Експериментальні програми спецкурсів та факультативів з біології

Вид материала

Содержание

V. Біогеоценологія (екосистемологія)
Перший закон термодинаміки
Другий закон термодинаміки
Кругообіг оксигену
Калій, кальцій, натрій і магній
VІ. Біосферологія (глобальна екологія).
Вертикальна структура біосфери.
Горизонтальна структура біосфери.
Екосистеми різноманітного
Еволюція біосфери
Спряжена еволюція
Груповий відбір
Жива речовина
Несубсидовані природні –
З природною енергетичною субсидією –
Субсидовані людиною –
З геохімічної точки зору органічна матерія
Благородні гази
Основні наукові положення вчення В.І. Вернадського про біосферу
VІІ. Природне середовище
...
Полное содержание

Подобный материал:

1 2 3 4

Закон 10%: з переходом з одного трофічного рівня на інший біомаси та енергії зберігається приблизно 10%.

Основним джерелом енергії для біосфери служить випромінювання Сонця. З приблизними розрахунками, якщо енергію Сонця прийняти за 100%, то лише 15% її досягає поверхні Землі і лише 1% зв’язується у вигляді органічної речовини продуцентами. Із всієї зв’язаної енергії половина витрачається на життєві процеси. 50% енергії, що залишилася ідуть на зростання біомаси. Отже, тільки 0,5% енергії, що потрапляє на Землю, в процесі фотосинтезу перетворюється на енергію хімічних зв’язків і використовується консументами.

V. Біогеоценологія (екосистемологія)

Поняття “біогеоценоз” було сформульовано в 1940 р. російським ботаніком і географом В. Сукачовим. Він дав визначення біогеоценозу: “Біогеоценоз – це сукупність на певній площі земної поверхні однорідних природних явищ (атмосфери, гірської породи, рослинного, тваринного світів і світу мікроорганізмів, грунтів і гідрологічних умов), що має свою особливу специфіку, взаємодії цих її складових компонентів та певний тип обміну речовинами й енергією між собою й іншими явищами природи, і що являє собою внутрішньо суперечливу єдність, яка перебуває в постійному русі, розвитку”.

На сьогоднішній день існує декілька визначень біогеоценозу. Одне з них звучить так: біогеоценоз – складний природний комплекс живих істот, що пербувають у залежності від неорганічного середовища і взаємодіють з ним матеріально – енергетичними зв’язками.

Біогеоценоз і екосистема – поняття подібні, але не тотожні. У обох випадках – це взаємодіючі сукупності живих організмів і середовища, але екосистема – поняття “безрозмірне”.

Структура популяції чи біоценозу є одночасно й структурою біогеоценозу. Основними її компонентами є:

неорганічна речовина, що включається в кругообіги;
органічні речовини (білки, ліпіди, вуглеводи, гумінові кислоти), що зв’язують біотичну та абіотичну частини екосистеми;
кліматичний режим (температура та інші фізичні фактори);
продуценти, головним чином зелені рослини, здатні утворювати органічні речовини з неорганічних у процесі фотосинтезу, використовуючи енергію Сонця;
макроконсументи – гетеротрофи, головним чином тварини, що поїдають інші організми або частинки органічної речовини;
мікроконсументи – гетеротрофи, переважно бактерії та гриби, що розкладають органічні речовини відмерлих організмів та вивільняють неорганічні речовини, якими можуть живитися автотрофи.

Перший закон термодинаміки: енергія не виникає і не зникає, вона тільки переходить з одного виду в інший.

Відповідно до першого закону термодинаміки (закон збереження енергії), енергія Е певної екосистеми може зрости лише за умови надходження енергії ззовні (увигляді тепла Q, чи роботи А), а не завдяки її самоутворенню в середині системи. Живі організми творять роботу й тепло з енергії, одержаної з екоситеми. Екосистема в термодинамічному розумінні є відкрита система, що вбирає енергію з навколишнього середовища, тому ріст внутрішньої енергії екосистеми зумовлений лише стосунками живих організмів та навколишнього середовища і характеризується рівнянням: Е = Q + А

Згідно з першим законом термодинаміки кількість енергії у ланцюгах живлення повинна спадати у лінійному порядку (закон 10%). Цей закон має виключення, бо деякі види входять одночасно до декількох ланцюгів живлення.

З першого закону термодинаміки також випливає, що кількість використаної енергії залежить лише від початкової і кінцевої стадій потоку енергії, а не від конкретного шляху тих змін.

Другий закон термодинаміки: кожна система прагне до зменшення енергії, маси, об’єму.

Згідно з другим законом термодинаміки, енергія, утворена під час енергетичних процесів, є сконцентрованою лише частково, отже, лише частина її включається в подальший процес, а решта розсіюється в середовищі, створюючи стан невпорядкованості, тобто ентропії.

Другий закон термодинаміки пов’язаний з принципом стабільності, згідно з яким будь-яка природня замкнута система із потоком енергії, що через неї проходить, схильна розвиватися в бік стійкого стану і породжувати саморегулюючі механізми. Коли такий стан досягається, енергія переноситься в одному напрямку з постійною швидкістю, що відповідає принципу стабільності.

Здійснюючи кругообіги в біогеоценозі, кожний хімічний елемент рухається завдяки енергетичному потоку чітко визначеним шляхом, раз у раз переходячи з органічної форми в неорганічну. Шляхи біогенних елементів у біогеоценозі паралельні потоку енергії.

У біологічному кругообігу карбону беруть участь тільки органічні сполуки і вуглекислий газ. Процеси фотосинтезу і дихання повністю комплементарні і взаємно відповідні: ввесь асимільований у процесі фотосинтезу карбон включається у вуглеводи, а в процесі дихання ввесь карбон, що міститься у органічних сполуках, перетворюється на вуглекислий газ.

