Share PDF

Search documents:
  Report this document  
    Download as PDF   
      Share on Facebook

EKOLOGIA

I.WSTEP DO EKOLOGII

Ekologia – jest nauka zajmujaca sie badaniem wzajemnych zaleznosci miedzy organizmami, a srodowiskiem ich zycia. Zaleznosci ten decyduja o strukturze i funkcjonowaniu przyrody.

Ernest Haeckel (profesor Uniwersytetu w Jenie) – w 1866 r. wprowadzil pojecie „ekologia” (gr. oíkos + -logia = dom

(stosunki zyciowe) + nauka). Sformulowal PRAWO BIOGENETYCZNE (rekapitulacji) gloszace, ze rozwój osobniczy (ontogeneza – od zaplodnienia do pelnego wyksztalcenia plodu) jest skróconym, szybkim powtórzeniem rozwoju rodowego (filogenezy) – jest to wazne spostrzezenie wspierajace teorie ewolucji Darwina.

AUTEKOLOGIA (ekologia fizjologiczna) – zajmuje sie relacjami miedzy osobnikami (i gatunkiem) a srodowiskiem. SYNEKOLOGIA (biocenologia) – zajmuje sie badaniem populacji biologicznych i biocenoz (fitocenoz, zoocenoz).

Obecnie zagadnienia ekologiczne znajdujemy we wszystkich dziedzinach dzialalnosci czlowieka.

II.JAK ROZUMIEC EKOLOGIE?

1.Ekologia jest scisla nauka przyrodnicza. Nalezy odrózniac pojecie potoczne „ekologii” od jej rozumienia naukowego.

2.Rozumienie ekologii jest mozliwe jedynie w aspekcie ewolucyjnym. Ogromna rozmaitosc organizmów, wielka róznorodnosc ich cech morfologicznych, fizjologicznych i behawioralnych jest wynikiem trwajacych wiele milionów lat procesów ewolucji. Znaczenie czynnika genetycznego jest zawsze dominujace.

3.Wartosc przystosowan jest weryfikowana przez warunki srodowiska. Warunki srodowiska tworza ramy, w których osobnik moze sprawdzac swoje przystosowania.

4.Zjawiska losowe odgrywaja znaczaca role w ekologii. Pozar lasu, huragan lamiacy drzewa, powstanie wylomu w wydmie nadmorskiej po sztormie, nagla gradacja wystepowania szkodnika, bardzo mrozna zima – takie zjawiska moga silnie wplywac na wielkosc i sklad (strukture) populacji.

5.Ekologia jest bardzo rozlegla dziedzina biologii. Jej rozumienie musi obejmowac wiele innych nauk (klimatologie, gleboznawstwo, fizjologie i inne). Matematyka, fizyka i chemia dostarczaja dodatkowych narzedzi niezbednych do zrozumienia ekologii.

III. POZIOMY ORGANIZACJI ZYWEJ MATERII. HIERARCHIA W BIOLOGII.

1.Istnieja dwa skladniki srodowiska osobnika:

-srodowisko abiotyczne (temperatura, wilgotnosc, predkosc wiatru, odczyn gleby);

-srodowisko biotyczne (oddzialywania ze wszystkimi innymi osobnikami).

2.W najszerszym ujeciu, ekologia moze byc uprawiana na róznych poziomach organizacji biologicznej – poczawszy od poziomu molekularnego – skonczywszy na poziomie calej biosfery.

Szczególne znaczenie ma wyróznienie czterech poziomów organizacji:

-osobniczego

-populacyjnego

-biocenotycznego

-ekosystemalnego.

3.POZIOM OSOBNICZY – badanie reakcji pojedynczych organizmów na czynniki srodowiska (biotyczne i abiotyczne).

4.POZIOM POPULACJI – badanie czynników warunkujacych zmiany liczebnosci organizmów.

5.POZIOM BIOCENOZY (fitocenozy, zoocenozy) – badanie czynników wplywajacych na sklad gatunkowy i strukture populacji wielu gatunków wspólwystepujacych na okreslonym obszarze (inaczej – zespól populacji w biotopie).

6.POZIOM EKOSYSTEMU – badanie biocenoz wraz ze srodowiskiem abiotycznym (procesy przeplywu energii, organizacja sieci pokarmowych, krazenie materii).

7.Poziomy organizacji materii zywej:

liczne ekosystemy Ziemi o podobnej fizjonomii

ekosystem

wszystkie populacje lokalne w biotopie danego

okreslona populacja lokalna w danym biotopie

8.Kazdy z poziomów organizacji (od komórki do biosfery) jest uszczególowieniem poprzedniego.

-BIOSFERA – obejmuje wszystkie aspekty zycia na Ziemi – wodne, ladowe, przybrzezne. Biosfery zalezne sa od szerokosci geograficznej, na jakiej wystepuja. Rozmaite dziedziny biosfery dziela sie na biomy.

-BIOMY – to duze formacje przyrodnicze, o podobnym klimacie, charakterystyczne ze wzgledu na wystepujaca w nich flore i faune (np. biom lasów lisciastych strefy umiarkowanej). Pojecie biomu wprowadzono niedawno. Biomy dziela sie na ekosystemy.

-EKOSYSTEM – stanowi funkcjonalna calosc, w której zachodzi wymiana materii i energii miedzy biocenoza (czescia ozywiona) i biotopem (czescia nieodzywiona). Ekosystem stanowi najwieksza jednostke funkcjonalna biosfery lub biomu (w skali globu). Przyklady ekosystemów naturalnych: staw, las, laka, moczary, pole, ocean, strefa przybrzezna, itd. (np. las bukowy w Bieszczadach). Ekosystemy antropogeniczne (np. miejskie) nie sa funkcjonalnie zamkniete! W ramach ekosystemów funkcjonuja populacje, wzajemnie na siebie oddzialujace (np. drzew, owadów, ptaków, itd.).

-POPULACJA – zespól organizmów jednego gatunku zyjacych równoczesnie w okreslonym srodowisku i wzajemnie na siebie wplywajacych, zdolnych do wydawania plodnego potomstwa. Nie jest to jednak suma osobników jednego gatunku, a zupelnie nowa calosc. W ramach populacji funkcjonuja osobniki (organizmy).

