ЭКОСИСТЕМЫ И ПРИСУЩИЕ ИМ ЗАКОНОМЕРНОСТИ

Организм не может быть полностью изолирован от окружающей среды, поскольку он связан с ней многочисленными прямыми и косвенными взаимодействиями, которые складываются исторически. В результате образуются надорганизменные системы, организацию и функционирование которых изучает наука экология.

Экологические факторы

Тела и явления природы, которые способны взаимодействовать с организмом, называются экологическими факторами. Их делят на три группы: абиотические, биотические и антропогенный.

К абиотическим факторам относят все физикохимические влияния, способные вызвать ответную реакцию организма: климатические (свет, температура, влажность), химические (химический состав среды обитания), эдафические (типы почв) и др.

Влияние света, являющегося основным источником энергии на Земле, можно рассматривать с точки зрения его интенсивности, длины волны и фотопериода. По отношению к интенсивности света растения делятся на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые, а животные — на дневных и ночных. Длина волны света важна для протекания фотосинтеза, видения большинства животных, образования витамина D в коже у человека и т. д.

Фотопериодом называют продолжительность светового дня и ночи, имеющую суточную и сезонную ритмичность и определяющую сроки цветения многих растений и поведение животных вследствие заблаговременного ощущения ими грядущих перемен. Реакция организмов на суточный ритм освещения (соотношение продолжительности дня и ночи), которая выражается в изменении интенсивности процессов роста и развития, называется фотопериодизмом. Его примерами являются зацветание растений в определенные сроки и миграции птиц.

Приспособление к улавливанию света у растений выражается в наличии листовой мозаики, выносе листьев к солнцу и др.

Температура влияет на скорость протекания биохимических реакций, однако значительная часть организмов может существовать только в узком диапазоне температур, хотя споры бактерий могут выдерживать охлаждение до -200°С и нагревание до 100°С. Температуры, при которых происходят активные физиологические процессы, называются эффективными, их значения не выходят за пределы летальных температур. Суммы эффективных температур, или суммы тепла, являются величиной постоянной для каждого вида и определяют границы его распространения. По отношению к температуре все организмы делят на теплолюбивые и холодолюбивые.

У животных реакции на температуру окружающей среды направлены на регулирование теплоотдачи. Тех из них, которые не способны поддерживать постоянную температуру тела, относят к пойкилотермным (беспозвоночные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся), а тех, у которых она постоянна, — к гомойотермным (птицы и млекопитающие).

Приспособлениями к действию температурного фактора являются, например, мех, перьевой покров, подкожная жировая клетчатка и т. д.

Вода является необходимым компонентом клетки, однако ее количество и доступность в определенных местах обитания может ограничивать распространение организмов. По степени потребности в воде растения делят на три основные экологические группы: ксерофиты (засушливые места обитания), мезофиты (умеренное увлажнение) и гигрофиты (влажные места обитания).

Приспособлениями к недостатку влаги у растений являются удлинение корней, утолщение кутикулы, опушение листьев, уменьшение размеров листьев, а иногда и их сбрасывание. Животные получают воду из пищи, запасают ее или впадают в спячку.

Химический состав среды играет в жизни организмов не меньшую роль, чем другие факторы. Так, по потребности в кислороде все организмы делятся на аэробов и анаэробов. Недостаток или избыток минеральных солей в почве провоцирует изменение их концентраций в организме, вследствие чего нарушаются процессы жизнедеятельности и, в конечном итоге, отклонение от нормы темпов роста и развития. Например, в условиях засоления почвы могут обитать только солерос, тамарикс, кораллы, ряд бактерий.

Биотическими факторами среды называют совокупность живых организмов, оказывающих влияние на другие живые существа своей жизнедеятельностью. По направлению действия на организм все взаимоотношения между организмами в сообществах могут подразделяться на симбиоз, антибиоз и нейтрализм.

Под симбиозом понимают любой вид взаимоотношений, при котором оба партнера или хотя бы один из них извлекает пользу из них. Формами симбиоза являются мутуализм, комменсализм и даже паразитизм.

Мутуализм — это взаимовыгодное сожительство, при котором присутствие партнера является обязательным условием существования каждого из организмов, например, сожительство корней растений с клубеньковыми бактериями и грибами.

Комменсализм — это форма взаимоотношений, при которой один из партнеров извлекает из них пользу, а другому это безразлично (эпифитные и древесные растения).

Паразитизм — использование одним организмом другого в качестве места обитания и постоянного источника питания, причем организму-хозяину наносится очевидный ущерб (острица детская и человек).

К антибиозу относят любой вид взаимоотношений, при котором обе взаимодействующие популяции или хотя бы одна из них испытывает отрицательное влияние. Формами антибиоза являются хищничество, растительноядность, конкуренция, а также паразитизм.

Взаимоотношения между особями одного или разных видов, соревнующихся за одни и те же ресурсы, имеющиеся в ограниченном количестве, называют конкуренцией. Например, грибы могут ограничивать рост бактерий путем выделения антибиотиков, а животные — даже нападать друг на друга.

Нейтрализмом называется любой вид взаимоотношений, при котором совместно обитающие на одной территории организмы не оказывают друг на друга прямого влияния, как, например, дуб и лось в дубраве.

Антропогенным фактором называют совокупность последствий хозяйственной деятельности человека для окружающей среды. Она заключается в эксплуатации природных ресурсов, загрязнении воздуха, воды и почвы, истреблении значительного количества видов животных и растений, что ведет к необратимому нарушению экологического равновесия. В большинстве случаев антропогенный фактор не носит систематического характера, поэтому приспособление организмов к его действию существенно затруднено.

Экологические факторы действуют на организмы не по отдельности, а в тесном взаимодействии друг с другом. Избыточные значения одних из них могут снижать неблагоприятные последствия недостатка других, как, например, в случае неблагоприятного фотопериода он может быть заменен повышенными температурами. Это явление называется компенсацией. Отклонение интенсивности одного какого-либо фактора от оптимальной величины может также сузить пределы выносливости к другому фактору. Например, при уменьшении содержания азота в почве снижается засухоустойчивость злаков.

Существование ритмических колебаний ряда факторов окружающей среды вынуждает живые организмы согласовывать свою жизнедеятельность с периодами действия наиболее благоприятных значений этих факторов. Такие периодически повторяющееся изменения интенсивности и направления биологических процессов называется биологическими ритмами.

Наиболее широко распространенными биологическими ритмами являются суточные (циркадные), околосуточные (циркадианные), сезонные и годичные (цирканнуальные).

Среды обитания организмов

Совокупность всех тел и явлений живой и неживой природы, окружающих организм, составляет его среду обитания. В настоящее время выделяют четыре основные среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и внутреннюю среду организма.

Основу водной среды составляет вода, ее обитателей называют гидробионтами. Их делят на четыре основные экологические группы: нейстон, нектон, планктон и бентос.

К нейстону относят организмы, обитающие в поверхностной пленке воды и использующие силу поверхностного натяжения (клопы-водомерки, личинки некоторых моллюсков, ряд простейших и водорослей).

Активно плавающие в толще воды животные, способные противостоять течениям и преодолевать большие расстояния, называют нектоном. Обычно они имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения (киты, ластоногие, рыбы, головоногие и др.).

Планктон — это совокупность организмов, населяющих толщу воды в различных водоемах и увлекаемых течениями (раковинные амебы, фораминиферы, солнечники, лучевики, мелкие ракообразные, кишечнополостные и водоросли).

Бентосные организмы приспособились к обитанию на дне водоемов и ведут прикрепленный образ жизни (крупные водоросли, кораллы, губки, крупные водоросли и др.), либо перемещаются по дну (моллюски, черви).

Наземно-воздушная среда отличается наибольшим разнообразием условий. Организмы, которые освоили эту среду обитания, называются аэробионтами.

Почвенная среда представляет собой поверхностный слой литосферы, преобразованный в результате взаимодействия многих факторов. Ее обитателей относят к эдафобионтам.

Внутренняя среда организмов характеризуется относительным постоянством условий. Освоившие ее организмы могут быть мутуалистами, комменсалами или паразитами.

Экологические законы

Закон оптимума: любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы.

Закон минимума (Ю. Либих, 1840): наибольшее влияние на рост и развитие организма оказывает тот фактор, которого в данный момент недостает в наибольшей степени.

Закон ограничивающего фактора: наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; именно он определяет в данный момент выживание особей.

Экосистема (биогеоценоз)

Совокупность живых организмов, тесно взаимодействующих между собой и со средой их обитания, образует экосистему. Элементарной экосистемой является биогеоценоз, а глобальной — биосфера.

Биогеоценозом называют устойчивый, достаточно однородный комплекс взаимосвязанных видов живых организмов и компонентов окружающей среды, например, лиственный лес, заливной луг, озеро. Он характеризуется видовой и пространственной структурой, обеспечивающей не только его целостность, но и уникальность. Согласно учению о биогеоценозах, разработанному академиком В. Н. Сукачевым (1940), свойствами биогеоценоза являются целостность, открытость, саморегуляция и самовоспроизведение.

В биогеоценозе выделяют биотический и абиотический компоненты (биоценоз и биотоп соответственно). Биоценозом, или сообществом, называют совокупность популяций живых организмов, населяющих участок суши или водоема. Сам участок водоема или суши с одинаковыми условиями рельефа, климата и прочими абиотическими факторами, занятый определенным биоценозом — это биотоп.

Основные компоненты биогеоценоза

В составе биогеоценозов выделяют три основные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты — это автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Основными продуцентами большинства экосистем являются зеленые растения.

Консументы, являющиеся гетеротрофами, потребляют органические вещества, синтезированные автотрофами в процессе жизнедеятельности. К ним относят растительноядных и плотоядных животных, а также грибы. Консументы могут быть представлены целым рядом видов, каждый из которых является пищей для последующего. Так, растительноядные животные являются консументами 1-го порядка, насекомоядные птицы — консументами 2-го порядка и т. д.

Редуценты также гетеротрофы, но они разлагают органические вещества до неорганических. Редуцентами являются бактерии, грибы и некоторые животные, например, дождевой червь.

Благодаря существованию этих трех групп организмов в биогеоценозах осуществляется круговорот веществ, однако большая часть улавливаемой продуцентами энергии рассеивается.

Цепи и сети питания

Каждый организм в биогеоценозе связан с остальными положительными либо отрицательными взаимодействиями. Ряд взаимосвязанных видов, каждый предыдущий из которых служит пищей последующему, носит название цепи питания, или пищевой (трофической) цепи. Пищевая цепь обеспечивает перенос энергии, заключенной в органических веществах, от продуцентов через ряд организмов путем поедания одних видов другими.

При переносе энергии значительная ее часть (80—90 %) рассеивается в виде тепла, поэтому большинство пищевых цепей на суше содержат 3—5 звеньев, в водных экосистемах они обычно длиннее.

В экосистемах различают два типа цепей питания: цепи выедания и цепи разложения. Пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов (растений) и идут к консументам различных порядков (растительноядным животным, а затем — к хищникам) называются цепями выедания, или пастбищными цепями. Например:

злаки → кузнечики → насекомоядные птицы → змеи → ежи.

В отличие от них, в цепях разложения, или детритных цепях источником органического вещества являются растительные и животные остатки, экскременты животных, которыми питаются мелкие животные (ракообразные, моллюски), а также микроорганизмы. Например:

листовой опад → дождевой червь → черный дрозд → ястреб-перепелятник.

