Budowa i rola podstawowych elementów biosfery (atmosfera, woda, gleby).
Atmosfera - gazowa powłoka otaczająca planetę o masie wystarczającej do utrzymywania wokół siebie warstwy gazów, w wyniku działania grawitacji. Atmosfera ziemska jest niejednorodną powłoką złożoną z mieszaniny gazów zwanej powietrzem. Oprócz gazów takich jak: azot (78,084% objętości powietrza), tlen (20,946%), argon (0,934%), dwutlenek węgla (0,0385%) oraz śladowych ilości gazów szlachetnych (hel, neon, krypton i ksenon), zawiera także metan, wodór, tlenek i podtlenek azotu, ozon i związki siarki oraz (w znacznie mniejszych ilościach) m.in. radon i jego izotopy, jod, amoniak, a także przedostające się do atmosfery tzw. aerozole atmosferyczne, tj. pyły gleb, mikroorganizmy oraz substancje powstające w wyniku działalności gospodarczej człowieka. FUNKCJA: Atmosfera chroni organizmy żywe Ziemi przed nadmiernym promieniowaniem elektromagnetycznym i wysokoenergetycznymi cząstkami dochodzącymi z kosmosu.
Woda - związek chemiczny o wzorze H2O, występujący w warunkach standardowych w stanie ciekłym. W stanie gazowym wodę określa się mianem pary wodnej, a w stałym stanie skupienia - lodem. Słowo woda jako nazwa związku chemicznego może się odnosić do każdego stanu skupienia. Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla substancji polarnych. Większość występującej w przyrodzie wody jest "słona" (około 97,38%), tzn. zawiera dużo rozpuszczonych soli, głównie chlorku sodu. W naturalnej wodzie rozpuszczone są gazy atmosferyczne, z których w największym stężeniu znajduje się dwutlenek węgla. FUNKCJA: Woda jest powszechnym rozpuszczalnikiem związków ustrojowych i niezbędnym uzupełnieniem pokarmu wszystkich znanych organizmów. Uczestniczy w przebiegu większości reakcji metabolicznych, stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego: np. produktów przemiany materii, substancji odżywczych, hormonów, enzymów. Reguluje temperaturę. Stanowi płynne środowisko niezbędne do usuwania końcowych produktów przemiany materii. Woda stanowi średnio 70% masy dorosłego człowieka, w przypadku noworodka ok. 15% więcej, 60-70% limfy, 95% osocza krwi, 90% liści, owoców, 20% kości, 10% szkliwa zębów, tkanki tłuszczowej.
Gleby - biologicznie czynna powierzchniowa warstwa litosfery, powstała ze skały macierzystej pod wpływem czynników glebotwórczych (głównie organizmów żywych, klimatu i wody) i podlegająca stałym przemianom. Gleba składa się z trzech faz:
stałej - obejmującej cząstki mineralne, organiczne i organiczno-mineralne o różnym stopniu rozdrobnienia
ciekłej - wody, w której są rozpuszczone związki mineralne i organiczne tworzące roztwór glebowy
gazowej - mieszaniny gazów i pary wodnej
Zasobność gleby - to całkowita zawartość w niej składników mineralnych i organicznych, nagromadzonych w wyniku procesów akumulacji.
Zasobność naturalna - kształtowana w rezultat oddziaływania czynników glebotwórczych na określony rodzaj skał macierzystych gleb.
Zasobność sztuczna - wynik nawożenia gleb oraz stosowania zabiegów agrotechnicznych i hodowlanych.
FUNKCJE:
Do ekologicznych funkcji gleby należy zaliczyć:
produkcje biomasy, stanowiącej podstawę pożywienia dla zwierząt i człowieka oraz źródła energii i surowców odnawialnych
procesy filtracji, buforowania i transformacji; działające dzięki porowatości jak filtr, usuwający z wody zanieczyszczenia; z kolei chemiczne składniki gleby reagują ze składnikami wody, wytrącając je, a koloidy glebowe sorbują wymiennie jony; te dwa mechanizmy decydują o buforowych właściwościach gleby, mikroflora glebowa odpowiada natomiast za procesy mineralizacji i przemian biochemicznych substancji w glebie
utrzymywanie naturalnego środowiska biologicznego i rezerwa genów.
