إنشاء أنظمة بيئية اصطناعية لمصلحته الخاصة ، يجب على الشخص اتباع القوانين الموضوعية لوجود وعمل النظم البيئية الطبيعية. توجد النظم البيئية الطبيعية لفترة طويلة ولديها استقرار معين في الزمان والمكان. للحفاظ على هذا الاستقرار ، من الضروري تحقيق التوازن بين تدفقات المادة والطاقة ، وعمليات التمثيل الغذائي بين الكائنات الحية والبيئة.
التوازن(homoios اليونانية - متشابهة ، نفس الشيء ؛ ركود - مكانة) - قدرة النظم البيولوجية على تحمل التغيرات في الظروف المعيشية والحفاظ على حالة التوازن (حالة التوازن المستقر المتنقل للنظام البيئي) ، أي قدرة الكائن البيولوجي على التنظيم الذاتي عندما تتغير الظروف البيئية ؛ بالنسبة للكائن الحي ، الحفاظ على ثبات البيئة الداخلية للكائن الحي واستقرار الوظائف الفسيولوجية الأساسية عند تغير الظروف الخارجية.
التوازن البيئي- هذه هي حالة النظام البيئي ، حيث يتطابق تكوين وإنتاجية التكاثر الحيوي في أي وقت محدد بشكل كامل مع الظروف اللاأحيائية (غير الحية) - التربة والمناخ ووجود الرطوبة.الكائنات الحية لديها القدرة على الحفاظ على بعض خصائصها ضمن حدود مقبولة ، إذا لم تكن الظروف الخارجية المتغيرة كارثية. على سبيل المثال ، لدى أجسامنا أنظمة للحفاظ على ضغط الدم ودرجة الحرارة ثابتين إلى حد ما.
تغييرات عكسية في النظام البيئي ، هذه هي التغييرات في النظام البيئي خلال العام ، من الربيع إلى الربيع ، مع تقلبات مناخية في سنوات مختلفة وتغيرات في دور بعض الأنواع فيما يتعلق بإيقاعات دورة حياتها. مع مثل هذه التغييرات ، يتم الحفاظ على تكوين الأنواع في النظام البيئي ، وهو يتكيف فقط مع التقلبات في العوامل الخارجية والداخلية. في مواسم معينة من السنة ، قد تكون بعض مكونات النظام البيئي غائبة أو تسقط في حالة سكون عميق: رحيل الطيور لفصل الشتاء ، دفن البذور في سنة جافة ، السبات الشتويالحشرات وبعض الحيوانات: النظم البيئية ، مثل الكائنات الحية ، قادرة على التنظيم الذاتي والحفاظ على الذات. على سبيل المثال ، يتم تنظيم حجم أي مجموعة ضمن هذه الحدود لتجنب الزيادة السكانية في النظام البيئي.كما هو الحال في الأنظمة التقنية ، هناك نوعان من التغذية المرتدة في النظم البيئية. ردود الفعل الإيجابية هي رابطة تعزز الانحراف الضروري لبقاء الكائنات الحية ونموها. ردود فعل سلبية - هذا اتصال يضعف تأثير العوامل المواتية ويجعل من الممكن تجنب ، على سبيل المثال ، النمو السريع لسكان نوع أو آخر من الكائنات الحية. في النظم البيئية الكبيرة الناضجة ، يتم الحفاظ على التوازن الذاتي التصحيح باعتباره نتيجة تفاعل دورة المواد وتدفق الطاقة. وفي هذا الصدد ، فإن النظم البيئية للأرض والمحيط الحيوي نفسه في حالة مستقرة ، ومع ذلك ، فإن استقرار النظم البيئية وتشغيل آليات التنظيم الذاتي لها حدود ، عند الوصول إلى ردود الفعل المتزايدة التي تؤدي إلى موت النظام.تأثير العتبة – يمكن أن يكون التغيير أو التأثير الصغير حاسمًا وسببًا عواقب سلبية(إذا كان النظام في منطقة العتبة المسبقة).
أمثلة:الموت الجماعي للأشجار بعد التعرض الطويل للهواء الملوث ؛ تصحر الأراضي؛ التدخل البشري العالمي في دورة الطاقة والمواد على الأرض من خلال حرق كميات كبيرة بشكل متزايد من الوقود الأحفوري.
لا يزال من الصعب التنبؤ بنوع الكارثة البيئية التي سيؤدي إليها ذلك.
يمكن إخراج النظام البيئي من التوازن بعدة طرق. عادة ما تكون عبارة عن حريق أو فيضان أو جفاف. بعد هذا الخلل ، يستعيد النظام البيئي الجديد نفسه ، وهذه العملية منتظمة وتكرر نفسها في مجموعة متنوعة من المواقف.
ماذا يحدث في نظام بيئي مضطرب؟ في موقع الاضطراب ، تتطور بعض الأنواع والنظام البيئي بأكمله بطريقة تجعل ترتيب ظهور هذه الأنواع هو نفسه بالنسبة للاضطرابات المماثلة والموائل المماثلة. هذا الاستبدال المتعاقب لأحد الأنواع بآخر هو جوهر الخلافة البيئية.
فمثلا،في معظم الولايات الشمالية الشرقية للولايات المتحدة ، تم تطهير أراضي الغابات في القرن الثامن عشر وتم بناء المزارع على هذه الأراضي ، واستمرت زراعة هذه الأراضي في القرن التاسع عشر ، وفي القرن العشرين تم التخلي عن المزارع وبدأت المواقع لتتحول إلى غابات مرة أخرى.
ظهرت النباتات التي تملأ الحقول بمرور الوقت في تسلسل معين معروف بالفعل ومكرر بدقة. في السنة الأولى ، نمت الحشائش السنوية والشتلات المفردة من الأشجار. على مدى السنوات القليلة التالية ، تمت تسوية بعض الأنواع (هذه هي ما يسمى ب "الأنواع الرائدة" ، أو ، بشكل أكثر علميًا ، الأنواع المتتالية المبكرة) التي بدأت بالهيمنة.
ومن الأنواع الرائدة النموذجية صنوبر ويموث. ينمو بسرعة كبيرة وتنتشر بذوره على مساحة كبيرة. لعدة عقود ، شكلت الأنواع الرائدة غابة كثيفة.
المرحلة التالية هي ظهور الأشجار التي تنمو بشكل جيد في ظل الأنواع الرائدة ، مثل القيقب. بعد نصف قرن ، نضجت الأشجار الرائدة وماتت تدريجياً. لم تعد بذورهم قادرة على الإنبات تحت الغطاء الحرجي ، وتحول تكوين مجموعات الأشجار نحو الوافدين الجدد بطيئين النمو - ما يسمى الأنواع المتتالية المتأخرة.
في نهاية المطاف ، كانت الغابة بأكملها مكونة من هذه الأنواع من الأشجار ، كما يرى سكان نيو إنجلاند كل خريف عندما يتغير لون أوراق الأشجار وتتخذ الغابة اللون الناري المميز للقيقب.
يظهر هذا المثال للرواد سريع النمو الذي يتبعه استعمار الأنواع البطيئة النمو في العديد من النظم البيئية. على سبيل المثال ، القصب الرملي هو أول ما يظهر على الكثبان الرملية الساحلية حديثة التكوين. يساعد هذا العشب على تقوية الكثبان الرملية بحيث يمكن للأنواع اللاحقة (الشجيرات الأولى ثم الأشجار) أن تترسخ فيها.
الخلافة -عملية يتم فيها استبدال بعض مجتمعات الأنواع النباتية والحيوانية بسلسلة من الأنواع الأخرى ، وعادةً ما تكون مجتمعات أكثر تعقيدًا (الاستبدال المتتابع للتكاثر الحيوي بأخرى ، ومعها تغيير في النظم البيئية ينشأ تباعاً في نفس المنطقة الواقعة تحت التأثير من العوامل الطبيعية أو البشر).
بمرور الوقت ، تتغير النظم البيئية (فرط نمو الخزان أو المقاصة).
يميز بين الخلافة الابتدائية والثانوية.
الأوليةهي عملية تطوير وتغيير النظم البيئية في المناطق غير المأهولة سابقًا (بمعنى آخر ، الأماكن الفارغة).
مثال مثير للاهتمامقد تكون الخلافة الأولية هي مستوطنة جزيرة كراكاتوا ، الواقعة في إندونيسيا.
في صباح مبكر من شهر أغسطس عام 1883 ، انفجر الجزء العلوي من بركان كراكاتوا. أدى انفجاره المتفجر وما أعقبه من موجة تسونامي القوية التي بلغ ارتفاعها 40 مترًا إلى مقتل أكثر من 36 ألف شخص. ثم سُمع دوي الانفجار على مسافة 4650 كم ، مزق الزئير طبلة الأذنبحارة على بعد 40 كم ، وقد لوحظت تأثيرات جوية حول العالم. تم رفع 24 كم 3 صخور في الهواء. غطى الرماد الساخن مساحة تزيد عن 800000 كيلومتر مربع. فقط جبل مغطى بالرماد بقي من الجزيرة.
لقد لوحظ هنا فجر شديد ، والذي نشأ نتيجة لانخفاض شفافية الغلاف الجوي ، لعدة سنوات. تم دفن جميع الكائنات الحية تحت تيارات الحمم المشتعلة. لم تكن هناك علامات على الحياة. حتى أصغر الجراثيم وبذور النبات تم التقاطها بواسطة العناصر الهائجة.
قبل أن يفتح العلماء آفاق دراسة تطور الحياة أثناء الاستيطان الطبيعي للركيزة من الصخور العارية التي نشأت بعد الانفجار.
لأول مرة ، يتم استدعاء الكائنات الحية التي تستقر فيها الرواد.
إذا أخذنا في الاعتبار الخلافة على الأراضي المهجورة التي لا تستخدم في الزراعة ، يمكننا أن نرى أن الحقول السابقة مغطاة بسرعة بمجموعة متنوعة من النباتات السنوية. تقع بذور أنواع الأشجار هنا أيضًا: الصنوبر ، الراتينجية ، البتولا ، الحور الرجراج. يتم نقلها بسهولة وعلى مسافات طويلة بواسطة الرياح وكذلك الحيوانات.
بمجرد أن تصل إلى التربة الرطبة قليلاً ، تبدأ البذور في الإنبات ، وتكون الأنواع ذات الأوراق الصغيرة (البتولا ، الحور الرجراج) في أفضل وضع. تموت الصنوبريات عادة بسبب التطور السريع للأعشاب ، تحت تأثير القمامة المتحللة ، أو من وفرة العناصر المعدنية.
في البداية ، تحدث التغييرات بسرعة ، ثم ينخفض معدل التعاقب مع نمو النباتات بشكل أبطأ. تشكل براعم البتولا نموًا كثيفًا يغطي التربة ، وحتى إذا نبتت بذور التنوب جنبًا إلى جنب مع خشب البتولا ، فإن براعمها ، في ظروف غير مواتية للغاية ، تتخلف كثيرًا عن أشجار البتولا.
البتولا المحب للضوء هو منافس جاد للتنوب ، علاوة على ذلك ، محدد السمات البيولوجيةمنحها ميزة النمو. يسمى البتولا رائد"، حيث أنها دائمًا ما تكون أول من يستقر في الأراضي المضطربة ولديها مجموعة واسعة من القدرة على التكيف.
يمكن أن يصل ارتفاع البتولا في عمر 2-3 سنوات إلى 100-120 سم ، بينما تصل أشجار التنوب في نفس العمر بالكاد إلى 10 سم. تدريجيًا ، بحلول 8-10 سنوات ، تشكل أشجار البتولا مزرعة بتولا مستقرة تصل إلى 10 - ارتفاع 12 م
من بين مظلة البتولا الشفافة ، تبدأ شجرة التنوب في النمو ، وتشكل شجيرة بدرجات متفاوتة من الكثافة. تحدث التغييرات أيضًا في الطبقة السفلية من الشجيرة العشبية. مع اقتراب تيجان البتولا ، تبدأ الأنواع المحبة للضوء ، وهي سمة من سمات المراحل الأولية للخلافة ، بالتساقط تدريجياً ، مما يفسح المجال للأنواع التي تتحمل الظل.
كلاسيك مثالالخلافة الأولية هي النمو المفرط التدريجي للصخور مع الغابة أو تغيير النظام البيئي للبحيرة إلى الغابة.
يبدأ تعاقب التضاريس الصخرية العارية بالتجوية الصخورتحت تأثير العوامل اللاأحيائية - درجة الحرارة والرطوبة وأشعة الشمس. يستمر تدمير الصخور عن طريق البكتيريا والفطريات والطحالب والأشنات ذات اللون الأزرق والأخضر.
منتجو المواد العضوية في المراحل الأولية هم الطحالب الخضراء المزرقة ، والأشنة الطحالب والطحالب التي تعيش بحرية. تعتبر الخضر الزرقاء متواضعة بشكل خاص ، فهي قادرة على امتصاص النيتروجين من الغلاف الجوي بشكل مستقل. يسمح الاستقلال الغذائي للخضراء الزرقاء بتطوير صخور غير مأهولة. كائناتهم المحتضرة تثري البيئة بالنيتروجين.
الأحماض العضوية التي تشكلت خلال حياة المستوطنين الأساسيين تعمل على إذابة الصخور وتساهم في تمعدن طبقة التربة الناشئة. نتيجة لنشاط هذا التكاثر الحيوي ، يتراكم خليط من العناصر الغذائية من المركبات العضوية والمعدنية مع مخلفات النباتات المخصبة بالنيتروجين.
تنمو نباتات البوغ البسيطة التي ليس لها جذور على خليط المغذيات - الطحالب ، الأشنات الكثيفة (تسمى نواتجها الشبيهة بالجذور جذريات). مع موت الغطاء النباتي البدائي ، تتشكل طبقة رقيقة من التربة. تظهر النباتات العشبية - البردي ، والحبوب ، والبرسيم ، وتظليل المستوطنين الأوائل وحرمانهم من الرطوبة. يتم استبدال الأنواع الرائدة تدريجياً. بعد الأعشاب ، تظهر الشجيرات ، ويتم تحضير التربة لتنمية النباتات الخشبية.
ثانويالخلافة هي استعادة النظم البيئية التي كانت موجودة في السابق في هذه المنطقة (التنمية المتسقة للمجتمعات في منطقة يتم فيها تدمير الغطاء النباتي الطبيعي أو تعرضه للاضطراب الشديد ، ولكن يتم الحفاظ على التربة ورواسب القاع).
تظهر التعاقب الثانوي في المحطات التي كانت مأهولة بالفعل ، لكنها فقدت سكانها نتيجة للظواهر المناخية (التجلد ، الحرائق) أو الظواهر الجيولوجية (التعرية) ، وكذلك بسبب الغزو البشري (الحرث الحقول). فمثلا:تعاقب الغابات الصنوبرية الداكنة في سيبيريا بعد حريق غابة
يمكن أن تحدث مثل هذه التعاقب ، على سبيل المثال ، عن طريق التدمير المحلي لغابة بسبب الأمراض ، أو الإعصار ، أو ثوران بركاني ، أو زلزال - ما يسمى بالتعاقب الكارثي ، أو حريق - الخلافة الحمضية.
1) الحقل ← الحولية ← النباتات المعمرة ← الشجيرات ← الشباب ← غابات البلوط الناضجة.
النباتات البرية النباتات البرية غابات الصنوبر
شمال كارولينا؛ الوقت 150 سنة.
2) قصاصات ← أعشاب ← شجيرات و ← غابة نفضية ← غابة صنوبرية ناضجة.
الأشجار الصغيرة (بستان البتولا)
الممر الأوسط؛ الوقت 100 سنة.
3) بركة ← مستنقع ← مرج ← غابة ( مئات السنين).
4) الخلافة في منطقة السهوب على طريق ريفي مهجور: الحشائش السنوية - 2-5 سنوات ؛ حبوب قصيرة العمر - 3-10 سنوات ؛ الأعشاب المعمرة - 10-20 سنة ؛ الحبوب الناضجة - 20-40 سنة. لذلك الطبيعة مطلوب 20-40 سنةمن أجل إنشاء مجتمع السهوب الناضج على أرض جرداء.تحدث التغييرات في الغطاء النباتي والحياة المصاحبة لها أيضًا تحت تأثير التغيرات العالمية - تقلبات النشاط الشمسي ، التغيرات المناخية. تسمى هذه الخلافة دورية(علماني). أخيرًا ، أبطأ التغييرات في النظم البيئية تطوريالتعاقب المرتبط بالتطور العام للغلاف الحيوي للكوكب.بعض مراحل التعاقب تستمر لبضع سنوات وعقود ، وجميع النباتات المضيفة لديها الوقت لإعطاء جيل واحد أو عدة أجيال. تسمى هذه المراحل مشتقات متعددة الأوقات.تستغرق المراحل الأخرى عدة عقود ، والنباتات المكونة للبيئة (يطلق عليها اسم edificator من اللاتينية edificator - builder) تعطي العديد من الأجيال خلال هذه الفترة ، وتسمى المراحل المشتقات طويلة الأجل.
تجري الخلافة وفقا لقوانين معينة.
عادة، تتميز الخلافة بعمليات تقدمية: تتشكل التربة ، ويتطور الغطاء النباتي ، وتزيد إنتاجية النظام البيئي. يرافق تغيير التكوينات الحيوية زيادة في تنوع أنواعها.
تستمر التغييرات في بعض النظم البيئية من قبل الآخرين لعقود وقرون. ولكن هناك تغييرات أطول في الغطاء النباتي مرتبطة بالتطور الذاتي للمرحلة النهائية المشروطة من تطور العملية - سن اليأس(غرام. ذروة - الدرج).
كل مرحلة من مراحل الخلافة تغير البيئة كثيرًا بحيث يبدو أنها تحل محل نفسها. في الوقت نفسه ، يتغير البيوتوب والتكاثر الحيوي المصاحب. تستمر عملية تغيير biocenoses حتى يصل النظام البيئي إلى التوازن مع البيئة (الذروة).
النتيجة النهائية للخلافة هي تطوير النظم البيئية بشكل أبطأ ، والتي تسمى ذروة.
على سبيل المثال ، غالبًا ما تصبح غابات الأرز الكثيفة في سيبيريا مستنقعات ، ثم يحدث تخلخلها ، مصحوبًا بانخفاض في الرطوبة وحتى ظهور مناخ محلي (مناخ حيوي ، أو مناخ نباتي) فيها ، يذكرنا بالسهوب. تمتلئ غابات أرز المنتزهات هذه مرة أخرى بغطاء غابة أكثر كثافة وتبدأ عملية الغمر المسبقة من جديد. تسمى هذه العمليات الدورية الخلافة التلقائية
ذروة النظام البيئي- التكاثر الحيوي المستقر ، الذي يكون في حالة توازن مع البيئة ، ومراحل الخلافة المستقرة نسبيًا ، والتي تتوافق مع الخصائص البيئية للمنطقة في فترة زمنية معينة من الزمن الجيولوجي. هذه أنظمة بيئية ناضجة.
الصحاري هي أمثلة على مثل هذه الأنظمة في المناخات الحارة والجافة ، والغابات الاستوائية في المناخات الحارة والرطبة.
تتمتع النظم البيئية الناضجة بالخصائص التالية: حجم النبات كبير ؛ تنوع الأنواع مرتفع ؛ الهيكل الغذائي - مزيج من المنتجين والمستهلكين والمحللين ؛ كفاءة الطاقة عالية.
لم تظل ظروف الحياة في كل مكان على هذا الكوكب طبيعية بحتة. في بعض الأماكن يتم تغييرها بعمق شديد وبشكل لا رجعة فيه من قبل الإنسان. هنا ، في ظل هذه الظروف ، لا يصل تطور الخلافة إلى المرحلة النهائية المشروطة الطبيعية من الذروة ، ولكن فقط "نهائي" طبيعي المنشأ - النظم البيئية العقدية ، أو المجتمعات.
في بعض الأماكن ، ينتهك الناس الطبيعة في كثير من الأحيان لدرجة أن مثل هذه الخروقات المنتهكة باستمرار تصبح ، كما كانت ، نهائية في سلسلة الخلافة. فمثلا،مرج في وادي نهر ، حيث ترعى الماشية باستمرار ، لا يكثر من الشجيرات ولا يمكن أن تكاثر معها ، لأن الشجيرات وحتى أساسياتها تدمرها الحيوانات. تسمى هذه التشكيلات المستقرة بشكل مصطنع باراكليماكسيس(غرام. زوجين - قريب ، في).
كلما كان الاضطراب البشري المنشأ للبيئة في بعض الفضاء أعمق ، كلما انتهى التطور مبكرًا في المراحل المبكرة من الخلافة. هذه هي القاعدة الخاصة بدرجة إتمام الخلافة ، وبالفعل ، يمكن أن يتبع المجتمع العقدي مرحلة الذروة ، وتحدث Paraclimaxes حتى في المراحل الأولى من الخلافة. إن رمال نهرنا ، إذا داس عليها المصطافون باستمرار ، ستبقى رمالًا عارية - وهي المرحلة الأولى من الخلافة.
مهم عامل الاستقرارالنظام البيئي هو التنوع الجيني للأفراد في السكان. يمكن أن يتسبب التغيير في الظروف البيئية في وفاة معظم أفراد السكان ، بما يتناسب مع ظروف الوجود السابقة.
لذلك ، كلما كانت مجموعة أو أخرى من السكان غير المتجانسة وراثيًا في النظام البيئي ، زادت فرصة وجود كائنات حية بها أليلات مسؤولة عن ظهور السمات والخصائص التي تسمح لها بالبقاء والتكاثر في ظروف جديدة واستعادة الحجم السكاني السابق . سيعتمد الوقت اللازم لاستعادة السكان على معدل تكاثر الأفراد ، حيث أن التغيير في السمات لا يحدث إلا من خلال الانتقاء في كل جيل.
يعتمد استقرار النظام البيئي أيضًا على درجة التقلبات في الظروف البيئية. في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية ، تكون ظروف درجات الحرارة والرطوبة والإضاءة مستقرة ومثالية للعديد من الأنواع.
لذلك ، فإن النظم الإيكولوجية الاستوائية ذات التنوع البيولوجي العالي لكائناتها شديدة المقاومة. على العكس من ذلك ، فإن النظم البيئية للتندرا أقل استقرارًا. هم غريبون تقلبات حادةحجم السكان أنواع مختلفة.
يحدث التغيير المتعاقب للتكوين الحيوي في تسلسل صارم ، لا يؤدي انتهاكه بالتدخل الاقتصادي دائمًا إلى النتيجة المرجوة.
وبالتالي ، فإن زراعة الغابة الصنوبرية ، التي توفر المواد الخام لصناعة اللب والورق ، وتجاوز مرحلة الغابة النفضية ، يمثل صعوبات كبيرة للغابات. استغلال الموارد الطبيعية ، يجب أن يعرف الشخص ويأخذ في الاعتبار أنماط تطوير النظم البيئية الطبيعية.
نحن لا نفعل شيئًا واحدًا أبدًا. أي تدخل في الطبيعة عواقب مختلفةغالبًا ما تكون غير متوقعة.
على سبيل المثال: مكافحة الملاريا مستمرة. شمال بورنيو (الآن بروناي)
الخمسينيات - وباء الملاريا
1955 رش الديلدرين (مبيد آفات) لمكافحة البعوض
لقد توقف الوباء واختفى البعوض
لكن:ماتت الحشرات الأخرى ، بما في ذلك. الذباب والصراصير
ماتت السحالي الصغيرة التي عاشت في البيوت وأكلت الصراصير
ماتت القطط بعد أكل السحالي الميتة
تتكاثر الفئران بسرعة
تهديد الطاعون
تم إنزال القطط السليمة بالمظلات إلى الجزيرة لإصلاح الوضع.
معروف في علم الأحياء قانون اللارجعة في التطورعالم الحفريات البلجيكي L. Dollo - لا يمكن للكائن الحي أن يعود إلى حالته السابقة التي تحققت بالفعل في سلسلة أسلافه ، حتى أنه يقع مرة أخرى في موطنه. فمثلا،الإكثيوصورات أو الحيتان ، التي تكيفت بشكل ثانوي مع الحياة في البيئة المائية ، احتفظت بجميع سمات الزواحف والثدييات والتشابه الخارجي فقط ، وليس الوظيفي ، مع ما بعده. أسلاف تطوريون- سمك. يوجد نمط مشابه لقانون L. Dollo أيضًا في سلسلة تطوير النظام البيئي. هذا هو قانون اللارجعة التطورية البيئية - النظام البيئي الذي فقد بعض عناصره أو تم استبداله بآخر نتيجة لاختلال المكونات البيئية لا يمكن أن يعود إلى حالته الأصلية خلال الخلافة إذا حدثت تغيرات تطورية في مكوناته البيئية أثناء التغييرات أو اختفت مجموعة من الأنواع منه بشكل دائم أو لفترة طويلة (نظامية). إذا دمر الإنسان نوعًا ما ، فإن النظم البيئية التي دخلها ستكون مختلفة. وهذا التغيير لا رجوع عنه. حتى إذا تم تأقلم الأنواع مرة أخرى بعد مرور بعض الوقت - عادت إلى النظام البيئي ، فستظل مختلفة: أثناء غياب الأنواع ، تطورت اتصالات جديدة فيها ، يكاد يكون من المستحيل استعادة شبكتها السابقة - لا يمكنك الدخول إلى نفس الشبكة دفق مرتين.