На суше и на континентальном шельфе большая часть растительной биомассы попадает в цепи разложения, тогда как в открытом море преобладают цепи выедания.

Пищевые цепи биогеоценоза сложно переплетаются вследствие того, что одни и те же организмы могут питаться несколькими видами других, служить пищей нескольким видам, а также входить одновременно в цепи выедания и цепи разложения. Поэтому в реальных биогеоценозах комплексы взаимосвязанных трофических цепей образуют пищевые сети.

Экологические пирамиды

Группы организмов, объединенных общим типом питания, относят к одному трофическому уровню. Соотношение между трофическими уровнями в экосистеме изображают графически — в виде экологической пирамиды.

Существует три вида экологических пирамид: пирамида чисел, пирамида биомассы и пирамида энергии. Пирамида чисел отражает численность особей на каждом трофическом уровне, в основу пирамиды биомассы положено количество сухого органического вещества, а пирамида энергии базируется на количестве энергии, заключенной в особях на каждом трофическом уровне. Пирамиды чисел и биомассы могут быть перевернутыми, тогда как пирамида энергии всегда суживается кверху.

Рис. 176. Пирамида биомассы

Экологические пирамиды предоставляют наглядную основу для сопоставления разных экосистем, сезонных состояний одной и той же экосистемы, а также разных фаз изменения экосистемы.

Основой для составления пирамиды энергии является продуктивность экосистемы — количество энергии, производимое ею за определенный период времени. При этом используют правило экологической пирамиды, или правило 10 %, согласно которому биомасса, энергия и численность особей прогрессивно убывает в каждом последующем звене пищевой цепи (средний коэффициент перехода — 10 %).

Разнообразие экосистем (биогеоценозов)

Кажущееся бесконечным многообразие биогеоценозов нашей планеты, опираясь на немногие экологические критерии, можно свести к нескольким основным типам, приуроченным к определенным ландшафтно-климатическим зонам. Эти определенные совокупности различных групп организмов и среды их обитания называются биомами. Особенности среды обитания позволяют отнести биомы к наземным (сухопутным) или водным.

Основными наземными экосистемами являются пустынные (тропические, умеренных широт и холодные), травянистые (саванны, прерии, степи и тундры) и лесные биогеоценозы (влажные тропические леса, листопадные леса умеренных широт и тайгу). Наиболее продуктивными из них являются тропические влажные леса, а наименее — пустыни.

К водным экосистемам относят океаны, моря, реки, ручьи, озера и болота. Самую высокую продуктивность из них имеют болота, а самую низкую — открытый океан.

Саморазвитие и смена экосистем

Изменения биогеоценозов могут быть направлены как на восстановление, так и на смену самих экосистем. Смена во времени одних биогеоценозов другими на определенном участке земной поверхности называется сукцессией, а последовательность сменяющих друг друга на одной территории экосистем — сукцессионным рядом, или серией биогеоценозов: первичное сообщество называется пионерным (начальным), промежуточные сообщества — временными, а конечное зрелое — климаксным.

В зависимости от условий протекания различают первичную и вторичную сукцессии. Первичная сукцессия — это процесс смены сообществ на прежде не обжитых территориях, например, на потоках лавы. Чаще всего сначала на таких участках поселяются фотосинтезирующие бактерии и лишайники, затем мхи, которые сменяют однолетние и многолетние травы, кустарники, быстрорастущие и медленнорастущие деревья соответственно.

Вторичная сукцессия происходит на тех местах, где предыдущее сообщество было уничтожено какими-либо сильнодействующими факторами, но почва и органическое вещество сохранились. Например, на месте лесного пожарища сначала поселяются однолетние растения, затем многолетние и т. д. Вторичные сукцессии чаще всего направлены на восстановление климаксного сообщества.

Сукцессия вызывается природными (стихийными) или антропогенными факторами.

