Podstawy ekologii i ochrony środowiska wykłady

Literatura:

1. „Kompendium wiedzy z ekologii” J.Strzałko PWN

2. „Ekologia” T.Umiński

3. „Ekologia z ochroną środowiska” E.Pyłko - Gutowska

4. „Przyroda polska” Czasopismo popularno - naukowe

5. „Parki Narodowe” Czasopismo popularno - naukowe

6. „Aura” Czasopismo popularno - naukowe

1. Ekologia jako nauka

• Pochodzenie słowa

• Definicje

• Nauka stara czy nowa

2. Aktualności wiedzy ekologicznej

3. Miejsce ekologii wśród innych nauk biologicznych

4. Różnorodność podejścia do wiedzy ekologicznej

• Antropocentryzm

• Technocentryzm

• Biocentryzm

• Harmonijne współistnienie

Rys historyczny nauki ekologii

OIKOS - dom, miejsce życia

LOGOS - nauka

Twórca: Ernest Haeckel biolog niemiecki 1869

Pierwsze wzmianki na temat ekologii, chodź jeszcze nie pod tą nazwą (ekologia) czasy p.n.e.

Definicje:

Ekologia - Biologia środowiskowa (dział biologii)

• ekonomika przyrody

• nauka o strukturze, funkcjonowaniu przyrody

• całość, model stosunków między organizmami i ich środowiskiem (Webster)

• naukowe studiowanie rozmieszczenia i liczebności organizmów (Andwerthy, Birch 1969)

• naukowe studiowanie zależności które determinują rozmieszczenie i liczebność organizmów (Krebs 1972)

• nauka o współzależności w przyrodzie miedzy organizmami, oraz między organizmami a środowiskiem

Trzy przyczyny ekspansji i mody na wiedze ekologiczną:

• rozwój techniki i wprowadzenie do środowiska ogromnych ilość szkodliwych trujących substancji

• bardzo szybki i gwałtowny przyrost ludności na świecie

• troska o zasoby ziemi z powodu nadmiernej konsumpcji zasobów ziemi

KOMÓRKA CYTOLOGIA

TKANKI HISTOLOGIA

ORGANY ANATOMIA; FIZJOLOGIA; ORGANOGRAFIA

ORGANIZM ZOOLOGIA; BOTANIKA; ANTROPOLOGIA

POPULACJA EK

BIOCENOZA OL

EKOSYSTEM OG

BIOSFERA IA

Antropocentryzm - człowiek w centrum zainteresowania

Technocentryzm - co technika zepsóła to technika naprawi

Biocentryzm - „Terroryzm” człowiek nie jest najważniejszy tylko inne organizmy

1. Biosfera - jako środowisko życia

• definicja

• zakres przestrzenny

• struktura

• cechy szczególne

2. Ekosystem

• podstawowa jednostka badań ekologicznych

• definicja, skład, podstawowe procesy

Biosfera nakłada się na 3 sfery geograficzne (hydrosferę, atmosferę, litosferę)

Biosfera - jako środowisko życia na ziemi, cienka powierzchniowa warstwa wokół ziemi w której występują organizmy żywe

Cechy: kształt nieregularny, nierównomierny, cechuje się asymetrią, mozaikowością struktury

Cech szczególne:

• woda występuje w różnej postaci (największe znaczenie ma form ciekła)

• występują w niej powierzchnie graniczne, między płynną, stałą i gazową postacią materii (atmosfera, litosfera, hydrosfera)

• otrzymuje energię od słońca

Definicja ekologiczna biosfery:

Biosfera jest to układ (system) wzajemnych relacji złożony, termo dynamicznie otwarty, samoregulujący się procesami oddziaływań materii żywej, nieożywionej, akumulujący i rozdzielający ogromne zasoby energii.

Czas istnienia ziemi - (4.5) 5 (6) miliardów lat

Początki życia - 2.5 (3) miliardy lat temu

Maksymalna miąższość biosfery - 15000 m - 20000 m

Optimum dla biosfery - 1000 m lub 100 m

Biosfera jest mało stabilna, łatwo ulega wszelkiego rodzaju odkształceniom i modyfikacją

W obrębie biosfery zachodzą nieustanne procesy fizyczne i chemiczne powodujące wymianę energii i materii pomiędzy organizmami żywymi, a ich otoczeniem (atmosferą, hydrosferą, litosferą)

Najważniejszymi zjawiskami tego typu są:

• wiązania energii słonecznej przez rośliny zielone

• gromadzenie jej w formie produktów fotosyntezy

• dalsze przekazywanie organizmom niesamożywnym

Jeżeli biosfera ma rozwijać się prawidłowo, to biologicznie ważne związki musza ulegać cyklicznym zmianom, po wykorzystaniu winny zostać ponownie zwrócone, kosztem pewnej energii słonecznej w takiej formie aby mogły być znów wykorzystane.