-ORGANIZM (osobnik) – kazda istota zywa, charakteryzujaca sie procesami zyciowymi (przemiana materii). Naleza tu, np. bakterie, grzyby, rosliny, zwierzeta, ludzie. Nie naleza – wirusy i wiroidy oraz twory nie zawierajace kwasów nukleinowych. Kazdy organizm sklada sie z organów.

-ORGAN (u zwierzat – narzad) – organami nazywamy czesci wielokomórkowego organizmu, które pelnia okreslona funkcje fizjologiczna. (U organizmów jednokomórkowych ich odpowiednikami sa organelle.) Organy posiadaja swoista budowe, wyglad i polozenie odrózniajace je od innych organów, pelnia tez rózne funkcje (np. korzen, ped, liscie, itd.). Organy sa zbudowane z tkanek (i zespolów tkanek).

-TKANKA – to zespól komórek o podobnym pochodzeniu, budowie, przemianie materii, przystosowanych do wykonywania okreslonej funkcji na rzecz calego organizmu. Tkanki sa zbudowane z komórek.

-KOMÓRKA – jest to najmniejsza budulcowa i funkcjonalna jednostka zywych organizmów. Jest ona zdolna do przeprowadzania wszystkich podstawowych procesów zyciowych (przemiany materii, wzrostu i rozmnazania). Zaleznie od funkcji, zawiera rózne organella.

-ORGANELLUM – to kazda struktura wystepujaca w cytoplazmie komórki, wyspecjalizowana do pelnienia okreslonej funkcji (jadro, rybosomy, wakuola, aparat Golgiego, itd.). Mitochondria i plastydy pochodza od endosymbiotycznych bakterii. Budowa organelli wiaze sie ze specyficznym chemizmem.

-ZWIAZKI CHEMICZNE – buduja strukture kazdego organizmu. Sa to polaczenia róznych nieorganicznych molekul, dajace nowa jakosc. Organizmy roslinne odróznia od pozostalych tworzenie polimeru glukozy – celulozy.

IV. ZASOBY SRODOWISKA PRZYRODNICZEGO

1.Lancuch pokarmowy

Lancuch troficzny (piramida troficzna) – szereg organizmów stanowiacych dla siebie kolejno zródlo pokarmu (zjadanych i zjadajacych), przez który przeplywa energia zmagazynowana poczatkowo w roslinach.

Podczas przeplywu przez poszczególne organizmy (ogniwa lancucha troficznego) energia ulega w 80-90% rozproszeniu w postaci ciepla.

Lancuchy troficzne sa dlugie i wzajemnie poprzeplatane, tworzac siec zaleznosci pokarmowych, dzieki którym odbywa sie obieg materii i przyplyw energii.

Sa tez lancuchy troficzne bardzo krótkie (gdy konsument jest monofagiem).

2.Podstawowe ogniwa lancucha pokarmowego:

-producenci

-konsumenci

-destruenci.

3.PRODUCENCI – rosliny zielone i inne organizmy samozywne, wytwarzajace z prostych zwiazków nieorganicznych, droga fotosyntezy lub chemosyntezy, zlozone substancje organiczne swojego ciala, czyli materie organiczna. Stanowia podstawowy poziom troficzny ekosystemu.

4.KONSUMENCI dziela sie na 3 grupy:

-konsumenci I rzedu (konsumenci pierwotni) – fitofagi (roslinozercy)

-konsumenci II rzedu (konsumenci wtórni) – zoofagi (drapiezcy)

-konsumenci III rzedu – nie zjadane przez innych drapiezców.

5.DESTRUENCI (reducenci, saprofagi) – organizmy cudzozywne pobierajace energie z martwych szczatków roslin i zwierzat. Materie organiczna rozkladaja do zwiazków prostych. Naleza do nich glównie bakterie, grzyby, ale saprofagami sa tez czesto zwierzeta wyzsze, np. nekrofagi (trupojady) – sep, lis, wrona, itp. – nie sa one reducentami! Reducenci sa pozywieniem dla olbrzymiej grupy protestów (organizmy glównie jednokomórkowe).

6.Schemat przeplywu materii przez ekosystem.

doplyw energii

PRODUCENCI pokarm

szczatki organiczne

 

 

KONSUMENCI I RZEDU (roslinozercy)

H2O

sole

 

 

pokarm

CO2

mineralne

KONSUMENCI II RZEDU

 

 

 

 

szczatki organiczne

 

DESTRUENCI

 

 

7.Przykladowy lancuch pokarmowy skladajacy sie z wielu ogniw: producent – DAB

konsument I rzedu – BRUDNICA NIEPARKA konsument II rzedu – DZIECIOL DUZY konsument III rzedu – MYSZOLÓW ZWYCZAJNY

8.Przykladowy krótki lancuch pokarmowy:

PANDA WIELKA – monofag odzywiajacy sie roslinami bambusa.

9.Wydajnosc biologiczna danego ekosystemu lub biomu oceniana jest poprzez wielkosc produkcji pierwotnej netto.

PRODUKCJA PIERWOTNA NETTO - proces wytwarzania materii organicznej w danym ekosystemie przez producentów, bez uwzgledniania start wynikajacych z jej wykorzystania przez organizmy cudzozywne

(konsumentów i destruentów).

BIOM

PRODUKCJA PIERWOTNA

NETTO (Gt = mld t = 109 t)

tundra

0,8

tajga

4,5

stepy

2,4

lasy lisciaste strefy umiarkowanej

4,6

roslinnosc twardolistna

1,0

pustynie

0,5

sawanny

16,8

równikowe lasy deszczowe

17,8

uprawy polowe

8,0

RAZEM

56,4

V.ZRÓDLO ENERGII DLA ZIEMI

Dla Ziemi, jako planety, istnieje tylko jeden czynnik zewnetrzny dostarczajacy energie netto (dostarcza wiecej energii niz sam uzywa). Jest to energia Slonca.

Paliwa kopalne i surowce naturalne stanowia efekt wczesniejszego oddzialywania energii Slonca. Energia wód, wiatru i plywów oceanicznych przenosi aktualna energie Slonca.

Praca ludzka jest efektem dzialania przyrody. Czerpiemy energie z zywnosci, produkowanej w rolnictwie, które wykorzystuje swiatlo Slonca i kopalne swiatlo sloneczne (zasoby paliw).

Ilosc energii Slonca aktualnie doplywajacej do Ziemi zalezy od szerokosci geograficznej.

 

Srednia roczna temperatura:

w Polsce - 8°C;

 

 

Ziemi - 15°C.

VI.

WIELKIE OBIEGI MATERII

 

 

Pierwiastki i zwiazki chemiczne kraza w srodowisku przyrodniczym zgodnie z prawami termodynamiki.

 

Wyrózniamy obiegi materii:

 

- male – w skali ekosystemu i w krótkim czasie;

- wielkie – w skali calej kuli ziemskiej i dlugim czasie.

Trzy rodzaje cykli biogeochemicznych: - obiegi cieczy;

- obiegi gazowe;

- sedymentacja substancji.

Sposród ponad 40 cykli biogeochemicznych najwazniejszymi sa cykle (obiegi): - wody;

- wegla;

- tlenu; - azotu; - fosforu; - siarki.

Ogólny schemat obiegu biogeochemicznego:

SUBSTANCJE MINERALNE ZE SRODOWISKA przenikanie

ORGANIZMY ZYWE

pierwsze wydalanie

ODCHODY I SUBSTANCJE WYDALANE Z ORGANIZMÓW drugie wydalanie

SMIERC ORGANIZMÓW ZYWYCH redukcja (rozklad)

ROZKLAD SUBSTANCJI ORGANICZNEJ

A.OBIEG WODY

Zródla wody na Ziemi

Pochodzenie wody na Ziemi nie jest jeszcze wyjasnione. Aktualnie wymienia sie hipotezy:

-solarna – woda powstala w wyniku wiazania sie z tlenem w atmosferze wodoru, docierajacego do Ziemi wraz z wiatrem slonecznym;

-woda jest pochodzenia kosmicznego – powstala z odgazowania wody zawartej w skalach plaszcza Ziemi

(wody juwenilne – wody wydobywajace sie z glebi Ziemi, np. w postaci gejzerów).

Calkowita wymiana wody (pelen obieg) zalezy od rodzaju systemu: miliony lat – w litosferze, kilkadziesiat tysiecy lat w ladolodzie, 4 tysiace lat w oceanach i kilka dni w organizmach roslin i zwierzat.

Wody zajmuja 70% powierzchni Ziemi. Ogólny wolumen wody na Ziemi ocenia sie na 1397 mln km3

(1,4 mld km3).

Najwazniejszymi „magazynami” wody sa: ocean swiatowy, lady i atmosfera.

96% wolumenu wody to woda zasolona, a 2,5% to woda slodka.

Szacunkowy bilans wody oceanu, ladów i atmosfery w malym obiegu w roku [mln km3].

 

„MAGAZYN”

 

STAN

 

ZRÓDLO ZMIAN

 

 

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

 

WODY

PODSTAWOWY

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

parowanie oceanu;

 

 

 

 

 

 

-361

 

ocean swiatowy

 

1,350

opady;

 

 

 

 

 

 

+324

 

 

 

 

splyw

powierzchniowy

z

ladów,

+37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wody podziemne;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RAZEM:

+361

 

-361

 

 

 

 

parowanie i transpiracja;

 

 

 

 

 

 

-62

 

lady

 

34

odpady;

 

 

 

 

 

+99

 

 

 

 

 

splyw

powierzchniowy

z

ladów,

 

 

 

-39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wody podziemne;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RAZEM:

+99

 

-99

 

 

 

 

parowanie oceanu;

 

 

 

+361

 

 

 

atmosfera

 

13

parowanie ladów;

 

 

 

+62

 

 

 

 

 

opad na ocean;

 

 

 

 

 

 

-324

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

opad na lady;

 

 

 

 

 

 

-99

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RAZEM:

+423

 

-423

 

 

 

 

 

 

 

 

 

„MAGAZYN” WODY

STAN PODSTAWOWY

 

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

 

 

 

ocean swiatowy

 

1,350

 

 

 

+361

 

 

-361

 

 

 

 

lady

 

34

 

 

 

+99

 

 

-99

 

 

 

 

 

atmosfera

 

13

 

 

 

+423

 

 

-423

 

 

 

 

RAZEM:

1,397

 

 

+883

 

 

 

 

-883

 

 

Ponad 63% (883 mln km3) wolumenu wody na Ziemi wchodzi corocznie w obieg!

Dynamika procesów obiegu wody zalezy glównie od ilosci doplywajacej energii Slonca (temperatura powietrza) oraz ilosci dostepnej wody. Rozklad opadów i wody dostepnej dla organizmów ladowych jest bardzo nierównomierny!

Srednia roczna suma opadów w Polsce – ok. 600mm.

B.OBIEG WEGLA

Cykl weglowy i powiazany z nim – cykl tlenowy okreslaja dynamike biosfery.

- fotosynteza

(spalanie)

 

l

→

+6

 

- oddychanie

 

 

6 +6 +

+6

h

 

 

→ 6

+6 +

 

Obiegowi podlega wegiel w postaci dwutlenku (CO2). Okres trwania CO2 w atmosferze oceania sie na okolo 7 lat, a w biosferze 50-200 lat.

Szacunkowa zawartosc wegla w atmosferze, oceanach, litosferze i biosferze (Gt = mld t = 109 t)

„MAGAZYN” WEGLA

ILOSC WEGLA

atmosfera

720

ocean swiatowy

38,400

litosfera

75,004,130

biosfera

2,043

OGÓLEM

75,045,293

WEGIEL W ATMOSFERZE

Ocenia sie, ze naturalnym, pierwotnym zródlem wegla w atmosferze sa dymy z erupcji wulkanicznych oraz dymy z pozarów. Wystepuje w postaci CO2 (0,033% masy powietrza), a takze w malych ilosciach w metanie (CH4) oraz freonach. Sa to jednoczesnie tzw. gazy cieplarniane.

W atmosferze zwiazki wegla wchodza w sklad mieszaniny gazów, nazywanych powietrzem. W atmosferze wystepuje tez pewna ilosc wegla w postaci pylów, sadzy, które jako substancje stale, nie wiaza sie z frakcja gazowa i opadaja na ziemie.

Przemiany CO2 w atmosferze maja silny zwiazek z temperatura Ziemi.

Pierwotnie atmosfera Ziemi mogla zawierac do 3% CO2 – wywolalo to silny efekt cieplarniany.

Wypietrzanie sie ladów oraz powstanie roslin ladowych moglo sprzyjac intensywnemu wietrzeniu skal powierzchniowych zawierajacych wapn.

Wapn, wchodzac w reakcje z CO2 z powietrza, tworzyl weglan wapnia (CaCO3), czemu towarzyszylo zmniejszenie sie stezenia CO2 w powietrzu, zmniejszenie efektu cieplarnianego w karbonie.

Liczba aparatów szparkowych lisci roslin kopalnych byla znaczaco wieksza, jako odpowiedz na zmniejszenie sie stezenia CO2 w powietrzu. Wiaze sie z tym hipoteza o przyczynach powstania blaszek lisci, jako reakcja roslin na spadek zawartosci CO2 w powietrzu – pierwotnie drzewa ladowe tworzyly liscie zredukowane; szpilkowe.

Przewaga produkcji pierwotnej nad rozkladem (np. w karbonie, gdy bylo bardzo cieplo) prowadzila do akumulacji materii organicznej w osadach – stad powstaly ogromne poklady paliw kopalnych. Prowadzilo to jednoczesnie do znacznego zmniejszenia stezenia w powietrzu CO2, a zwiekszenia stezenia O2.

WEGIEL W OCEANIE SWIATOWYM

Szacunkowa zawartosc wegla w oceanie swiatowym

FORMA WEGLA W OCEANACH

ILOSC WEGLA [MLD T = 109 T]

wegiel nieorganiczny (glównie rozpuszczony CO2),

37,400

w tym, w warstwie:

 

- powierzchniowej

670

- glebinowej

36,730

wegiel organiczny

1,000

OGÓLEM

38,400

Obieg wegla organicznego w oceanach jest bardzo szybki. Wiekszosc wegla wiazana jest przez krótko zyjacy, fotosyntetyzujacy fitoplankton, bedacy pozywieniem zooplanktonu. Zooplanktonem zywia sie wieksze zwierzeta. Jest tez odlawiany dla celów paszowych.

CO2 z latwoscia rozpuszcza sie w wodzie, zwlaszcza zimnej. Dzieki licznym, stalym pradom morskim nastepuje przemieszczanie sie wód oceanicznych, nasycanie sie ich CO2 oraz uwalnianie do atmosfery.

Najwieksza zawartosc CO2 notuje sie w zimnych „zyznych” wodach wokól Antarktydy. Warunkuje to najobfitsza produkcje fitoplanktonu. Dlatego najwieksze lowiska ryb morskich znajduja sie w okolicach podbiegunowych.

Wymiana wegla miedzy gleboka i plytka warstwa oceanu jest oceniana na 35 mld t w roku

Masa obumarlych organizmów opadajacych na dno mórz oceniana jest na 4 mld t/rok (tzw. pompa biologiczna).

Ocenia sie, ze zasoby wegla nieorganicznego w oceanie swiatowym sa 50 razy wieksze niz w atmosferze.

Oceany reguluja zawartosc CO2 w atmosferze!

Przy dnie oceanu swiatowego odnaleziono ogromne ilosci krystalicznej substancji przypominajacej lód – wodzian metanu (hydratu metanu). Poklady hydratu przykryte sa nieprzepuszczalna warstwa osadów dennych.

Zawartosc metanu w zlozach klaktatów 3000 razy przekracza stezenie metanu w atmosferze (potencjalny efekt cieplarniany). Klaktaty metanu sa silnie skoncentrowane. Oblicza sie, ze 1 dm3 wodzianu metanu zawiera 168 dm3 gazowego metanu.

Objetosc pokladów tej substancji przekracza dwukrotnie zasoby wegla w zlozach kopalnych. Jest to potencjalne zródlo energii – dotad nie eksploatowane.

WEGIEL W LITOSFERZE

Szacunkowa zawartosc wegla w litosferze

FORMA WEGLA

ILOSC WEGLA [MLD T = 109 T]

wegiel nieorganiczny (weglany osadowe)

> 60,000,000

wegiel organiczny (kerogen)

15,000,000

paliwa kopalne, w tym:

4,130

- wegiel

3,510

- ropa naftowa

230

- gaz ziemny

140

- inne (torf)

250

OGÓLEM

75,004,130

Weglany osadowe:

-kalcyt

-dolomit

-aragonit.

Wegiel organiczny (kerogen) jest rozproszony w metamorficznych skalach osadowych (glównie w lupkach). Jego obecnosc moze swiadczyc o wystapieniu pokladów ropy naftowej i gazu ziemnego.

Wegiel zwiazany w skalach, zarówno nieorganiczny, jak i w kerogenie, jest znaczaco unieruchomiony.

GOSPODARKA PALIWAMI KOPALNYMI – ZRÓDLEM ENERGII DLA LUDZI.

 

 

Jeszcze nie dawno (w 2008r.) pisano:

 

 

Zasoby paliw kopalnych, zgromadzone w litosferze, sa nieodnawialne i na wyczerpaniu.

nie do konca

prawda;

 

 

Wedlug wiekszosci ocen, swiatowe zapasy:

caly czas pojawiaja sie

- ropy naftowej wystarcza na 40 lat;

nowe prognozy;

-gazu ziemnego wystarcza na 60 lat;

-wegla kamiennego i brunatnego wystarcza na ponad 200 lat.

Rezerwy paliw kopalnych sa rozmieszczone nierównomiernie w swiecie. To sprawia, ze dystrybucja paliw na wymiar polityczny, co glównie dotyczy ropy naftowej.

FORMA WEGLA

ILOSC

ZASOBY LATWO

ROCZNE

 

WEGLA

DOSTEPNE

WYDOBYCIE

 

OGÓLEM

 

 

paliwa kopalne, w

4,130

 

 

tym:

3,510

1800

4,6

- wegiel kamienny

 

 

 

i brunatny

230

140

3,3

- ropa naftowa

140

100

1,7

- gaz ziemny

250

 

 

- inne (torf)

 

 

 

REGION SWIATA

UDZIAL % W REZERWACH SWIATOWYCH

Srodkowy Wschód (kraje Zatoki Perskiej), a tym:

65

- Arabia Saudyjska

26

 

 

- Iran

10

- Irak

10

- Zjednoczone Emiraty Arabskie

9

Eurazja

9

Ameryka Srodkowa i Poludniowa

9

Afryka

9

Ameryka Pólnocna

5

Azja Pacyficzna

3

Glówni producenci paliw kopalnych

RODZAJ PALIWA

PANSTWO

 

Arabia Saudyjska

 

USA

ropa naftowa

Rosja

 

Iran

 

Meksyk

 

Chiny

 

USA

wegiel

Rosja

 

Niemcy

 

Australia

 

Rosja

 

USA

gaz ziemny

Kanada

 

Holandia

 

Wielka Brytania

C.OBIEG AZOTU

Azot nalezy do pierwiastków najwazniejszych dla istnienia i funkcjonowania zycia na Ziemi (skladnik aminokwasów, kwasów nukleinowych, chlorofilu, hemoglobiny, alkaloidów...).

Glównym magazynem azotu jest atmosfera (78% masy powietrza), która jest pierwotnym zródlem azotu i tam tez jest on uwalniany.

Azot pobierany jest z róznych zródel zaleznie od organizmu:

-w formie gazowej;

-w formie jonów;

-w formie zwiazków organicznych.

W formie gazowej azot pobierany jest z powietrza przez:

-bakterie azotowe, glebowe, wolno zyjace;

-jednokomórkowe glony – sinice;

-bakterie symbiotyczne z roslinami z rodziny bobowatych.

Przeksztalcany jest przez te organizmy od formy atomowej (czasteczkowej) do formy amonowej NH4+.

W formie jonów (amonowych, azotynowych i azotanowych, czyli zwiazków mineralnych) azot pobierany jest z gleby przez wszystkie rosliny. Przeksztalcany jest do zwiazków organicznych („zbialczenie”).

W formie zwiazków organicznych ( w formie „zbialczonej”) azot pobieraja zwierzeta. W procesach metabolicznych azot przeksztalcany jest w mocznik, dalej wlaczony do budowy cial zwierzat. Dalej, w procesach mikrobiologicznych (rozkladu) zwiazki azotu redukowane sa do jonów amonowych.

W procesach nitryfikacji, prowadzonych przez bakterie glebowe, jony amonowe sa przeksztalcane w przyswajalne dla roslin azotany.

Procesy denitryfikacji pozwalaja na uwolnienie azotu do powietrza i obieg moze sie zamknac.

Azot ma znacznie mniejsza rozpuszczalnosc w wodzie niz tlen, drugi pod wzgledem ilosci gaz atmosferyczny. Dlatego woda moze byc natleniona, co umozliwia oddychanie zwierzetom wodnym, oddychajacym rozpuszczonym tlenem.

D.OBIEG FOSFORU

Fosfor stanowi wprawdzie tylko 0,2% masy ladów i mórz, lecz ma wybitne znaczenie dla zycia biologicznego. Nie wchodzi w sklad bialek, ale uczestniczy w ich tworzeniu (skladnik ADP i ATP).

W skorupie ziemskiej wystepuje najczesciej w postaci soli kwasu ortofosforowego (fosforytów i apatytów); sa to mineraly trudno rozpuszczalne w srodowisku zasadowym (uwstecznianie fosforanów).

Najwieksze znaczenie gospodarcze (produkcja nawozów dla rolnictwa oraz detergentów) posiadaja zloza tych mineralów w Afryce Pólnocnej (Algieria, Egipt) i Ameryce Poludniowej – guano(odchody ptaków morskich) (Peru).

Fosfor jest szczególnie sprawie pobierany przez glony bytujace w wodach.

VII. ZANIECZYSZCZENIE SRODOWISKA

a)zanieczyszczenie powietrza – to wprowadzanie szkodliwych ilosci naturalnych i syntetycznych zwiazków do atmosfery, bedace konsekwencja dzialalnosci czlowieka. Zanieczyszczenie powietrza moze miec wplyw na zmiane klimatu oraz chemizm gleb i wód.

PROBLEM GLOBALNEGO OCIEPLENIA I GAZY CIEPLARNIANE

Bilans energii Slonca docierajacej do Ziemi [W/m2]

SLONCE

PRZYCHÓD

ROZCHÓD

ZIEMIA

 

392

 

 

energia Slonca

 

107

odbicie od chmur i powierzchni Ziemi;

 

185

przemiany w atmosferze; docierajaca do Ziemi

 

 

 

 

 

i odbita w kosmos;

RAZEM przychód

392

292

RAZEM straty

saldo

 

50

pochlonieta przez Ziemie;

 

50

promieniowanie zwrotne = efekt cieplarniany;

 

 

RAZEM

392

392

RAZEM

Lacznie Ziemia zyskuje 100 jednostek energii do niej doplywajacej:

-50 jednostek z bezposredniego ogrzania przez Slonce;

-50 jednostek z ciepla odzyskanego dzieki odbiciu zwrotnemu promieniowania dlugofalowego (podczerwonego) od atmosfery co nazywamy efektem cieplarnianym. Warunkuje to istnienie zycia na Ziemi.

Efekt cieplarniany zawdzieczamy obecnosci w atmosferze gazów, których czasteczki odbijaja promieniowanie dlugofalowe (cieplne) i uniemozliwiaja utrate ciepla Ziemi.

Glównym gazem cieplarnianym jest para wodna (60% naturalnego efektu cieplarnianego).

Pozostale gazy cieplarniane w atmosferze (bez pary wodnej)

GAZ

UDZIAL W EFEKCIE

CZAS ZYCIA W ATMOSFERZE

GWP1)

 

CIEPLARNIANYM %

W LATACH

 

CO2

50

7

1

CH4

18

10

23

freony / halony

14

kilkaset

>5000

N2O

6

180

296

ozon (troposfera)

12

0,3

2000

1)GWP – Global Warming Potential – zdolnosc danego gazu cieplarnianego do zatrzymywania ciepla w atmosferze w porównaniu do CO2.

Dzieki naturalnemu efektowi cieplarnianemu srednia temperatura powietrza Ziemi wynosi ok. 15°C. Gdyby nie bylo gazów cieplarnianych temperatura ta wynosilaby -18°C.