دراسة التعاقب في النظم البيئية ، حدد علماء البيئة ثلاث آليات للعمل:
1. المساعدة.الأنواع الرائدة التي ظهرت في النظام البيئي الجديد تجعل من السهل على الأنواع الأخرى الاستقرار في وقت لاحق. فمثلا، بعد انحسار النهر الجليدي ، تكون الأشنات وبعض النباتات ذات الجذور الضحلة هي أول ما يظهر - أي الأنواع التي يمكن أن تعيش على جرداء فقيرة العناصر الغذائيةتربة.
مع موت هذه النباتات ، تحدث زيادة في طبقة التربة ، مما يجعل من الممكن للأنواع المتتالية المتأخرة أن تترسخ. وبالمثل ، توفر الأشجار المبكرة الظل والمأوى للأشجار المتعاقبة اللاحقة.
2. الاحتواء.في بعض الأحيان ، تخلق الأنواع الرائدة ظروفًا تعقد أو تجعل من المستحيل ظهور النباتات المتتالية المتأخرة. عندما تظهر أسطح جديدة بالقرب من المحيط (على سبيل المثال ، نتيجة لبناء أرصفة خرسانية أو حواجز الأمواج) ، فإنها تتضخم بسرعة مع أنواع الطحالب الرائدة ، وتزاحم الأنواع النباتية الأخرى ببساطة.
هذا الإزاحة سهل للغاية ، لأن الأنواع الرائدة تتكاثر بسرعة كبيرة وسرعان ما تغطي جميع الأسطح المتاحة ، دون ترك مجال للأنواع اللاحقة. مثالالردع النشط - ظهور نبات الخردل ، وهو نبات آسيوي انتشر في جميع أنحاء الغرب الأمريكي. يقوم Gorchak بقلوية التربة التي تنمو فيها إلى حد كبير ، مما يجعلها غير مناسبة للعديد من الأعشاب البرية.
3. التعايش.أخيرًا ، قد لا يكون للأنواع الرائدة أي تأثير على النباتات اللاحقة على الإطلاق - لا مفيدة ولا ضارة. على وجه الخصوص ، يحدث هذا إذا كانت الأنواع المختلفة تستخدم موارد مختلفة وتنمو بشكل مستقل عن بعضها البعض.
من المهم أن نفهم أن الحالة النهائية للغابة أو الكثبان الرملية ليست مستدامة بيئيًا.
تتميز الغابة الناضجة عادةً بعدم نمو المواد العضوية التراكمية. هذا يعني أنه بمرور الوقت ، بسبب فقدان المواد تحت تأثير عمليات مثل التعرية ، ستبدأ الغابة في الموت تدريجياً. بالمناسبة ، تتمتع معظم الغابات بإنتاجية قصوى خلال النصف الأول من دورة الخلافة.
مرونة النظام البيئي(الاستقرار) - قدرة النظام البيئي وأجزائه الفردية على تحمل التقلبات في العوامل الخارجية والحفاظ على هيكله وخصائصه الوظيفية.
فمثلا، في النظام البيئي ، تقل كمية هطول الأمطار بنسبة 50٪ مقارنة بمتوسط القيم السنوية ، لكن إنتاج النباتات ينخفض بنسبة 25٪ فقط ، وتعداد الكائنات الحية العاشبة بنسبة 10٪ فقط.
يعتمد التسامح مع الظروف المعاكسة على صلابة الكائنات الحية ، وقدرتها على التكاثر في مجموعة واسعة من الظروف ، ويتعزز بإمكانية إعادة ترتيب سلاسل الغذاء في المجتمعات الغنية.
يتناقص استقرار النظم البيئية مع استنفاد تكوين الأنواع. الأكثر استقرارًا هي الغابات الاستوائية الغنية بالحياة (أكثر من 8000 نوع من النباتات) ، والغابات المعتدلة مستقرة تمامًا (2000 نوع) ، والتندرا الحيوية أقل استقرارًا (500 نوع) ، والنظم الإيكولوجية لجزر المحيطات ليست مستقرة جدًا. البساتين أقل استقرارًا ، وحقول المحاصيل بدون دعم بشري لا يمكن أن توجد على الإطلاق ، فهي تنمو بسرعة بالأعشاب الضارة وتدمرها الآفات.
بالحديث عن استدامة النظام البيئي ، أو استقرارها ، نلاحظ أن هناك نوعين من الاستقرار:
1. مقاومة الاستدامة(مقاومة الاضطراب ، والحفاظ على هيكلها ووظيفتها ، والقدرة على البقاء مستقرًا تحت الحمل)
2. المرن الاستدامة(القدرة على التعافي السريع ، والتعافي بعد ضعف الهيكل والوظيفة).
بالنسبة للأنظمة البيئية ، لا يمكن أن يتطور هذان النوعان من المرونة بشكل كامل في نفس الوقت. على سبيل المثال ، غابة السيكويا بكاليفورنيا مقاومة تمامًا للحرائق (اللحاء الكثيف والتكيفات الأخرى هي سمة لهذه الأشجار) ، ولكن إذا تحترق ، فإنها تتعافى ببطء شديد أو لا تتعافى على الإطلاق.
على النقيض من ذلك ، فإن كاليفورنيا chaparral تقف محترقة بسهولة (مقاومة منخفضة) ولكنها تتعافى بسرعة (مرونة ممتازة).
استقرار النظم البيئية يرجع إلى فعالية العمل الآليات الداخليةالنظم البيئية. يؤدي أداء وظائف دعم الحياة لنظام بيئي من خلال عدة أنواع أو مكونات ، بدلاً من واحد ، إلى زيادة استقرار النظام البيئي.
|
فعالية التنظيم الذاتييحددها تنوع الأنواع والعلاقات الغذائية بينهما. إذا انخفض عدد أحد المستهلكين الأساسيين ، فمع مجموعة متنوعة من الأنواع ، تتحول الحيوانات المفترسة إلى التغذية على عدد أكبر من الحيوانات التي كانت في السابق ثانوية بالنسبة لهم. غالبًا ما تتقاطع السلاسل الغذائية الطويلة ، مما يخلق إمكانية الاختلاف في العلاقات الغذائية اعتمادًا على محصول النباتات ، وعدد الضحايا ، وما إلى ذلك. النمور والأسود ، في حالة عدم وجود ذوات الحوافر ، تكتفي بالحيوانات الصغيرة وحتى الأطعمة النباتية. يصطاد الصقر الشاهين في الهواء ، وأثناء التكاثر الجماعي للليمون ، يبدأ في التغذي على هذه الحيوانات ، والتقاطها من الأرض. السلسلة: نباتات - فأر - ثعبان - نسر يمكن اختصارها إلى: نباتات - فأر - نسر. في السنوات الأكثر ملاءمة ، يتم استعادة عدد الأنواع ، ويتم تطبيع العلاقات الغذائية في التكاثر الحيوي. في سنوات الحصاد ، يزداد عدد العواشب. تتكاثر الحيوانات المفترسة المزودة بالطعام بسرعة. يؤدي الانخفاض في عدد العواشب إلى نقص في الغذاء بين الأنواع المفترسة ، وفي سنوات التغذية المنخفضة تكاد لا تتكاثر. كل بضع سنوات ، يزداد عدد تجمعات اللحاء في التندرا بشكل كبير. يأكل القوارض نبات التندرا. تمر المواد النباتية عبر كائن الحيوان إلى المخلفات وبعد سنوات قليلة فقط من التمعدن تشكل تربة خصبة ذات غطاء نباتي غني ومغذي. أعداد Lemming آخذة في الارتفاع مرة أخرى. في سنوات العلف المنخفض ، ينخفض عددهم بشكل مكثف ليس فقط بسبب نقص الغذاء ، ولكن أيضًا عن طريق التكاثر السريع للحيوانات المفترسة - الثعالب القطبية والثعالب والبوم. هذه هي الطريقة التي تنفذ بها النباتات والليمون والحيوانات المفترسة التنظيم الذاتي للنظام البيئي للتندرا ، مما يحافظ على استقراره ومتانته. يؤدي التدخل غير المعقول في النظم البيئية الطبيعية إلى عواقب وخيمة لا يمكن التنبؤ بها. في منتصف القرن التاسع عشر. في إحدى المزارع في أستراليا ، تم إطلاق 12 زوجًا من الأرانب المستوردة من أوروبا في البرية. لم يكن هناك ما يكفي من الحيوانات المفترسة في النظم البيئية الأسترالية لتنظيم أعدادها ، وفي غضون 40 عامًا نما عدد الأرانب إلى عدة مئات من الملايين من الأفراد. استقرت الأرانب في جميع أنحاء البر الرئيسي ، وأكلت شتلات الصنوبر ، ودمرت المروج والمراعي ، وقوضت القاعدة الغذائية للحيوانات العاشبة المحلية - الكنغر. سنجاب teleutka الذي استقر في غابات القرم قلل بشكل كبير من التجدد الطبيعي وبدأ في التسبب في أضرار لمزارع الكروم. فقد السنجاب قيمته التجارية ، وأصبح فروه الرقيق في المناخ الدافئ قصيرًا وخشنًا. أدى تأقلم الراكون أوسوري في التكاثر الحيوي للجزء الأوروبي من روسيا إلى عواقب وخيمة. على الرغم من أوجه التشابه الظروف المناخية، فقدت الحيوانات صفات الفراء القيمة. في الغابات ، قللوا من عدد طيور اللعبة ، وخاصة الطيهوج الأسود ، مما أدى إلى إبادة أعشاشها وحضنها. بدأ الراكون يعيش بالقرب من المستوطنات ، ويهاجم الطيور والحيوانات الأليفة الصغيرة. في عملية تأقلم السلمون الوردي في أنهار المنطقة الشمالية الغربية لروسيا ، بسبب المنافسة على الغذاء ومواقع التكاثر ، انخفض عدد السلمون المحلي بشكل كبير. لمكافحة يرقات بعوض الملاريا في أنهار منطقة بحر آرال ، في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي ، تم تربية أسماك البعوض ، مما أدى بشكل غير متوقع إلى تقليل عدد الأسماك التجارية بشكل مكثف ، ونافسها بنجاح في صيد الحيوانات الصغيرة. الأنواع التي تم إدخالها هي أحد الأسباب الرئيسية لانقراض الفقاريات. تم استيراد 22 نوعًا من الثدييات و 160 نوعًا من الطيور و 1300 نوعًا من الحشرات وأكثر من 2000 نوع من النباتات المزهرة إلى جزر هاواي. أصبحت الأنواع المدخلة السبب الرئيسي لانقراض 30٪ من الطيور المحلية ، و 34٪ من الرخويات ، وما يصل إلى 70٪ من أنواع نباتات هاواي معرضة لخطر الانقراض. تعد مشكلة استعادة التنظيم الذاتي الطبيعي في التكوينات الحيوية مهمة بشكل خاص اليوم ، عندما تكون العديد من الأنواع على وشك الانقراض ، وفقدت المناطق الطبيعية مظهرها الرائع. |
الصفحة الحالية: 4 (يحتوي الكتاب الإجمالي على 44 صفحة) [مقتطفات للقراءة متوفرة: 29 صفحة]
2.4 التوازن
الاستتباب (من اليونانية.مثلي الجنس - نفس الشيء،ستاتوس - الحالة) - قدرة النظم البيولوجية على مقاومة التغيرات والحفاظ على الثبات الديناميكي النسبي لبنيتها وخصائصها. الحفاظ على التوازن هو شرط لا غنى عنه لوجود كل من الخلايا والكائنات الحية ، وكذلك المجتمعات البيولوجية والنظم البيئية بأكملها.
في توازن (استقرار) الأنظمة الحية ، هناك:
قدرة التحمل(البقاء على قيد الحياة ، والتسامح (انظر القسم 3.2.2) - القدرة على تحمل التغيرات في البيئة دون انتهاك الخصائص الأساسية للنظام ؛
مرونة(المقاومة ، المرونة) - القدرة على العودة بسرعة وبشكل مستقل إلى الحالة الطبيعية من حالة غير مستقرة نشأت نتيجة لتأثير سلبي خارجي على النظام.
يستخدم مفهوم "التوازن الداخلي" على نطاق واسع في علم البيئة لوصف استقرار الأنظمة المختلفة. يتم تحديد التوازن الخلوي من خلال ظروف فيزيائية كيميائية محددة تختلف عن الظروف البيئية ؛ استتباب كائن متعدد الخلايا - الحفاظ على ثبات البيئة الداخلية. ثوابت التوازن الحيواني هي حجم وتركيب الدم وسوائل الجسم الأخرى.
يتم تحديد التوازن السكاني من خلال الحفاظ على التركيب المكاني والكثافة والتنوع الجيني. بسبب التنظيم المتماثل ، يتم الحفاظ على ثبات التكوين وعدد السكان في المجتمعات.