Organizmy i ich funkcje

Fotosynteza proces syntezy związków organicznych / pokarmowych stanowiących podstawe autotrofizmu

Ekosystem:

• podstawowa jednostka badań ekologicznych

• definicja; części składowe

• podstawowe cykle biogeochemiczne warunkujące samoregulację i równowagę ekologiczną

• krążenie materii i przepływ energii

Zasoby biosfery dla cywilizacyjnego rozwoju człowieka

Zasoby niewyczerpalne:

• energia słoneczna

• wiatr, prądy morskie

• energia geotermiczna

Zasoby wyczerpalne:

• zasoby nieodnawialne

• surowce mineralne, węgiel kamienny

• węgiel brunatny, rudy metali

• rudy niemetali, sól kamienna

• ropa naftowa, wody mineralne

• gaz ziemny

• zasoby odnawialne

• powietrze, woda, gleba

• lasy, rośliny, zwierzęta

Producenci Rośliny Autotrofy

Konsumenci Zwierzęta Heterotrofy

Reducenci Mikroorganizmy Autotrofy / Heterotrofy Bakterie / Grzyby (Destruenci)

6CO₂ + 6H₂O _chlorofil ^{energia słoneczna} C₆H₁₂O₆ + 6O₂ Synteza

Ekosystem - układ ekologiczny (współzależnościowy) organizmów żywych tworzących pewną wspólnotę (zróżnicowane na trzy grupy konsumenci, producenci, reducenci) zamieszkujące określone siedlisko ukształtowane przez czynniki fizyko - chemiczne.

Skład ekosystemu (siedlisko + biocenoza)

Cechy ekosystemu:

• ekologiczna współzależność siedliska i organizmów

• zdolność samoregulacji uwarunkowana krążeniem materii (równowaga ekologiczna)

Cykle biochemiczne

W ekosystemach - znajdujące się w nich pierwiastki chemiczne krążą po właściwych sobie torach obiegu przemieszczając się ze środowiska abiotycznego do organizmów (gdzie są wbudowywane w ich tkanki lub krążą w płynach ciała) i z organizmów do środowiska.

2 typy cykli biogeochemicznych:

Cykle typu gazowego (np.: C, N₂, O₂)

• źródłem pierwiastka jest atmosfera lub hydrosfera

• są stabilne, trwałe

• dzięki ruchowi są równomiernie (pierwiastki) rozprowadzane

Cykle typu sedymentacyjnego (np.: P, Fe, S)

• źródłem (zbiornikiem pierwiastka jest litosfera)

• są w stanie małej aktywności i ruchliwości

Ekosystem:

• Czynniki abiotyczne (siedlisko), czynniki fizyczno - chemiczne, woda, sole mineralne, w glebie, gazy w atmosferze, temperatura, światło

• Biocenoza (rośliny - producenci, zwierzęta - konsumenci, mikroustroje - destruenci)

Czynniki abiotyczne w ekosystemie i ich właściwości i znaczenie.

Woda

• Dziwny substrat

• Cechy chemiczne

• Cechy fizyczne

• Warunki procesów życiowych

• Woda w biosferze

• zasoby wody 1,5 mld km³

• 93 % wody słone (morza i oceany)

• 6 % wody słodkie (powierzchnia ziemi)

• 1 % wody w atmosferze

Cykl hydrologiczny (obejmuje hydrosferę, atmosferę i powierzchnie styku z litosferą)

Woda jako czynnik ekologiczny (znaczenie)

• środowisko życia

• warunkuje rozmieszczenie organizmów i ekosystemów

• substrat do fotosyntezy

• składnik protoplazmy

• rozpuszczalnik pokarmów

Temperatura

Efekt promieniowania słonecznego

Zmienność temperatury powietrza zależy od:

• położenia

• stopień zachmurzenia

• charakteru pogody

• typu napływających mas powietrza

Znaczenie:

• reguluje aktywność organizmów

• wpływa na rozmieszczenie ekosystemów (strefowość, stratyfikacja)

Światło

Promieniowanie optyczne

Fale elektromagnetyczne promieniowania optycznego mają różne długości 300 - 1000 nanometrów