Кругообіг оксигену пов’язаний в першу чергу з кругообігом кисню (процеси фотосинтезу та дихання), а також з метаболізмом кисневмісних органічних сполук та з процесами окиснення (наприклад горіння). Молекула кисню (О₂), що утворилася в процесі фотосинтезу, одержує один атом оксигену від вуглекислого газу (СО₂), а інший від води. Асимільована в процесі дихання молекула кисню віддає один атом оксигену вуглекислому газу, а інший воді.

Також кругообіги гідрогену та оксигену тісно пов’язані з кругообігом води, яка бере участь у багатьох біохімічних реакціях, утворює середовище для біохімічних реакцій, відіграє важливу роль у процесах фотосинтезу, дихання, транспірації, мінерального живлення рослин, створенні осмотичного та тургорного тисків, формуванні клімату. Вода є основною складовою частиною всіх клітинних організмів. Вода – основа життя.

Стосовно кругообігу нітрогену виділяють чотири відмінності:

Більшість організмів не можуть асимілювати азот з велетенського фонду, який є у атмосфері (приблизно 78%);
Нітроген не бере безпосередньої участі у вивільненні хімічної енергії в процесі дихання, він входить до складу білків та нуклеїнових кислот, які створюють структуру біологічних систем і регулюють їх функціонування;
Біологічний розклад нітрогеновмісних органічних сполук відбувається у кілька стадій, причому, окремі з цих перетворень можуть здійснюватися лише спеціалізованими бактеріями;
Більша частина біохімічних перетворень пов’язаних з розкладом нітрогеновмісних сполук відбувається в грунті, що полегшує доступність нітрогену для рослин через полегшену розчинність неорганічних нітрогеновмісних сполук.

Отже, джерелом нітрогену може бути азот повітря з одного боку або нітроген, який міститься у відмерлих рештках рослин і тварин. Але вільний азот з атмосфери можуть використовувати лише окремі організми: бульбочкові бактерії та деякі синьо-зелені водорості.

Фосфор входить до складу нуклеїнових кислот, складних білків, клітинних мембран, кісткової тканини та дентину, є основою біоенергетичних процесів. Узагальнена найпростіша схема кругообігу фосфору для наземних біогеоценозів виглядає так: ґрунт  рослина  тварина  ґрунт . Рослини асимілюють фосфор у вигляді фосфат – іона (РО₄^3-) в процесі мінерального живлення. Деякі групи бактерій перетворюють наявний у ґрунті фосфор у фосфат.

50% сульфуру з’являється у атмосфері за рахунок перетворень наземними та водними екосистемами, де сульфур внаслідок мікробіологічних процесів перетворюється на сірководень (Н₂S). Мікроорганізми продукують сірководень двома шляхами: відновленням сульфатів та розклад органічної речовини. Інші мікроорганізми перетворюють сірководень у сульфати, які потім у процесі мінерального живлення засвоюються рослинами.

Калій, кальцій, натрій і магній містяться у великих кількостях у клітинах та позаклітинних комплексах у вигляді катіонів. Кругообіг катіонів у біогеоценозах мало пов’язаний з асиміляцією і вивільненням енергії, але відіграє важливу роль у функціонуванні організмів. Основним джерелом катіонів металів у екосистемах є вивітрювання материнських гірських порід та органічні рештки рослин та тварин.

Мікроелементи називають стимуляторами, мінеральними ферментами, мінеральними каталізаторами. До них належать: залізо, марганець, мідь, молібден, цинк, бор, хлор, а також натрій, кремній, кобальт, ванадій, йод, селен, алюміній, платина, флуор, кадмій, ртуть, бром, хром, миш’як, нікол, стронцій. Потреби організмів у мікроелементах мізерні, але значення їх для процесів, що відбуваються у організмах велике. Основним джерелом мікроелементів у біогеоценозах є вивітрювання материнських гірських порід, а також розклад відмерлих решток. Останнім часом потужним джерелом мікроелементів є антропогенна фактор.

Особливістю лісових біогеоценозів є те, що вони є акумуляторами важких металів, мікроелементів. Ліс один із найдавніших біогеоценозів в еволюційному плані. Саме тут затримуються на довгий час хімічні елементи, саме тут здійснюються основні кругообіги речовин та хімічних елементів.

VІ. Біосферологія (глобальна екологія).

Термін “біосфера” вперше був використаний австрійським вченим-геологом Едуардом Зюссом. Сучасне тлумачення біосфери, яке прийняте в усьому світі, належить видатному українському вченому В.І. Вернадському, який розглядав біосферу як “живу” оболонку, ділянку існування живої речовини, ділянку кори, зайнятої трансформаторами, що перетворюють космічні випромінювання в діяльну земну енергію – електричну, хімічну, механічну, теплову і т.д.

Речовина біосфери складається з семи різнорідних природних частин:

жива речовина – сукупність живих організмів;
біогенна речовина – потужне джерело потенційної енергії (кам’яне вугілля, бітум, нафта);
косна речовина – тверда, рідка, газоподібна (повітря, вода, камінь) у відтворенні якої бере участь жива речовина;
біокосна речовина – створюється одночасно живими організмами і косними процесами (океанська та річкова вода, ґрунт і т.д.);
речовина, що перебуває у радіоактивному розпаді;
речовина, просякнута розсіяними атомами, які безпосередньо утворюються з різних земних речовин під впливом енергії сонця;
речовина космічного походження (космічний пил, метеорити).