على مستوى النظم البيئية ، يتجلى التوازن في أكثر أشكال التفاعل ثباتًا بين الأنواع ، والتي يتم التعبير عنها في القدرة على التكيف مع خصائص البيئة والحفاظ على دورات المغذيات. يمكن للمرء حتى أن يفكر في توازن المحيط الحيوي ، حيث يحافظ تفاعل الكائنات الحية المختلفة على ثبات تكوين الغاز في الغلاف الجوي ، وتكوين التربة ، وتكوين وتركيز الأملاح في محيط العالم ، إلخ.
يتم ضمان التوازن من خلال عمل الآليات التنظيمية التي تعمل على مبدأ ردود الفعل السلبية. وبعد ذلك ، وباستخدام المصطلحات السيبرانية ، ينبغي ذكر الاضطرابات في أداء النظام الحي على أنها ظهور "تداخل" أو "ضوضاء" في قناة التغذية المرتدة.
يمكن لعب دور التداخل من خلال عوامل مختلفة ، مثل الظروف الجوية والأنشطة البشرية وما إلى ذلك. التغييرات المفاجئة في خصائص البيئة ، والتي تتجاوز فيها (أو أحدها) الحدود المسموح بها ، تسمى الإجهاد البيئي.
بالطبع ، تختلف الآليات التنظيمية المحددة لخلية الكائن الحي والسكان والنظام البيئي ، ولكن دائمًا نتيجة التنظيم الذاتي والحفاظ على التوازن هو التوازن والتنسيق الواضح لعمل جميع عناصر النظام البيولوجي.
2.5 محيط
إن تقسيم التنوع الكامل للحيوانات والنباتات إلى أنواع هو طريقة لوصف منظم للطبيعة الحية ، بناءً على تحديد الهيكل الهرمي لعناصرها.
في معظم الحالات ، يتميز الأفراد من الأنواع المختلفة بمظهرهم وسلوكهم وعلم وظائف الأعضاء. ومع ذلك ، فإن بعض الاختلافات الخارجية ، حتى الاختلافات المهمة ، لا تكفي للتمييز بين الأنواع. إذا كان الأفراد من اثنين مجموعات مختلفةالكائنات الحية ذات الاختلاف الأكثر أهمية مظهر خارجيقادرة على التزاوج لإنتاج ذرية (أي تبادل الجينات ممكن) ، ثم هم نوع واحد. على العكس من ذلك ، يتم تصنيف الأفراد غير القادرين على إنتاج نسل عند تهجينهم على أنهم أنواع مختلفة.
رأي- مجموعة من الأفراد القادرين على التزاوج وتكوين ذرية خصبة ، يسكنون منطقة معينة (منطقة التوزيع الجغرافي) ، ولديهم عدد من السمات وأنواع العلاقات المورفولوجية الفسيولوجية المشتركة مع البيئة اللاأحيائية والأحيائية ، منفصلة عن المجموعات المماثلة الأخرى من الأفراد بسبب الغياب شبه الكامل للأشكال الهجينة. النوع هو مرحلة نوعية في عملية التطور (انظر القسم 3.33).
القاعدة المذكورة أعلاه لتحديد الأنواع (مثل جميع المخططات العلمية الأخرى التي تصف مظاهر الحياة المتنوعة بلا حدود) لها استثناءات.
أسئلة التحكم والمهام
2.1. ما هو الاستتباب؟
2.2. أعط أمثلة على قدرة الكائنات الحية على التحمل والمرونة.
2.3 ما هي التغييرات التي تحدث مع المادة والطاقة أثناء عملية التمثيل الضوئي ونمو النبات؟
2.4 اذكر أوجه التشابه والاختلاف بين عمليتي التمثيل الضوئي والتركيب الكيميائي.
2.5 ضع قائمة بأنواع التنفس الرئيسية.
2.6. اسم مصدر واحد وعالمي لإمدادات الطاقة الخلوية.
2.7. ما هي الكائنات الحية المنتجة وما هو دورها في النظام البيئي؟
2.8. اشرح العلاقة بين الكائنات المنتجة والكائنات الاستهلاكية والكائنات المدمرة.
2.9 ما هو دور الماء في حياة الخلية؟
2.10. حدد نوعًا بيولوجيًا. هل هناك أي استثناءات لقاعدة تعريف هذا النوع؟
العوامل البيئية
العيش لا ينفصل عن البيئة. كل كائن حي فردي ، كونه نظامًا بيولوجيًا مستقلًا ، يكون دائمًا على علاقة مباشرة أو غير مباشرة بمكونات وظواهر مختلفة من بيئته أو ، بعبارة أخرى ، البيئة ، التي تؤثر على حالة وخصائص الكائن الحي.
الأربعاء- أحد المفاهيم البيئية الأساسية ، وهو ما يعني مجموعة كاملة من العناصر والظروف المحيطة بالكائن الحي في ذلك الجزء من المكان الذي يعيش فيه الكائن الحي ، وكل شيء يعيش فيه ويتفاعل معه بشكل مباشر. في الوقت نفسه ، بعد أن تكيفت الكائنات الحية مع مجموعة معينة من الظروف المحددة ، فإنها تغير تدريجياً هذه الظروف ، أي بيئة وجودها ، في عملية نشاط الحياة.
3.1. العوامل البيئية وتأثيرها
بيئي عامل- أي عنصر من عناصر البيئة يمكن أن يؤثر بشكل مباشر أو غير مباشر على كائن حي ، على الأقل في إحدى مراحل تطوره الفردي ، يسمى عامل بيئي.
تتنوع العوامل البيئية ، وكل عامل هو مزيج من الظروف البيئية المقابلة ومواردها (احتياطي في البيئة).
تنقسم العوامل البيئية البيئية (الشكل 3.1) عادة إلى مجموعتين:
عوامل الطبيعة الخاملة (غير الحية) - لا حيويأو أبوجينيك.
عوامل المعيشة - حيويأو حيوي.
من ناحية أخرى ، حسب الأصل ، كلاهما طبيعي وبشري ، أي مرتبطين بشكل مباشر أو غير مباشر بالنشاط البشري ، والذي لا يغير أنظمة العوامل البيئية الطبيعية فحسب ، بل يخلق أيضًا عوامل جديدة ، ويصنع مبيدات الآفات والأسمدة ، مواد بناءوالأدوية وما إلى ذلك.
أرز. 3.1. تصنيف العوامل البيئية
من المعروف أن أساس بناء نظام المصطلحات يجب أن يقوم على تصنيف واسع بما فيه الكفاية ، يغطي جميع المفاهيم في علاقتها وتطورها. التعقيد الاستثنائي والترابط والاعتماد المتبادل للظواهر في الطبيعة يجعل من الصعب تصنيفها في البيئة. إلى جانب التصنيف أعلاه للعوامل البيئية ، هناك العديد من العوامل الأخرى (الأقل شيوعًا) التي تستخدم عوامل أخرى الميزات. لذلك ، هناك عوامل تعتمد ولا تعتمد على عدد وكثافة الكائنات الحية. على سبيل المثال ، لا يؤثر عدد الحيوانات أو النباتات على عمل العوامل المناخية الكبيرة ، بينما تعتمد الأوبئة (الأمراض الجماعية) التي تسببها الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض على عددها في منطقة معينة. تُعرف التصنيفات التي يتم فيها تصنيف جميع العوامل البشرية المنشأ على أنها حيوية.
3.1.1. العوامل غير الحيوية
في الجزء اللاأحيائي من الموطن (في الطبيعة غير الحية) ، يمكن تقسيم جميع العوامل في المقام الأول إلى فيزيائية وكيميائية. ومع ذلك ، لفهم جوهر الظواهر والعمليات قيد النظر ، فمن الملائم تمثيل العوامل اللاأحيائية كمجموعة من العوامل المناخية والطبوغرافية والفضائية ، وكذلك خصائص تكوين البيئة (المائية أو الأرضية أو التربة) ، إلخ.
3.1.1.1. العوامل المناخية الرئيسية
طاقة الشمس.ينتشر في الفضاء على شكل موجات كهرومغناطيسية. بالنسبة للكائنات الحية ، يعد الطول الموجي للإشعاع المدرك وشدته ومدة التعرض مهمة.
حوالي 99٪ من إجمالي طاقة الإشعاع الشمسي عبارة عن أشعة بطول موجي λ = 170 ... 4000 نانومتر ، بما في ذلك 48٪ في الجزء المرئي من الطيف (λ = 390 ... 760 نانومتر) ، 45٪ هو في الأشعة تحت الحمراء القريبة (λ = 760 ... 4000 نانومتر) وحوالي 7٪ - للأشعة فوق البنفسجية (λ< 400 нм).
تعتبر الأشعة ذات λ = 380 ... 710 نانومتر ذات أهمية قصوى لعملية التمثيل الضوئي. الأشعة الشمسية طويلة الموجة (الأشعة تحت الحمراء البعيدة) (λ> 4000 نانومتر) لها تأثير ضئيل على العمليات الحيوية للكائنات الحية.
الأشعة فوق البنفسجية مع λ> 320 نانومتر بجرعات صغيرة ضرورية للحيوانات والبشر ، حيث يتم تكوين فيتامين د في الجسم تحت تأثيرها.< 290 нм губительно для живого, но до поверхности Земли оно не доходит, поглощаясь озоновым слоем атмосферы.
عند المرور عبر الهواء الجوي ، ينعكس ضوء الشمس (الشكل 3.2) ويتناثر ويمتص. يعكس الثلج النقي ما يقرب من 80-95٪ من ضوء الشمس ، ملوث - 40-50٪ ، تربة تشيرنوزم - ما يصل إلى 5٪ ، تربة خفيفة جافة - 35-45٪ ، غابات صنوبرية - 10-15٪. ومع ذلك ، فإن إضاءة سطح الأرض تختلف اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على الوقت من السنة واليوم ، وخط العرض الجغرافي ، والتعرض للمنحدرات ، والظروف الجوية ، وما إلى ذلك.
بسبب دوران الأرض ، يتناوب ضوء النهار والظلام بشكل دوري. ترتبط الإزهار وإنبات البذور في النباتات والهجرة والسبات وتكاثر الحيوانات وأكثر من ذلك بكثير في الطبيعة بمدة الفترة الضوئية (طول اليوم). تحدد الحاجة إلى الضوء للنباتات نموها السريع في الارتفاع ، وهيكل الغابة ذي الطبقات. نباتات مائيةموزعة بشكل رئيسي في الطبقات السطحية من المسطحات المائية.
أرز. 3.2 توازن الإشعاع الشمسي على سطح الأرض أثناء النهار
درجة الحرارة.ترتبط درجة الحرارة بشكل أساسي بالإشعاع الشمسي ، ولكن في بعض الحالات يتم تحديدها بواسطة طاقة مصادر الطاقة الحرارية الأرضية.
تحت نقطة التجمد خلية حيةيتضرر جسديًا من بلورات الجليد المتكونة ويموت ، ومتى درجات حرارة عاليةيتم تغيير طبيعة الإنزيمات. لا تستطيع الغالبية العظمى من النباتات والحيوانات تحمل درجات حرارة الجسم السلبية. نادراً ما يرتفع الحد الأعلى لدرجة الحرارة للحياة فوق 40-45 درجة مئوية.
في النطاق بين الحدود القصوى ، يتضاعف معدل التفاعلات الأنزيمية (وبالتالي ، معدل الأيض) لكل 10 درجات مئوية زيادة في درجة الحرارة. جزء كبير من الكائنات الحية قادر على التحكم في (الحفاظ على) درجة حرارة الجسم ، وفي المقام الأول أكثر الأعضاء حيوية. تسمى هذه الكائنات حرارة منزلية- من ذوات الدم الحار (من اليونانية. مثلي الجنس- مماثل، ثيرم- الحرارة) ، على عكس الحرارة- بدم بارد (من اليونانية. poikilos- مختلفة ، متغيرة ، متنوعة) ، لها درجة حرارة متغيرة ، حسب درجة الحرارة المحيطة.
في البيئة المائية ، بسبب السعة الحرارية العالية للمياه ، تكون التغيرات في درجات الحرارة أقل حدة وتكون الظروف أكثر استقرارًا من تلك الموجودة على الأرض. من المعروف أنه في المناطق التي تختلف فيها درجة الحرارة بشكل كبير خلال النهار ، وكذلك في المواسم المختلفة ، يكون تنوع الأنواع أقل مما هو عليه في المناطق ذات درجات الحرارة اليومية والسنوية الأكثر ثباتًا.
تعتمد درجة الحرارة ، مثل شدة الضوء ، على خط العرض والموسم والوقت من اليوم والتعرض للانحدار. تتفاقم درجات الحرارة القصوى (المنخفضة والعالية) بسبب الرياح القوية.