Część promieniowania wywołującego wrażenie świetlne - fale widzialne 390 - 760 nanometrów

Znaczenie:

• decydująca rola jako źródło życia na ziemi

• rośliny zielone włączają światło w obieg biologiczny

• reguluje wzrost i rozwój organizmów

• źródło ciepła

Rytmy biologiczne - dostosowanie funkcji życiowych organizmów (przejawu aktywności, rozwoju, rozmnażania) do regularnych zmian czynników abiotycznych w środowisku

Zegar biologiczny - wrodzona wewnętrzna rytmiczność procesów życiowych organizmów;

• synchronizacja zmian czynników siedliskowych z rytmami biochemicznymi, fizjologicznymi, behawioralnymi organizmów

Rytmy biologiczne podawane są:

• dobowy - obrót ziemi wokół własnej osi

• miesięczny - obieg księżyca ziemi

• roczny - obieg ziemi wokół słońca

Powietrze

Azot N - 78,08 %

Tlen O₂ - 20,95 %

Argon Ar - 0,93 %

Dwutlenek węgla CO₂ - 0,03 %

Neon Ne - 0,002 %

Hel He - 0,0005 %

Krypton Kr - 0,0001 %

Wodór H - 0,00005 %

Ksenon Xe - 0,000008 %

Ozon Oz - 0,000001 %

Troposfera - 55 stopni Celsjusza 8 - 17 Km

Stratosfera - 55 stopni Celsjusza (8 - 17) - 50 Km

Ozonosfera 0 stopni Celsjusza 35 - 50 Km

Mezosfera - 90 stopni Celsjusza 50 - 85 Km

Termosfera + 100 stopni Celsjusza na 120 Km 85 - 300 Km

Jonosfera +1000 stopni Celsjusza 300 - 800 Km

Gleba

Glebę tworzą:

• Faza mineralna 45 %

• Fazy materii organicznej 5 %

• Fazy wody 25 %

• Fazy powietrza glebowego 25 %

Czynniki abiotyczne „kształtują”

• Typy ekologiczne organizmów

Kserofile

Mezofile

Hydrofile

Prawo tolerancji Sheforda - możliwość bytowania organizmów określają minima i maksima danego czynnika, reguły pomocnicze:

Zasada synergizmu - wpływ równoczesnego oddziaływania kilku czynników jest większy od sumy wpływu każdego z nich oddzielnie.

Prawo minimum Liebiga - mówi że możliwość rozwoju i wzrostu organizmu określa ten czynnik ekologiczny którego jest najmniej w stosunku do zapotrzebowania

Równowaga ekologiczna - zależy od prawidłowego funkcjonowania wszystkich ogniw współ otaczających w krążeniu materii, przepływu energii.

Równowaga ekologiczna jest uwarunkowana prawidłową ilością producentów, konsumentów, destruentów oraz bilansem zerowym substratów.

Ingerencja człowieka powoduje zaburzenia tej równowagi, polega na:

• wprowadzenie elementów nowych (odpady, zwierzęta)

• usuwanie z układów naturalnych jego elementów (eksport plonów, mikroelementów z gleby, eliminacja drapieżników)

• zmiany warunków siedliskowych (bariery na drogach migracji zwierząt)

Ochrona środowiska

Ingerencja w naturalne procesy

Zagrożenie dla biosfery (życia)

Problemy ochrony środowiska

Zanieczyszczenie powietrza:

Pojęcie - substancje jakościowo i ilościowo odmienne od składu powietrza czystego

Pochodzenie, źródła:

• naturalne emisje procesy gnilne, wietrzenie skał, wybuchy wulkanów

• antropogeniczne emisje działalność gospodarcza, przemysłowa, wojenna

Struktury fizyczne:

Kurz - pył o uziarnieniu grubym ∅ 100 - 10 μ

Pył - pył drobny, zawieszony w powietrzu ∅ 10 - 0,1 μ

Dym - mieszanina pyłu, pary wodnej, głazów utrzymujących się okresowo w powietrzu

Smog - mieszanina pary wodnej (mgły), z dymem utrzymujące się równomierną i długotrwałą warstwą przy powierzchni ziemi

Substancje chemiczne:

SO₂ - emisja przemysłowa (spalanie węgla kamiennego) i domowa

CO - transport (spalanie paliw płynnych)

NO_x - transport, energetyka

OLON - zanieczyszczenia wtórne, reakcje w przyziemnej warstwie atmosfery pod wpływem promieniowania słonecznego

METAN - źródło rolnictwo (proces rozkładu, odgazowania odchodów zwierzęcych)

WĘGLOWODORY - niekompletne spalanie paliw, odpadów, odparowywanie paliw

METALICZNE ZWIĄZKI TOKSYCZNE (Pb, Hg)

DIOXYNY - pochodzą z materiałów nie podlegających biodegradacji, wytwarzają się w czasie spalania (dibenzoparadioxyny) dibenzofurany (PCW)

Związki mutagenne, zakłócają system przekazywania kodu genetycznego (uszkadzają płód) obniżają działalność układu immunologicznego.

