Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Экологические знания

Планетарная и биосферная экосистемы

На рис. 2.14 приведены иерархические трехуровневые схемы планетарной и биосферной природных экосистем.

Схемы планетарной и биосфрнои экосистем

Дальнейшая декомпозиция глобальных экосистем приводит на четвертом-пятом уровне до региональных систем.

Главные составляющие системы находятся в таких соотношениях: живое вещество - 1,0 (2,4 * 10 12т) атмосфера - 214 (5,15 * 10 15 т), гидросфера - 602500 (1,5 * 10 +18 т), земная кора - 1670000 (2,8 * 10 девятнадцать т).

На глобальные системы и их составляющие действуют внешние факторы, из которых наиболее влиятельным является солнечная энергия.

Из космоса на Землю падает луч с энергией 2 кал / (см 2 * мин), который в атмосфере экспоненциально ослабляется. В ясный летний день к земной поверхности может дойти не более 67 процентов энергии, а за сплошной облачности - значительно меньше половины. Большое значение имеет также угол падения солнечного луча на поверхность. Как видно на рис. 2.15, на котором показано влияние наклона поверхности к направлению луча, плоскость 3, несмотря на одинаковый размер с плоскостью 1, получает менее двух третей энергии лучей. Ниже приведены данные о суммарной солнечной радиации на различных географических широтах:

Широта (°)

0 °

(экватор)

20 ° с. ш.

40 °

сев. ш.

60 ° с. ш.

60 ° ю. ш.

40 ° ю. ш.

20 ° ю. ш.

Радиация (ккал / см 2 * год)

220-180

180-140

140-100

100-60

60 и меньше

60-120

120-180

Влияние наклона поверхности

Аналогичное явление наблюдается на склонах гор, балок и на других неровностях земной поверхности.

Солнечная энергия является главной движущей силой в экологических системах. Характерными для глобальных систем является круговороте процессы различных веществ.

Согласно законам экологии вещество, энергия и информация непрерывно перемешиваются, трансформируются, накапливаются, используются, образуются. Это движение рассматривается как круговорот или цикл веществ (элементов) и энергии в биосферной экосистеме.

Круговороты, которые охватывают планету, в целом называют большими. Рассмотрим основные из них.

Круговорот воды на планете считается самым мощным. В нем вращается 16,5 миллиона кубических метров вещества в секунду и используется 40000000000 мегаватт солнечной энергии. Вещество движется в трех состояниях: газообразном (водяной пар), жидком (вода), твердом (лед, снег). На рис. 2.16 приведена схема большого круговорота воды, который охватывает все планетарные сферы.

Круговорот воды

Рис. 2.16. Круговорот воды:

ОС - океан Мировой; В - испарения; ПВ -поверхностные воды; О - осадки (атмосферные) ЛО - литосферные воды; П - перенос; АВ - атмосферные воды; С - сток; ЛС - ледники, снег, И - инфильтрация; БС - биосфера; Д - исходный утечка; Эс - энергия Солнца

В литосфере наблюдается равенство притока и расхода воды и = Д. В биосфере одна треть потерянной воды переходит в биомассу. То есть при потреблении 22 тысяч кубических километров воды в год биосфера возвращает 15000. При условии неизменности массы живого вещества биологическая вода возвращается в круговорот полностью.

Наибольшее влияние на глобальный цикл воды оказывает Мировой океан благодаря огромной поверхности F, от которой зависит испарение В = ξ F (здесь ξ - коэффициент испарения). Значение В ос составляет 449, в то время как В лв равна 71000 кубокилометров за год. Количество осадков над океаном меньше испарения - В ос 412 тыс. Км 3 / год, а над сушей - наоборот. Разница в 37 000 кубокилометров компенсируется переносом облаков с океана на материки и стоком такой части опада с суши в океан.

Таким образом, в глобальном круговороте воды в год устанавливается вещественный баланс, в котором перенос водяного пара атмосферными движениями выступает в роли регулирующего фактора

Солнечная энергия в круговороте воды используется на изменение теплового и фазового состояния и движения, то есть на смену тепловой и кинетической энергии гидросферы. Например, испарение с поверхности Мирового океана требует Q в = 2 260 * В ос = 10 килоджоулей в год. Эта энергия облаками переносится в другое место, где она освобождается и остается в атмосфере при конденсации пара и возврата воды на поверхность в виде осадков В ос и В лс.

Круговорот углерода представлено на рис. 2.17. В природе углерод находится в разных формах как составляющая всех земных сфер.

В биосфере углерод составляет 46 процентов органического вещества, то есть равна 800 миллиардам тонн. За год наземные растения путем фотосинтеза производят примерно +80000000000 тонн углерода.

Остатки отмерших растений и животных способствуют образованию гумуса, почвы и торфа, а также угля, нефти и газа, в которых помещается большая часть углерода планеты (по некоторым данным - до 99 процентов).

Процесс фотосинтеза происходит и в гидросфере за счет водной растительности. Между гидросферой и атмосферой постоянно происходит движение углекислого газа, большое количество которого растворена в водах Мирового океана. Еще больше углерода содержится в растворах в воде, а также в отложениях на дне водных объектов углевмещающих соединений.

Круговорот углерода

Круговорот азота составляет один миллиард тонн в год. Почти весь природный азот находится в свободном состоянии в атмосферном воздухе, в котором составляет 78% объема. Но это небольшая доля - только 0,04% от общей массы химических элементов на планете. Необходим каждой живой клетке свободный азот может усваиваться только азотфиксирующими микроорганизмами, главным образом клубеньковыми бактериями, которые живут на корнях бобовых растений, используя солнечную энергию. Благодаря высокой эффективности биокатализа бактерии (анаэробные и цианобактерии) переводят азот в сопряженную форму: аммоний NH 3, нитриты NO 2 и нитраты NO 3. Кроме биологической фиксации азота, происходит и фото- и электрохимическое сообщения его. Нитриты и нитраты вместе с аммонием составляют основу питания растений, грибов, микроорганизмов, которые образуют аминокислоты, пептиды и белки. Таким образом азот переходит во все живые организмы, где составляет один процент сухой биомассы.

Остатки отмерших растений и животных перерабатываются с участием денитрифицирующих бактерий, азот высвобождается из биомассы и возвращается в атмосферу.

Схема круговорота азота приведена на рис. 2.18.

Круговороты взаимосвязаны преобразованием и перемещением веществ как в рамках глобальной экосистемы, так и выходя за ее пределы в виде внешних связей.

Наиболее важным считается связь цикла углерода с циклом азота. Он определяется соотношением C: N, для наземных растений составляет 30: 1, а для морских водорослей - 6: 1.

Круговорот азота

Рис. 2.18. Круговорот азота

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее