате потепления площади снежного покрова Земли сократились на 10%. Как следствие, повысился уровень моря - в среднем на 20 см в течение прошлого столетия. А до 2100 года, по оценкам специалистов, уровень моря может подняться еще на 47 см.
Суть парникового эффекта состоит в следующем: Земля получает энергию от Солнца, в основном, в видимой части спектра, а сама излучает в космическое пространство, главным образом, инфракрасные лучи.
Однако многие содержащиеся в ее атмосфере газы - водяной пар, СО2, метан, закись азота и т. д. - прозрачны для видимых лучей, но активно поглощают инфракрасные, удерживая тем самым в атмосфере часть тепла.
В последние десятилетия содержание парниковых газов в атмосфере очень сильно выросло. Появились и новые, ранее не существовавшие вещества с "парниковым" спектром поглощения - прежде всего фторуглеводороды.
Газы, вызывающие парниковый эффект, - это не только диоксид углерода (CO2). К ним также относятся метан (CH4), закись азота (N2O), гидрофторуглероды (ГФУ), перфторуглероды (ПФУ), гексафторид серы (SF6). Однако именно сжигание углеводородного топлива, сопровождающееся выделением CO2, считается основной причиной загрязнения.
Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере (а он главный виновник парникового эффекта) - это следствие сжигания топлива. Нынешний уровень загазованности - самый высокий за всю историю.
Причина быстрого роста количества парниковых газов очевидна, - человечество сейчас сжигает за день столько ископаемого топлива, сколько его образовывалось за тысячи лет в период образования месторождений нефти, угля и газа. От этого "толчка" климатическая система вышла из равновесия и мы видим большее число вторичных негативных явлений: особо жарких дней, засух, наводнений, резких скачков погоды.
Глава 1 Парниковый эффект и его возможные последствия.
Парниковый эффект относится к числу проявлений глобального экологического кризиса. Эта тенденция наметилась в связи с увеличением в атмосфере концентраций углекислого газа, метана и некоторых других парниковых газов.
В последние десятилетия и, особенно в последние годы, парниковый эффект стал крупной научной проблемой, от решения которой существенно зависит возможность перехода цивилизации на путь устойчивого развития. Как отклик на озабоченность тенденциями глобального изменения климата, эта проблема нашла достаточно широкое освещение в научных публикациях, оценках экспертов ООН и программах проведения исследований.
Важнейшей причиной изменений климатической системы является накопление в атмосфере антропогенных парниковых газов и вызываемое ими нарушение радиационного баланса атмосферы.
Кроме того, существуют и другие причины, в частности, накопление аэрозолей в атмосфере, разрушение озонового слоя, загрязнение атмосферы и гидросферы и др.
Безусловно, в формировании климата Земли участвует не только атмосфера. Климат определяется сложными взаимодействиями между атмосферой, океанами, ледниковыми шапками на полюсах, животными, растениями и осадочными породами.
Под парниковыми газами понимаются газы, создающие в атмосфере экран, задерживающий инфракрасные лучи. В результате этого происходит нагревание нижнего слоя атмосферы. Атмосфера играет роль как бы «одеяла», удерживающего тепло.
Наиболее значимыми природными парниковыми газами являются пары воды, содержащиеся в атмосфере в большом количестве, а также диоксид углерода, который попадает в атмосферу как естественным, так и искусственным путем и является основным компонентом, вызывающим парниковый эффект антропогенного происхождения. Известно, что при отсутствии диоксида углерода в атмосфере температура поверхности Земли была бы, примерно, на 7 ° ниже, чем в настоящее время, что создало бы крайне неблагоприятные условия для жизни животных и растений.
Сжигание топлива, лесные и степные пожары - это основные причины увеличения содержания диоксида углерода в атмосфере. В то же время поглощение СО2 из атмосферы основными его потребителями (лесными растениями и фитопланктоном Мирового океана) сократилось за счет уменьшения площадей лесов, гибели фитопланктона. В результате поступление углерода в атмосферу стало превышать его потребление растениями. Ежегодный прирост СО2 в атмосфере составляет 3,5 млрд. т.