Zagrożenia zdrowia ludzi (w miejscach koncentracji)

• kwaśne deszcze

• efekt cieplarniany

Gazy cieplarniane pochłaniają promieniowanie długofalowe (ciepło) wypromieniowane przez ziemie, zapobiega to wychładzaniu dolnych warstw atmosfery, ale ich nadmiar może spowodować wzrost średnich temperatur rocznych w skali całej planety, co skutkuje zmiana stref klimatycznych i podwyższenia się poziomów oceanów.

Zanieczyszczeni wód

Rodzaj: Pochodzenie: Substancje:

Ścieki przemysłowe Przemysł toksyczne

Papierniczy różne

Cukrowniczy Tekstylny

Górniczy

Ścieki komunalne Miasto

Szpital

Transport Drogi Oleje

Benzyna

Sole metali Hg, Zn, Cu,

Odpady stałe Składowiska Oleje

Wysypiska Fenole

Rolnictwo Procesy fermentacji zw. Azotu

Odchodów, środków zw. Potasu

Ochrony roślin pestycydy

Wody opadowe kwaśne deszcze

Degradacja gleb

Przyczyny niszczenia produktywności gleb

Zakwaszenie

• Kwaśne deszcze

• Wymywanie wapna (niewystarczające wapnowanie gleby)

Chemiczne zanieczyszczenia

• Przedawkowanie soli

• Zanieczyszczenia z tras komunikacyjnych

• Przemysł i rolnictwo

Biologiczne zanieczyszczenia

• Obornik

• Gnojowica

Przesuszenie

• Melioracja

• Erozja

Zniekształcenie rzeźby i degradacja pokrywy glebowej

• Wyrobiska

• Zwałowiska, kopalnie odkrywkowe

• Składowanie odpadów

Skutki, efekty

• Degradacja

Zagrożenia atmosfery stabilność składu zachodzących procesów

Objawy:

• kwaśne deszcze

• dziura ozonowa

• ocieplenie klimatu , efekt cieplarniany

• wzrost promieniowania jonizującego

Zagrożenia hydrosfery zmiany w cyklu hydrologicznym

Objawy:

• zmniejszenie się zasobów wód słodkich

• zwiększenie się obszarów pustynnych

• zanikanie źródeł, rzek, jezior

• pogorszenie się jakości wód słonych i słodkich

Zagrożenia litosfery zmiany ukształtowania, struktury, składu gleby

Objawy:

• zmiany w powierzchniowej warstwie gleby produktywnej

• spadek uwilgotnienia gleb

• pojawienie się toksyczności gleb

Zagrożenia stabilności biosfery, ciągłości życia wszystkich organizmów w tym człowieka

Efekt zanieczyszczeń:

• zmiany klimatu

• efekt cieplarniany

• zanik warstwy ozonu

• zagrożenie dla zdrowia

Efekt przeludnienia:

• zanik ekosystemów naturalnych

• wyczerpywanie się zasobów naturalnych

• zmniejszenie się produktywności gleb

• zmniejszenie się różnorodności gatunkowej i ekosystemowej

• konflikty społeczne

Ekorozwój

Zrównoważony rozwój, czyli ekorozwój - to rozwój równoważonego traktowania celów ekologicznych, celów społecznych, celów ekonomicznych w działalności dla podniesienia jakości życia ludzi

Cele ekologiczne - Cele ekonomiczne - Cele społeczne

• rozwój trwały (uwzględnienie potrzeb następnych pokoleń)

• rozwój zrównoważony (z wydolnością, z zasobami środowiska)

• rozwój harmonijny (z życiem wszystkich istot)

Art. 5 Konstytucji Rzeczpospolitej Polskiej

Rzeczpospolita Polska zapewnia ochronę środowiska kierując się zasadą zrównoważonego rozwoju

