Билет № 15. 1. Источником энергии в естественной экосистеме является солнечный свет
1. Источником энергии в естественной экосистеме является солнечный свет. Продуценты – производители (зеленые растения) запасают полученную солнечную энергию в органических веществах, создают пищу для всех остальных обитателей экосистемы. Служат источником органических веществ на Земле.
Консументы – потребители (травоядные, затем плотоядные животные) перерабатывают органические вещества. Их роль заключается в ускорении круговорота веществ в экосистеме. (Есть мнение, что сообщества могут быть устойчивы и без консументов).
Редуценты – разрушители (бактерии, грибы) разрушают органические вещества до неорганических. Разрушители завершают круговорот химических элементов, делают их доступными для усвоения растениями. Без редуцентов возникла бы нехватка минеральных солей, необходимых растениям, а планета была бы загромождена остатками живых существ и их экскрементов.
Некоторые экосистемы, лишенные солнечного света, не имеют в своем составе продуцентов. Примером могут быть сообщества больших океанских глубин. Источником энергии в таких экосистемах служат останки живых существ, оседающие из верхних слоев воды.
2. Класс пресмыкающихся представлен многочисленным отрядом Чешуйчатых, к которому относятся ящерицы и змеи. Отряд Черепахи и отряд Крокодилы отличаются своеобразным строением, сохранившим древние черты.
Для всех пресмыкающихся характерно развитие эмбрионов на суше, а не в воде. Это позволило пресмыкающимся заселять сушу независимо от наличия на ней водоемов. Кожа сухая, без желез, обычно покрытая чешуями, что предохраняет от потери влаги. Органы дыхания – ячеистые легкие. Дыхание происходит за счет расширения и сжатия грудной клетки, что обеспечивает более эффективную вентиляцию легких. В желудочке сердца формируется неполная перегородка, препятствующая смешиванию артериальной и венозной крови. Оплодотворение внутреннее. Яйца крупные, покрытые кожистой оболочкой у змей или известковой скорлупой у черепах и крокодилов. Поведение более сложное по сравнению с земноводными.
В мезозойской эре пресмыкающиеся были господствующей группой среди позвоночных и на суше, и в водоемах. Широко известны динозавры: травоядный бронтозавр, хищный тираннозавр, летающий ящер птеранодон. Называют следующие причины вымирания динозавров:
· Расцвет покрытосеменных растений, содержащих алкалоиды, ядовитые для динозавров.
· Похолодание климата, давшее существенные преимущества теплокровным птицам и млекопитающим.
· Более совершенное поведение млекопитающих обеспечило более гибкое приспособление к меняющимся условиям окружающей среды по сравнению с пресмыкающимися.
3. Важнейшими факторами, способствующими сохранению здоровья, являются умеренность во всем: правильное питание, отказ от спиртного и курения, рациональный режим труда и отдыха, отказ от страстей, занятия физкультурой и физическим трудом. Связано это с тем, что посильные физические нагрузки тренируют сердечно-сосудистую и дыхательную системы, улучшают кровоснабжение не только задействованных мышц, но и всего организма в целом. Улучшается настроение и обмен веществ (есть данные, что полезно находиться на открытом воздухе в ранние утренние часы, когда состав солнечного спектра особенно благоприятен).
Сбалансированный рацион питания, включающий достаточное количество овощей и фруктов, обеспечивает организм всеми необходимыми белками и витаминами, клетчаткой. Переедание затрудняет работу пищеварительной системы и способствует ожирению.
С точки зрения физиологии, принципа доминанты, страсти можно рассматривать как доминирование потребностей, не важных и даже вредных для организма.
Спиртные напитки, курение, наркотики прежде всего опасны своим влиянием на нервную систему. У многих очень быстро вырабатывается физиологическая и психологическая зависимость, приводящая к алкоголизму, наркомании. В этом состоянии человек теряет контроль над своими поступками, никакая борьба со страстями невозможна. Нередки преступления ради денег или в состоянии агрессии. Не стоит забывать, что курение способствует возникновению рака легких, алкоголизм – язве желудка. Потеря самоконтроля увеличивает вероятность заражения ВИЧ-инфекцией и другими тяжелыми заболеваниями.