Возрастание диоксида углерода в атмосфере усиливает парниковый эффект, так как СО2 успешно пропускает длинноволновые лучи солнечного света к поверхности Земли и задерживает коротковолновое излучение. Поэтому чем выше концентрация СО2 в атмосфере, тем меньше тепла рассеивает Земля, тем выше средняя температура у земной поверхности. Потеплению климата Земли способствует также поступление тепла в атмосферу за счет сжигания нефтепродуктов, угля, торфа, работы разнообразных двигателей. Повышение средних температур на земном шаре может существенно изменить ход природных процессов биосферы. Например, известно, что повышение средних температур приземного слоя воздуха в 1930-е годы на 0,4 С сопровождалось сокращением площади льдов в Арктике на 10 %, жестокими засухами во многих странах, сдвигами границ ландшафтных зон до 200 км к северу.
В противоположном направлении на климат влияет запыленность атмосферы. Пылевые частицы, скапливаясь в верхних слоях атмосферы, отражают часть солнечных лучей и тем самым сокращают количество тепла, поступающего на Землю от Солнца. Ученые полагают, что, несмотря на увеличение концентрации СО2 в атмосфере в 1940-е годы, потепление сменилось похолоданием именно за счет увеличения запыленности воздуха.
Кроме диоксида углерода в создании парникового эффекта участвуют фреоны, метан и оксид азота. Роль каждого из указанных газов антропогенного происхождения может быть проиллюстрирована данными, приведенными в табл.1.
Табл.1
| Парниковый газ
|
Основные источники
|
Доля влияния на глобальное потепление, %
|
| Диоксид углерода (СО2) | Сжигание ископаемого топлива (77 %), вырубка лесов (23 %) | 55 |
| Хлорфторуглероды (фреоны) и родственные | Утечка при различных промышленных применениях | 24 |
| Метан (СН4) | Рисовые плантации, утечка газа, жизнедеятельность животных | 15 |
| Оксид азота (N2O) | жигание биомассы, применение удобрений, сжигание ископаемого топлива | 6 |
В настоящее время происходит постоянное увеличение выбросов в атмосферу «парниковых» газов. Прежде всего, это касается диоксида углерода, образующегося, главным образом, при сжигании угля и других углеродсодержащих топлив, нефти, газа в топках ТЭЦ, двигателях автомобилей и т. д. За последние 30-35 лет его выбросы особенно резко возросли. Увеличиваются также выбросы метана, оксидов азота, галогенуглеродов.
В 1988 г. Генеральной Ассамблеей ООН была создана Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата (IРСС). В задачи этой группы входило оценить состояние проблемы и привлечь к ней внимание мировых лидеров.
Учеными был сделан однозначный вывод о том, что выбросы в атмосферу, вызванные человеческой деятельностью, приводят к существенному увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере. На основе расчетов с использованием компьютерных моделей было показано, что если сохранится нынешняя скорость поступления парниковых газов в атмосферу, то всего за 30 лет температура в среднем по Земному шару повысится, примерно, на 1°. Это необычно большое повышение температуры, если судить по палеоклиматическим данным.
Необходимо отметить, что оценки экспертов, по-видимому, несколько занижены. Потепление, скорее всего, будет усиливаться в результате ряда природных процессов. Причиной большего, чем прогнозируемое, потепления может быть неспособность нагревающегося океана поглощать из атмосферы расчетное количество диоксида углерода.
Из результатов численного моделирования также следует, что средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,3 °С за 10 лет. В результате к 2005 г. она может возрасти (по сравнению с доиндустриальным временем) на 2 С, а к 2100 году - на 4 С.
Глобальное потепление должно сопровождаться усилением осадков (к 2030 г. на несколько процентов), а также повышением уровня Мирового океана (к 2030 г. - на 20 см, а к концу столетия - на 65 см).
Прогнозируемое повышение уровня океана на 65 см вызовет опасную ситуацию для жизнедеятельности 800 млн. человек. Подвергнутся затоплению низменные побережья таких стран, как Бангладеш, Египет, Индонезия, Мальдивы, Мозамбик, Пакистан, Таиланд, Гамбия и Суринам.