1969 Raport sekretarza generalnego ONZ (U'Thant)

1972 I konferencja ONZ w Sztokholmie (Człowiek, jego środowisko)

1975 Powołanie środowiskowego programu narodów zjednoczonych UNEP

1992 II konferencja ONZ w Rio de Janeiro i forum ekologów I szczyt ziemi temat: środowisko i rozwój

2002 III konferencja w Johanesburgu II szczyt ziemi

Konwencja o ochronie bioróżnorodności

Konwencja w sprawie zmian klimatu (wprowadzająca ograniczenia w emisji gazów cieplarnianych)

Deklaracje o lasach

Wytaczająca kierunki zrównoważonego rozwoju lasów, ochrony ich użytkowania

Przyjęte dokumenty w Rio de Janeiro

Deklaracja Z Rio de Janeiro = karta ziemi (27 zasad zrównoważonego rozwoju)

Globalny program działań Agenda 21

„Tak długo, jak długo 20% ludzkości świata (mieszkańców krajów rozwiniętych) zużywa 80% światowych zasobów naturalnych, nie będzie trwałego, zrównoważonego rozwoju wspólnie zamieszkiwanego środowiska”

Ochrona przyrody

1. Cechy przyrody polski, różnorodność wynikająca z uwarunkowań fizjograficznych (położenia) i historycznych.

2. Cele formy ochrony przyrody

Różnorodność:

• wynikająca z klimatu umiarkowanego przejściowego a położeniem polski

• z fizjografii terenu (góry, wyżyny, niziny) pozwalające na rozwinięcie się wielu śiedlisk.

Nasuwanie i usuwanie się lodowca z ziem polskich

Czwartorzęd (ok. 2 mln lat temu) dzieli się na:

• Plejstocen (epoka lodowa)

• Holocen (epoka polodowcowa)

1. Zlodowacenie krakowski (południowo - polski ok. 650000 lat temu)

2. Zlodowacenie środkowo - polskie (ok. 70000 lat temu)

3. Zlodowacenie Bałtyckie (ok. 10300 lat temu)

Kierunki napływu roślin i zwierząt.

Późny glacjał

12300 - 10250 - wycofanie się lądolodu wykształcenie się zbiorowiska tundry

11800 - 10700 ocieplenie klimatu wkracza brzoza i sosna

Holocen

9100 - 7700 - stopniowe ocieplenie się klimatu, brzoza, sosna, leszczyna.

7700 - 5100 - postglacjalne optimum klimatu, dąb, buk - drzewa liściaste

Bioróżnorodność w Polsce

Rośliny - 13500 gatunków, w tym: 2400 roślin naczyniowych (okrytozalążkowych); 1600 gatunków glonów; 298 gatunków poznanych bakterii

Grzyby 54000 gatunków poznanych; w tym, 1100 gatunków jadalnych.

Zwierzęta 57400 gatunków, w tym, 630 gatunków kręgowców; 330 ptaków; 30000 gatunków stawonogów

Ochrona przyrody oznacza:

• zachowanie, racjonalne użytkowanie zasobów naturalnych

• odtwarzanie lub rewaloryzacja walorów częściowo zmienionych

• kształtowanie właściwych postaw ludzi wobec przyrody

Światowa strategia ochrony przyrody:

• ochrona różnorodności biologicznej

• zachowanie podstawowych procesów i systemów ekologicznych

• zapewnienie trwałego użytkowania biosfery

Cele, formy i zasady działań na rzecz ochrony przyrody zawarte są w Ustawie o ochronie przyrody z 16 Kwietnia 2004

Ochrona przyrody ma na celu:

• Utrzymanie procesów ekologicznych i stabilności ekosystemów

• Zachowanie różnorodności gatunkowej

• Zachowanie dziedzictwa geologicznego

• Zapewnienie ciągłości istnienia gatunków i ekosystemów

• Kształtowanie właściwych postaw człowieka wobec przyrody

• Przywracanie do stanu właściwego zasobów i składników przyrody

Formy ochrony przyrody i ich realizacje:

Ochrona gatunków:

• lista gatunków objętych ochroną prawną (Rozporządzenie ministra)

• Czerwone księgi roślin

• Czerwone księgi zwierząt (gatunki zagrożone wyginięciem)

• Pomniki przyrody

Ochrona siedlisk / ochrona biocenotyczna:

• rezerwaty

• parki narodowe

• parki krajobrazowe

• obszary chronionego krajobrazu

• zespoły przyrodniczo - krajobrazowe

• użytki ekologiczne

• stanowiska dokumentacyjne przyrody nieożywionej

• obszary natura 2000 - tworzone zgodnie z prawem unii europejskiej, dyrektywa ptasia i dyrektywa siedliskowa.

---