Биосфера. Основные функции и свойства живого вещества в биосфере

Со сменой сезонов года связано изменение флористического состава экосистем.Так, войдя в березняк, осинник или дубраву ранней весной,когда еще не распустились листья на деревьях,можно увидеть целые пятна цветущих растений-первоцветов.Эту группу растений составляют виды из семейства лютиковых(ветреница дубравная,чистяк весенний,перелеска благородная,сон-трава) и некоторые другие. Их раннее развитие является приспособлением к более полному использованию условий местообитания.Снег уже сошел,света и тепла достаточно,а вегетация основных растений еще не началась.А если вы войдете в тот же лес в конце мая-начале июня, то не узнаете этого места.Здесь развились уже другие травы, и ничто не говорит о бывшем буйном весеннем цветении первоцветов.

Таким же образом к смене сезонов года приспособились и животные.Весной у них появляется потомство.Активизация жизненных процессов приходится на летний период,а осенью они уже начинают готовиться к предстоящей зимовке.

Сукцессии.Экологической сукцессией называется постепенная,необратимая,направленная смена одних биоценозов другими на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействия человека.

Наблюдать сукцессию можно на заброшенных полях раннего возраста, песчаных дюнах или песчаных морских и речных берегах. Если мы будем рассматривать сукцессию на брошенных землях, которые не используются в сельском хозяйстве, то можно видеть,что бывшие поля быстро покрываются разнообразными однолетними растениями.Сюда же могут попасть, преодолев иногда большие расстояния с помощью ветра или животных,семена древесных пород: сосны,ели, березы,осины.

Вначале изменения происходят быстро. Затем,по мере появления растений, растущих более медленно,скорость сукцессии снижается.Всходы березы образуют густую поросль, которая затеняет почву,и даже если вместе с березой прорастают семена ели, ее всходы, оказавшись в весьма неблагоприятных условиях, сильно отстают от березовых.Светолюбивая береза является серьезным конкурентом для ели. К тому же специфические биологические особенности березы дают ей преимущества в росте. Березу называют"пионером леса", так как она почти всегда первой поселяется на нарушенных землях и обладает широким диапазоном приспособляемости.

Березки в возрасте 2-3лет могут достигать высоты 100-120 см,тогда как елочки в том же возрасте едва дотягивают до 10 см. Постепенно,к 8-10 годам березы формируют устойчивое березовое насаждение высотой до10-12 м. Под развивающимся пологом березы начинает подрастать и ель, образуя разной степени густоты подрост.Перемены происходят и в нижнем,травяно-кустарничковом ярусе. Постепенно,по мере смыкания крон березы,светолюбивые виды, характерные для начальных стадий сукцессии,начинают исчезать и уступают место теневыносливым.

Изменения касаются и животного компонента рассматриваемого биоценоза. На первых стадиях поселяются майские хрущи,березовые пяденицы, затем появляются многочисленные птицы: зяблики,славки, пеночки.Поселяются мелкие млекопитающие:землеройки,кроты, ежи. Изменение условий освещения начинает благоприятно сказываться на молодых елочках, которые ускоряют свой рост. Если на ранних этапах сукцессии прирост елочек составил 1-3 см в год, то по прошествии10-15 лет он достигает уже 40-60 см. Где-то к 50 годам ель догоняет березу в росте, и образуется смешанный елово-березовый древостой. Из животных появляются зайцы, лесные полевки и мыши,белки. Заметны сукцессионные процессы и среди птичьего населения.Появляются иволги, питающиеся гусеницами.

Смешанный елово-березовый лес постепенно сменяется лесом еловым. Ель перегоняет в росте соперницу-березу,создает значительную тень, и светолюбивая белоствольная красавица, не выдержав конкуренции,постепенно выпадает из древостоя.Таким образом,происходит сукцессия, при которой вначале березовый,затем смешанный елово-березовый лес сменяется чистым ельником.Естественный процесс смены березняка ельником длится более 100 лет. Именно поэтому иногда процесс сукцессии называют вековой сменой.

Если развитие сообществ идет на вновь образовавшихся,ранее никем и ничем не заселенных местообитаниях,- на песчаных дюнах, застывших потоках лавы,породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов, то такая сукцессия называется первичной.

В качестве примера первичной сукцессии приведем процесс заселения вновь образованных песчаных дюн,где растительность прежде отсутствовала.Здесь вначале поселяются многолетние растения, способные переносить засушливые условия. Они укрепляют поверхность дюны и обогащают песок органическими веществами.Вслед за многолетниками появляются однолетники.Их рост и развитие часто способствуют обогащению субстрата органическим материалом,так что постепенно создаются условия, подходящие для произрастания таких растений,как ива, толокнянка,чабрец. Эти растения предшествуют появлению проростков сосны, которые закрепляются здесь и, подрастая,образуют через много поколений сосновые леса на песчаных дюнах.

3 Парниковый эффект и подъем мирового океана

В последнее время деятельность человека оказывает беспрецедентное по масштабам и интенсивности воздействие на окружающую среду и глобальные системы жизнеобеспечения.Доказательство тому - одна из многих экологических проблем - глобальное потепление климата - парниковый эффект. Скоро атмосфера станет непроницаемой для тепла, и последствия могут быть очень глобальными- неизбежное повышение уровня мирового океана в результате таяния материковых и горных ледников,морских льдов,теплового расширения вод океана.Такое потепление климата вызовет серьёзные изменения экологических условий в тундре,в зонах "вечной мерзлоты":увеличится сезонное протаивание грунтов, что создаст угрозу дорогам, строениям и коммуникациям,активизируется процесс заболачивания,ухудшится состояние лесных массивов на вечной мерзлоте.