Do funkcji bezpośrednio związanych z działalnością człowieka należą:
bycie fizycznym środowiskiem życia dla organizmów żywych i podłożem dla terenów budownictwa mieszkaniowego, przemysłowego, tras komunikacyjnych, placów sportowych i terenów (obiektów) rekreacyjnych, składowisk, wysypisk i innych
źródło surowców: wody, gliny, piasku, żwiru i innych;
miejsce zachowania przedmiotów spuścizny kulturalnej człowieka i historii Ziemi: archeologicznych i paleontologicznych.
Zanieczyszczenia środowiska i ich wpływ na człowieka, jego zdrowie i funkcjonowanie
Zanieczyszczenie środowiska — stan środowiska wynikający z wprowadzania do powietrza, wody lub gruntu, substancji stałych, ciekłych lub gazowych lub energii w takich ilościach i takim składzie, że może to ujemnie wpływać na zdrowie człowieka, przyrodę ożywioną, klimat, glebę, wodę lub powodować inne niekorzystne zmiany np. korozję metali. Zanieczyszczenie środowiska może być spowodowane przez źródła naturalne (np. wulkany) lub sztuczne (antropogeniczne - spowodowane działalnością człowieka), które następuje w wyniku niezamierzonej, ale systematycznej działalności człowieka, polegającej na ciągłej emisji czynników degradujących środowisko lub jest następstwem awarii będącej przyczyną nagłego uwolnienia zanieczyszczeń. Oceny stanu środowiska dokonuje się w odniesieniu do stanu naturalnego bez względu na to, czy jego zmiany są spowodowane przez substancje lub oddziaływania, dla których ustalono poziom stężeń dopuszczalnych.
Zanieczyszczenia środowiska dzielą się na słupki:
Zanieczyszczenie powietrza - występowanie w atmosferze różnych substancji w takiej koncentracji i przez tak długi czas, że prowadzi do szkodliwych konsekwencji dla zdrowia lub samopoczucia ludzi, dla organizmów żywych albo do uszkodzeń obiektów nieożywionych (np. przez korozję).
Główne zanieczyszczenia powietrza: dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu (NO), tlenek węgla (CO), ozon troposferyczny (O3), ołów (Pb), pyły,
Zanieczyszczenia wody - zmiany cech fizycznych, chemicznych i biologicznych, uniemożliwiające wykorzystanie wód do celów pitnych lub gospodarczych.
Główne zanieczyszczenia wód: pestycydy, węglowodory, fenole, metale ciężkie
Zanieczyszczenia gleby - zmiana cech gleby uniemożliwiająca jej normalne użytkowanie. Główne zanieczyszczenia gleby: metale ciężkie, nawozy sztuczne. Skażenia promieniotwórcze - to skażenie wody, gleby lub powietrza substancjami promieniotwórczymi powstałe przeważnie podczas awarii urządzeń jądrowych, wybuchu bomby atomowej itp.
Zanieczyszczenie hałasem to zanieczyszczenie spowodowane dużą emisją hałasu przez urządzenia mechaniczne np. maszyny budowlane, środki transportu - takie jak samoloty, samochody, głośniki nadające muzykę w miejscach publicznych, muzak itp. Jest typowe dla środowiska miejskiego.
Zanieczyszczenie krajobrazu polega na zmniejszeniu wartości estetycznych otoczenia przez ingerencję człowieka np. hałdy.
Zanieczyszczenie światłem to emisja światła, która przeszkadza przeważnie w obserwacjach astronomicznych, i w żerowaniu zwierzętom.
Najpoważniejszymi dotychczas odczuwanymi przez nas skutkami degradacji środowiska są:
Globalne ocieplenie
Dziura ozonowa
Smog
Kwaśne deszcze
Ozon przygruntowy
Hałas
Efekt cieplarniany jest spowodowany przez emisję do atmosfery dużych ilości tzw. gazów cieplarnianych tj. dwutlenku węgla, ozonu oraz freonów. Następstwem efektu cieplarnianego jest podwyższenie się średniej temperatury na Ziemi. Skutkuje to topnieniem lodowców, przesuwaniem się stref klimatycznych na północ, wymieraniem gatunków, gwałtownymi zmianami pogody oraz częstszym występowaniem zjawisk ekstremalnych (fale upałów, susze, huragany, trąby powietrzne, gradobicia).
Dziura ozonowa jest spowodowana głównie przez emisję freonów oraz tlenków azotu. Powłoka ozonu w górnych warstwach atmosfery (przy powierzchni ziemi ozon jest szkodliwy) chroni organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem UV. Bez tej powłoki zaistnienie życia na Ziemi byłoby niemożliwe. Największy ubytek ozonu notowany jest nad Antarktydą. Skutkami ubytku ozonu są: częstsze poparzenia skóry, częstsze występowanie raka skóry, uszkodzenie wzroku oraz niższe plony (ponieważ promieniowanie UV uszkadza chlorofil).
Smog jest spowodowany przez emisję głównie spalin i pyłów do atmosfery przez samochody oraz zakłady przemysłowe. Tworzy się przeważnie nad dużymi metropoliami. Smog może doprowadzić do lokalnego opadu kwaśnego deszczu. Skutki smogu to przeważnie niszczenie elewacji budynków, pomników itp., gorsze samopoczucie, niższy poziom zdrowia mieszkańców, alergie oraz astmę. Miasta borykające się z problemem smogu to np.: Tokio, Ateny, Los Angeles, Pekin.
Kwaśne deszcze są spowodowane przez emisję do atmosfery głównie tlenków siarki i tlenków azotu. W kontakcie z wodą tworzą silne kwasy: kwas siarkowy oraz kwas azotowy. Kwaśne deszcze występują głównie w rejonach silnie zurbanizowanych. Mają bardzo negatywny wpływ na środowisko powodując m.in. niszczenie budynków, niszczenie lasów (Karkonosze) oraz zakwaszanie gleby.
Hałas jest spowodowany głównie przez środki transportu, urządzenia techniczne, ale także zachowania społeczne powodujące nieustanną emisję dźwięków w otoczeniu. Uszkodzenia słuchu są najstarszą i najpowszechniejszą chorobą zawodową w Polsce. Konsekwencją hałasu są również zaburzenia organiczne oraz agresja, depresja i inne.
Wpływ zanieczyszczeń na człowieka:
Zanieczyszczenia środowiska prowadzą do powstawania chorób człowieka. Najbardziej narażone są dzieci. Ponieważ są osobami, u których następuje powolny wzrost odporność, dlatego też wszelkie zanieczyszczenia środowiska mają na nich szczególnie niebezpieczne działanie.
Skutki zanieczyszczenia:
W wyniku badań i obserwacji stwierdzono, że niektóre choroby lub dolegliwości ludzi mogą być związane z oddziaływaniem zanieczyszczeń powietrza:
Do schorzeń takich należą:
A) choroby układu oddechowego: zapalenie błony śluzowej jamy nosowej, gardła, oskrzeli, nowotwory płuc
B) zaburzenia centralnego układu nerwowego : bezsenność, bóle głowy, źle samopoczucie
C) choroby oczu : zapalenie spojówek oka
D) reakcje alergiczne
E) zaburzenia w układzie krążenia, choroby serca
Dwutlenek siarki atakuje najczęściej drogi oddechowe i struny głosowe. Wdychanie powoduje skurcze oskrzeli, natomiast długotrwałe wdychanie uszkodzenie dróg oddechowych, prowadzące poważnych zmian oskrzelowych.
Tlenek węgla jest niezwykle groźny, ponieważ powoduje ciężkie zatrucia, a nawet śmierć organizmu, powoduje niedotlenienie organizmu w szczególności mózgu i mięśnia sercowego. Objawami są bóle i zawroty głowy, oszołomienie, duszności, nudności, wymioty, przyspieszony oddech, kołatanie serca a w końcu utrata przytomności.
Metale ciężkie natomiast odkładają się w szpiku kostnym, śledzionie i nerkach, uszkadzają układ nerwowy, powodują anemie, zaburzenia snu, pogorszenie sprawności umysłowej, agresywność. Wśród metali ciężkich na uwagę zasługuje ołów, występuje obecnie niemal wszędzie. Jest trucizną ogólnoustrojową, działa szkodliwie na układ krwiotwórczy, sercowo-naczyniowy, nerki, a także może powodować bezpłodność. Hamująco wpływa również na rozwój psychiczny dzieci.