На сьогоднішній день первинна біосфера значно змінена діяльністю людини. Якісно новий етап її розвитку – біотехносфера. Стан біосфери, за якого перетворююча людська діяльність починає відігравати в ній визначальну роль, Вернадський назвав ноосферою, або сферою розуму.

Вертикальна структура біосфери. Верхньою межею біосфери є озоновий шар, оскільки над ним жорстке ультрафіолетове випромінювання знищує все живе. Зону над біосферою називають парабіосферою. В цій зоні випадково з’являються мікрооганізми та їхні спори, які або гинуть, або опускаються у нижчі шари атмосфери. Після того як у 1960 році Жак Піккар та Дон Уолш довели, що на дні Маріанської западини (10919 м з точки занурення) існує життя, нижньою межею біосфери умовно вважають найглибшу свердловину (близько 11 тисяч метрів). Отже, до складу біосфери входить нижня межа атмосфери, вся гідросфера та верхня межа літосфери

Горизонтальна структура біосфери. Вся Земля огорнута біогеоценотичним покривом – суходільним або ж водним. Ієрархія підсистем біосфери (за М.Ф. Реймерсом) має такий вигляд:

біогеоценоз  біолокус  біозона  біоорбіс  царство  террабіосфера  біосфера.

(або літобіосфера)



Екосистеми різноманітного

ієрархічного рівня.

Біогеоценоз – найпростіша система.

Біолокус – індивідуальний ландшафт.

Біозона – природній пояс.

Біоорбіс – біогеографічна область.

Царство – біогеографічне царство.

Террабіосфера – одна з підсфер геобіосфери (разом з літобіосферою).

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалася під впливом зовнішніх сил (геологічні та кліматичні зміни) та внутрішніх процесів обумовлених діяльністю живої речовини.

Перші екосистеми були заселені дрібними анаеробними гетеротрофами (Ю. Одум), що живилися органічною речовиною, утвореною в ході абіотичних процесів. Потім відбувся “популяційний вибух” зелених водоростей – автотрофів, що перетворив атмосферу з відновлювальної на кисневу.

Багатоклітинні організми з’явилися після того, як вміст кисню в атмосфері досяг приблизно 8% від його сучасного рівня (70 млн. років тому, початок кембрію). У докембрійський період існували лише дрібні та примітивні одноклітинні форми життя.

З появою більшої кількості кисню у атмосфері поступово утворився озоновий шар, що захистив поверхню Землі від жорсткого ультрафіолету та дозволив пізніше живим організмам вийти на сушу (палеозойська ера). Наприкінці палеозою відбулося помітне зменшення рівня кількості кисню та збільшення рівня вуглекислого газу, що привело до відносно швидкого еволюційного розвитку автотрофів. Воно й стало базою для створення колосальних запасів корисних копалин (кам’яного вугілля та нафти). Згодом вміст кисню та вуглекислого газу стабілізувався.

У прцесі еволюції відбувалися зміни популяцій та біоценозів, виникали нові види та міняли генетичний склад види, що зуміли краще пристосуватися до нових умов та вижити. Вчені вважають, що таксономічний склад біосфери ще не стабілізувався, що підтверджують спряжена еволюція та груповий відбір.

Спряжена еволюція – це тип еволюції угруповання, що характеризується взаємною селективною взаємодією великих груп організмів, які перебувають у тісному екологічному взаємозв’язку (рослини та рослиноїдні організми або їх симбіонти, паразити та їх господарі).

Груповий відбір - природній відбір у групах організмів, що не обов’язково пов’язаний мутуалістичними зв’язками. При цьому відборі відмирає ціла популяція, а не лише окремий генотип.

Жива речовина за В.І. Вернадським – це форма активованої матерії, і її енергія тим більша, чим більша маса живої речовини. Особливостями живої речовини (за А.В. Лаппо) є:

Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією, яку можна було б порівняти з потоком лави, але енергія лави недовговічна.
У живій речовині , завдяки ферментам, реакції відбуваються у тисячі, а часом і у мільйони разів швидше, ніж у неживій.
Деякі хімічні речовини (білки, вуглеводи, вітаміни) синтезуються тільки у живій речовині.
Жива речовина намагається заповнити собою ввесь можливий простір. Є дві форми її руху: пасивна – розмноження, активна – напрямлене переміщення організмів (характерне більшою мірою для тварин).
Жива речовина проявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність ніж нежива.
Жива речовина представлена організмами (дисперсними тілами), кожен з яких має власний генетичнй склад.
Навіть будучи дисперсною, жива речовина ніколи не трапляється на Землі у відкритій формі, а завжди існує у вигляді біоценозів.
Жива речовина існує у формі безперервного чергування поколінь і характеризується генетичним зв’язком з живою речовиною минулих поколінь (принцип Реді: все живе – з живого).
Жива речовина, на відміну від неживої, здійснює упродовж свого історичного життя грандіозну роботу.

Потоки енергії у біосфері:

потік сонячної енергії, що надходить до біосфери і приводить в дію біохімічний кругообіг;
латеральні потоки повітряних мас (вітер);
латеральні снігові замети;
радіальні та латеральні потоки енергії антропогенного походження.