По другим оценкам уровень Океана к середине ХХI века поднимется на 0,5-1 м, а к концу века на 2 м, в результате чего будут затоплены значительные территории суши. При этом резко сократится видовое разнообразие флоры и фауны, увеличатся масштабы обезлесивания, начнется необратимое разрушение экосистем.
По оценкам ученых НИИ прикладной геофизики, потепление и изменение характеристик глобальной климатической системы в результате антропогенных выбросов парниковых газов стало реальной опасностью для всего человечества. Эти изменения ведут к крупномасштабным негативным последствиям практически во всех областях деятельности человека. Наиболее значительному потеплению подвержены высокие широты Земного шара, в которых расположена значительная часть Российской Федерации.
В Российской Федерации весьма уязвимыми к изменениям климата являются сельское, лесное и водное хозяйства. Это связано, главным образом, с перераспределе-нием осадков и увеличением числа и интенсивности засух. При непринятии превентивных мер ожидается, что падение средней продуктивности зернового хозяйства может достигнуть 26 %, а общей продуктивности растениеводства - порядка 10 %. Резко возрастет поражение лесов вредителями и их гибель от увеличения пожаров во время засух.
Ожидаемые изменения объема и режима стока рек потребует больших затрат на дополнительное обустройство водохранилищ гидроэлектростанций. Эти изменения стока приведут также к изменениям уровня внутренних морей и, как следствие, к неблагоприятным нарушениям прибрежных территорий,
В зоне вечной мерзлоты, которая занимает около 10 млн. кв. км (58 % площади страны), в результате ее таяния при потеплении климата будет разрушаться хозяйственная инфраструктура, в первую очередь, из-за уязвимости добывающей промышленности, энергетических и транспортных систем, коммунального хозяйства. При отсутствии защитных мер разрушениям будут подвергаться, в первую очередь, жилые и производственные здания и сооружения, дороги, аэродромы, нефте- и газопроводы. Подъем уровня Мирового океана приведет к затоплению и разрушению береговой зоны и низменных территорий дельт рек с расположенными здесь городами и поселениями. Подъем уровня океана представляет наибольшую опасность для обширных низменных территорий севера России и крупных приморских городов, например, Санкт-Петербурга. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье населения как из-за усиления теплового стресса в южных районах, так и распространения многих видов заболеваний (холеры, малярии и т. д.) далеко на север. Возможны и позитивные последствия изменения климата, однако, по существующим представлениям, они будут иметь ограниченный характер. Хозяйственно-полезным, например, может оказаться повышение продуктивности сельскохозяйственных культур при увеличении концентрации СО2 в атмосфере, увеличение осадков и т. п.
Отмеченные выше возможные изменения в окружающей среде, обусловленные потеплением и изменением характеристик глобальной климатической системы, безусловно, будут сопровождаться серьезными экологическими последствиями, изменениями в структуре природных экосистем, ландшафтов и т. п.
Вместе с тем, следует иметь в виду, что в настоящее время существуют неопределенности и проблемы в понимании экологических изменений, связанных с глобальным потеплением. Нет полной ясности в вопросах взаимосвязи изменения климата с химией атмосферы, динамикой популяций, сообществ и экосистем, а также по некоторым другим направлениям.
Существуют и определенные загадки. Например, неясным остается: почему в некоторых регионах Земли на фоне всеобщего потепления происходит похолодание? Так в последние 10 лет сначала над южными океанами, затем в Сибири, Восточной Европе, на Западе Северной Америки отмечалось потепление, в то же время в Гренландии, на северо-востоке Канады, а также на ряде островов российской зоны Арктики наблюдалось понижение средних температур. Не было пока потепления в полярных районах, хотя по результатам математического моделирования изменений климата это здесь ожидалось в наиболее ярко выраженном виде: пятикратный рост температур по сравнению со среднеглобальным.