Основой устойчивости экосистем являются биологическое разнообразие, саморегуляция и круговорот веществ.

Агроэкосистемы

В отличие от естественных экосистем созданные для получения сельскохозяйственной продукции и искусственно поддерживаемые человеком экосистемы называются агробиогеоценозами, или агроэкосистемами. К ним относят поля, огороды, сады, пастбища, пруды и т. д. Агроэкосистемами занято около 10 % поверхности суши.

Как и естественные экосистемы, агробиогеоценозы характеризуются видовым разнообразием и имеют выраженную трофическую структуру. Их отличиями являются меньшее видовое разнообразие, короткость пищевых цепей, использование привнесенной человеком энергии, изъятие части органического вещества, преобладание процессов аккумуляции над минерализацией и их регуляция человеком.

В целом, агроэкосистемы неустойчивы и не могут существовать без вмешательства человека.

Биосфера

Биосферой называется область существования и жизнедеятельности ныне живущих организмов, которая пронизывает нижние слои атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, а также вся совокупность населяющих ее и обеспечивающих ее функционирование живых организмов. Биосферу можно рассматривать и как многоуровневую систему элементарных экосистем — биогеоценозов.

Высший этап развития земной природы, результат совместной эволюции природы и общества, направляемой человеком; будущее биосферы, когда она, благодаря разумной деятельности и могуществу человека, приобретет новую функцию — функцию гармоничной стабилизации условий жизни на планете, был назван В. И. Вернадским ноосферой.

Согласно учению В. И. Вернадского о биосфере, она состоит из четырех компонентов: живого, биогенного, биокосного и косного веществ.

Живое вещество является совокупностью ныне живущих организмов. Его сухая масса оценивается приблизительно в 1,8 — 2,5 ∙ 1012 т. Подавляющая часть жизни сосредоточена на суше, причем более 99 % биомассы организмов суши составляют продуценты (в основном растения). Биогенное вещество представляет собой разнообразные органические остатки, в том числе и не полностью разложившиеся (детрит, торф, уголь, нефть и газ биогенного происхождения). Биокосное вещество — это уже разнообразные смеси биогенных веществ с минеральными породами абиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных карбонатов), тогда как к косному веществу относят различные абиотические компоненты, не затронутые прямым биогеохимическим воздействием организмов (горные породы, минералы, осадки и др.).

Функциями живого вещества в биосфере являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная, деструктивная, средообразующая и др.

Энергетическая функция живого вещества связана с обеспечением поглощения солнечной энергии, ее аккумуляции в химических связях органических соединений и передаче по цепям питания и разложения, что, в конечном итоге, позволяет живому веществу выступать движущей силой геологических процессов.

Газовая функция заключается в изменении газового состава атмосферы в процессе фотосинтеза и дыхания. Ее осуществляют растения и некоторые бактерии, которые в процессе фотосинтеза выделяют в атмосферу кислород и поглощают углекислый газ, тогда как все без исключения организмы поглощают кислород и выделяют углекислый газ в процессе дыхания. Часть бактерий способна также в процессе жизнедеятельности выделять азот, его оксиды, сероводород и др. Благодаря деятельности живых организмов не только сформировался, но и поддерживается постоянный состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная функция обусловлена окислением и восстановлением различных элементов в почве и гидросфере живыми организмами, что сопровождается образованием солей, оксидов и свободных соединений, а, в конечном итоге, известняков, бокситов, различных руд.

Концентрационная функция связана с избирательным извлечением и накоплением в живом веществе химических элементов (углерода, водорода, азота и др.). Некоторые из них являются специфическими концентраторами определенных элементов: многие морские водоросли — йода, лютики — лития, ряска — радия, диатомовые водоросли и злаки — кремния, которые затем переходят в залежи полезных ископаемых.