В развитых странах ведется борьба с курением в общественных местах, пропаганда здорового образа жизни. Связано это с тем, что затраты на здоровье нации окупаются, уменьшая количество заболеваний и повышая производительность труда. В России это встречает значительные затруднения, вызванные многолетним сокращением производства, коррупцией, отсутствием уверенности в завтрашнем дне, насаждением культа потребления, в том числе на государственных телеканалах. Следует понимать, что здоровый образ жизни, нравственная чистота, духовное богатство сами по себе являются ценностью, приносят человеку здоровье, счастье, стойкость в трудных жизненных ситуациях.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
12. Экосистемы
12.5. Солнце как источник энергии
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Поток энергии по данным Т.А. Акимовой, В.В. Хаскина (1994), посылаемый солнцем к планете Земля, превышает 20 млн ЭДж в год. Из-за шарообразности земли к границе всей атмосферы подходит только четверть этого потока. Из нее около 70% отражается, поглощается атмосферой, излучается в виде длинноволнового инфракрасного излучения. Падающая на поверхность Земли солнечная радиация составляет 1,54 млн. ЭДж в год. Это огромное количество энергии в 5000 раз превышает всю энергетику человечества конца XX столетия и в 5,5 раза — энергию всех доступных ресурсов ископаемого топлива органического происхождения, накопленных в течение, как минимум, 100 млн. лет.
Поток солнечной энергии на Земле и ее трансформации показаны на рис. 12.6.
Рис. 12.6. Поток солнечной энергии на Земле и ее трансформации
(по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994)
Примечание: энергия выражена в ЭДж/год. 1 ЭДж = 10 18 Дж; горизонтальное сечение потока энергии — логарифмическое. На каждом из этапов трансформации большая часть энергии теряется
Большая часть солнечной энергии, достигающей поверхности планеты, превращается непосредственно в тепло, нагревая воду или почву, от которых в свою очередь нагревается воздух. Это тепло служит движущей силой круговорота воды, воздушных потоков и океанических течений, определяющих погоду, постепенно отдается в космическое пространство, где и теряется.
Для определения места экосистем в этом природном потоке энергии важно представлять, что как бы протяженны и сложны они ни были, ими используется лишь небольшая его часть. Отсюда следует один из основных принципов функционирования экосистем: они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно. Дадим более детально каждую из перечисленных характеристик солнечной энергии.
1. Избыток. Растения используют около 0,5% ее количества, достигающею Земли. Если бы люди существовали только за счет солнечной энергии, то они бы использовали еще меньшую ее часть. Следовательно, ее поступающего на землю количества достаточно для удовлетворения потребностей человечества, а так как солнечная энергия в конце концов превращается в тепло, то увеличение ее использования не должно оказывать влияния на динамику биосферы.
2. Чистота. Солнечная энергия — «чистая», хотя ядерные реакции, идущие в недрах Солнца и служащие источником ею энергии, и сопровождаются радиоактивным загрязнением, все оно остается в 150 млн км от Земли. В этом ее отличие от энергии, получаемой путем сжигания ископаемого топлива или на атомных электростанциях.
3. Постоянство. Солнечная энергия всегда будет доступна в одинаковом, безграничном количестве.
4. Вечность Ученые считают, что Солнце через несколько миллиардов лет погаснет. Однако для нас это не имеет практического значения, так как люди, по современным данным, существуют только около 3 млн лет. Это всего 0,3% миллиарда. Отсюда, если даже через 1 млрд лет жизнь на Земле станет невозможной, у человечества в запасе еще 99,7% этого срока, или каждые 100 лет он будет уменьшаться всего на 0′,00001 %.
Источник
Энергетические типы экосистем
Энергия — наиболее удобная основа для классификации экосистем. Различают четыре фундаментальных типа экосистем: 1) движимые Солнцем, малосубсидируемые; 2) движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками; 3) движимые Солнцем и субсидируемые человеком; 4) движимые топливом.
В большинстве случаев могут использоваться и два источника энергии — Солнце и топливо.
Природные экосистемы, движимые Солнцем, малосубсидируемые — это открытые океаны, высокогорные леса. Все они получают энергию практически только от одного источника — Солнца и имеют низкую продуктивность. Ежегодное потребление энергии оценивается ориентировочно в 10 3 -10 4 ккал-м 2 . Организмы, живущие в этих экосистемах, адаптированы к скудному количеству энергии и других ресурсов и эффективно их используют. Эти экосистемы очень важны для биосферы, так как занимают огромные площади. Океан покрывает около 70 % поверхности земного шара. По сути дела, это основные системы жизнеобеспечения, механизмы, стабилизирующие и поддерживающие условия на «космическом корабле» — Земле. Здесь ежедневно очищаются огромные объемы воздуха, возвращается в оборот вода, формируются климатические условия, поддерживается температура и выполняются другие функции, обеспечивающие жизнь. Кроме того, без всяких затрат со стороны человека здесь производится некоторое количество пищи и других материалов. Следует сказать и о не поддающихся учету эстетических ценностях этих экосистем.