Класифікація екосистем за джерелами та рівнем надходження енергії

№ з/п	Тип екосистеми	Щорічне надходження енергії, ккал/м²
1.	Несубсидовані природні – одержують енергію від Сонця (відкрита частина океану, високогірні ліси), основа системи життєзабезпечення екосистеми Землі.	1000 – 10000
2.	З природною енергетичною субсидією – володіють природною родючістю і характеризуються високою підтримувальною здатністю, можливістю продукувати надлишки органічних речовин, котрі можуть накопичуватись або виноситись в інші екосистеми (естуарії, дощові ліси).	10000 – 40000
3.	Субсидовані людиною – продукують продукти харчування, волокнисті матеріали, одержуючи дотації у вигляді пального (чи у інших формах), які постачає людина.	10000 – 40000
4.	Промислово–міські – одержують енергію палива, залежать від екосистем перших двох типів, паразитують на них, одержуючи харчування і паливо (міста, приміські та індустріалізовані зелені зони).	100000 - 3000000

З геохімічної точки зору органічна матерія є кисневою системою багатою на вуглець. Земна кора налічує понад 100 хімічних елементів, проте, лише шість із них взаємодіють у атмосфері: гідроген, оксиген, нітроген, карбон, фосфор та сульфур. Крім перечислених організми використовують зольні елементи: кальцій, калій, магній, залізо та мікроелементи: цинк, молібден, бор тощо. Живі компоненти біосфери складаються з тих самих хімічних елементів, що й неживі, але роль хімічних елементів у біосфері неоднакова, тому їх за значимістю поділяють на шість груп:

Благородні гази (гелій, неон, аргон, криптон, ксенон) – до складу організмів не входять.
Благородні метали (радій, рутеній, паладій, осмій, іридій, платина, золото) – у земній корі сполук майже не утворюють.
Органогенні елементи (гідроген, оксиген, нітроген, карбон, фосфор, сульфур, кальцій, калій, магній, залізо) – характеризуються високою реактивною здатністю, з них складаються живі організми.
Розсіяні елементи (рубідій, цезій, ніобій, тантал) – утворюють сполуки на великій глибині земної кори, або (йод, бром) вступають у реакції лише на поверхні земної кори.
Сильно радіоактивні – полоній, радон, радій, уран, нептун, плутоній тощо.
Рідкісноземельні – лантаноїди та актиноїди.

На групу органогенних елементів у земній корі припадає 99,7% маси, а на решту – 0,3%. Організми складаються з таких основних елементів: оксигену - 70%, карбону – 18%, гідрогену – 10,5%, кальцію – 0,5% та інших.

Присутність кожного елемента у земній корі виражається у кларках (питома вага елемента у земній корі у відсотках). З погляду на кларки хімічні елементи в органічній матерії поділено на три групи: макроелементи (0,1 – 0,01 кларка): О, Н, С, N, Са, S, Р, К, Sі, Мg, Fe, Na, Cl, Al; мікроелементи (0,01 – 0,001 кларка): Zn, Br, Mn, Cu, I, As, B, F, Pb, Ti, V, Cr, Ni, Sr, Ag, Co, Ba, Th; ультрамікроелементи (10 ^–6 – 10 ^–12 кларка): Au, Rb, Hg, Ra, Rn.

Основні наукові положення вчення В.І. Вернадського про біосферу:

Жива речовина є насамперед планетним явищем і не може бути відірвана від біосфери, геологічною функцією якої вона є. У межах біосфери скрізь зустрічається або жива речовина, або сліди її біохімічної діяльності. І гірські осадові породи, і природні води, і гази атмосфери у своїй основі створені живою речовиною планети.
Космічне випромінювання охоплює всю біосферу і пронизує усе в ній, тому біосфера повинна розглядатись як область перетворення космічної енергії.
Біосфера є планетне явище космічного характеру.

Сучасний стан біосфери В.І. Вернадський назвав ноосферою. Він визначав місце людини у біосфері трьома положеннями:

Людина, як і всі живі організми, як і вся жива речовина є певною функцією біосфери в певному її просторі і часі.
Людина в усіх її проявах становить певну закономірну частину будови біосфери.
“Вибух” наукової думки у ХХ столітті підготовлений усім минулим біосфери і має глибинні корені. Цивілізація “культурного людства” не може перериватися і знищитися, оскільки це велике природнє явище, яке відповідає історично, геологічно встановленій організованості біосфери.

Біосфера неминуче перетвориться у ноосферу, тобто сферу, де людський розум буде відігравати домінуючу роль в розвитку системи людина – природа.

VІІ. Природне середовище

Атмосфера. Основними компонентами атмосфери є азот (78,084%), кисень (20,946%), аргон (0,934%), а також незначні домішки газів: вуглекислого, водню, сірководню, метану, водяної пари та ін., а також пилу, мікроорганізмів.

За останні 120 років вміст вуглекислого газу у атмосфері збільшився на 17%. У атмосфері він діє як скло в теплиці: вільно пропускає сонячні промені до поверхні Землі, а тепло, що піднімається від розігрітої поверхні – утримує. Це викликає розігрівання атмосфери, відоме як парниковий ефект. Внаслідок цього явища середньорічна температура на Землі у наступні десятиліття може збільшитися на 1,5 – 2 ⁰С і зростатиме далі, що у майбутньому може привести до глобального потепління.

Енергія від Сонця надходить до Землі у вигляді променів видимого світла, довгохвильових (інфрачервоних або теплових) променів і ультрафіолетових (короткохвильових, що несуть найбільше енергії та є фізіологічно активними. Ультрафіолетові промені (УФ) умовно поділяють на: УФ – А (довжина хвилі 400 – 315 нм), УФ –В (315 – 280 нм), УФ – С (менше 280 нм). УФ – В та УФ – С надзвичайно шкідливі для всього живого, бо призводять до розриву білкових молекул та загибелі клітин. На висоті 20 – 50 км повітря містить підвищену кількість озону (О₃), який утворюється у стратосфері з кисню: 3О₂ → 2О_3.Енергія променів УФ – В та УФ – С витрачається на дану фотохімічну реакцію і до землі доходить лише потік м’якого УФ – а випромінювання. Останнім часом над Антарктидою (південна півкуля) та над Шпіцбергеном (північна півкуля) вміст озону зменшився на 40 – 50%, причому, площа озонової діри над Антарктидою більша. Руйнуванню озонового шару сприяють деякі хімічні речовини: окиси азоту, фреони (СFCl₃, CF₂ClBr та інші), а також руйнуванню озонового шару сприяють запуски космічних кораблів та польоти надзвукових літаків у верхніх шарах атмосфери.