يسمى التغيير في درجة الحرارة أثناء ارتفاعك في الهواء أو الغوص في البيئة المائية التقسيم الطبقي لدرجة الحرارة.عادة ، في كلتا الحالتين ، لوحظ انخفاض مستمر في درجة الحرارة مع تدرج معين. ومع ذلك ، هناك خيارات أخرى أيضًا. نعم في فترة الصيف سطح الماءيسخن بشكل أعمق. بسبب الانخفاض الكبير في كثافة الماء أثناء تسخينه ، يبدأ دورانه في الطبقة المسخنة على السطح دون الاختلاط بالمياه الأكثر برودة والأكثر كثافة للطبقات السفلية. نتيجة لذلك ، تتشكل منطقة وسيطة ذات تدرج حاد في درجة الحرارة بين الطبقات الدافئة والباردة. كل هذا يؤثر على وضع الكائنات الحية في الماء ، وكذلك انتقال وانتشار الشوائب الواردة.
تحدث ظاهرة مماثلة أيضًا في الغلاف الجوي ، عندما تتحرك طبقات الهواء المبردة لأسفل وتوجد تحت الطبقات الدافئة ، أي يوجد انقلاب درجة الحرارةمما يساهم في تراكم الملوثات في الطبقة السطحية للهواء.
يتم تسهيل الانقلابات من خلال بعض ميزات الإغاثة ، مثل الحفر والوديان. يحدث عندما تكون هناك مواد على ارتفاع معين ، مثل الهباء الجوي ، يتم تسخينها مباشرة عن طريق الإشعاع الشمسي المباشر ، مما يؤدي إلى تسخين أكثر كثافة لطبقات الهواء العليا.
في بيئة التربة ، يعتمد الاستقرار اليومي والموسمي (التقلبات) في درجة الحرارة على العمق (الشكل 3.3). يسمح التدرج الكبير في درجات الحرارة (وكذلك الرطوبة) لسكان التربة بتزويد أنفسهم ببيئة مواتية مع حركات بسيطة.
أرز. 3.3 انخفاض في التقلب السنوي لدرجة حرارة التربة مع العمق
يمكن أن يؤثر وجود ووفرة الكائنات الحية على درجة الحرارة. على سبيل المثال ، تحت مظلة الغابة أو تحت أوراق نبات فردي ، توجد درجة حرارة مختلفة.
هطول الأمطار والرطوبة.الماء ضروري للحياة على الأرض خطة بيئيةإنه فريد (راجع الأقسام 2.1 و 2.2). في ظل نفس الظروف الجغرافية تقريبًا ، توجد صحراء حارة وغابة استوائية على الأرض (الشكل 3.4). الفرق هو فقط في المقدار السنوي لهطول الأمطار: في الحالة الأولى 0.2-200 ملم ، وفي الحالة الثانية 900-2000 ملم.
إن هطول الأمطار ، الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا برطوبة الهواء ، هو نتيجة تكاثف وتبلور بخار الماء في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. في الطبقة السطحية من الهواء ، تتشكل الندى والضباب ، وفي درجات الحرارة المنخفضة لوحظ تبلور الرطوبة - الصقيع أو تساقط الثلوج.
تتمثل إحدى الوظائف الفسيولوجية الرئيسية لأي كائن حي في الحفاظ على مستوى مناسب من الماء في الجسم. في عملية التطور ، طورت الكائنات الحية تكيفات مختلفة للحصول على المياه واستخدامها اقتصاديًا ، وكذلك لتجربة فترة الجفاف. تحصل بعض الحيوانات الصحراوية على الماء من الطعام ، والبعض الآخر عن طريق أكسدة الدهون المخزنة في الوقت المناسب (على سبيل المثال ، الجمل ، القادر على الأكسدة البيولوجيةمن 100 غرام من الدهون للحصول على 107 غرام من الماء الأيضي) ؛ في نفس الوقت ، لديهم الحد الأدنى من نفاذية الماء من التكامل الخارجي للجسم ، ونمط حياة ليلي في الغالب ، وما إلى ذلك. مع الجفاف الدوري ، السقوط في حالة من الراحة مع الحد الأدنى من معدل الأيض هو سمة مميزة.
أرز. 3.4. اعتماد نوع الغطاء النباتي على الظروف المناخية
تحصل النباتات البرية على الماء بشكل رئيسي من التربة. قلة هطول الأمطار ، والتصريف السريع ، والتبخر الشديد ، أو مزيج من هذه العوامل يؤدي إلى الجفاف ، والرطوبة الزائدة تؤدي إلى التشبع بالمياه وتشبع التربة بالمياه.
يعتمد توازن الرطوبة على الاختلاف بين كمية الهطول وكمية المياه المتبخرة من التربة وأسطح النبات (بواسطة النتح).في المقابل ، تعتمد عمليات التبخر بشكل مباشر على الرطوبة النسبية للهواء الجوي. في رطوبة قريبة من 100 ٪ ، يتوقف التبخر عمليًا ، وإذا انخفضت درجة الحرارة أكثر ، تبدأ العملية العكسية - التكثيف (أشكال الضباب ، الندى ، سقوط الصقيع).
بالإضافة إلى ما سبق ، فإن رطوبة الهواء مثل العامل البيئيعند قيمته القصوى (الرطوبة العالية والمنخفضة) ، فإنه يعزز تأثير (يفاقم التأثير) درجة الحرارة على الجسم.
نادرًا ما يصل تشبع الهواء ببخار الماء إلى قيمته القصوى. نقص الرطوبة هو الفرق بين الحد الأقصى الممكن والتشبع الفعلي عند درجة حرارة معينة. هذه واحدة من أهم العوامل البيئية ، لأنها تميز كميتين في آن واحد: درجة الحرارة والرطوبة. كلما زاد نقص الرطوبة ، كان الجفاف أكثر دفئًا والعكس صحيح.
وضع الترسيب - العامل الأكثر أهميةالذي يحدد هجرة الملوثات في البيئة الطبيعية وترشيحها من الغلاف الجوي.
تنقل البيئة.أسباب حركة الكتل الهوائية (الرياح) هي في المقام الأول التسخين غير المتكافئ لسطح الأرض ، مما يتسبب في انخفاض الضغط ، وكذلك دوران الأرض. يتم توجيه الرياح نحو الهواء الأكثر دفئًا.
تعتبر الرياح أهم عامل في توزيع الرطوبة والبذور والجراثيم والشوائب الكيميائية وما إلى ذلك على مسافات طويلة. فهي تساهم في تقليل تركيز الغبار والمواد الغازية بالقرب من الأرض بالقرب من مكان دخولها إلى الأرض. الغلاف الجوي ، وزيادة تركيزات الخلفية في الهواء بسبب الانبعاثات من مصادر بعيدة ، بما في ذلك النقل عبر الحدود.
تعمل الرياح على تسريع النتح (تبخر الرطوبة بواسطة الأجزاء الأرضية للنباتات) ، مما يؤدي بشكل خاص إلى تفاقم ظروف الوجود في الرطوبة المنخفضة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يؤثر بشكل غير مباشر على جميع الكائنات الحية على الأرض ، والمشاركة في عمليات التجوية والتعرية.
يساهم التنقل في الفضاء وخلط الكتل المائية في الحفاظ على التجانس النسبي (التجانس) للخصائص الفيزيائية والكيميائية للمسطحات المائية. يقع متوسط سرعة التيارات السطحية في نطاق 0.1-0.2 م / ث ، وتصل إلى 1 م / ث في بعض الأماكن ، و 3 م / ث بالقرب من تيار الخليج.
ضغط.يعتبر الضغط الجوي الطبيعي ضغطًا مطلقًا عند مستوى سطح المحيط العالمي بمقدار 101.3 كيلو باسكال ، أي ما يعادل 760 ملم زئبق. فن. أو 1 أجهزة الصراف الآلي. يوجد داخل الكرة الأرضية مناطق ثابتة من الضغط الجوي المرتفع والمنخفض ، وفي نفس النقاط يتم ملاحظة التقلبات الموسمية واليومية. مع زيادة الارتفاع بالنسبة إلى مستوى المحيط ، ينخفض الضغط ، ويقل الضغط الجزئي للأكسجين ، ويزداد النتح في النباتات.
بشكل دوري ، تتشكل مناطق الضغط المنخفض في الغلاف الجوي مع تيارات هوائية قوية تتحرك بشكل حلزوني باتجاه المركز ، والتي تسمى الأعاصير.تتميز بغزارة هطول الأمطار والطقس غير المستقر. تسمى الظواهر الطبيعية المعاكسة المضادات.تتميز بطقس مستقر ورياح خفيفة ، وفي بعض الحالات ، انعكاس درجة الحرارة. أثناء الأعاصير المضادة ، تنشأ أحيانًا ظروف أرصاد جوية غير مواتية ، مما يساهم في تراكم الملوثات في الطبقة السطحية للغلاف الجوي.
هناك أيضا البحر والضغط الجوي القاري.
يزداد الضغط في البيئة المائية أثناء الغوص. نظرًا لكثافة الماء (800 مرة) الأكبر بشكل ملحوظ من الهواء ، لكل 10 أمتار من العمق في خزان المياه العذبة ، يزداد الضغط بمقدار 0.1 ميجا باسكال (1 ضغط جوي). يتجاوز الضغط المطلق في قاع خندق ماريانا 110 ميجا باسكال (1100 ضغط جوي).
إشعاعات أيونية. الإشعاع المؤين هو الإشعاع الذي يشكل أزواجًا من الأيونات عند مروره عبر مادة ما ؛ معرفتي - إشعاع من مصادر طبيعية.لها مصدران رئيسيان: الإشعاع الكوني والنظائر المشعة والعناصر الموجودة في معادن قشرة الأرض ، والتي نشأت في وقت ما أثناء عملية تكوين مادة الأرض. نظرًا لعمر النصف الطويل ، فقد نجت نوى العديد من العناصر المشعة البدائية في أحشاء الأرض حتى يومنا هذا. وأهمها البوتاسيوم 40 ، والثوريوم 232 ، واليورانيوم 235 ، واليورانيوم 238. تحت تأثير الإشعاع الكوني في الغلاف الجوي ، تتشكل باستمرار المزيد والمزيد من نوى الذرات المشعة ، وأهمها الكربون 14 والتريتيوم.
تعد الخلفية الإشعاعية للمناظر الطبيعية أحد المكونات التي لا غنى عنها لمناخها. تشارك جميع المصادر المعروفة للإشعاع المؤين في تكوين الخلفية (الشكل 3.5) ، ومع ذلك ، فإن مساهمة كل منها في جرعة الإشعاع الإجمالية تعتمد على نقطة جغرافية محددة. الإنسان ، بصفته أحد سكان البيئة الطبيعية ، يتلقى الجزء الأكبر من التعرض من مصادر طبيعية للإشعاع ، ومن المستحيل تجنب ذلك. تتعرض كل أشكال الحياة على الأرض لإشعاع الكون عبر تاريخ الوجود وقد تكيفت مع ذلك.
أرز. 3.5 جرعات التعرض الإشعاعي المتلقاة ، مراد / جم. (على N.F Reimers): 1- الأشعة الكونية. 2 - أشعة ألفا الداخلية وإشعاع 40 ك في الكائنات الحية ؛ 3 - الإشعاع من مصادر خارجية محلية
تتميز المناظر الطبيعية للجبال ، بسبب ارتفاعها الكبير فوق مستوى سطح البحر ، بزيادة مساهمة الإشعاع الكوني. تحتفظ الأنهار الجليدية ، التي تعمل كحاجز ممتص ، في كتلتها بإشعاع الأساس الصخري الأساسي. تم العثور على اختلافات في محتوى الهباء الجوي المشعة فوق البحر والأرض. إجمالي النشاط الإشعاعي لهواء البحر أقل بمئات وآلاف المرات من النشاط الإشعاعي للهواء القاري.
هناك مناطق على الأرض تكون فيها كثافة الإشعاع أعلى بعشرات المرات من متوسط القيم ، على سبيل المثال ، مناطق ترسبات اليورانيوم والثوريوم. تسمى هذه الأماكن مقاطعات اليورانيوم والثوريوم. لوحظ مستوى ثابت ومرتفع نسبيًا من الإشعاع في نتوءات صخور الجرانيت.
تؤثر العمليات البيولوجية المصاحبة لتكوين التربة بشكل كبير على تراكم المواد المشعة في الأخير. مع وجود محتوى منخفض من المواد الدبالية ، يكون نشاطها ضعيفًا ، بينما تميزت chernozems دائمًا بنشاط محدد أعلى. إنه مرتفع بشكل خاص في تربة chernozem والمروج الواقعة بالقرب من كتل الجرانيت. وفقًا لدرجة الزيادة في النشاط المحدد للتربة ، يمكن ترتيبها مبدئيًا بالترتيب التالي: تربة منطقة السهوب وغابات السهوب ؛ تشيرنوزم. التربة النامية على الجرانيت.