Природные экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые другими естественными источниками — это экосистемы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться. Они получают естественные энергетические субсидии в виде энергии приливов, прибоя, течений, поступающих с площади водосбора с дождем и ветром органических и минеральных веществ и т. п. Потребление энергии в них колеблется от 1-10 4 до 410 4 ккал-м’ 2 -год 1 . Прибрежная часть эстуария типа Невской губы — хороший пример таких экосистем, которые более плодородны, чем прилегающие участки суши, получающие то же количество солнечной энергии. Избыточное плодородие можно наблюдать и в дождевых лесах.
Экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые человеком — это наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от Солнца, но и от человека в виде энергетических дотаций. Высокая продуктивность их поддерживается мышечной энергией и энергией топлива, которые тратятся на возделывание, орошение, удобрение, селекцию, переработку, транспортировку и т. п. Хлеб, кукуруза, картофель «частично сделаны из нефти». Самое продуктивное сельское хозяйство получает энергии примерно столько же, сколько самые продуктивные природные экосистемы второго типа. Их продукция достигает приблизительно 50 000 ккал-м’ 2 -год 4 . Различие между ними заключается в том, что человек направляет как можно больше энергии на производство продуктов питания ограниченного вида, а природа распределяет их между многими видами и накапливает энергию на «черный день», как бы раскладывая ее по разным карманам. Эта стратегия называется «стратегией повышения разнообразия в целях выживания».
Индустриально-городские экосистемы движимые топливом — венец достижений человечества. В индустриальных городах высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Пищу — продукт систем, движимых Солнцем, — в город ввозят извне. Особенностью этих экосистем является огромная потребность плотно населенных городских районов в энергии — она на два-три порядка больше, чем в первых трех типах экосистем. Если в несубсидируемых экосистемах приток энергии колеблется от 10 3 до 10 4 ккал-м 2 год -1 , а в субсидируемых системах второго и третьего типа — от 10 4 до 4-10 4 ккал-м 2 -год -1 , то в крупных индустриальных городах потребление энергии достигает нескольких миллионов килокалорий на 1 м 2 : Нью-Йорк — 4,8-10 6 , Токио — 3-10 6 , Москва — 10 6 ккал-м 2 -год -1 .
Потребление энергии человеком в городе в среднем составляет более 80 млн ккал-год 4 ; для питания ему требуется всего около 1 млн ккал-год 4 , следовательно, на все другие виды деятельности (домашнее хозяйство, транспорт, промышленность и т. д.) человек расходует в 80 раз больше энергии, чем требуется для физиологического функционирования организма. Разумеется, в развивающихся странах положение несколько иное.
По мере углубления энергетического кризиса и роста цен на горючее люди, видимо, будут больше интересоваться использованием солнечной энергии и разрабатывать технологии ее концентрации. Возможно, в будущем и возникнет новый тип экосистем — город, движимый энергией не только топлива, но и Солнца.
В своем развитии человеческое общество прошло через все четыре типа описанных выше экосистем. Охотники и собиратели растений жили в природных экосистемах, движимых только Солнцем. Люди достигали наибольшего процветания в системах с естественными энергетическими субсидиями: в прибрежных районах моря и речных бассейнах. С развитием сельского хозяйства, когда человек усовершенствовал свое умение выращивать растения, одомашнивать животных и получать урожаи с помощью дополнительной мышечной энергии, продуктивность среды сильно возросла. Но в течение многих веков основными источниками энергии для человека оставались растения и животные. Города, деревни, соборы строились из дерева с использованием физического труда животных и человека. Этот долгий период можно назвать эрой мышечной силы.
Затем наступила продолжающаяся и сейчас эра горючих ископаемых, которые обеспечили такой обильный приток энергии, что население Земли стало удваиваться почти каждые полвека. Работа механизмов, приводимых в движение бензином и электричеством, постепенно почти полностью заменила физический труд человека в развитых странах.
Со временем стала использоваться и атомная энергия. Казалось вероятным, что после исчерпания топлива начнется эра атомной энергии. Но пока на «откачивание» неупорядоченности, связанной с этим источником, т. е. на переработку отходов, приходится тратить столько усилий и энергии, что будущее атомной энергетики неясно. Пока не отработан и не согласован весь цикл получения ядерной энергии — от добывания сырья до устранения отходов и не найдены лучшие способы извлечения энергии атома, наступление атомной эры по крайней мере откладывается.