Смог виникає над великими промисловими центрами в результаті складних фотохімічних реакцій у повітрі забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею, оксидами азоту під впливом сонячного світла, підвищеної температури нижніх шарів повітря та великої кількості озону, який виділяється в результаті розкладу двоокису азоту під впливом олефінів, що накопичуються у повітрі через неповне згоряння автомобільного палива. У сухому, загазованому й теплому повітрі виникає синюватий туман, що неприємно пахне, подразнює слизові оболонки очей, дихальних шляхів, спричиняючи задуху, астму, емфізему легень тощо, також значно прискорюється корозія металів, руйнування фарб, взуття, гуми, одягу. На деревах в’яне листя.

Оксиди азоту та сірки, що викидаються у атмосферу внаслідок роботи теплових електростанцій та автомобільних двигунів окислюються киснем повітря, перетворюючись на ангідриди сірчаної та азотної кислот. Далі ці ангідриди сполучаються з краплинками вологи, що є у повітрі, перетворюються на кислоти та разом з дощем випадають на поверхню землі. Такі кислотні дощі знижують врожаї, вимивають із ґрунту солі кальцію, калію та магнію, що викликає деградацію флори та фауни, знищують ліси (особливо чутливі кедр, бук і тис), підвищують кислотність озер і ставків, де гинуть гідробіонти, водоплавні птахи, тварини, що живляться комахами, прискорюють руйнування пам’ятників та будівель, оздоблених вапняком та мармуром, збільшують кількість хвороб, пов’язаних з слизовими оболонками очей та дихальних шляхів.

До забруднень атмосферного повітря належить забруднення тютюновим димом, концентрація шкідливих речовин у якому у сотні тисяч разів перевищує концентрацію таких речовин, що викидаються будь – яким металургійним чи хімічним комбінатом, але люди вдихають таке забруднене повітря добровільно.

Також існує шумове, вібраційне та електромагнітне забруднення атмосфери. Шум – це одна з форм фізичного забруднення навколишнього середовища до якого організми пристосуватися не в змозі. Він шкідливо впливає на здоров’я людей, знижує їхню працездатність, викликає глухоту. Вібрації виникають через тремтіння чи коливання обладнання, пристроїв чи інструментів з якими доводиться працювати (бетоноукладка, пневмоподрібнення, робота у шахтах з відбійним молотком). Сильні та довготривалі вібрації можуть приводити до струсу мозку, порушення роботи дихальної, серцево – судинної, нервової систем, сильної втоми (“вібраційна хвороба” шахтопрохідників). Головними джерелами забруднення середовища електромагнітним випромінюванням чи полями є теле- та радіоапаратура, комп’ютерна техніка, радіолокаційні станції, високовольтні лінії електропередач, електротранспорт, трансформаторні станції. Електричні поля високої напруги завдають шкоди перш за все нервовій системі людини. Напруга поля 1000 В /м спричиняє головний біль та сильну втому, більші значення напруги викликають безсоння, неврози.

Заходи боротьби із забрудненнями атмосфери:

економічні: безвідходні технології;
установка сучасних очисних фільтрів, податкові пільги за дотримання екологічних норм;
зменшення кількості ТЕС, утилізація газових та пилових викидів;
очищення вугілля, що буде спалюватися у топках ТЕС від піриту FeS₂;
заміна вугілля та мазуту для ТЕС екологічно чистішим паливом – природнім газом;
регулювання двигунів внутрішнього згоряння в автомобілях;
озеленення населених пунктів;
правильне планування будівництва житлових і промислових районів, автомагістралей;
проведення ліній електропередач поза межами міст і сіл;
використання звукопоглинаючих матеріалів при будівництві житлових будинків, промислових споруд та інші.

До складу гідросфери або водної оболонки землі входять моря й океани, льодовики, води рік та озер, підземні води. Запаси води на Землі величезні – 1, 46 • 10⁹км³(0, 025% від маси усієї Землі). Проте, прісна вода становить 2% від її загальної кількості, причому 85% її зосереджено у льодовиках Гренландії та Арктики та у айсбергах. Лише близько 1% прісної води – це річки та озера й частина підземних вод. Це і є доступна для використання вода.

Екологічні функції води:

головна складова всіх живих організмів;
з участю води здійснюються взаємозв’язки всіх процесів у екосистемах (обмін речовин, енергії, ріст та розвиток);
води Світового океану є основним кліматоутворюючим фактором;
вода є основною мінеральною сировиною, головний природній ресурс, якого людство споживає у тисячу разів більше ніж нафти чи вугілля.

По відношенню до прісної води галузі господарства поділяють на споживачів (використовують воду для виготовлення продукції, у побуті, а потім повертають у природне середовище, але у меншій кількості та гіршій якості) та користувачів (використовують воду як середовище – водний транспорт, рибальство, спорт, ГЕС).

Водоємність виробництва – кількість води (м³), необхідної для виробництва 1т продукції. Наприклад, для виробництва 1т прокату необхідно 10-15 м³ води, 1т хімволокна – 2000 – 5000 м³. Найбільшим споживачем прісної води у промисловості є атомні електростанції. Основним споживачем прісної води є сільське господарство (70% від загального використання прісних вод). З прісних вод, використаних для зрошення, назад у водойми повертається тільки 40 – 80% у вигляді так званих зворотних вод, що сильно забруднені мінеральними солями, вимитими з ґрунтів.