SKORO EFEKT CIEPLARNIANY UMOZLIWIA ZYCIE NA ZIEMI, TO O CO CHODZI?

W potocznym rozumieniu „efektem cieplarnianym” jest obecnie nazywany wzrost temperatury w przyziemnej warstwie atmosfery, spowodowany emisja CO2 i innych gazów, bedacych ubocznymi produktami naszej przemyslowej cywilizacji.

Nalezy jednak podkreslic, ze tak zdefiniowany efekt cieplarniany nie musi byc wcale zjawiskiem rzeczywistym, jest natomiast zjawiskiem postulowanym na podstawie komputerowych modeli globalnego klimatu.

Niepewnosc szacunków dotyczacych wzrostu sredniej temperatury powietrza wynika stad, ze system klimatyczny jest niezwykle zlozony.

Wyniki niektórych modeli prognozuja spotegowanie efektu cieplarnianego wedlug schematu: wzrost sredniej temperatury wywolany wzmozonym efektem cieplarnianym spowoduje wzrost parowania wody, a para wodna w powietrzu nasili efekt cieplarniany, itd.

Inne modele zakladaja, ze wzrost emisji pylów i aerozoli (dzialalnosc ludzka) moze wplynac ochladzajaco na klimat poprzez zmniejszenie doplywu promieniowania slonecznego do powierzchni Ziemi.

Te modele sa nieslychanie skomplikowane, ale i tak nie odwzorowuja calkowicie rzeczywistosci.

CZY LUDZKOSC ODPOWIADA ZA GLOBALNE OCIEPLENIE?

Poglad o wystepujacym obecnie globalnym ociepleniu znajduje potwierdzenie w wynikach pomiarów z dlugiego wielolecia.

Ale czy dzialalnosc produkcyjna ludzi odpowiada za globalne ocieplenie? Sa przeslanki, lecz brak „twardych” dowodów, bo... zjawiska zmiany temperatur powtarzaja sie stale w historii Ziemi.

Slady pozostawione przez lodowce w minionych erach geologicznych dowodza, ze na Ziemi w ciagu ostatnich 2 mld lat bylo 5 epok lodowcowych, a szósta wlasnie trwa. W czasie prawdziwych ocieplen w ogóle nie bylo lodu, nawet wokól biegunów.

Na powaznie...

Zmiany klimatu sa zwiazane najprawdopodobniej z aktywnoscia Slonca (liczba plam na Sloncu).

O tym, ze istnieje taka korelacja wiadomo bylo od dawna, lecz przez dlugi czas nie znane bylo wytlumaczenie faktu, ze przy malej aktywnosci Slonca obniza sie temperatura na Ziemi. Liczba plam na Sloncu nie wplywa bowiem na ilosc energii doplywajacej do Ziemi.

Niedawno (1997 r.) opublikowano teorie, mówiaca, ze aktywnosc Slonca ma wplyw na zachmurzenie (wiecej plam = mniej chmur = wieksza cieplota powietrza).

Niezaleznie od przyczyn ocieplenia, produkcja przemyslowa wplywa jednak na zwiekszenie stezenia gazów cieplarnianych w atmosferze.

Udzial róznych rodzajów dzialalnosci produkcyjnej w emisji niektórych gazów cieplarnianych ogólem w swiecie.

RODZAJ DZIALALNOSCI PRODUKCYJNEJ

CO2 [% w roku]

CH4 [% w roku]

N2O [% w roku]

produkcja elektrycznosci

 

29,5

-

1,1

produkcja paliw

 

8,4

29,6

-

produkcja przemyslowa

 

20,6

-

5,6

transport samochodowy

 

19,2

-

1,5

uprawa roslin i spalanie biomasy

 

9,1

6,6

26,0

produkcja uboczna rolnictwa

 

-

40,0

62,0

skladowanie odpadów

 

-

18,1

2,3

inne

 

13,2

5,7

1,5

Glówni emitenci CO2 do atmosfery.

 

 

 

 

 

 

PANSTWO / REGION

% UDZIAL W EMISJI CO2

 

 

 

Chiny

28

 

 

 

 

USA, Kanada

16

 

 

 

 

Europa Zachodnia

13

 

 

 

 

Rosja

9

 

 

 

 

Azja

6

 

 

 

 

Japonia

6

 

 

 

 

Ameryka Poludniowa

4

 

 

 

 

Europa Wschodnia

4

 

 

 

 

Afryka

3

 

 

 

 

Australia i Oceania

2

 

 

 

 

pozostale rejony

8

 

 

 

SEKWESTRACJA CO2 – proponowana metoda trwalego blokowania dostepu CO2 do atmosfery. Idea jest przechwytywanie CO2 tworzonego w procesach spalania.

-sekwestracja biologiczna (zalesianie);

-sekwestracja w wyczerpanych zlozach wegla;

-sekwestracja w zlozach solanek;

-sekwestracja w zlozach ropy i gazu ziemnego;

-sekwestracja w morzu.

Skutecznosc tego sposobu usuwania CO2 jest krytykowana, bo:

∑w odniesieniu do metod naturalnych:

-sekwestracja biologiczna – niewystarczajaca pojemnosc, prowadzi do pewnych niekorzystnych zjawisk, np. zalesianie powoduje wzrost zasolenia i zakwaszenie gleby;

-sekwestracja w oceanie – niewystarczajaca pojemnosc, zbyt krótki czas przebywania CO2 ograniczony mieszaniem wód oceanów;

∑w odniesieniu do metod technologicznych:

-sekwestracja w zlozach ropy i gazu ziemnego – ograniczona pojemnosc, mozliwosc ucieczki;

-sekwestracja w glebokich poziomach wodonosnych i opuszczonych kopalniach wegla kamiennego – mozliwosc ucieczki.

Przyszlosc w elektrowniach nie emitujacych CO2.

Poglady na udzial aktywnosci ludzi w nasilaniu sie obserwowanego wzrostu cieploty powietrza sa bardzo rozbiezne. Sa trzy (czesto zwalczajace sie strategie):

1)Nie podejmowac zadnych dzialan az do uwiarygodnienia sie prognoz, by ograniczyc niepotrzebne wydawanie pieniedzy i energii na akcje zapobiegawcze i koncentrowac sie na zaspokajaniu potrzeb bardziej pilnych i oczywistych.