Такого рода факты дают основание ученым подвергать сомнению общепринятое мнение о том, что основной причиной потепления является парниковый эффект. На основе анализа прогнозных и фактических данных делаются выводы об отсутствии весомых доказательств парниковой обусловленности глобального потепления. Одна из главных проблем сегодня учеными видится в раскрытии соотношения между природно-обусловленными и антропогенными изменениями климата. В связи с этим весьма важное значение придается исследованиям внутренней изменчивости климатической системы, в частности, изучению климатообразующей роли динамики облачного покрова, взаимодействия атмосферы и океана, роли биосферы и т. д., а также чувствительности климата к внешним воздействиям.
Перед лицом глобальной опасности изменения климата в 1992 г. на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро странами-членами ООН была подписана рамочная Конвенция об изменении климата, которая ратифицирована Российской Федерацией 4 ноября 1994 г. В настоящее время Конвенция вступила в силу. Согласно статьям 4 и 12 Конвенции Российская Федерация обязана регулярно разрабатывать и представлять Конференции сторон Конвенции национальные программы и сообщения с подробным описанием политики и мер по регулированию антропогенных выбросов и стоков парниковых газов, а также мер по адаптации к изменениям климата.
В области фундаментальных наук в рамках Государственной научно-технической программы "Глобальные изменения природной среды и климата" при активном участии ученых Российской академии наук (Израэля Ю.А. и др.), ученых и специалистов Госкомгидромета и других ведомств и министерств Российской Федерации проведены исследования по проблеме антропогенных изменений климата. Практические аспекты этой проблемы, в частности, методические основы создания информационных систем об изменении климата и их прогнозов и способы оценки последствий изменения климата разработаны в рамках ведомственной программы Росгидромета.
В Российской Федерации разрабатывается или уже осуществляется ряд государственных научно-технических, федеральных целевых и ведомственных прог-рамм, направленных на повышение экономической, энергетической и экологической эффективности всех стадий добычи, преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов, повышение эффективности сельского, лесного хозяйства и других отраслей. Эти программы должны стать основой Федеральной целевой программы по предотвращению опасных изменений климата и их отрицательных последствий.
По мнению ученых и специалистов, эта Программа должна обеспечить осущест-вление комплекса мероприятий по предотвращению отрицательных последствий изменения климата в России и национальных мер по уменьшению опасных изменений климата в рамках Конвенции ООН об изменении климата. Осуществление таких мер является комплексной научно-технической и организационной задачей государствен-ного масштаба и требует скоординированных действий министерств и ведомств на единой основе. Она должна обеспечить преодоление существующих недостатков в ин-формационном обеспечении об изменении климата, антропогенных причинах и источни-ках таких изменений путем создания автоматизированных информационных систем.
Как показывают результаты исследований, проведенных в связи с подписанием рамочной Конвенции ООН по проблеме изменений климата, сегодняшний экономии-ческий потенциал всего человечества недостаточен для быстрого решения проблемы и достижения конечной цели Конвенции, состоящей в том, чтобы добиться стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере.
Учитывая, что до стабилизации концентрации парниковых газов на уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему, а, следовательно, не привел бы к опасным последствиям изменения климата, пройдет еще немало времени, необходимо в ближайшей перспективе на национальном уровне выполнить определенные подготовительные меры, направленные на адаптацию к возможным последствиям изменения климата.
Эти меры должны обеспечивать ведение хозяйства в условиях изменяющегося климата, свести к минимуму отрицательные последствия для экономики, здоровья населения, качества окружающей среды. Вместе с тем, задача состоит в том, чтобы всемерно использовать возникающие при изменении климата позитивные эффекты.
Глава 2 Геосферные оболочки, краткая характеристика
Обрат
Воздушная оболочка Земли — атмосфера, содержащая такой жизненно необходимый для существования живых организмов химический элемент, как кислород, по мнению ученых, сформировалась постепенно. Предполагают, что небольшое количество кислорода в атмосфере появилось первоначально вследствие усиленной дегазации земных пород, при которой из них выделялись пары воды и газы. Поскольку температура на поверхности Земли была более низкой, то пары воды конденсировались в жидкость и образовали ее гидросферу. Атмосфера теряла легкие газы — водород и гелий, но сохраняла более тяжелые, кислород и азот, хотя исчезало также небольшое количество молекулярного кислорода. По гипотезе О.Ю Шмидта, образование газов и паров воды могло произойти за счет разогревания земных пород и слоев в результате радиоактивного распада веществ, содержащихся внутри Земли.