Забруднення води буває:

фізичне – нерозчинні домішки, пісок, глина, намул, відходи підприємств;
хімічне – розчинні домішки неорганічного (кислоти, луги, мінеральні солі) та органічного (нафта, нафтопродукти, миючі засоби, пестициди) походження;
біологічне – бактерії, віруси, спори грибків, яйця паразитичних червів, тощо;
теплове – підігріті води ТЕС, АЕС, що змінюють тепловий режим водойм та негативно впливають на гідро біонтів.

Очищення стічних вод – це руйнування або видалення з них забруднювачів і знищення в них хвороботворних мікробів (стерилізація).

Механічне очищення полягає у видаленні зі стічних вод нерозчинних речовин, також жирів і смол з використанням відстійників, сит, фільтрів, центрифуг тощо.

Хімічне очищення проводиться після механічного і полягає у внесенні у забруднену воду речовин – реагентів, що взаємодіють із забруднювачами, утворюючи нешкідливі або нерозчинні речовини, що випадають у осад і видаляються.

Біологічне очищення проводиться після механічного та хімічного і полягає у використанні штучних чи природних водойм, де в стічні води додають спеціальні мікроорганізми, що харчуються органічними домішками, розкладаючи їх до простих неорганічних сполук.

Літосфера – зовнішня тверда оболонка Землі, що включає всю земну кору та верхню частину мантії.

Екологічне значення літосфери:

на її поверхні живе більшість рослинних та тваринних організмів, в тому числі й людина;
верхня тонка оболонка літосфери – ґрунти забезпечують умови життя для рослин та деяких тварин;
літосфера є джерелом отримання корисних копалин: енергетичної сировини, руд металів, мінеральних добрив, будівельної сировини;
у межах літосфери періодично відбуваються геологічні процеси: виверження вулканів, землетруси, зсуви, обвали, ерозія.

Грунт – верхній родючий шар літосфери, органо – мінеральний продукт багаторічної спільної діяльності живих організмів, води, повітря, сонячного тепла й світла. Найродючіші ґрунти – чорноземи (вміст гумусу 70-90%).

Екологічне значення ґрунтів:

головне джерело отримання харчових продуктів;
відіграють велику роль у фільтруванні природних та стічних вод;
грунтово – рослинний покрив планети є регулятором водного балансу суші;
біологічний фільтр та нейтралізатор більшості антропогенних забруднень.

Причини зменшення товщини шару ґрунту, зменшення вмісту гумусу в ньому:

глибока оранка, часті агротехнічні заходи, що приводять до деградації структури ґрунту;
запровадження у практику сільськогосподарського виробництва високоврожайних сортів, що забирають із ґрунту багато поживних речовин;
ерозія ґрунтів (вітрова й водна);
засолення як результат зрошування.

Основні заходи щодо охорони ґрунтів:

відтворення структури та родючості ґрунтів: нейтралізація, розсолення, збагачення гумусом;
насадження лісозахисних смуг;
запровадження сівозмін з періодичною консервацією угідь (коли одна з ділянок “відпочиває”);
використання легкої, малогабаритної сільськогосподарської техніки;
раціональне використання мінеральних добрив, гербіцидів та пестицидів.

Порушеними землями називають землі, що втратили свою господарську цінність або навіть стали джерелом негативного впливу на навколишнє середовище (кар’єри, терикони, звалища сміття, промислових відходів, шлаків).

Рекультивація (відновлення) порушених земель проводиться у кілька етапів: технічна (найглибші частини засипають пустою породою, завозять грунт, який попередньо повинен зніматися і складатися у бурти, будують дороги, гідротехнічні та меліоративні споруди), період стабілізації (один – два роки, коли під дією сили тяжіння й зволоження породи ущільнюються), біологічна (вапнування, піскування, внесення мінеральних добрив тощо).

Надра Землі використовуються людиною для:

добування корисних копалин;
добування мінеральної сировини
зберігання рідких і газоподібних корисних копалин у природних та штучних сховищах;
створення різних споруд, сховищ;
створення транспортних комунікацій (метро, трубопроводи);
захоронення токсичних відходів, промислових та стічних вод;

Основні напрямки охорони земних надр:

відкриття та використання нових родовищ, часто економічно менш вигідних;
переробка некондиційних руд (з малим вмістом металів);
зниження кількісних втрат (при розробці родовища залишаються перегородки між шахтами, стовпи породи, що підтримують покрівлю шахт);
зниження якісних втрат (разом з рудою з шахти часто піднімають пусту породу, що різко знижує вміст металу у руді);
використання вторинних ресурсів (близько 70% металів можна використовувати повторно);
використання полімерних матеріалів замість металів;
пустими породами засипати підземні порожнини, болота і т.д.;
використання маловідходних технологій (з надр брати якомога менше, а корисні копалини використовувати якомога повніше).

Лабораторна робота 2:

Визначення засоленості, кислотності природних вод.

Дослід 1 Визначення засоленості природних вод

Матеріали та обладнання: штатив лабораторний, фарфорова чашка, спиртівка, фільтрувальний папір, лійка , сірники, мірний циліндр, терези, колби зі зразками природної води.

Методика:1 Відфільтровуємо зразок природної води (25 мл).

2. Зважуємо суху, чисту фарфорову чашку (m _чашки).

3. Відфільтровану воду переливаємо у зважену фарфорову чашку.