Деструктивная функция живого вещества проявляется в завершении биологического круговорота веществ, поскольку в процессе жизнедеятельности организмов-редуцентов происходит разрушение (деструкция) отмерших остатков и продуктов жизнедеятельности до неорганических веществ, которые могут быть вновь вовлечены в биогенную миграцию атомов.

Средообразующая функция обусловлена преобразованием состава окружающей среды в процессе жизнедеятельности биомассы, например, формированием состава атмосферы, накоплением солей в гидросфере, почвообразованием и регуляцией климатических изменений.

Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере

Энергия и вещества, поступающие извне в экосистемы в процессе их существования, подвергаются многочисленным изменениям и переходят из одной формы в другую. Поток энергии через экосистему не может быть замкнутым, поскольку солнечная энергия, хотя и переходит в энергию химических связей благодаря деятельности продуцентов, однако большая ее часть рассеивается в процессе жизнедеятельности отдельных компонентов биогеоценозов, и лишь незначительная доля депонируется в виде залежей полезных ископаемых (нефть, газ, торф). Энергия (солнечная и высвобождаемая в геологических процессах) является движущей силой круговорота веществ в отдельных биогеоценозах и биосфере в целом.

В течение коротких промежутков времени — от одного до нескольких лет — можно наблюдать почти циклические процессы превращений веществ и отдельных химических элементов при получении ресурсов и переработке отходов в экосистемах, тогда как в более длительной перспективе обнаруживается, что эти процессы замкнуты не полностью, поскольку они и депонируются в геосферах Земли, и выносятся в другие биогеоценозы ветрами, ливнями и т. д. Однако эти малые круговороты веществ (на уровне биогеоценоза) являются составляющими больших круговоротов веществ в экосистемах более высокого уровня, или биогеохимических циклов.

В круговороте веществ и энергии в биогеоценозах ведущую роль играют живые организмы, поскольку одни из них (продуценты) улавливают энергию Солнца и фиксируют углерод, а также азот, серу и фосфор в виде органических соединений, а другие, наоборот, используют их (консументы) и постепенно минерализуют (редуценты).

В экосистемах постоянно осуществляются круговороты углерода, азота, водорода, кислорода, серы, фосфора и других химических элементов, а также круговороты веществ, например, воды.

Круговорот углерода. Углерод является одним из важнейших биогенных элементов, который фиксируется растениями в процессе фотосинтеза в виде органических соединений, используемых консументами. В процессе дыхания большая часть органических соединений расщепляется с образованием углекислого газа, а органические остатки разлагаются и минерализуются организмами-редуцентами. В результате обоих этих процессов большая часть углекислого газа возвращается обратно в атмосферу.

Часть углерода в настоящее время депонируется в виде неразложившихся органических остатков, формирующих плодородный слой почвы, а запасенный растениями, жившими миллионы лет назад, образовал залежи таких полезных ископаемых, как каменный и бурый уголь, нефть, природный газ, торф и др.

В водных экосистемах углекислый газ связывается в виде карбонат- и гидрокарбонат-анионов, и может образовывать нерастворимый карбонат кальция, который входит в состав скелетов многих простейших животных и кишечнополостных. Скелеты отмерших животных образуют осадочные породы (мел, известняки) и надолго исключаются из круговорота, однако в процессе горообразования они выносятся на поверхность, и, разрушаясь под действием биотических факторов и в результате деятельности живых организмов, вновь вовлекаются в него.

Хозяйственная деятельность человека в значительной степени влияет на круговорот углерода в биогеоценозах, в основном вследствие использования невозобновляемых энергетических ресурсов — нефти и газа.

Круговорот азота. Как и углерод, азот является биогенным элементом, который входит в состав белков, нуклеиновых кислот, АТФ, хитина, ряда витаминов и др. В атмосфере азот находится в молекулярной форме (79 % атмосферы), однако он химически инертен и не может быть усвоен непосредственно растениями. Большая часть азота фиксируется свободноживущими и симбиотическими азотфиксирующими бактериями (в том числе цианобактериями), преобразующими его в нитраты. Некоторая часть азота поступает из атмосферы в виде оксида азота (IV), образующегося во время грозы.