Однако в дальнейшем некоторая часть кислорода в атмосферу стала попадать благодаря разложению углекислого газа простейшими микроорганизмами, а в последующем значительное его количество постоянно поступает за счет реакции фотосинтеза растений. Таким способом возникшая жизнь на нашей планете поддерживала свое существование. Для понимания этих процессов большое значение имеет выдвинутая свыше двух десятилетий назад Гея-гипотеза (от греч. Гея — Земля). Она была создана английским химиком Д. Лавлоком и американским микробиологом Л. Маргулис. Согласно этой гипотезе, поддержание длительной неравновесности земной атмосферы обязано жизненным процессам, совершающимся на Земле.
В настоящее время атмосфера у поверхности Земли по химическому составу на 78,1% состоит из азота, 21% — кислорода, 0,9% — аргона и незначительных долей процента других газов (водород, углекислый газ, гелий, неон). На расстоянии до 100 км процентное содержание элементов в атмосфере остается почти постоянным, но с высотой увеличивается доля легких газов. На очень больших высотах начинают преобладать водород и гелий.
Плотность воздуха и его давление с высотой убывают, а температура хотя в целом понижается, но изменяется более сложным образом. В нижних слоях атмосферы содержится также водяной пар, который играет существенную роль в процессе обмена теплом и влагой с поверхностью Земли. Именно этот обмен является основой круговорота воды, вызывая образование облаков и выпадение осадков. Вследствие неравномерного нагревания воздух в атмосфере находится в постоянном движении, образуя циклоны и антициклоны, которые определяют погоду на Земле, а во взаимодействии с водой океанов и морей существенно влияют на климат. Иногда в результате такого взаимодействия возникают штормы, ураганы, смерчи и другие разрушительные явления в природе.
На высоте около 25 км расположен озоновый слой, который предохраняет все живое на Земле от губительных космических, рентгеновских и других жестких излучений. Атмосфера рассеивает солнечный свет и другие излучения. Она обладает также собственным электрическим полем, благодаря которому в ней возникают различные электрические, оптические и звуковые явления.
Гидросфера, занимающая большую часть поверхности Земли (70%), по-видимому, возникла вместе с атмосферой на очень ранней стадии формирования нашей планеты. В процессе формирования Земли сначала, по-видимому, из тяжелых частиц образовалось прото-ядро, которое присоединило к себе вещество, ставшее впоследствии мантией. Действие гравитационных сил привело к интенсивному сжатию вещества Земли и, как следствие, к ее уплотнению и уменьшению размеров. Одновременно с этим происходил процесс усиленной дегазации, при котором выделялись газы и пары воды. Попадая на поверхность планеты, где температура была более низкой, пары воды конденсировались в жидкость, легкие газы водород, гелий и некоторые другие покидали планету, а более тяжелые кислород и азот удерживались гравитационными силами и составили в дальнейшем атмосферу Земли. Такие предположения подтверждаются экспериментальными исследованиями и в настоящее время считаются достаточно обоснованными для объяснения происхождения гидросферы и атмосферы Земли, хотя происхождение кислорода в атмосфере может быть объяснено и другими причинами.
Атмосфера и гидросфера тесно взаимодействуют между собой, что и наглядно подтверждается процессами круговорота воды и воздуха на планете. Одновременно с этим обе сферы оказывает заметное воздействие на литосферу, медленно, постепенно, но неуклонно меняя верхнюю часть земной коры. Сама кора состоит в основном из 8 химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия, причем почти половину ее массы составляет кислород, содержащийся в окислах металлов.
Глава 3 Биотоп и биоценоз
Понятие биоценоза. Живые организмы встречаются на Земле не в любых случайных сочетаниях, как независимые особи, а образуют закономерные комплексы (сообщества). Впервые на возможность выделения таких сообществ обратил внимание немецкий биолог Карл Август Мёбиус (1825— 1908). В 1877 г. он предложил для обозначения комплекса живых организмов, постоянно встречающихся вместе, при наличии одинаковых условий существования, термин биоценоз (от греч. bios — жизнь и koinos — общий, делать что-либо общим).