إن تأثير التقلبات الدورية في شدة الإشعاع الكوني بالقرب من سطح الأرض على جرعة الإشعاع للكائنات الحية ضئيل عمليًا.
في العديد من مناطق العالم ، يصل معدل جرعة التعرض بسبب إشعاع اليورانيوم والثوريوم إلى مستوى التعرض الذي كان موجودًا على الأرض في وقت يمكن ملاحظته جيولوجيًا ، حيث حدث التطور الطبيعي للكائنات الحية. بشكل عام ، للإشعاع المؤين تأثير ضار أكثر على الكائنات الحية شديدة التطور والمعقدة ، ويكون الشخص حساسًا بشكل خاص. يتم توزيع بعض المواد بالتساوي في جميع أنحاء الجسم ، مثل الكربون 14 أو التريتيوم ، بينما يتراكم البعض الآخر في أعضاء معينة. لذلك ، الراديوم-224 ، -226 ، الرصاص 210 ، البولونيوم 210 يتراكم فيها أنسجة العظام. غاز الرادون 220 الخامل ، الذي يطلق أحيانًا ليس فقط من الرواسب في الغلاف الصخري ، ولكن أيضًا من المعادن التي يستخرجها الإنسان ويستخدمها كمواد بناء ، له تأثير قوي على الرئتين.
يمكن أن تتراكم المواد المشعة في الماء أو التربة أو هطول الأمطار أو الهواء إذا تجاوز معدل دخولها معدل التحلل الإشعاعي. في الكائنات الحية ، يحدث تراكم المواد المشعة عندما يتم تناولها مع الطعام ("قاعدة التضخيم الحيوي" ، انظر القسم 5.1.3).
هوموستاسيس، الاستتباب (من هومو... واليونانية ركود- عدم الحركة ، الحالة) ، قدرة النظم البيولوجية على مقاومة التغيرات والحفاظ على الثبات النسبي الديناميكي للتكوين والخصائص. مصطلح "الاستتباب" اقترحه دبليو كينون في عام 1929 لوصف الحالات والعمليات التي تضمن استقرار الكائن الحي. ومع ذلك ، فإن فكرة وجود آليات فسيولوجية تهدف إلى الحفاظ على ثبات البيئة الداخلية للجسم تم التعبير عنها في وقت مبكر من النصف الثاني من القرن التاسع عشر من قبل C. البيئة الداخلية كأساس لحرية واستقلال الكائنات الحية في بيئة خارجية متغيرة باستمرار.بيئة. لوحظت ظاهرة الاستتباب على مستويات مختلفة التنظيم البيولوجي.
التوازن الفسيولوجي. ارتبط ظهور الحياة على الأرض ، وظهور الكائنات أحادية الخلية بتكوين الخلية والحفاظ عليها باستمرار طوال الحياة لظروف فيزيائية كيميائية محددة تختلف عن الظروف البيئية. في الكائنات متعددة الخلايا ، تظهر بيئة داخلية توجد فيها خلايا أعضاء وأنسجة مختلفة ، وتتطور آليات التوازن وتتحسن. في سياق التطور ، يتم تشكيل أعضاء متخصصة للدورة الدموية ، والتنفس ، والهضم ، والإفراز ، وما إلى ذلك ، والتي تشارك في الحفاظ على التوازن. تمتلك اللافقاريات البحرية آليات استتبابية لتثبيت الحجم والتركيب الأيوني ودرجة الحموضة للسوائل الداخلية. بالنسبة للحيوانات التي انتقلت للحياة في المياه العذبة وعلى اليابسة ، وكذلك الفقاريات التي هاجرت من المياه العذبة إلى البحر ، تم تشكيل آليات تنظيم التناضح التي تضمن ثبات تركيز المواد النشطة تناضحيًا داخل الجسم. التوازن الأمثل في الثدييات ، والذي يساهم في توسيع إمكانيات تكيفها معها بيئة. بفضل التوازن ، ثبات حجم الدم (isovolemia) والسوائل الأخرى خارج الخلية ، وتركيز الأيونات فيها ، والمواد النشطة تناضحيًا (isoosmia) ، وثبات درجة الحموضة في الدم ، وتكوين البروتينات والدهون والكربوهيدرات فيه مضمون. في الطيور والثدييات ، يتم تنظيم درجة حرارة الجسم ضمن حدود ضيقة (تساوي الحرارة). تضمن الآليات الفسيولوجية الإضافية استقرار البيئة الداخلية للأعضاء الفردية (على سبيل المثال ، تحدد حواجز الدم والدماغ والعين الخصائص الخاصة للسوائل المحيطة بخلايا الدماغ والعينين).
يتم تحقيق التوازن من خلال نظام من الآليات التنظيمية الفسيولوجية. يتم تنفيذ الوظيفة الأكثر أهمية ، التكامل من قبل الجهاز العصبي المركزي وخاصة القشرة الدماغية ؛ تأثير السمبثاوي الجهاز العصبي، حالة الغدة النخامية والغدد الكظرية والغدد الصماء الأخرى ، ودرجة تطور أعضاء المستجيب. مثال على نظام الاستتباب المعقد الذي يتضمن آليات تنظيمية مختلفة هو نظام ضمان المستوى الأمثل ضغط الدم، والذي يتم تنظيمه وفقًا لمبدأ التفاعلات المتسلسلة مع التغذية المرتدة: يتم إدراك التغيير في ضغط الدم بواسطة مستقبلات الضغط في الأوعية الدموية ، ويتم نقل الإشارة إلى مراكز الأوعية الدموية ، ويؤدي التغيير في حالتها إلى تغيير في الأوعية الدموية لهجة ونشاط القلب. في الوقت نفسه ، يتم تشغيل نظام التنظيم العصبي الرضعي و ضغط الدميعود إلى طبيعته.
تعتبر انتهاكات الآليات الكامنة وراء عمليات الاستتباب بمثابة "أمراض التوازن". مع بعض الاصطلاحات ، تشمل الاضطرابات الوظيفية في الأداء الطبيعي للجسم المرتبطة بإعادة الهيكلة القسرية للإيقاعات البيولوجية ، وما إلى ذلك. معرفة قوانين التوازن البشري ذات أهمية كبيرة لاختيار الأساليب الفعالة والعقلانية لعلاج العديد من الأمراض.
في النباتات ، تعتبر البلازمية والبلازما اللونية ذات أهمية أساسية للحفاظ على التوازن على المستوى الخلوي. الأول ينظم تدفق أيونات المغذيات والمياه من البيئة الخارجية إلى الخلية وإطلاق الصابورة والأيونات الزائدة H + ، Na + ، Ca 2+ ، والثاني ينظم إمداد الركائز الاحتياطية من الفجوات في البروتوبلازم في حالة نقصها وإزالتها في الفجوة - في حالة وجود فائض. يتم تنفيذ استقرار القدرة التناضحية للخلايا بشكل أساسي عن طريق الحفاظ على تركيز معين داخل الخلايا من K + والأنيونات. على مستوى الأنسجة ، تشارك Plasmodesmata في الحفاظ على التوازن ، الذي ينظم التدفقات بين الخلايا للكربوهيدرات والركائز الأخرى.
التوازن الجيني ، أو السكان ، قدرة السكان على الحفاظ على الاستقرار النسبي وسلامة التركيب الوراثي في الظروف البيئية المتغيرة. يتم تحقيقه من خلال الحفاظ على التوازن الجيني لتردد الأليل أثناء العبور الحر للأفراد في السكان عن طريق الحفاظ على تغاير الزيجوت وتعدد الأشكال ، ومعدل واتجاه معينين لعملية الطفرة. تعتبر دراسة التوازن مهمة ملحة في دراسة أنماط التطور الجزئي. الاستتباب التنموي هو قدرة نمط وراثي معين على تكوين نمط ظاهري محدد في ظل مجموعة واسعة من الظروف.
يستخدم مفهوم "الاستتباب" على نطاق واسع في علم البيئة لوصف حالة النظم البيئية واستقرارها. بفضل التوازن ، يتم الحفاظ على ثبات تكوين الأنواع وعدد الأفراد في التكاثر الحيوي.
المستوى الخلوي
يوجد حاليًا العديد من المستويات الرئيسية لتنظيم المادة الحية: الخلوية ، والكائنات الحية ، والأنواع السكانية ، والتكاثر الحيوي ، والغلاف الحيوي.
على الرغم من أن مظاهر بعض خصائص الكائنات الحية ترجع بالفعل إلى تفاعل الجزيئات البيولوجية الكبيرة (البروتينات ، والأحماض النووية ، والسكريات ، وما إلى ذلك) ، ومع ذلك ، فإن وحدة بنية الكائنات الحية ووظائفها وتطورها هي خلية قادرة لتنفيذ ومطابقة عمليات تحقيق ونقل المعلومات الوراثية مع التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة وبالتالي ضمان عمل المستويات العليا من المنظمة. الوحدة الأولية لمستوى التنظيم الخلوي هي الخلية ، والظاهرة الأولية هي تفاعل الأيض الخلوي.
مستوى الكائن الحي
الكائن الحيهو نظام كامل قادر على الوجود المستقل. وفقًا لعدد الخلايا التي تتكون منها الكائنات الحية ، يتم تقسيمها إلى خلايا أحادية الخلية ومتعددة الخلايا. يتطابق المستوى الخلوي للتنظيم في الكائنات أحادية الخلية (الأميبا المشتركة ، الأوجلينا الخضراء ، إلخ) مع المستوى العضوي. كانت هناك فترة في تاريخ الأرض عندما تم تمثيل جميع الكائنات الحية فقط بأشكال وحيدة الخلية ، لكنها ضمنت عمل كل من التكوينات الحيوية والمحيط الحيوي ككل. يتم تمثيل معظم الكائنات متعددة الخلايا من خلال مجموعة من الأنسجة والأعضاء ، والتي بدورها لها أيضًا بنية خلوية. يتم تكييف الأعضاء والأنسجة لأداء وظائف معينة. الوحدة الأولية لهذا المستوى هي الفرد في تطوره الفردي ، أو نشأته ، لذلك يسمى المستوى العضوي أيضًا جيني.ظاهرة أولية لهذا المستوى هي التغيرات في الكائن الحي في تطوره الفردي.
مستوى السكان والأنواع
تعداد السكان- هذه مجموعة من الأفراد من نفس النوع ، يتزاوجون بحرية مع بعضهم البعض ويعيشون بعيدًا عن مجموعات أخرى مماثلة من الأفراد.
بين السكان ، هناك تبادل حر للمعلومات الوراثية ونقلها إلى الأحفاد. السكان هو الوحدة الأولية لمستوى الأنواع السكانية ، والظاهرة الأولية في هذه الحالة هي التحولات التطورية ، مثل الطفرات والانتقاء الطبيعي.
مستوى التكاثر الحيوي
التكاثر الحيويهو مجتمع مؤسس تاريخيًا من مجموعات سكانية من أنواع مختلفة ، مترابطة مع بعضها البعض ومع البيئة من خلال التمثيل الغذائي والطاقة.
التكوينات الحيوية هي أنظمة أولية يتم فيها تنفيذ دورة الطاقة المادية ، بسبب النشاط الحيوي للكائنات الحية. التكوينات الحيوية نفسها هي وحدات أولية من مستوى معين ، في حين أن الظواهر الأولية هي تدفقات الطاقة وتداول المواد فيها. تشكل التكوينات الحيوية المحيط الحيوي وتحدد جميع العمليات التي تحدث فيه.
مستوى الغلاف الحيوي
المحيط الحيوي- قشرة الأرض التي تسكنها الكائنات الحية وتحولها.
المحيط الحيوي هو أعلى مستوى من تنظيم الحياة على هذا الكوكب. تغطي هذه القشرة الجزء السفلي من الغلاف الجوي والغلاف المائي والطبقة العليا من الغلاف الصخري. المحيط الحيوي ، مثل جميع الأنظمة البيولوجية الأخرى ، ديناميكي ويتحول بنشاط بواسطة الكائنات الحية. إنها بحد ذاتها وحدة أولية لمستوى الغلاف الحيوي ، وكظاهرة أولية ، فإنها تنظر في عمليات تداول المواد والطاقة التي تحدث بمشاركة الكائنات الحية.
كما ذكرنا أعلاه ، يساهم كل مستوى من مستويات تنظيم المادة الحية في عملية تطورية واحدة: لا تقوم الخلية بإعادة إنتاج المعلومات الوراثية المتأصلة فحسب ، بل تقوم أيضًا بتغييرها ، مما يؤدي إلى ظهور مجموعات جديدة من علامات وخصائص الكائن الحي ، والتي بدورها تخضع لفعل الانتقاء الطبيعي على مستوى الأنواع السكانية ، إلخ.