4. Нагріваємо фарфорову чашку з водою у полум’ї спиртівки до тих пір, поки вся вода не випарується.

5. Зважуємо фарфорову чашку ще раз, але уже разом з сухим залишком (m _{чашки з сухим осадом}).

6. Обробка даних: m_{сухого осаду}= m _{чашки з сухим осадом}  m _чашки

норма від 25 до 35 мг сухого осаду на 25 мл природної води

7. Дослід повторюють декілька разів

Завдання: Зробіть висновки про засоленість природних вод.

Дослід 2 Визначення р^Н природних вод.

Матеріали та обладнання: лакмусовий папір, проби води (по 10мл), хімічний стакан на 50мл.

Методика: У досліджувану воду опускають смужку лакмусового паперу, порівнюють з шкалою та визначають р^Н.

Дослід повторюють з декількома пробами води.

VІІІ. Охорона природи (прикладна екологія).

Природокористування – це сукупність усіх форм експлуатації ресурсного потенціалу і заходів його збереження. Сюди відносяться видобування, переробка та відновлення природних ресурсів, використання й охорона природних умов життя, збереження та відновлення екологічного балансу природних екосистем. Як сфера знань природокористування включає в себе елементи природних, суспільних і технічних наук.

Природокористування може бути раціональним і нераціональним.

Раціональне природокористування – це високоефективне, розумне господарювання, яке не призводить до різких змін природно-ресурсного потенціалу та підтримує продуктивність природних комплексів або окремих їх об’єктів.

Нераціональне природокористування – це таке господарювання, в результаті якого природа втрачає здатність до самовідновлення, саморегулювання та самоочищення, порушується рівновага біологічних систем, вичерпуються мінеральні ресурси, погіршується використання рекреаційних, оздоровчих та естетичних функцій природних об’єктів.

Розвиток світової економіки на сучасному етапі має дві важливі закономірності стосовно економіки природокористування: надвиробництво продукції (часто пропозиція перевищує попит) світовою промисловістю, яке веде за собою надвикористання природних ресурсів; перетворення держав, економіка яких перебуває у стані становлення, на сировинні придатки держав з розвинутою економікою, що приводить до нераціонального використання природних ресурсів на територіях цих держав.

Людство вступило в такий етап екологічного розвитку, коли економічний ефект визнається реальним лише з урахуванням екологічних наслідків і обмежень. Економіка товарів поступово повинна змінюватися економікою інформації, а принципи природокористування у ХХІ столітті набути нових особливостей:

Підхід до вивчення будь-якого природного об’єкту чи процесу має бути універсальним, цілісним, в основі якого лежить ідея єдності світу, тісних взаємозв’язків всіх явищ і процесів у природі, розуміння того, що будь-яке втручання в екосистему ззовні неминуче вплине на природну рівновагу, встановлену в екосистемі протягом тривалого часу.
Людська діяльність повинна супроводжуватися думкою, що людина є часткою природи, її елементом, який своїм функціонуванням не має права порушувати гармонію життєвих процесів біосфери.
Моделювання стратегії еколого-економічного розвитку людства повинно іти шляхом поліваріантного прогнозу, який повинен передбачити декілька варіантів наслідків розвитку нашої цивілізації: наслідки, що прогнозуються і проектуються; наслідки, що прогнозуються і не проектуються; наслідки, що не прогнозуються і не проектуються. Демократичне суспільство повинно обрати розвиток, екологічні наслідки якого прогнозуються і проектуються. Якщо ж обирається інший шлях, то суспільство повинно розуміти, яку ціну в майбутньому доведеться платити.
Суспільно – виробничі технології нової цивілізації повинні бути спрямовані на формування діючих природних систем, які здатні здійснювати еквівалентний обмін речовини та енергії між суспільством та природніми екосистемами, дозволяли екосистемам самовідновлюватись і самоочищатись, підтримувати природній гомеостаз.

Заповідник – простір (територія, акваторія), що особливо охороняється законом, він повністю виключений з будь – якої господарської діяльності, закритий для відвідувачів, з метод збереження у незайманому вигляді природних комплексів, охорони всіх видів живого та стеження за природними ресурсами. У заповіднику дозволяються тільки заходи для підтримання природи, якщо їй загрожують зовнішні впливи.

Заказник – ділянка, на території якої заборонена певна господарська діяльність, призначена для охорони видів рослин і тварин, екосистем, ландшафтів. Існують заказники орнітологічні, мисливські, ландшафтні, озерні та ін.

Національні парки – великі території, де охорона природи поєднується з відпочинком людей у природному, мало зміненому середовищі, у яких охороняються ландшафти, кліматоутворюючі компоненти, екосистеми, рідкісні види рослин та тварин.

Пам’ятки природи – природні об’єкти, часто пов’язані з історичними подіями чи особстостями, виділені як природні території, що охороняються.

Природно – заповідний фонд Івано – Франківщини включає всі категорії заповідних територій. В області діє природний заповідник “Горгани” (площа 5344,2 га), Карпатський національний природний парк (50, 3 тис. га), 4 регіональні ландшафтні парки Дністровський, Галицький, Поляницький та “Гуцульщина”, ландшафтні заказники (8 лісових, 26 ботанічних, 2 загальнозоологічні, 5 гідрогеологічних); пам’ятки природи 3 загальнодержавного значення: “Касова гора”, “Скелі довбуша”, ”Верхнє Озерище”, ботанічних 145, зоологічний “Вільхівець”, парків – пам’яток 7.

Основними природоохоронними нормативними документами є: “ Положення про Червону книгу України” м. Київ, 25 жовтня 1992р. та Закон “Про охорону навколишнього природного середовища” від 25 червня 1991р.