Энергия и деньги
Еще на заре цивилизации возникли деньги. Деньги – это мера стоимости товаров, они являются непосредственным представителем абстрактного труда или выполненной работы.
Приравненные к деньгам стоимости всех товаров приобретают одинаковое выражение и становятся сравнимы между собой.
Потоки денег и энергии тесно взаимосвязаны: поток денег противоположен потоку энергии. Когда продукты питания избыточны, они превращаются в товар. После продажи товара в обратном направлении возникает поток денег.
Соотношение энергии и денег определяется количеством энергии, вложенной в каждый обращающийся рубль. Чем больше энергии затрачено, тем выше реальная стоимость рубля.
В каждый данный момент существует некоторое среднее отношение суммы обращающихся денег к энергетическому потоку. Например, если в стране объем расходуемых денег ежегодно составляет около 1,4 трлн (10 12 ) долларов и используется за год 35-10 15 ккал энергии, то на 1 доллар приходится 25000 ккал. Естественно, это соотношение неодинаково в различных частях энергетической системы, но можно оценить его для системы в целом. Данное соотношение позволяет показать, какое количество энергии используется для поддержания деловой активности.
Оценка работы природных экосистем — еще не решенная проблема. Деньги могут участвовать в расчетах только после того, как природные ресурсы превращены человеком в товар, работа же природы, создающей ресурсы, при этом не оценивается. Деньгами оцениваются только труд человека и затраты по вылову, переработке и продаже рыбы. Работа водоема по производству рыбы обычно не оценивается деньгами. Но общая стоимость полезной работы водоема, рассчитанная посредством энергетического эквивалента денег, окажется выше стоимости собираемых в нем продуктов. Энергия и работа, выполняемая для поддержания биомассы растений и животных в водоеме, очистки и повторного использования воздуха и воды, остаются вне денежной системы. Было высчитано, что если бы оценить стоимость всей полезной работы водоема, выполняемой в течение года, в универсальной «энергетической валюте», а потом перевести в деньги, то 1 га плодородного водоема стоил бы в десятки раз больше, чем снимаемый с него годовой урожай.
Большинство экологов и экономистов согласны с тем, что необходимо преодолеть разрыв между рыночными и нерыночными ценностями, так как обе категории ценностей тесно взаимосвязаны.
Экономическая теория в соединении с правильно понимаемой энергетической теорией позволяет включить «бесплатную» работу природы в разряд экономических ценностей и таким образом повысить экономические системы до уровня экологических.
Мировая экономика в конечном счете зависит от основных природных экосистем — морских, лесных, сельскохозяйственных. По мере того как эти ресурсы истощаются или подвергаются стрессовым воздействиям, начинает страдать и мировая экономика: товары и услуги становятся все дефицитнее, их производство все дороже, что приводит к инфляции во всем мире.
Вопросы для самоконтроля:
1. Приведите примеры действия двух законов термодинамики в экосистемах.
2. Приведите примеры низкоэнтропийных и высокоэнтропийных экосистем; какие системы более жизнестойкие?
3. Как превращается энергия в цепи генерации электричества?
4. Как можно характеризовать качество энергии?
5. Дайте определение эксергии.
6. Во сколько раз рабочий потенциал ископаемого топлива больше рабочего потенциала солнечного света?
7. Чем характеризуется эффективность энергии в экосистемах?
8. Почему природные системы могут сохранять упорядоченность?
9. При каких видах работ целесообразно использовать солнечную энергию?
10. Какие виды энергии обеспечивают работу автомобиля?
11. Как превращается энергия в пищевой цепи? Нарисуйте схему.
12. Какие трофические уровни в пищевой цепи занимают продуценты и консументы первого, второго и третьего порядков?
13. Какой трофический уровень занимает человек?
14. Какая часть солнечной энергии аккумулируется зелеными растениями?
15. Как формулируется «правило пирамиды»? Чем отличаются пирамиды энергии от пирамид чисел и биомассы?
16. Как изменяется эффективность агроэкосистем с ростом энергозатрат на их поддержание?
17. Дайте определения валовой, чистой и вторичной продукции экосистем.
18. В каком виде поступают энергетические дотации в природные и искусственные экосистемы?
19. Перечислите энергетические типы экосистем.
20. Какой период в развитии цивилизации называется эрой мышечной силы?
21. Как взаимосвязаны потоки энергии и потоки денег?
Вопросы для самостоятельного изучения темы:
Источник