النظم البيولوجية
تعتبر الكائنات البيولوجية بدرجات متفاوتة من التعقيد (الخلايا والكائنات الحية والمجموعات والأنواع والتكاثر الحيوي والمحيط الحيوي نفسه) بمثابة الأنظمة البيولوجية.
نظام- هذه هي وحدة المكونات الإنشائية ، التي يولد تفاعلها خصائص جديدة مقارنة بتركيبها الميكانيكي. تتكون الكائنات الحية من أعضاء ، وتتكون الأعضاء من أنسجة ، والأنسجة تشكل خلايا.
السمات المميزة للأنظمة البيولوجية هي سلامتها ، ومبدأ مستوى التنظيم ، كما ذكر أعلاه ، والانفتاح. يتم تحقيق سلامة النظم البيولوجية إلى حد كبير من خلال التنظيم الذاتي ، والعمل على مبدأ التغذية الراجعة.
إلى أنظمة مفتوحةتشمل الأنظمة التي يوجد بينها وبين البيئة تبادل للمواد والطاقة والمعلومات ، على سبيل المثال ، تلتقط النباتات في عملية التمثيل الضوئي ضوء الشمس وتمتص الماء وثاني أكسيد الكربون ، وتطلق الأكسجين.
السمات العامة للأنظمة البيولوجية: التركيب الخلوي ، التركيب الكيميائي ، التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة ، التوازن ، التهيج ، الحركة ، النمو والتطور ، التكاثر ، التطور
تختلف النظم البيولوجية عن أجسام الطبيعة غير الحية من خلال مجموعة من الميزات والخصائص ، من بينها التركيب الخلوي والتركيب الكيميائي والتمثيل الغذائي وتحويل الطاقة والتوازن والتهيج والحركة والنمو والتطور والتكاثر والتطور.
الوحدة الأساسية الهيكلية والوظيفية للمعيشة هي الخلية. حتى الفيروسات التي تنتمي إلى أشكال الحياة غير الخلوية غير قادرة على التكاثر الذاتي خارج الخلايا.
هناك نوعان من بنية الخلية: بدائية النواة وحقيقية النواة.لا تحتوي الخلايا بدائية النواة على نواة مشكلة ؛ وتتركز معلوماتها الوراثية في السيتوبلازم. تصنف البكتيريا في المقام الأول على أنها بدائيات النوى. يتم تخزين المعلومات الجينية في الخلايا حقيقية النواة في بنية خاصة - النواة. حقيقيات النوى هي نباتات وحيوانات وفطريات. إذا كانت جميع مظاهر الأحياء في الكائنات الحية أحادية الخلية متأصلة في الخلية ، فعندئذ يحدث تخصص الخلايا في الكائنات الحية متعددة الخلايا.
لا توجد في الكائنات الحية عنصر كيميائي، والتي لا توجد في الطبيعة غير الحية ، لكن تركيزاتها تختلف بشكل كبير في الحالتين الأولى والثانية. عناصر مثل الكربون والهيدروجين والأكسجين ، والتي هي جزء من المركبات العضوية ، تسود في الطبيعة الحية ، في حين أن المواد غير العضوية هي في الأساس خصائص الطبيعة غير الحية. أهم المركبات العضوية هي الأحماض والبروتينات النووية التي توفر وظائف التكاثر الذاتي والصيانة الذاتية ، ولكن لا أحد من هذه المواد هو الناقل للحياة ، حيث إنها ليست قادرة على التكاثر الذاتي بشكل فردي ولا في مجموعة - هذا تتطلب مجموعة متكاملة من الجزيئات والتركيبات ، وهي الخلية.
جميع الأنظمة الحية ، بما في ذلك الخلايا والكائنات الحية ، هي أنظمة مفتوحة. ومع ذلك ، على عكس الطبيعة غير الحية ، حيث يتم نقل المواد بشكل أساسي من مكان إلى آخر أو تتغير حالة التجميع ، فإن الكائنات الحية قادرة على التحول الكيميائي للمواد المستهلكة واستخدام الطاقة. يرتبط التمثيل الغذائي وتحويل الطاقة بعمليات مثل التغذية والتنفس والإفراز.
تحت تَغذِيَةعادة ما يفهم دخول الجسم ، وهضم واستيعاب المواد اللازمة لتجديد احتياطيات الطاقة وبناء جسم الجسم. وفقًا لطريقة التغذية ، يتم تقسيم جميع الكائنات الحية إلى التغذية الذاتيةو غيرية التغذية.
التغذية التلقائيةهذه كائنات قادرة على تصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية.
مغاير التغذية- هذه هي الكائنات الحية التي تستهلك مواد عضوية جاهزة للطعام.
يتم تقسيم autotrophs إلى ضوئي مؤثرات ضوئية و chemoautotrophs. فوتوتروفساستخدام طاقة ضوء الشمس لتخليق المواد العضوية. تسمى عملية تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة الروابط الكيميائية في المركبات العضوية البناء الضوئي.تشمل الصور ذات التغذية الضوئية الغالبية العظمى من النباتات وبعض البكتيريا (على سبيل المثال ، البكتيريا الزرقاء). بشكل عام ، لا يعد التمثيل الضوئي عملية منتجة للغاية ، ونتيجة لذلك تضطر معظم النباتات إلى اتباع أسلوب حياة متصل. كيميائيةاستخراج الطاقة لتخليق المركبات العضوية من المركبات غير العضوية. هذه العملية تسمى التخليق الكيميائي.المغذيات الكيميائية النموذجية هي بعض البكتيريا ، بما في ذلك بكتيريا الكبريت وبكتيريا الحديد.
الكائنات الحية المتبقية - الحيوانات والفطريات والغالبية العظمى من البكتيريا - هي كائنات غيرية التغذية.
عمليه التنفستسمى عملية تقسيم المواد العضوية إلى مواد أبسط ، حيث يتم إطلاق الطاقة اللازمة للحفاظ على النشاط الحيوي للكائنات الحية.
يميز التنفس الهوائي،تتطلب الأكسجين ، و اللاهوائيةتجري دون مشاركة الأكسجين. معظم الكائنات الحية عبارة عن أيروبس ، على الرغم من وجود اللاهوائية أيضًا بين البكتيريا والفطريات والحيوانات. أثناء تنفس الأكسجين ، يمكن تقسيم المواد العضوية المعقدة إلى ماء وثاني أكسيد الكربون.
تحت تسليط الضوءعادة ما يفهم إفراز الجسم من المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي والفائض من المواد المختلفة (الماء والأملاح وما إلى ذلك) التي تأتي مع الطعام أو تكونت فيه. عمليات الإخراج مكثفة بشكل خاص في الحيوانات ، في حين أن النباتات اقتصادية للغاية.
بفضل عملية التمثيل الغذائي والطاقة ، يتم ضمان علاقة الجسم بالبيئة والحفاظ على التوازن.
التوازن- هذه هي قدرة الأنظمة البيولوجية على مقاومة التغيرات والحفاظ على الثبات النسبي للتركيب الكيميائي والبنية والخصائص ، وكذلك ضمان ثبات الأداء في الظروف البيئية المتغيرة. يسمى التكيف مع الظروف البيئية المتغيرة التكيف.
التهيج- هذه خاصية عالمية للكائنات الحية للاستجابة للتأثيرات الخارجية والداخلية ، والتي تكمن وراء تكيف الكائن الحي مع الظروف البيئية وبقائهم على قيد الحياة. يتمثل رد فعل النباتات للتغيرات في الظروف الخارجية ، على سبيل المثال ، في تحويل شفرات الأوراق نحو الضوء ، بينما في معظم الحيوانات لها أشكال أكثر تعقيدًا لها طابع انعكاسي.
حركة المرورهي خاصية أساسية للأنظمة البيولوجية. يتجلى ليس فقط في شكل حركة الأجسام وأجزائها في الفضاء ، على سبيل المثال ، استجابة للتهيج ، ولكن أيضًا في عملية النمو والتطور.
الكائنات الحية الجديدة التي تظهر نتيجة التكاثر لا تتلقى سمات جاهزة من والديها ، ولكن بعض البرامج الجينية ، وإمكانية تطوير سمات معينة. تتحقق هذه المعلومات الوراثية خلال التطور الفردي. يتم التعبير عن التطور الفردي ، كقاعدة عامة ، في التغييرات الكمية والنوعية في الكائن الحي. تسمى التغييرات الكمية في الجسم نمو.إنها تتجلى ، على سبيل المثال ، في شكل زيادة في الكتلة والأبعاد الخطية للكائن الحي ، والتي تعتمد على تكاثر الجزيئات والخلايا والتركيبات البيولوجية الأخرى.
تطور الكائن الحي- هذا هو ظهور الاختلافات النوعية في البنية ، وتعقيد الوظائف ، وما إلى ذلك ، والتي تستند إلى تمايز الخلايا.
يمكن أن يستمر نمو الكائنات الحية طوال الحياة أو ينتهي في مرحلة معينة منها. في الحالة الأولى ، يتحدث المرء عن غير محدودأو النمو المفتوح.إنها مميزة للنباتات والفطريات. في الحالة الثانية ، نحن نتعامل مع محدودأو نمو مغلق ،متأصل في الحيوانات والبكتيريا.
مدة وجود الخلية الفردية ، والكائن الحي ، والأنواع والأنظمة البيولوجية الأخرى محدودة بالوقت ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تأثير العوامل البيئية ، وبالتالي ، يلزم التكاثر المستمر لهذه الأنظمة. يعتمد تكاثر الخلايا والكائنات الحية على عملية التكرار الذاتي لجزيئات الحمض النووي. يضمن تكاثر الكائنات الحية وجود الأنواع ، ويضمن تكاثر جميع الأنواع التي تعيش على الأرض وجود المحيط الحيوي.
الوراثةيسمى نقل خصائص الأشكال الأبوية في عدد من الأجيال.
ومع ذلك ، إذا تم الحفاظ على العلامات أثناء التكاثر ، فسيكون التكيف مع الظروف البيئية المتغيرة أمرًا مستحيلًا. في هذا الصدد ، ظهرت خاصية معاكسة للوراثة - تقلبية.
تقلب- هذه هي إمكانية اكتساب ميزات وخصائص جديدة خلال الحياة ، مما يضمن تطور الأنواع الصالحة وبقائها على قيد الحياة.
تطورهي عملية لا رجوع فيها للتطور التاريخي للأحياء.
هي مقرها على التكاثر التدريجي ، التباين الوراثي ، النضال من أجل الوجودو الانتقاء الطبيعي.أدى تأثير هذه العوامل إلى مجموعة كبيرة ومتنوعة من أشكال الحياة التي تتكيف مع الظروف البيئية المختلفة. لقد مر التطور التدريجي بسلسلة من المراحل: الأشكال ما قبل الخلوية ، والكائنات أحادية الخلية ، والكائنات الحية متعددة الخلايا المعقدة بشكل متزايد حتى الإنسان.
آليات استقرار النظم الحية
في الخلية طوال حياتها ، يتم الحفاظ على ظروف فيزيائية كيميائية محددة ، والتي تختلف عن الظروف البيئية. تسمى قدرة النظم البيولوجية على مقاومة التغييرات نسبيًا والحفاظ ديناميكيًا على الثبات النسبي للتكوين والخصائص التوازن. لوحظت ظاهرة الاستتباب على جميع مستويات التنظيم البيولوجي. تسمى قدرة الأنظمة البيولوجية على إنشاء وصيانة مؤشرات بيولوجية معينة تلقائيًا عند مستوى ثابت التنظيم الذاتي. مع التنظيم الذاتي ، لا تؤثر عوامل التحكم على النظام من الخارج ، بل تتشكل فيه بشكل مستقل. إن انحراف أي عامل حيوي عن الاستتباب بمثابة حافز لتعبئة الآليات التي تعيده. على سبيل المثال ، تؤدي زيادة درجة حرارة الجسم في الحرارة إلى زيادة التعرق ، وتنخفض درجة حرارة الجسم إلى المعدل الطبيعي. تتنوع مظاهر وآليات التنظيم الذاتي للأنظمة فوق العضوية - المجموعات السكانية والتكاثر الحيوي. في هذا المستوى ، يتم الحفاظ على استقرار بنية السكان ، وعددهم ، ويتم تنظيم ديناميكيات جميع مكونات النظم البيئية في الظروف البيئية المتغيرة. المحيط الحيوي نفسه هو مثال على الحفاظ على حالة الاستتباب ومظهر من مظاهر التنظيم الذاتي للأنظمة الحية. تمتلك جميع الكائنات الحية خاصية إعادة إنتاج نوعها ، مما يضمن استمرارية واستمرارية الحياة.