2)Natychmiast podjac dzialania, glównie poprzez zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych (alternatywne zródla energii, sekwestracja gazów, itp.).

3)Uznac, ze efekt cieplarniany jest zjawiskiem korzystnym (cieplej, wieksza produkcja roslinna).

Koszty przyjecia kazdej z tych strategii moga byc duze, a spoleczenstwa nie sa przygotowane do zadnej!

PROBLEM POWSTAWANIA SMOGU MIEJSKIEGO

SMOG – to zjawisko wystepujace na terenach aglomeracji miejskich oraz w duzych okregach przemyslowych. Wystepuje w postaci typowej „chmury”, bedacej polaczeniem dymu i mgly.

Smog jest zjawiskiem bedacym wynikiem specyficznych warunków pogodowych, uksztaltowania terenu, potegowanych przez nadmierne zadymienie (fabryki, spaliny samochodowe).

W Polsce smog pojawia sie najczesciej w Krakowie i na Górnym Slasku.

Smog w atmosferze

Smog powstaje przy duzej emisji do powietrza zanieczyszczen pod warunkiem tzw. inwersji temperatury, gdy nie wystepuja normalne ruchy powietrza (powietrze chlodniejsze naplywa ponizej warstwy powietrza cieplego).

Wyróznia sie 2 rodzaje smogu:

-smog fotochemiczny (smog typu Los Angeles) – powstaje przy goracej i suchej pogodzie. Spaliny bogate w tlenki azotu oraz weglowodory podlegaja przemianom fotochemicznym i moga byc trujace.

-smog kwasny (smog typu londynskiego) – powstaje przy duzej wilgotnosci powietrza i zanieczyszczeniu tlenkami fluoru, siarki i wegla.

Donora, st. Pensylwania, 24-31 X 1948r. – 21 ofiar, 2000 ciezko chorych (huta niklu i cynku); tzw. „wielki smog”, Londyn, 4-9 XII 1952r. – zmarlo 4000 osób, tysiace ciezko chorych;

KWASNE DESZCZE

Powstaja w nastepstwie spalania paliw kopalnych. Uwalniajace sie w czasie spalania SOx i NOx reaguja w woda z atmosfery, tworzac kwasy, które zmieniaja pH wody i gleb, sprzyjaja uruchamianiu toksycznych metali (np.

Al i Ag) z osadów dennych i gleb.

b)zanieczyszczenie wód

∑FIZYCZNE, np. zanieczyszczenia termiczne: wyplyw cieplych wód z elektrowni utrudnia rozwój wielu gatunków ryb, np. pstraga, moze tez zwiekszyc rozpuszczalnosc wielu substancji, ale zmniejsza rozpuszczalnosc tlenu;

∑BIOLOGICZNE, np. zanieczyszczenia wód odchodami zwierzat, zywicieli wszy i pchel (przenosza riketsje tyfusu plamistego – morowa zaraza);

∑CHEMICZNE – prowadzace do eutrofizacji ekosystemów wodnych. Mechanizm: obecna w wodzie materia organiczna rozklada jest przez mikroorganizmy, czemu towarzyszy wyczerpywanie zasobów rozpuszczonego w niej tlenu. Sprzyja temu dostarczanie do wody zwiazków azotu i fosforu.

Ilosciowym przejawem eutrofizacji jest wzrost wartosci BZT (wskaznika biochemicznego zapotrzebowania na tlen), oznaczajacego ile tlenu potrzeba organizmom, by utlenic dana porcje materii organicznej. Materia organiczna ulega takze utlenieniu chemicznemu i wyraza to wskaznik ChZT (chemicznego zapotrzebowania tlenowego). Im wyzszy – tym eutrofizacja wieksza.

c)zanieczyszczenie gleb

Najliczniejsza grupa substancji chemicznych skazajacych glebe sa fluorowcopochodne, stosowane glównie jako rozpuszczalniki i pestycydy: sa to produkty syntetyczne (wsród herbicydów – zwiazki triazynowe, obecnie wycofane z uzytku!)

Do najbardziej zlozonych substancji naleza tworzywa sztuczne (poliamidy i kauczuki syntetyczne). Zwiazki te, otrzymywane glównie z przerobu ropy naftowej, niemal nie poddaja sie procesom naturalnego rozkladu.

Warto dodac, ze produkty zawierajace azot (np. herbicydy amidowe – mocznikowe) oraz siarke (np. detergenty) na ogól ulegaja biodegradacji.

Zastosowanie mikroorganizmów do oczyszczania skazonego srodowiska, w tym gleb i wód, nazywamy bioremediacja.

VIII. OCHRONA ZASOBÓW PRZYRODY

a)Mozliwosc eksploatacji biologicznych zasobów przyrody.

Jak juz wiemy, zasoby biologiczne (populacji) powstaja dzieki dostepowi roslin i zwierzat do energii i materii.

Ze wzgledów ekonomicznych celem eksploatacji populacji jest uzyskiwanie mozliwie najwiekszych zbiorów przez dlugi czas.

O ile nie sa nadmiernie eksploatowane, zasoby populacji same sie odnawiaja (w odróznieniu od np. zlóz paliw kopalnych).

Optymalizacje eksploatacji dowolnych populacji wyjasnia koncepcja najwiekszego stalego zbioru.

Zmiennosc rozrodczosci i smiertelnosci zaleznie od zageszczenia populacji

rozrodczosc / s

wzrost populacji

rozrodczosc

netto

 

smiertelnosc

populacji K

Najwieksze tempo wzrostu (biomasy) populacji wystepuje przy sredniej liczebnosci. W tych okolicznosciach intensywnosc konkurencji miedzy osobnikami populacji jest jeszcze niewielka, a udzial osobników reprodukujacych – znaczny. Przy najwiekszym (maksymalnym) tempie wzrostu populacji sa warunki do osiagniecia najwiekszych stalych zbiorów.

Przyklad eksploatacji populacji – zwalczanie szkodników.

Szkodnikami nazywamy wszelkie organizmy (wirusy, bakterie, grzyby, zwierzeta, rosliny), które konkuruja z czlowiekiem o pozywienie i schronienie.