Нитраты поглощаются растениями и включаются ими в состав органических соединений. Белки растений служат основой азотного питания животных, однако азотистые соединения постоянно выделяется последними в процессе жизнедеятельности, а также в процессе разложения растительных и животных остатков бактериями и грибами. Образующийся аммиак частично используется редуцентами на построение собственного тела, другая же его часть преобразуется нитрифицирующими бактериями в нитраты, вновь используемые растениями или денитрифицирующими бактериями, возвращающими его в атмосферу. Часть азота, как и углерода, на длительное время исключается из оборота, оседая в глубоководных отложениях.

Круговорот азота претерпел значительные изменения в связи с использованием человеком азотных удобрений, а также других азотистых соединений в различных отраслях промышленности, вследствие чего значительные количества азота попадают не только на поля, но и в воздух, в водные экосистемы.

Круговорот серы. Сера как биогенный элемент входит в состав некоторых аминокислот и целого ряда других важнейших органических соединений. Большая часть серы депонирована в почве и морских осадочных породах в виде сульфидов и сульфатов. Микроорганизмы переводят сульфиды в доступную для растений форму — сульфаты. Остатки растений и животных перерабатываются редуцентами и обеспечивают возврат серы в круговорот.

На современном этапе выброс соединений серы существенно возрос в результате хозяйственной деятельности человека (сжигание каменного угля и газа на тепловых электростанциях, выхлопные газы автомобилей), что приводит к образованию серной кислоты и кислотным дождям, вызывающим гибель растительности.

Круговорот фосфора. Фосфор сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи, поскольку многие фосфаты нерастворимы. Постепенно фосфор все же вымывается из них и попадает в экосистемы. Растения используют только часть этого фосфора, тогда как большая его часть уносится в водоемы и вновь откладывается в виде осадочных пород.

Деятельность человека внесла существенные коррективы в круговорот этого химического элемента в связи с добычей морепродуктов и использованием огромного количества фосфорных удобрений, значительная часть которых ежегодно смывается с полей.

Нерациональная эксплуатация природных запасов фосфора ведет, например, и к географическим изменениям. Так, маленькое островное государство Науру в юго-западной части Тихого океана, существующее в основном за счет добычи фосфоритов, вскоре исчезнет с лица Земли, поскольку запасы этих полезных ископаемых, накапливавшихся в течение сотен тысяч лет благодаря экскрементам перелетных птиц, почти истощены.

Круговорот воды (гидрологический цикл). Совокупные запасы воды на планете составляют около 1,5 млрд м3, причем большая их часть находится в водоемах (особенно соленых), тогда как атмосфера достаточно бедна ею. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на значительные расстояния. На поверхность суши вода выпадает в виде осадков, при этом она используется не только живыми существами, но и способствует разрушению горных пород, делает их пригодными для жизни растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и возвращается вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в водоемы. Гидрологический цикл занимает около 1 года. Круговорот воды между океаном и сушей является важнейшим звеном в поддержании жизни на Земле, поскольку не только обеспечивает потребность организмов в воде, но и привносит в водные экосистемы минеральные и органические вещества, захватываемые на суше в процессе разрушения литосферы.

В настоящее время человек выступает мощным геологическим фактором, использующим в своей деятельности почти все элементы, даже те, которые необходимы лишь для техногенной деятельности (уран, плутоний и др.). Это способствует тому, что природные круговороты веществ трансформируются в природно-антропогенные, так как человек не только изымает из оборота определенные элементы, но и ускоряет использование некоторых из них.