يمكن اختزال التكاثر في الكائنات الحية إلى شكلين: اللاجنسي والجنسي. أقدم شكل من أشكال التكاثر عديم الجنس . إنه شائع في الكائنات أحادية الخلية ، ولكنه قد يكون أيضًا من سمات الفطريات والنباتات والحيوانات متعددة الخلايا (نادر في الحيوانات عالية التنظيم). أبسط شكل من أشكال التكاثر اللاجنسي هو سمة من سمات الفيروسات. ترتبط عملية التكاثر لديهم بقدرة جزيئات الحمض النووي على التضاعف الذاتي. فيما يتعلق بالكائنات الأخرى التي تتكاثر اللاجنسي ، هناك التكاثر عن طريق الأبواغو التكاثر الخضري . يرتبط التكاثر عن طريق تكوين البوغ بتكوين خلايا متخصصة - الأبواغ ، التي تحتوي على نواة وسيتوبلازم ، مغطاة بغشاء كثيف وقادرة على الوجود على المدى الطويل في ظروف معاكسة ، مما يؤدي إلى ظهور أفراد بنات. هذا التكاثر نموذجي للبكتيريا والطحالب والفطريات والطحالب والسراخس. التكاثر الخضري - تكوين فرد جديد من أحد الوالدين. يحدث عن طريق فصل جزء من الكائن الأم وتحويله إلى كائن حي ابنة. يحدث في الكائنات متعددة الخلايا. أكثر أشكال التكاثر الخضري تنوعًا في النباتات هي العقل والبصيلات والبراعم وما إلى ذلك. في الحيوانات ، يحدث التكاثر الخضري إما عن طريق الانقسام أو عن طريق التبرعم ، عندما تتشكل ثمرة على جسم الأم - برعم ينمو منه فرد جديد. قد تنفصل البراعم عن الأم أو تظل متصلة بها ، مما يؤدي إلى تكوين مستعمرة (كما هو الحال في الاورام الحميدة المرجانية). يمكن أن يحدث تجزئة لجسم حيوان متعدد الخلايا إلى أجزاء ، وبعد ذلك يتطور كل جزء إلى حيوان جديد. هذا التكاثر هو نموذجي للإسفنج والهيدرا ونجم البحر وبعض الكائنات الحية الأخرى.
في التكاثر الجنسي يشارك شخصان من الوالدين ، مقدمين خلية جنسية واحدة لكل منهما - مشيج. كل مشيج يحمل نصف مجموعة من الكروموسومات. نتيجة لانصهار اثنين من الأمشاج ، يتم تكوين زيجوت ، يتطور منه كائن حي جديد. تستقبل البيضة الملقحة الصفات الوراثية لكلا الوالدين. جنبا إلى جنب مع الأشكال المجوفة بشكل منفصل ، هناك مجموعات من الحيوانات والنباتات التي لها أعضاء تناسلية من الذكور والإناث في كائن حي واحد - خنثى (نباتات ذاتية التلقيح: القمح والشعير ، إلخ).
مهمة تربية - نقل المعلومات الوراثية إلى الأجيال اللاحقة. يمر الكائن الحي في جميع مراحل التطور الفردي - التكوّن: إنه ينمو ويتطور ويتكاثر ويشيخ ويموت. يمكن أن تؤدي التغييرات في الظروف الخارجية إلى تسريع أو إبطاء نمو الكائن الحي. تحديد الحياة الفردية للكائنات الحية هو واحد من الشروط اللازمةلتطور الحياة على هذا الكوكب.
كما أن الأنظمة العضوية الفائقة (المجموعات السكانية ، والتكاثر الحيوي ، والمحيط الحيوي ككل) قادرة أيضًا على إعادة إنتاج نفسها ، والتطور والتغيير بمرور الوقت.
عمل مبدأ Le Chatelier في المحيط الحيوي
تم اشتقاق مبدأ Le Chatelier تجريبيًا من أجل التوازن الكيميائي: عندما يخرج عمل خارجي النظام من حالة توازن مستقر ، يتحول هذا التوازن في الاتجاه الذي ينخفض فيه تأثير الفعل الخارجي. فكر في تفاعل كيميائي قابل للانعكاس حيث تحفز العملية الأمامية العملية العكسية.
2 س 2 + س 2 2 س 2 س + س
يستمر هذا التفاعل مع إطلاق الحرارة. من الممكن تقييم تأثير العوامل المختلفة على حالة التوازن الديناميكي (عندما تكون معدلات التفاعلات الأمامية والعكسية متماثلة). إذا تم تخفيض درجة الحرارة في النظام المقترح ، فوفقًا لمبدأ Le Chatelier ، سيتم تحويل التوازن نحو نواتج التفاعل ، نظرًا لأن التفاعل طارد للحرارة. إذا قمت بزيادة درجة الحرارة - ثم في اتجاه مواد البداية. مع زيادة الضغط ، سيتم تحويل التوازن في اتجاه انخفاض الضغط في النظام ، أي تجاه منتجات التفاعل.
استعار علم البيئة هذا القانون بشكل عام: التأثير الخارجي ، الذي يخرج النظام عن التوازن ، يحفز العمليات فيه التي تميل إلى إضعاف نتائج هذا التفاعل.
في المحيط الحيوي ، يتم تحقيق هذا القانون في شكل القدرة على التنظيم الذاتي والحفاظ على الثبات النسبي للمعلمات المهمة للكائن الحي أو مجتمع الكائنات الحية (الاستتباب). يعتمد تنفيذ هذا المبدأ على التنظيم الحيوي العالمي للبيئة. طوال فترة وجوده ، تعرض المحيط الحيوي لاضطرابات خارجية مفاجئة: سقوط النيازك والانفجارات البركانية والكوارث الطبيعية الأخرى. ومع ذلك ، بسبب نشاط المادة الحية ، بعد هذه الاضطرابات ، تم ضمان العودة إلى حالة التوازن الأصلية.
المزيد أشار فيرنادسكي إلى الدور الهائل الذي تلعبه الكائنات الحية في استقرار حالة البيئة ، حيث يتم تنظيم تركيز جميع العناصر المهمة للكائنات الحية من خلال العمليات البيولوجية. شكلت الكائنات الحية رواسب صخرية عملاقة وجو الأكسجين والتربة. تمارس الكائنات الحية السيطرة الكاملة على العناصر الحيوية ، وتتحكم في تداولها. بفضل هذا ، يتم تنظيم حالة البيئة وبأعلى دقة ، الظروف المثلىلأجل الحياة. على مدى مليارات السنين من وجود الحياة ، لم تكن هناك مثل هذه الاضطرابات البيئية التي من شأنها أن تؤدي إلى تدمير المحيط الحيوي ككل. لا يمكن أن تؤثر الكائنات الحية على تدفق الإشعاع الشمسي أو شدة المد والجزر. ومع ذلك ، من خلال التغييرات الموجهة في تركيز العناصر الحيوية في البيئة وفقًا لمبدأ Le Chatelier ، يمكن أن تعوض عن عواقب العمليات الكارثية. يمكن تحويل فائض ثاني أكسيد الكربون في البيئة ، على سبيل المثال ، عن طريق الكائنات الحية إلى أشكال عضوية منخفضة النشاط ، ويمكن تعويض النقص بسبب تحلل المواد العضوية الموجودة في الدبال والجفت.
يمكن أن يؤدي انتهاك بنية الكائنات الحية في سياق النشاط الاقتصادي إلى تعطيل التفاعل المترابط للأنواع البيولوجية في الطبيعة للحفاظ على تداول المواد ويؤدي إلى تدمير المحيط الحيوي.
يتميز استهلاك المياه من قبل الشركات من مختلف المجموعات بتفاوت كبير. لتقييم حجم استهلاك المياه الصناعية ، يتم استخدام مفهوم "كثافة المياه للإنتاج" ، والذي يُفهم على أنه حجم المياه (م 3) اللازم لإنتاج 1 طن من المنتجات. في الجدول. 4 يوضح سعة المياه أنواع مختلفةالإنتاج.
يتميز أكبر استهلاك للمياه في هذه الصناعة بالطاقة والصناعات الكيماوية والبتروكيماوية وصناعات اللب والورق والمعادن الحديدية وغير الحديدية. محطة طاقة حرارية بطاقة 300 ميغاواط تستهلك 120 م 3 من المياه في الثانية أو 300 مليون م 3 / سنة. زاد استهلاك المياه في الصناعة بسرعة خاصة في القرن العشرين ، حيث بدأت الصناعات كثيفة الاستخدام للمياه مثل التخليق العضوي والبتروكيماويات في التطور.في الزراعة ، يرتبط ارتفاع استهلاك المياه بشكل أساسي بالزراعة المروية. لزراعة طن من القمحلموسم النمومطلوب 1500 م 3 ، 1 طن من الأرز - 8000 م 3 ، 1 طن من القطن - 5000 م 3 . في سياق النمو السريع لسكان العالم ، يلعب الري دورًا متزايد الأهمية في تحسين كفاءة الزراعة كمصدر رئيسي لتزويد الناس بالغذاء.
تحتل المرافق العامة مكانة خاصة في استخدام الموارد المائية: للأغراض المنزلية والشرب والمنزلية. للشرب ، يستهلك الشخص 2.0-2.5 لتر يوميًا. وفقًا لـ SNiP في روسيا ، فإن معيار استهلاك المياه يوميًا للفرد هو 250 لترًا ، للمقارنة في البلدان المتقدمة الأخرى - 150-200 لتر. في دول مختلفةومدن مختلفة ، استهلاك المياه مختلف ، لتر / (شخص اليوم):
أدى الضخ المفرط للمياه بسبب الزيادة في استهلاكها إلى انخفاض منسوبها مياه جوفيةفي جميع القارات. في الصين والهند ، أكبر دولتين في العالم من حيث عدد السكان ، تعتمد الإمدادات الغذائية على الزراعة المروية. في الهند ، سحب المياه من طبقات المياه الجوفية أكبر بمرتين من تراكمها ، لذلك ، في الهند ، في كل مكان تقريبًا ، تنخفض مستويات طبقات المياه الجوفية بالمياه العذبة بمقدار 1-3 أمتار سنويًا. في جزيرة مايوركا (قبالة سواحل إسبانيا) لا توجد حاليًا مياه عذبة على الإطلاق ، ويتم توفير احتياجات سكان الجزيرة من خلال ثلاثة مقطرات. تتكون الجزيرة من صخور يُعتقد أنها كانت جزءًا من القارة. كانت احتياطيات المياه العذبة في مايوركا بعد انفصالها عن شبه الجزيرة الأيبيرية كبيرة جدًا. من أجل زراعة منطقة المستنقعات ، قام سكان الجزيرة في القرون الماضية بضخ المياه باستخدام توربينات الرياح. اتضح أن هذه المياه كانت مليئة بالفراغات في الصخور.
يتزايد استهلاك المياه كل عام ، ويستخدم الشخص الكثير من احتياطياته ، لذلك في "المستقبل القريب" في العديد من البلدان قد تكون هناك مشكلة نقص المياه. النقص في المياه العذبة محسوس بالفعل في هولندا وبلجيكا ولوكسمبورغ والمجر. يستخدم الماء المقطر في الكويت والجزائر وليبيا ، والمقطرات القوية في ولايتي كاليفورنيا وأكلاهوما. وفقًا لمنظمة الصحة العالمية ، يعاني 1.2 مليار شخص من نقص المياه. يعتبر إمداد السكان بالمياه في بلدنا من أعلى المعدلات في العالم ، لذلك يتم استخدام المياه العذبة بشكل غير اقتصادي للغاية. والصعوبات في توفير الجودة للسكان يشرب الماءبالفعل. ربما في يوم من الأيام سنحصل على المياه العذبة من مياه البحر ، لكن يجب القول إن طرق تحلية المياه مكلفة ومعقدة.
يعتقد العلماء أنه لا توجد بلورات على الأرض ماء نظيف، وكل المياه العذبة قد تجاوزت الغلاف التكنوسفيري بالفعل ، لذا فهي تغير تركيبتها النوعية. السبب الرئيسي للتدهور الحديث للمياه الطبيعية للأرض هو التلوث البشري. مصادره الرئيسية هي:
مياه الصرف الصحي من المؤسسات الصناعية ؛
المياه العادمة من المرافق العامة للمدن والمستوطنات الأخرى ؛
الجريان السطحي لنظام الري والجريان السطحي من الحقول والمرافق الزراعية الأخرى ؛
ترسب الملوثات في الغلاف الجوي على سطح المسطحات المائية وأحواض تجميع المياه.
أصبح التلوث البشري للغلاف المائي الآن عالميًا بطبيعته وقلل بشكل كبير من موارد المياه العذبة المتاحة القابلة للاستغلال على هذا الكوكب. يبلغ الحجم الإجمالي لمياه الصرف الصناعي والزراعي والمنزلي ≈ 1300 كيلومتر مكعب. تبلغ الكتلة الإجمالية لملوثات الغلاف المائي 15 مليار طن سنويًا.