Биоценоз — это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема) .
Итак, каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. Но мы знаем, что особи одного вида объединяются в природные системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.
В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории — фитоценоз (от греч. phyton — растение), совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, — зооценоз (от греч. zoon — животное), микробоценоз — совокупность микроорганизмов, населяющих почву, и микоценоз (от греч. mykes — гриб) — совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.
Каждый биоценоз развивается в пределах однородного пространства, которое характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов, таких как количество приходящей солнечной радиации, температура, влажность, химический и механический состав почвы, ее кислотность, рельеф местности и др. Такое однородное пространство (часть абиотической среды), занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть какой-либо участок суши или водоема, берег моря или склон горы. Биотоп — это неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие.
Масштабы биоценозов могут быть различны — от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев, моховых кочек на болоте или разлагающегося пня до населения целых ландшафтов. Так, на суше можно выделить биоценоз суходольного (незаливаемого водой) луга, биоценоз сосняка-беломошника, биоценоз ковыльной степи, биоценоз пшеничного поля и т .д.
В водной среде биоценозы обычно выделяют в соответствии с экологическими подразделениями водоемов — биоценоз прибрежных песчанистых или
илистых грунтов, биоценоз приливной зоны моря, биоценоз крупных водных растений прибрежной зоны озера, биоценоз пресного водоема и т.д. .
В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на его жизнь, хоть и обитают в других биоценозах.
Например, многие насекомые размножаются в водоемах, где являются важным источником питания рыб и некоторых других животных. В молодом возрасте они входят в состав водного биоценоза, а во взрослом состоянии ведут наземный образ жизни, т.е. выступают как элементы сухопутных биоценозов. Зайцы могут питаться на лугу, а обитать в лесу. То же касается и многих видов лесных птиц, которые ищут себе пропитание не только в лесу, а и на прилегающих лугах или болотах.
Видовая структура биоценоза. Каждый биоценоз можно описать, основываясь на совокупности составляющих его видов. Видовое разнообразие различных биоценозов разное, что обусловлено их разным географическим положением. Установлено: оно уменьшается по направлению от тропиков в сторону высоких широт, что объясняется ухудшением условий жизни организмов.
Например, во влажных тропических лесах Малайзии на 1 га леса можно насчитать до 200 видов древесных пород. Биоценоз соснового леса в условиях Беларуси может включать максимум до десяти видов деревьев на 1 га, а на севере таежной области на такой же площади присутствует 2—5 видов. Наиболее бедными биоценозами по набору видов являются альпийские и арктические пустыни, самыми богатыми — тропические леса.
Если какой-либо вид растения (или животного) количественно преобладает в сообществе (имеет большую биомассу, продуктивность или численность), то такой вид называется доминантным, или доминирующим.
Доминантные виды есть в любом биоценозе. В дубраве это могучие дубы. Используя основную долю солнечной энергии и наращивая наибольшую биомассу, они затеняют почву, ослабляют движение воздуха и создают особые условия для жизни других обитателей леса.
Однако кроме дубов в дубраве проживает большое количество других организмов. Например, дождевые черви, живущие здесь, улучшают физические и химические свойства почвы, пропуская через пищеварительную систему частицы отмерших растений и опавших листьев. Дуб и червь вносят свой особый вклад в жизнедеятельность биоценоза, однако роль дуба здесь определяющая, поскольку вся жизнь дубового леса обусловливается этой древесной породой и связанными с ней растениями. Поэтому именно дуб является доминирующим видом в таком лесу.
Пространственная структура биоценоза. Виды распределяются в пространстве в соответствии с их потребностями и условиями местообитания. Такое распределение в пространстве видов, составляющих биоценоз, называется пространственной структурой биоценоза. Различают вертикальную и горизонтальную структуру биоценоза.