ІХ. Промислово – виробнича діяльність людини.

До відновлюваних джерел енергії відносяться: енергія Сонця, вітру, гідроенергія рік, внутрішнє тепло Землі, енергія припливів та відпливів тощо.

Невідновлювані джерела енергії: викопне мінеральне паливо, ядерне паливо.

Екологічний вплив ТЕС:

забруднення атмосфери газами, що утворюються під час згоряння палива;
забруднення атмосфери пилом;
радіоактивне забруднення (вугілля містить домішки природних радіоактивних елементів);
забруднення земної поверхні відвалами шлаків і кар’єрами.

Екологічний вплив АЕС:

добування і збагачення радіоактивної сировини;
утилізація та захоронення радіоактивних відходів;
через 25 – 30 років сама АЕС мусить бути розібрана або похована, оскільки радіоактивність її агрегатів та обладнання перевищить усі допустимі норми;
постійна загроза виходу з ладу реактора та викиду радіоактивних речовин у навколишнє середовище (Чорнобильська АЕС);
на території, де розташована АЕС, радіаційний фон постійно підвищений, що негативно впливає на живі організми, а місцеве населення потребує постійного оздоровлення через хвороби, пов’язані з радіацією.

Екологічний вплив ГЕС:

перед греблею ГЕС утворюються водосховища, що затоплюють великі території часто родючих земель;
серйозно потерпають від гребель мешканці рік: планктон та риба;
у місцевостях, розташованих поряд із водосховищами, спостерігається підйом рівня ґрунтових вод, заболочення територій;
водосховища мають слабкий водообмін та самоочищуваність, що перетворює їх на вловлювачів промислового бруду;
надлишки мінеральних добрив, що змиваються з полів, накопичуються у водосховищах, що викликає “цвітіння” води, яке, в свою чергу, приводить до загибелі гідробіонтів.

Екологічні проблеми промисловості:

використання маловідходних та (у ідеалі) безвідходних технологій;
раціональне використання енергії;
добування та збагачення сировини;
проблема очисних споруд та фільтрів;
проблема утилізації відходів;
заміна металічних конструкцій полімерними.

Екологічні проблеми транспорту:

використання великої кількості пального та матеріалів;
забруднення повітря, ґрунтів, вод;
максимальне використання електротранспорту;
аврії танкерів;
руйнування озонового шару літаками та космічними кораблями;
нафто- та газопроводи з високим тиском загрожують аваріями;
автомобільні та залізні дороги займають великі площі землі;

Екологічні проблеми сільського господарства:

існує понад 80 000 видів їстівних рослин, які людство майже не використовує, а чисельність їх різко скорочується;
збіднення генетичного фонду рослин і тварин (найменші зміни умов навколишнього середовища негативно впливають на сорти культурних рослин);
порушення правил агротехніки через гонку за надурожаями, що приводить до руйнування ґрунтів, зміни текстури, кислотності, гідрологічного режиму;
ерозія ґрунтів: вітрова, водна;
будівництво міст, доріг, аеродромів, військова справа – забирають великі площі родючих земель;
раціональне використання мінеральних добрив, гербіцидів та пестицидів;
використання великої кількості прісної води.

Екологічні проблеми, пов’язані з військовою справою:

будь – яка військова операція є екологічною катастрофою;
розробка, виготовлення й використання нових видів зброї;
на військові потреби в світі щорічо витрачається 2 – 3% енергетичних ресурсів, 3 – 4% запасів нафти, до 3% територій розвинутих країн відводиться під військові бази, склади аеродроми, полігони тощо;
сучасні військові технології передбачають методи зміни клімату, впливу на газообмін та тепловий баланс атмосфери та гілросфери, створюється геофізична зброя;
створення хімічної та біологічної збрї;
випробування ядерної зброї;
проблеми обслуговування ядерної зброї.

Демократичний шлях розвитку суспільства передбачає надвирбництво товарів та послуг при якому пропозиція часто перевищує попит. Таке надвиробництво неминуче веде за собою надвикористання природних ресурсів. Впровадження сучасних технологій та інтенсифікація виробництва дозволяють частково вирішити проблему надвикористання природних ресурсів, хоча інтенсифікація не завжди сумісна з якістю продукції.

Література:

Анісімова С.В. Рибалова О.В. Поддашкін О.В. Екологія. К., “Грамота”, 2001р.
Білявський Г.О., Фурдуй Г.С. Основи екологічних знань. К., “Либідь”, 1997р.
Кучерявий В.П. Екологія. Львів, “Світ”, 2000р.
Магура Н.Л., Біологія навколишнього середовища. К., “Грамота”, 2001р.
Поп’юк М. Екологічне виховання на уроках географії. “Обрії” №2, 2000р.
Пустовіт Н.О., Плечова З.Н. Екологічні задачі.
Рева М.Л., Краснікова Л.М. Основи екології та охорони природи (програма та курс лекцій). “Біологія та хімія у школі” № 43 – 45.

Програма спецкурсу “ Пізнавай себе і вдосконалюйся” з посібника авторів: Бойченко Т, Колотій Н., Царенко А., Жеребицький Ю., Голі Д., Луцюк Р., Валеологія в школі і вдома. Роль батьків у формуванні, збереженні і зміцненні здоров’я підлітків. - К.: Київ–Логос, 1999 р.;

Упорядник Мердух І.І., методист ОІППО

Програма спецкурсу

для 8 або 9 класу

ПІЗНАВАЙ СЕБЕ І ВДОСКОНАЛЮЙСЯ

(68 год.)

Blog

Експериментальні програми спецкурсів та факультативів з біології

Содержание