Характеристика основных экологических факторов и их роли в хозяйственной деятельности человека

Лекция 2: Характеристика основных абиотических факторов, их лимитирующая роль в хозяйственной деятельности.

План:

2.1 Характеристика основных абиотических факторов.

2.2 Оценка значения экологических факторов в жизни организмов и хозяйственной деятельности.

2.3 Климат как фактор рентабельности хозяйственной деятельности человека.

Планета Земля – замкнутая открытая система, равновесие которой определяется постоянным обменом энергии с надсистемой – космосом и другими системами Вселенной. В основе энергетического равновесия планеты лежит постоянный приток солнечной энергии.

Основные абиотические факторы:

Свет. Солнечный свет - основной источник энергии, обеспечивающий все жизненные процессы на земле. Ядерные реакции Солнца дают 0,4 октиллиона Дж ежесекундно (Дж — Джоуль, единица энергии и работы). Эта ядерная энергия превращает­ся в излучение, которое непрерывным потоком частиц и электромагнитных волн уносится с поверхности звезды в мировое пространство.

Земля потребляет из указанного количества 0,3 квин­тиллиона Дж. Точно такое же количество выделяется ядер­ными реакциями внутри планеты. Внутренняя энергия дает тепло недр, которое расходуется «на химию» — дегазацию мантии и «на механику» — тектонические процессы (го­рообразование, вулканизм и т. д.), а также на инфракрас­ное планетное излучение. Если принять солнечную энергию, достигающую земли, за 100%, то 19% ее поглощается при прохождении через атмосферу, 34% отражается обратно в космическое пространство и 47% достигает земной поверхности в виде прямой и рассеянной радиации.

Взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляется перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами 3емли.

Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких температур и давлений. Там они переплавляются и образуют магму — источник новых магматических пород.

После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то но­вое, что со временем приводит к весьма значительным из­менениям.

Большой круговорот — это и круговорот воды между су­шей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с по­верхности Мирового океана (на что затрачивается почти поло­вина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подзем­ного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверх­ность океана.

Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км³ воды.

Круговорот воды в целом играет основную роль в форми­ровании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимиче­ском цикле, весь запас воды на Земле распадается и восста­навливается за 2 млн. лет.

На Земле 66,6% полученной от Солнца энергии расхо­дуется на нагрев воды, а 23,1% на нагрев суши. Почти ровно 10% уходит на нагрев воздуха. Т.о., осуществляется баланс температур на земной поверхности. Климатичес­кие пояса и режим погоды в них сформировались за счет этих 99,7% солнечного тепла. Энергия ветров, циклонов, морских течений, волн, прибоев, рек возникла из тепловой энергии Солнца. Биохимическая энергия от­дельных живых организмов и целых экосистем Земли, по­требляют на продуцирование белка 0,3% принимаемой планетой энергии.

Прямая солнечная радиация - это электромагнитное излучение с длинами волн от 0,1 до 30000 нм. На ультрафиолетовую часть спектра приходится от 1 до 5% потока радиации, падающего на Землю, на видимую - от 16 до 45%, на инфракрасную - от 49 до 84%. Распределение энергии по спектру зависит от массы атмосферы и высоты солнца.

Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организмы:

Ультрафиолетовые лучи (УФЛ)

До поверхности Земли доходят только длинноволновые (290-380 нм) УФЛ. Губительные для всего живого коротко волновые УФЛ поглощаются на высоте около 20-25 км озоновым экраном.

Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, имеют высокую химическую активность. Большие дозы их вредны для организмов, а небольшие - необходимы многим видам. В диапазоне 250-300 нм УФЛ оказывают мощное бактерицидное действие, у животных и у человека вызывают образование «антирахитического» витамина Д. При длине волны 200-400 нм ультрафиолет вызывает у человека загар, который является защитной реакцией кожи.

Инфракрасные лучи. Лучи с длиной волны более 750 нм оказывают тепловое действие.

Видимая радиация. Видимый солнечный свет несет приблизительно 50% суммарной энергии. Область видимой (воспринимаемой человеческим глазом) радиации (300-800 нм). В этих пределах выделяют область активной фотосинтетической радиации (ФАР). Видимый свет имеет разное экологическое значение для автотрофных и гетеротрофных организмов. Зеленым растениям свет нужен для процессов фотосинтеза или воздушного питания. Он также влияет на газообмен, синтез белков и нуклеиновых кислот, ростовые процессы и развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения.

Для животных солнечный свет не является таким необходимым фактором, как для зеленых растений, так как, в конечном счете, все гетеротрофы существуют за счет энергии, накопленной растениями. Свет для животных и человека - необходимое условие видения, зрительной ориентации в пространстве. Рассеянные, отраженные от окружающих предметов лучи, воспринимаемые органами зрения, дают значительную часть информации о внешнем мире. Развитие зрения у животных шло параллельно с развитием нервной системы. Для человека свет является внешним раздражителем, который через зрительный анализатор влияет на состояние нервной системы, повышая активность коры больших полушарий.

С экономической точки зрения важнейшим показателем является К.П.Д. фотосинтеза, повысить который в данной природной зоне ни какими путями невозможно. В свою очередь КПД фотосинтеза зависит от множества других факторов: режима выпадения осадков, влагоемкости и водопроницаемости почвы, температуры, влажности, скорости и направления движения воздуха, атмосферного давления, соотношения пасмурных и солнечных дней в году.

Средний КПД фотосинтеза составляет 0.1%, однако в разных регионах Земли может составлять от 13% до 0,01%.

Возможности использования энергии солнечного излучения в производственных целях ограничены, так как современные гелиоэлектростанции, солнечные батареи по своей себестоимости превосходят стоимость извлекаемой ими энергии.