Typy i źródła zanieczyszczeń (tabela - Typy i źródła zanieczyszczeń)
Sposoby zapobiegania i neutralizacji zanieczyszczeń:
1. Zanieczyszczenia powietrza można zmniejszyć dzięki:
- modernizacji zakładów przemysłowych i stosowaniu mniej szkodliwych dla środowiska technologii;
- ograniczeniu strat energii w przemyśle i budynkach mieszkalnych, stosując mierniki energii, ocieplenie budynków;
- likwidacji małych kotłowni opalanych węglem i indywidualnych palenisk domowych
- ograniczaniu ilości dwutlenku węgla emitowanego do atmosfery poprzez poszukiwanie innych źródeł energii takich jak;
a) energia słoneczna
b) energia wodna
c) energia wiatrowa;
- ograniczeniu emisji dwutlenku siarki ze spalających zasiarczony węgiel elektrowni i elektrociepłowni poprzez budowę instalacji do odsiarczania spalin;
- eliminowaniu ciężkiego transportu w miastach ( budowa obwodnic );
- ograniczaniu ruchu samochodowego i przestawanie komunikacji na pojazdy elektryczne;
- stosowaniu w samochodach benzyny bezołowiowej, filtrów oczyszczających gazy spalinowe ( katalizatorów );
- tworzeniu stref dla pieszych w centrach miast i osiedli, korzystanie z miejskiej komunikacji lub roweru;
2. Zanieczyszczenia gleby można zmniejszyć dzięki:
- ograniczaniu regulacji rzek co powoduje obniżenie wód gruntowych
- prawidłowym zabiegom rolniczym;
- stosowaniu odpowiednich płodozmianów;
- właściwemu rozmieszczeniu użytków rolnych i leśnych;
- wapnowaniu gleb zakwaszonych;
- przeciwdziałaniu erozji;
- odnowie terenów zdewastowanych;
- wykorzystywaniu mineralnych surowców odpadowych pojawiających się przy
wydobywaniu różnego rodzaju minerałów;
- zagospodarowaniu odpadów komunalnych przez ich utylizacje i kompostowanie oraz oczyszczanie ścieków;
- racjonalnemu użytkowaniu gleb i ich ochronie przed zanieczyszczeniami;
3. Zanieczyszczenia wody można zmniejszyć dzięki
- budowaniu nowych oczyszczalni ścieków oraz modernizacji starych;
- ograniczaniu ilości zanieczyszczeń wprowadzanych do tych wód;
- stosowaniu wodoszczelnych technologii lub technologii o zamkniętych obiegach wody;
- racjonalnemu gospodarowaniu wody
Populacja, biocenoza, ekosystem
Populacja biologiczna — zespół organizmów jednego gatunku żyjących równocześnie w określonym środowisku i wzajemnie na siebie wpływających, zdolnych do wydawania płodnego potomstwa. Nie jest to jednak suma osobników jednego gatunku, a zupełnie nowa całość.
Cechy charakteryzujących populację:
Rozrodczość
Śmiertelność
areał (obszar występowania)
zagęszczenie populacji
liczebność
struktura płci i wieku
struktura socjalna
strategia życiowa
dynamika liczebności
Rodzaje oddziaływań między populacjami:
I. Antagonistyczne
Konkurencja - dwie populacje tego samego lub różnych gatunków, zazwyczaj o podobnych wymaganiach środowiskowych, rywalizują o tę samą niszę ekologiczną. Dochodzi do współzawodnictwa o ograniczone zasoby środowiska, np. o pożywienie, miejsce do życia. W wyniku tego oddziaływania obie populacje tracą.
