Поняття екосистеми, навколишнього середовища, соціотехносфери

Екологія розглядає взаємодію живих організмів і неживої природи. Ця взаємодія, по-перше: відбувається в рамках визначеної системи (екологічної системи, екосистеми) і, по-друге: вона не хаотична, а певним чином організована, підвладна законам.

Екосистемою називають сукупність продуцентів, консументів і детритофагів, які взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем за допомогою обміну речовиною, енергією й інформацією таким чином, що ця єдина система зберігає стійкість протягом тривалого часу.

Таким чином, для природної екосистеми характерні три ознаки:

1) екосистема обов’язково являє собою сукупність живих і неживих компонентів;

2) в рамках екосистеми здійснюється повний цикл, починаючи зі створення органічної речовини і закінчуючи її розкладанням на неорганічні складові;

3) екосистема зберігає стійкість протягом деякого часу, що забезпечується визначеною структурою біотичних та абіотичних компонентів.

За масштабами екосистеми поділяються на:

а) макроекосистеми: окремі материки, океани;

б) мезоекосистеми: гірські масиви (Карпати, Альпи, Тибетське нагір’я), рівнини (Полісся, Причорномор’я), моря (Чорне, Балтійське, Червоне), басейни річок (Дніпра, Дунаю, Амазонки);

в) мікроекосистеми: гниючий пеньок, калюжа, акваріум, ставок, лісова галявина.

Природні екосистеми мають своєрідну стабільність у часі і просторі. Це результат постійних трофічних зв’язків, збалансованих потоків речовини й енергії між організмами і навколишнім середовищем. Здатність екосистем протистояти змінам середовища і зберігати стан рівноваги називають гомеостазом.

Підтримка екологічного гомеостазу ускладнюється тим, що він повинний носити динамічний характер, тому що потреби організмів і навколишнє середовище безупинно розвиваються, отже, змінюються взаємини організмів із середовищем. Біоценоз пристосовується в результаті добору видів до умов існування і сам змінює ці умови на свою користь, забезпечуючи їхню відносну стабільність. Екосистеми згодом піддаються повільним змінам послідовного характеру під впливом природних чи антропогенних факторів. У результаті відбувається зміна біоценозів, що називають сукцесією.

Чим більша за розміром екосистема, тим більшим розмаїттям вона відрізняється і тим більше вона може протистояти зовнішньому (антропогенному чи техногенному) впливу.

Більш прості екосистеми входять у більш складно організовані. Таким чином, устрій природи варто розглядати як системне ціле, що складається з вкладених одна в іншу екосистем, вищою з яких є унікальна глобальна екосистема -біосфера.

Біосфера - це частина земної кулі, в межах якої існує життя. Вона включає нижні шари атмосфери до висоти 20-30 км, всю гідросферу і літосферу до глибини 2-3 км.

У її межах відбувається обмін енергією і речовиною між усіма живими і неживими складовими в масштабах планети. За В.І Вернадським життя - це поглинання, нагромадження і витрати енергії. Біомаса є згустком цієї енергії.

Катастрофа, що загрожує усьому людству, полягає в тому, що порушено одну з ознак, якими повинна володіти екосистема: біосфера, як екосистема, діяльністю людини виведена зі стану рівноваги.

Екосистема є найважливішою структурною одиницею устрою навколишнього світу. Основу екосистеми складає жива речовина, яка характеризується біотичною структурою і середовищем мешкання, обумовлена сукупністю екологічних факторів.

Екосистема заснована на єдності живої і неживої речовини. Суть цієї єдності виявляється в такому. З елементів неживої природи, головним чином молекул О2 і Н2О, під впливом енергії Сонця синтезуються органічні речовини, що складають усе живе на планеті. Процес створення органічної речовини в природі відбувається одночасно з протилежним процесом - споживанням і розкладанням цієї речовини знову на вихідні неорганічні сполуки. Сукупність цих процесів протікає в рамках екосистем різних рівнів ієрархії. Щоб ці процеси були врівноважені, природа за мільярди років створила визначену структуру живої речовини системи.

Рушійною силою в будь-якій матеріальній системі є енергія. В екосистемі вона надходить від Сонця. Рослини, за рахунок пігменту хлорофілу, що міститься в них, уловлюють енергію випромінювання Сонця і використовують її для синтезу основи будь-якої органічної речовини - глюкози.

Кінетична енергія сонячного випромінювання перетворюється в такий спосіб на потенційну енергію, запасену глюкозою. З глюкози, разом з одержуваними з ґрунту мінеральними елементами живлення, - біогенами - утворюються всі тканини рослинного світу - білки, вуглеводи, жири, ліпіди, ДНК, РНК, тобто органічна речовина планети.

Крім рослин продукувати органічну речовину можуть деякі бактерії. Вони створюють свої тканини, запасаючи в них, як і рослини, потенційну енергію з вуглекислого газу без участі сонячної енергії. Замість неї вони використовують енергію, що утворюється при окислюванні неорганічних сполук, наприклад, аміаку, заліза й особливо сірки (у глибоких океанічних западинах, куди не проникає сонячне світло, але де в достатку накопичується сірководень, виявлені унікальні екосистеми). Це так звана енергія хімічного синтезу, тому організми називаються хемосинтетиками.