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.И он был прав.Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например,водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и "ближний"инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают"далекое"инфракрасное излучение,имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило,Земля была бы примерно на30 градусов холоднее,чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла.

Исходя из того, что "естественный"парниковый эффект - это устоявшийся,сбалансированный процесс, вполне логично предположить,что увеличение концентрации"парниковых"газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. Количество СО2 (углекислоты)в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из-за того, что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и целый ряд хлорсодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах,некоторые из этих газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления,чем углекислый газ.

Сегодня уже мало кто из ученых,занимающихся этой проблемой,оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере.По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, "увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли. Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей,приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды".

Тем не менее,ведутся ожесточенные споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени,а также как скоро это произойдет.Дело в том, что даже когда изменение климата действительно происходит,в этом трудно быть стопроцентно уверенным.Мировые средние температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий- причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней температурой,и на основании каких критериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце восьмидесятых- начале девяностых годов несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной.Это вызвало опасения в том,что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось.Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на0,3 - 0,6 градусов Цельсия. Однако среди них нет согласия в том,что именно вызвало это явление. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах естественных температурных колебаний.

Неопределенность в вопросе глобального потепления порождает скепсис по поводу грозящей опасности.Проблема заключается в том, что когда гипотеза об антропогенных факторах глобального потепления подтвердится,уже поздно будет что-либо предпринимать.

Парниковый газ.

Парниковые газы - газы, которые предположительно вызывают глобальный парниковый эффект.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли,являются водяной пар, углекислый газ, метан, озон,галоуглероды и оксид азота.

Водяной пар.

Водяной пар - основной естественный парниковый газ, ответственный более, чем за60 % эффекта. Прямое антропогенное воздействие на этот источник незначительно.В то же время,увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами,увеличивает испарение и общую концентрацию водяного пара в атмосфере при практически постоянной относительной влажности, что,в свою очередь,повышает парниковый эффект. Таким образом, возникает некоторая положительная обратная связь.С другой стороны,облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет,тем самым, увеличивая альбедо Земли,что несколько уменьшает эффект.

Углекислый газ.

Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов,деятельность человека.Антропогенными источниками является сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы (в т.ч. сведение лесов), некоторые промышленные процессы (например производство цемента). Основными потребителями углекислого газа являются растения. В норме биоценоз поглощает приблизительно столько же углекислого газа, сколько и производит(в т. ч. за счет гниения биомассы).

Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота, рисоводство,горение биомассы(в т. ч. сведение лесов). Как показали недавние исследования,быстрый рост концентрации метана в атмосфере происходил в первом тысячелетии нашей эры(предположительно в результате расширения сельхозпроизводства и скотоводства и выжигания лесов). В период с 1000 по 1700 годы концентрация метана упала на 40 %, но снова стала расти в последние столетия(предположительно в результате увеличения пахотных земель и пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления,увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, выращивания риса). Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза,образующегося на полигонах захоронения отходов

Главная проблема это повышение уровня Мирового океана. При очень значительном потеплении катастрофически начнет сокращаться(примерно в 3 -5 раз) площадь горного оледенения,в Арктике уменьшатся площадь и толщина морских льдов,начнут таять материковые ледники Гренландии и Антарктиды.

Поднятие уровня океана,даже незначительное,может иметь весьма негативные экологические и социально- экономические последствия:Будут затоплены приморские равнины, ухудшится водоснабжение прибрежных районов. Если же уровень океана повысится существенно,будут затоплены значительные участки суши и ущерб будут огромным. Подсчитано,что при подъёме уровня мировых вод на 1м будет затоплено 20%территории Бангладеш,сельскохозяйственные земли Египта,некоторые крупные города Китая, катастрофическим наводнениям подвергнется Венеция.

Потепление климата, скорее всего, благоприятно отразится на растительности,в частности на лесных экосистемах и сельском хозяйстве. При этом потеплении изменится и режим атмосферных осадков в сторону их увеличения,что также улучшит условия произрастания растений во многих регионах.Специалисты предполагают,что при повышении температуры воздуха на 1 оС количество осадков над континентами в среднем возрастёт на 10%.

Повышение концентрации СО2 в атмосфере может увеличить интенсивность фотосинтеза и, значит, способствовать росту и развитию растений.

Увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере может оказать благоприятное воздействие на урожайность многих сельскохозяйственных культур.

Глобальное потепление климата может привести к изменению структуры и местоположения биомов Земли.Учёными на основе исследований составляются прогнозы изменения растительных природных зон при увеличении температуры на 1,4 оС (2000 год) и на 2,2 оС (к 2025 году).Согласно этому прогнозу учёных,при глобальном потеплении будет наблюдаться существенное уменьшение площадей наших тундры и лесотундры- более чем в 2раза при потеплении на 1,4 оС и более чем в 6 раз

4 Способы очистки выбросов от токсичных примесей

Процессы очистки технологических и вентиляционных выбросов машиностроительных предприятий от газо- и парообразных примесей характеризуется рядом особенностей: во-первых, газы, выбрасываемые в атмосферу, имеют достаточно высокую температуру и содержат большое количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует предварительной подготовки отходящих газов; во-вторых, концентрация газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в технологических выбросах обычно переменна и очень низка.