Racjonalnie prowadzona walka ze szkodnikami opiera sie na koncepcji zachowania najwiekszego stalego zbioru.

zmiany zageszczenia populacji

ekonomiczny poziom redukcji szkodnika:

szkodników w czasie

zageszczenie szkodnika, przy którym wartosc plonu

 

 

najbardziej przewyzsza koszty zwalczania

zageszczenie (biomasa)

 

próg szkodliwosci szkodnika: zageszczenie szkodnika,

 

przy którym nalezy zapobiegac jego masowemu pojawieniu

 

 

sie

 

 

 

czas

 

b) Zagrozenia dla róznorodnosci biologicznej.

 

Róznorodnosc przyrodnicza rozwazana jest w kilku aspektach:

∑

róznorodnosc biologiczna

 

∑

róznorodnosc genetyczna

 

∑

róznorodnosc gatunkowa

 

∑

róznorodnosc ekologiczna.

 

RÓZNORODNOSC BIOLOGICZNA opisuje

-liczbe

-zróznicowanie

-zmiennosc

-czestosc

wystepowania organizmów zywych na swiecie.

Tworza ja 3 podstawowe poziomy organizacji biologicznej: osobniki, gatunki i ekosystemy.

RÓZNORODNOSC GENETYCZNA wyraza zmiennosc dziedziczna wewnatrz populacji i miedzy populacjami organizmów. Jej efektem jest rózna przezywalnosc genów, a tym samym – czestosc wystepowania genów w puli. Wiaze sie z procesem ewolucji i adaptacji (radiacji) populacji.

Przyklad adaptacji (radiacji) populacji zyjacych w izolacji - „zieby” Darwina.

RÓZNORODNOSC GATUNKOWA opisuje bogactwo zbiorowiska, czyli liczbe gatunków, form zyciowych i strategii zyciowych.

Im wiecej jest wyzszych taksonów (rodzin, rodzajów) niz gatunków – tym uklad ekologiczny jest bogatszy.

RÓZNORODNOSC EKOLOGICZNA okreslana jest na poziomie ekosystemu (biomu, biocenozy, zbiorowiska).

Liczba gatunków w biosferze nie jest znana. Wedlug róznych autorów liczba ta wynosi od 5 do 30 mln, choc zapewne blizsza jest 17 mln; wiekszosc gatunków jest nadal nieznana lub nieopisana.

Prawdopodobnie, obecnie bioróznorodnosc jest wieksza niz byla kiedykolwiek!, lecz jest bardzo nierównomiernie rozmieszczona.

50% wszystkich gatunków zyje w lasach równikowych, jednak zwykle sa to bardzo nieliczne populacji, o waskiej tolerancji ekologicznej.

Na róznorodnosc biologiczna ekosystemów maja wplyw:

ßhistoria biosfery (zwlaszcza wielkie katastrofy; hipoteza Gai – J. Lavelocka);

ßzróznicowanie przestrzenne biosfery (np. bogata rzezba terenu sprzyja tworzeniu wielu nisz ekologicznych);

ßoddzialywania miedzy- i wewnatrzgatunkowe (w warunkach niedoboru zasobów istnienie konkurencji ogranicza bioróznorodnosc);

ßzmiennosc klimatu (bioróznorodnosc jest tym wieksza im klimat bardziej stabilny i cieply);

ßproduktywnosc i stabilnosc ekosystemu zalezy bardziej od zdolnosci zastepowania sie przez organizmy z tego samego zespolu konkurencyjnego niz od zróznicowania biocenozy.

c)Strategie ochrony przyrody.

Znaczenie bioróznorodnosci wypromowala miedzynarodowa KONWENCJA o RÓZNORODNOSCI

BIOLOGICZNEJ ustanowiona podczas Szczytu Ziemi w Rio de Janeiro w 1992r.

Konwencja zostala podpisana przez 152 panstwa, które zobowiazaly sie prawnie do stosowania metod ochrony bioróznorodnosci oraz sprawiedliwego podzialu korzysci wynikajacych z tej róznorodnosci.

AGENDA 21 – to dokument programowy Szczytu Ziemi w Rio de Janeiro, który przedstawia sposób opracowania i wdrazania programów zrównowazonego rozwoju w zycie lokalne. Projekty sa opracowywane w skali miedzynarodowej, dla poszczególnych krajów i lokalnych spolecznosci.

W ramach realizacji zadan ochrony róznorodnosci biologicznej m.in. wyznacza sie obszary chronione – rezerwaty, obejmujace:

Transgraniczne obszary chronione i problemowe:

∑wielkie obszary (np. Antarktyda);

∑miedzynarodowe (np. Park Narodowy „W” – Niger, Nigeria, Burkina Faso, Benin);

∑transgraniczne obszary chronione (np. przy granicach Polski);

∑a takze rózne formy ochrony o charakterze lokalnym (wewnatrz danego kraju).

Transgraniczne obszary chronione i problemowe:

A – polsko-niemiecki rejon ujscia Odry

B – „Czarny Trójkat” Slask – Saksonia – pólnocne Czechy

C – górny polsko-czeski odcinek Odry

D – graniczny polsko-bialoruski odcinek Bugu

E polsko rosyjski rejon Zalewu Wislanego

1.Park Narodowy Doliny Dolnej Odry (niemiecki) oraz Park Narodowy Ujscie Warty (polski)

2.polski i czeski Karkonoski Park Narodowy

3.polski i slowacki Tatrzanski Park Narodowy

4.polski i slowacki Pieninski Park Narodowy

5.Miedzynarodowy Rezerwat Biosfery w Bieszczadach (polsko-slowacko-ukrainski)

6.polski i bialoruski Bialowieski Park Narodowy

Organizacja ochrony przyrody w Polsce (szczebel lokalny ochrony bioróznorodnosci) obejmuje:

-parki narodowe (23)

-rezerwaty przyrody (ponad 1200)

-parki krajobrazowe (120)

-uzytki ekologiczne

-stanowiska dokumentacyjne

-zespoly przyrodniczo-krajobrazowe

-ochrone gatunkowa roslin, grzybów i zwierzat (ok. 400 gatunków roslin i 600 gatunków zwierzat)

-obszary Natura 2000

-pomniki przyrody.