Drapieżnictwo - sposób odżywiania się zwierząt, polegający na wykorzystaniu jako pokarm ciała innego zwierzęcia i w odróżnieniu od pasożytnictwa prowadzący do śmierci ofiary. Jest jedną z form oddziaływań antagonistycznych, korzystną dla drapieżnika, a niekorzystną dla ofiary; może mieć charakter międzygatunkowy lub wewnątrzgatunkowy
Pasożytnictwo - forma antagonistycznego współżycia dwóch organizmów, w której jeden czerpie korzyści ze współżycia, a drugi ponosi szkody. Osobnik, który czerpie korzyści z pasożytnictwa nazywany jest pasożytem, a ten, który ponosi szkody żywicielem
Allelopatia - szkodliwy lub korzystny wpływ substancji chemicznych wydzielanych przez rośliny lub grzyby danego gatunku lub pochodzących z rozkładu tych roślin
Amensalizm - obecność i czynności życiowe jednego gatunku wpływają niekorzystnie na gatunek drugi, przy czym jest to relacja jednostronna tj. obecność tego drugiego gatunku dla pierwszego jest obojętna.
II. Nieantagonistyczne
Mutualizm - jedna z interakcji protekcjonistycznych między populacjami, charakteryzująca się obopólnymi korzyściami o takim stopniu, który praktycznie wzajemnie uzależnia istnienie obu populacji.
Protokooperacja - oddziaływanie międzygatunkowe w przyrodzie, polegające na współpracy dwóch populacji odnoszących wzajemne korzyści, lecz mogących żyć także samodzielnie
Komensalizm - Typ zależności o charakterze symbiozy między dwoma lub więcej gatunkami, przy czym jeden z gatunków czerpie z tej zależności wyraźne korzyści, nie szkodząc pozostałym (np. rekin i podnawka; lew i hiena; lew i sęp)
Rodzaje przestrzennego rozmieszczenia osobników w populacji:
przypadkowe - rozmieszczenie losowe, bez jakichkolwiek zasad. Występuje bardzo rzadko, głównie w przypadku bakterii i innych organizmów niższego rzędu.
równomierne - spotykane głównie na polach uprawnych, ogródkach np. równomierne rozsianie roślin. Ten typ jest bardzo rzadko spotykany w przyrodzie.
skupiskowe - osobniki łączą się w grupy, kolonie lub stada, razem mają bowiem większe szanse na przetrwanie (łatwiej zdobywają pokarm). Ten typ rozmieszczenia spotykamy najczęściej, dotyczy wielu gatunków - chociażby stad wilków.
Biocenoza - Biocenoza - zespół organizmów żywych powiązanych ze sobą zależnościami pokarmowymi (łańcuchom pokarmowym) które występują w określonym środowisku.
Biocenoza:
1.naturalna:
a)wody:
-słone (morze)
-słodkie:
*płynące (potok, rzeka, strumyk)
*stojące (jezioro staw, kałuże)
b)lądowe (las, góry, tundra)
2.sztuczna (stworzona przez człowieka):
a)wodne (akwen, oczko wodne, staw rybny, zbiornik sztuczny)
b)lądowe (pole uprawne, sady, ogródki, szkółki leśne)
łańcuch pokarmowy:
1.producenci (rośliny zielone, glony wielokomórkowe)
2.konsumenci I rzędu (zwierzęta roślinożerne)
3.konsumenci II, III, IV rzędu (zwierzęta mięsożerne)
4.destruenci (organizmy rozkładające martwą materię, odchody, wydaliny):
-zwierzęta padlinożerne (żuki, grabarze, gnoje)
-dżdżownice
-larwy owadów
-runeczniki
-grzyby
-bakterie
Ekosystem - biocenoza funkcjonująca w odpowiednim biotopie.
EKOSYSTEM = BIOCENOZA + BIOTOP
Cechy ekosystemu:
a)e. jest samowystarczalny - wytwarza subst. Organiczną ze swoich składników mineralnych bez dostarczania pokarmu
b)produkcja ekosystemu - przyrost masy roślin i zwierząt
Ekosystem:
-czynniki przyrody (nieożwione)
-producenci (org. samożywne)
-konsumenci (org. cudzożywne)
-destruenci
Obieg materii (atomów) w ekosystemie:
energia słoneczna
↓
producenci (fotosynteza)
↓
konsumenci
resztki organiczne
odchody i produkt przem. mat.