Вертикальная структура биоценоза образована отдельными его элементами, особыми слоями, которые называются ярусами. Ярус — совместно произрастающие группы видов растении, различающиеся по высоте и положению в биоценозе ассимилирующих органов (листья, стебли, подземные органы — клубни, корневища, луковицы и т.п.). Как правило, разные ярусы образованы разными жизненными формами (деревьями, кустарниками, кустарничками, травами, мхами). Наиболее четко ярусность выражена в лесных биоценозах (рис. 2.3). Так, первый ярус здесь обычно формируют самые большие деревья с высоко расположенной листвой, которая хорошо освещается солнцем. Неиспользованный свет может поглощаться деревьями поменьше, образующими второй, подпологовый, ярус. Около 10 % солнечной радиации перехватывается ярусом подлеска, который образуют различные кустарники, и только от 1 до 5 % — растениями травяного покрова (травяно-кустарничковый ярус).
Напочвенный слой мхов и лишайников формирует мохово-лишайнико-вый ярус. Итак, схематично в лесном биоценозе выделяется 5 ярусов.
Подобно распределению растительности разные виды животных в биоценозах также занимают определенные уровни. В почве живут почвенные черви, микроорганизмы, землеройные животные. В листовом опаде, на поверхности почвы живут различные многоножки, жужелицыклещи и другие мелкие животные. В верхнем пологе леса гнездятся птицы, причем одни могут питаться и гнездиться ниже верхнего яруса, другие — в кустарниках, а третьи — возле самой земли. Крупные млекопитающие обитают в нижних ярусах.
Ярусность наблюдается также в биоценозах океанов и морей. Разные виды планктона держатся на разной глубине, в зависимости от освещения, а разные виды рыб — в зависимости от того, где они находят себе пропитание.
Живые организмы распределены в пространстве неравномерно. Обычно они составляют группировки, что является приспособительным фактором в их жизни. Такие группировки организмов определяют горизонтальную структуру биоценоза.
Расчлененность в горизонтальном направлении — мозаичность — свойственна практически всем биоценозам. Примеров такого распределения можно привести множество. Огромными косяками передвигаются с места на место многие виды рыб. В большие стаи собираются водоплавающие и воробьиные птицы, готовящиеся к дальним перелетам. Североамериканские олени карибу в условиях тундры образуют огромные стада. В южноамериканских тропиках группы муравьев, вооруженные могучими челюстями и жалами, выстраиваются фронтом 20-метровой ширины и идут в атаку, истребляя всех, кто замешкался и не в силах спастись бегством.
Такие же примеры можно привести и для растений: пятнистое размещение особей клевера на лугу, пятна мхов и лишайников, скопление кустарничков брусники в сосновом лесу, обширные пятна кислицы в еловом лесу, земляничные поляны на светлых опушках.
Наличие мозаичности имеет важное значение для жизни сообщества. Мозаичность позволяет более полно использовать различные типы микроместообитаний. Особям, образующим группировки, свойственна высокая выживаемость, они наиболее эффективно используют пищевые ресурсы. Это ведет к увеличению численности и разнообразию видов в биоценозе, способствует его устойчивости и жизнеспособности.
Отношения организмов в биоценозах. Особи разных видов существуют в биоценозах не изолированно; они вступают между собой в разнообразные прямые и косвенные отношения. Прямые отношения разделяют на четыре типа: трофические, топические, форические, фабрические.
Трофические отношения возникают тогда, когда один вид в биоценозе питается другим (либо мертвыми остатками особей этого вида, либо продуктами их жизнедеятельности). Божья коровка, питающаяся тлей, корова на лугу, поедающая сочную траву, волк, охотящийся на зайца, — это все примеры прямых трофических связей между видами.
Топические отношения характеризуют изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Ель, затеняя почву, вытесняет светолюбивые виды из-под своей кроны, ракообразные поселяются на коже китов, мхи и лишайники располагаются на коре деревьев. Все эти организмы связаны друг с другом топическими связями.
Форические отношения — участие одного вида в распространении другого. В этой роли обычно выступают животные, переносящие семена, споры, пыльцу растений. Так, обладающие цепляющимися шипами семена лопуха или череды могут захватываться шерстью крупных млекопитающих и переноситься на большие расстояния.