Основные экологические проблемы современности и пути их решения

Негативные последствия хозяйственной деятельности человека длительное время нивелировались благодаря буферным свойствам биосферы, однако все возрастающая антропогенная нагрузка привела к возникновению следующих экологических проблем: изменение состава атмосферы и климата (парниковый эффект, глобальное потепление, нарушение озонового экрана, смог и др.) интенсивный рост народонаселения, загрязнение природных вод, сведение лесов, истощение, эрозия и загрязнение почв, истощение энергетических ресурсов, сокращение биологического разнообразия и др.

Для решения этих проблем был создан ряд международных организаций по защите окружающей природной среды: Международный союз по охране природы и природной среды (МСОП), Всемирный фонд охраны дикой природы (WWF), Римский клуб, Международный экологический суд (МЭС), ГРИНПИС. Самыми значимыми экологическими конференциями стали: Конференция ООН по окружающей среде (Стокгольм, 1972), на которой была принята Программы ООН по окружающей среде и развитию (ЮНЕП), и Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992), принявшая Декларация РИО по окружающей среде и развитию, Рамочную конвенцию «Об изменении климата», Конвенцию «О биологическом разнообразии» и Программу действий ООН «Повестка дня на XXI век». Не менее важными были Монреальская встреча (Монреаль, 1987; подписан Монреальский протокол об ограничении выбросов фреона в атмосферу), Общеевропейская конференция министров окружающей среды (София, 1995), Конференция Сторон Рамочной Конвенции ООН по изменению климата (Киото, 1997; подписан Киотский протокол об ограничении тепловых выбросов в атмосферу) и Международный конгресс по устойчивому развитию (Йоханнесбург, 2002).

В Российской Федерации для решения глобальных экологических проблем были приняты Концепция перехода РФ к устойчивому развитию, Государственная стратегия устойчивого развития РФ, Экологическая доктрина РФ, Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и др. законодательные акты.

Основными путями решения экологических проблем являются регулирование рождаемости, использование экологически чистых веществ и безотходных технологий, совершенствование очистных сооружений, повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, рационализация потребления, сохранение природных сообществ и восстановление до уровня естественной продуктивности ряда деградировавших экосистем, создание биосферных заповедников.

В связи с тем, что вымирание одного вида растений влечет за собой гибель 10—12 видов животных, а это уже представляет угрозу как для существования отдельных биогеоценозов, так и для глобальной экосистемы в целом, МСОП основал «Красную книгу фактов». Красная книга — это официальный документ, содержащий регулярно обновляемые данные о состоянии и распространении редких и находящихся под угрозой исчезновения видов редких растений, животных и грибов. В РФ существуют как федеральная Красная книга, так и региональные.

Наиболее эффективной мерой охраны редких видов является сохранение их местообитаний, которое достигается организацией сети особо охраняемых заповедных территорий, к которым относятся государственные природные заповедники, национальные парки, природные парки, государственные природные заказники, памятники природы, дендрологические парки, ботанические сады и др.

Правила поведения в природной среде

Учитывая реалии сегодняшнего дня, при нахождении на природе следует стараться не наносить еще большего вреда экосистемам. Для этого во время движения не стоит съезжать и сходить с уже проложенных маршрутов, чтобы не утрамбовывать почву. Нельзя ломать и срывать бесцельно растения, собирать их семена и плоды, так как это может нарушить процесс воспроизводства растительных сообществ. Разведение костров на природе также возможно только на специально оборудованных площадках во избежание пожаров, которые могут возникнуть даже от брошенной спички или окурка. Ловля и умерщвление насекомых и других животных по причине их красоты или из спортивного интереса являются недопустимыми, ибо также могут не только влиять на численность популяций, но и оказывать влияние на целостность цепей питания и трофических сетей биогеоценозов. Следует помнить и о том, что даже при гербаризации растений и сборе животных для коллекций учитывается степень редкости этих организмов. В природной среде нельзя также оставлять мусор, мыть машины и сливать машинное масло и горючее, так как это также наносит пусть не мгновенный, но вред экосистемам.

Только рациональное природопользование может обеспечить сохранность природной среды еще на долгие годы.