Таким чином, рослини і хемосинтетики створюють органічну речовину з неорганічних складових за допомогою енергії навколишнього середовища. їх називають продуцентами чи автотрофами. Вивільнення запасеної продуцентами потенційної енергії забезпечує існування всього живого на планеті. Види, що споживають створену продуцентами органіку як джерело речовини й енергії для своєї життєдіяльності, називаються консументами чи гетеротрофами.

Консументи - це найрізноманітніші організми (від мікроорганізмів до синіх китів): найпростіші, комахи, плазуни, риби, птахи і, нарешті, ссавці, включаючи людину. Консументи, у свою чергу, підрозділяються на ряд підгруп відповідно до розходжень у джерелах їхнього харчування.

Тварини, що харчуються безпосередньо продуцентами, називаються первинними консументами чи консументами першого порядку. їх вживають у їжу вторинні консументи.

Наприклад, кролик, що харчується морквиною, - це консумент першого порядку, а лисиця, що полює за кроликом, - консумент другого порядку. Деякі види живих організмів відповідають декільком таким рівням. Наприклад, коли людина їсть овочі - вона консумент першого порядку, яловичину - консумент другого порядку, а вживаючи в їжу хижу рибу, виступає в ролі консумента третього порядку.

Первинні консументи, що харчуються тільки рослинами, називаються рослиноїдними чи фітофагами. Консументи другого і більш високих порядків - м’ясоїдними. Види, що вживають в їжу як рослин, так і тварин, відносяться до всеїдних, наприклад, людина.

Мертві рослинні і тваринні залишки, наприклад, листяний опад, трупи тварин, продукти систем виділення, називаються детритом. Існує безліч організмів, що спеціалізується на харчуванні детритом. Вони називаються детритофагами. Прикладом можуть слугувати грифи, шакали, хробаки, раки, терміти, мурахи і т.п. Як і у випадку звичайних консументів, розрізняють первинних детритофагів, що харчуються безпосередньо детритом, вторинних і т.п.

Значна частина детриту в екосистемі, зокрема опале листя, хмиз, у своєму вихідному вигляді не поїдається тваринами, а гниє і розкладається в процесі харчування ними грибів і бактерій.

Оскільки роль бактерій і грибів настільки специфічна, їх зазвичай виділяють в особливу групу детритофагів і називають редуцентами. Редуценти слугують на Землі санітарами і замикають біогеохімічний кругообіг речовин, розкладаючи органіку на вихідні неорганічні сполуки - вуглекислий газ і воду.

Таким чином, незважаючи на розмаїття екосистем, усі вони мають структурну подібність. У кожній з них можна виділити фотосинтезуючі рослини - продуценти, різні рівні консументів, детритофагів і редуцентів. Вони і складають біотичну структуру екосистем - біоценози.

Біоценоз - це сукупність рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів, що населяють визначену ділянку суші чи водойми (біотоп).

Навколишнє середовище - це середовище мешкання і виробничої діяльності людини. Навколишнє середовище - це світ, частково даний нам природою, частково це світ, змінений людською діяльністю.

Можна припустити, що існує дві моделі навколишнього середовища: відкрита і закрита (замкнута).

Замкнута модель навколишнього середовища створена природою мільйони років тому і передбачає цілком безвідхідне виробництво.

Відкрита модель навколишнього середовища почала існувати з тих пір, коли людина проголосила себе »царем природи». Відтоді вона почала повертати течії річок, рівняти гори, насипати терикони, забруднювати відходами навколишнє середовище. Наприклад, легковик на 1000 км пробігу спалює стільки кисню, скільки потрібно людині для дихання протягом року; при цьому цей автомобіль здатний викинути в атмосферу до 20 кг шкідливих речовин. 97% усіх лісових пожеж виникає з вини людини. Після відвідування людиною природних ландшафтів вогнище не заросте травою протягом 5-7 років, кинутий в лісі папір буде розкладатися 2000 років, консервна банка - більше 90 років, целофановий пакет - більше 200 років, скло — більше 1000 років.

Нежива і жива природа, що оточує рослини, тварин і людину, зветься середовищем мешкання. Безліч окремих компонентів середовища, що впливають на організми, називаються екологічними факторами.

За природою походження виділяють абіотичні, біотичні й антропогенні фактори.

Абіотичні фактори - це властивості неживої природи, що прямо чи побічно впливають на живі організми.

Найбільш істотні абіотичні фактори - кліматичні, ґрунтові, орографічні. Найважливіші з кліматичних факторів - енергія Сонця, освітленість земної поверхні, температура і вологість повітря, опади, газовий склад атмосфери, вітер, атмосферний тиск.

Ґрунтові (едафічні) фактори не тільки впливають на живі організми, але й слугують середовищем мешкання для багатьох мікроорганізмів, рослин і тварин. Ґрунтові організми і самі створюють своє середовище. Едафічні фактори пов’язані з функціонуванням ґрунтового покриву. Потужність грунту коливається від 3-10 см (арктичні дернові грунти) до 1,5-2,0 м (чорноземи степів).

Ґрунти як геомембрана регулюють взаємодію атмосфери, літосфери, гідросфери і біосфери. Вони пропускають чи затримують різні потоки речовини й енергії, що надходять з надр Землі на сушу, через гідросферу, з космосу через атмосферу. У ґрунтах акумулюються хімічні елементи, необхідні для рослин. Завдяки родючості, тобто здатності задовольняти потреби