Фабрические отношения — тип связей, при которых особи одного вида используют для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки либо даже живых особей другого вида. Например, птицы строят гнезда из сухих веточек, травы, шерсти млекопитающих и т.п. Личинки ручейников для строительства своих домиков используют кусочки корыпесчинки, обломки раковин или же сами раковины с живыми моллюсками мелких видов.
Примером косвенных межвидовых отношений могут служить следующие. Насекомоядные птицы не питаются растениями, но поедают многих насекомых, которые кормятся листьями или опыляют цветки. Поедая насекомых-опылителей, птицы косвенным образом воздействуют на число производимых деревом плодов, т.е. на количество пищи, доступной животным, которые питаются плодами и проростками, на хищников и паразитов этих животных и т.д.
Из всех типов биотических отношений между видами в биоценозе наибольшее значение имеют топические и трофические связи, поскольку они удерживают друг возле друга организмы разных видов, объединяя их в достаточно стабильные сообщества разного масштаба.
По размеру биоценозы могут быть разными — от мелких (кочка на болоте, муравейник, подушки лишайников на стволах деревьев, небольшой пруд) до очень больших (биоценоз леса, луга, озера, болота, ковыльной степи).
Биоценозы чаще всего не имеют четких границ. В природе они переходят друг в друга постепенно, благодаря чему невозможно определить, где кончается один биоценоз и начинается другой. Например, биоценоз сухого леса постепенно переходит в биоценоз увлажненного луга, который сменяется болотом. Визуально мы можем отграничить лесной биоценоз от лугового и болотного, но сказать четко, где проходит линия границы, мы не в состоянии. В подавляющем большинстве случаев мы будем иметь дело со своеобразной переходной полосой различной ширины и длины, потому что жесткие, резкие границы в природе — редкое исключение. Такая переходная полоса (или зона) между смежными физиономически различимыми сообществами называется экотоном.
Исторически сложившиеся группировки совместно обитающих и взаимосвязанных организмов разных видов называются биоценозами. В состав биоценоза входят фитоценоз, зооценоз, микоценоз и мик-робоценоз. Каждый биоценоз характеризуется видовой и пространственной (вертикальной и горизонтальной) структурой и различными биотическими взаимоотношениями организмов.
Заключение
Таким образом, было показано, что средняя температура на любом уровне достаточно плотной планетной тропосферы (с давлениями выше 200 мбар) однозначно определяется интенсивностью солнечного излучения, атмосферным давлением на этом уровне, теплоемкостью тропосферы, влажностью воздуха и его способностью поглощать инфракрасное (тепловое) излучение. Однако, чем интенсивнее происходит поглощение теплового излучения в тропосфере, тем ниже становится ее средняя приземная температура. Приведенный парадоксальный, на первый взгляд, вывод объясняется тем, что при этом снижается температурный градиент в тропосфере и возрастает интенсивность конвективного выноса тепла из тропосферы в стратосферу. Найденная закономерность позволила выполнить ряд прогнозных расчетов. Так, при мысленной замене азотно-кислородной атмосферы Земли на углекислотную, но с тем же давлением 1 атм., средняя приземная температура понижается (а не повышается) почти на 2 ° С. Отсюда видно, что насыщение атмосферы углекислым газом, несмотря на поглощение им инфракрасного излучения, при прочих равных условиях, всегда приводит не к повышению, а только к понижению и парникового эффекта и средней поверхностной температуры планеты.
Реакция земного климата на антропогенный выброс в атмосферу углекислого газа определяется двумя факторами: во-первых, при этом несколько повышается атмосферное давление и, во-вторых, несколько снижается значение показателя адиабаты смеси атмосферных газов. Оба эти фактора действуют в противоположных направлениях, в результате средний температурный режим тропосферы практически остается неизменным. Более того, увеличение концентрации углекислого газа в земной атмосфере оказывается полезным фактором, повышающим эффективность сельского хозяйства и увеличивающим скорость восстановления вырубленных лесов.
Список литературы
1) Луканин В.Н. Промышленно-транспортная экология. - М.: 2001.
2) Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. - М.: «Высшая школа», 2003.
3) Юсорин Ю.С. Промышленность и окружающая среда. - М.: 2002.