ściółka leśna
destruenci:
-grzyby -bakterie -chrząszcze -mrówki -resztówka
↓
ze zw. organicznych powstają zw. nieorganiczne (węgla, tlenu, fosforu), inaczej sole mineralne pobier przez rośliny
Energia w ekosystemie przepływa, zostaje tracona na poszczególnych poziomach torficznych (ponad 10% na każdy poziom)
Ekosystem - jedno z podstawowych pojęć w ekologii.
Na ekosystem składają się dwa składniki:
biocenoza - czyli ogół organizmów występujących na danym obszarze powiązanych ze sobą w jedną całość różnymi zależnościami,
biotop - czyli nieożywione elementy tego obszaru, a więc: podłoże, woda, powietrze (środowisko zewnętrzne).
Ekosystem stanowi funkcjonalną całość, w której zachodzi wymiana materii między biocenozą i biotopem. Ekosystem stanowi największą jednostkę funkcjonalną biosfery. Przykłady ekosystemów: staw, las, dżungla, łąka, moczary, rafa koralowa, ocean, wybrzeża morskie, dolny bieg rzeki
Podstawowy podział ekosystemów: lądowe, wodne, sztuczne, naturalne
Nisza ekologiczna - Zespół czynników biotycznych i abiotycznych zapewniający populacji warunki do życia (np. światło, pokarm, miejsce). Nisza może być zajęta tylko przez jedną populację. Nisza ekologiczna określa miejsce danej populacji w biocenozie.
Określa znaczenie i rolę danego gatunku w ekosystemie, tj. sposób przetwarzania energii (miejsce w łańcuchu pokarmowym), zachowania się, wpływ na środowisko i zależności od innych gatunków. Rodzaje nisz ekologicznych:
przestrzenna (siedlisko, występowanie danego organizmu),
troficzna (pokarm, zaspokajanie potrzeb),
fizjologiczno-przystosowawcza (czynności, oddziaływania).
Różnorodność biologiczna- oznacza zróżnicowanie życia na wszelkich poziomach jego organizacji. Zgodnie z Konwencją o różnorodności biologicznej różnorodność biologiczna to zróżnicowanie wszystkich żywych organizmów występujących na Ziemi w ekosystemach lądowych, morskich i słodkowodnych oraz w zespołach ekologicznych, których są częścią. Dotyczy ona różnorodności w obrębie gatunku (różnorodność genetyczna), pomiędzy gatunkami oraz różnorodności ekosystemów.
Sukcesja ekologiczna - Mechanizm sukcesji ekologicznej polega na tym, że organizmy swoimi procesami życiowymi przekształcają środowisko czyniąc je mniej przydatnym dla siebie, a bardziej przydatnym dla innych organizmów. Te inne okażą się z czasem silniejsze w konkurencji. Proces sukcesji pierwotnej zachodzi, gdy ekosystem powstaje zupełnie od nowa. Sukcesja wtórna to procesy, które rozpoczynają się wtedy, gdy ekosystem zostanie częściowo zniszczony.
KRĄŻENIE MATERII W EKOSYSTEMIE-Materia krąży w ekosystemie ponieważ rośliny pobierają ją z gleby w postaci związków nieorganicznych w procesie fotosyntezy przekształcają w związki organiczne, które następnie spożywają zwierzęta i czlowiek. Najpierw zjadają zwierzęta roślinożerne rośliny, a później same są zjadane przez zwierzęta mięsożerne. Gdy rośliny lub zwierzęta umierają ich ciała są rozkładane przez destruentów. Czyli związki organiczne są rozkładane do nieorganicznych i obieg się zamyka. Dlatego mówimy o obiegu materii.
Energia wprowadzana jest do ekosystemu przez rośliny, które pobierają energię słoneczną i w nich jest jej najwięcej. Gdy rośliny są zjadane przez roślinożerców to energia przechodzi na zwierzęta ale ulega traceniu np. przez utrzymywanie ciepła ciała i procesy życiowe organizmu. Jeśli roślinożerca zostanie zjedzony przez mięsożercę to przekaże energie ale już mniejszą niż sam pobrał z roślin. Na każdym kolejnym szczeblu energia ulega wytraceniu. Dlatego mówimy o przepływie energii.