Lecția 15 Ecosistemele ca sisteme biologice

Biosfera - cel mai înalt nivel de organizare deasupra individului - viața terestră care locuiește într-o parte a anvelopei geografice (atmosferă, hidrosferă, litosferă) - viața totală a Pământului Teoria Gaia: - Teoria biosferei lui James Lovelock - Gaia: figura mitologică greacă, zeiță, pământ - zeu conform teoriei, Gaia este un sistem de mediu la scară terestră (ecosistem global), adică combinația dintre biosferă și mediul neînsuflețit (atmosferă, hidrosferă, litosferă) - un sistem de autoreglare

- pentru formarea și supraviețuirea vieții, condițiile de mediu adecvate, acest sistem de autoreglare a fost menținut și menținut de civilizația umană, în propriile sale activități, a creat un habitat din ce în ce mai artificial din ecosistemul global, efectul său negativ a avut ca rezultat probleme precum: - explozie a populației - tensiuni sociale în creștere (provocând șomaj, consum de droguri, criminalitate, boli infecțioase) - arderea surselor de energie pe scară largă (neregenerabile)

Consecințe: eliberarea în aer a unor cantități mari de gaze cu efect de seră și ploi acide (CO2, SO2, NOX) ploaie acidă de încălzire globală - scăderea concentrației de ozon stratosferic, creșterea radiației UV dăunătoare la suprafață (randamentul plantelor scade, riscul dezvoltării anumite tipuri de cancer de piele) - ca urmare a accentului pus pe abordarea consumatorului, s-a dezvoltat o criză ecologică (deșeuri, probleme de biodiversitate).

Ecosistem = sistem de mediu - combinația de asociere și habitat, deci constă din părți vii și non-vii, dar ca ecosistem putem studia multe sisteme diferite, de ex. un lac, baltă, pădure, luncă, biosferă etc. - funcționarea sa este reglementată de regulamentul pe care îl adaptează la efectele mediului de ex. într-o pădure, populația de fag are un anumit număr de indivizi, dacă 20 de indivizi bătrâni sunt răsturnați de furtună, indivizii sunt înlocuiți cu numărul de populații și cu cât este mai diversă asocierea, cu atât este mai ușor să se adapteze

- procese caracteristice: circulația materialului și fluxul de energie Circulația materialului: circulația materiei în ecosistem - în partea vie a ecosistemului, în asociere: substanța se deplasează între nivelurile nutriționale ale populațiilor - tipuri de niveluri nutriționale: - nivelul producătorilor: materie anorganică din mediul neînsuflețit populații de fotosintetizatori (plante) populații de chimiosintetizatori (bacterii) - nivelul consumatorilor (consumatori): sunt capabili să creeze compuși organici numai din materia organică produsă de producători

populații de organisme heterotrofe (animale, oameni) - consumatori primari: erbivore - consumatori secundari: prădători, omnivori - consumatori terțiari: prădători care consumă prădători, omnivori prădători de top: consumatori care nu au consumator, chiar și elefantul - niveluri de descompunători: populații de heterotrofi organismele (bacterii, ciuperci, animale - își creează propria materie organică din materia organică a organismelor moarte la diferite niveluri - convertesc materia organică înapoi în materie anorganică, menținând astfel ciclul materiei în natură

Sistemul de relații al nivelurilor nutriționale

Circulația materială într-o comunitate de viață

În ecosistem, populațiile formează sisteme alimentare liniare, lanțuri alimentare.

- în ecosistem, lanțurile alimentare sunt interconectate, formând o rețea alimentară - cu cât lanțurile alimentare sunt conectate mai multe puncte, cu atât comunitatea vieții este mai stabilă

Fluxul de energie: - asociațiile ecosistemelor sunt sisteme materiale deschise, necesită energie externă pentru a funcționa, această energie (în majoritatea asociațiilor) este energia luminii Soarelui - energia luminii absorbite la nivelul producătorilor este transformată în energie chimică în timpul fotosintezei și încorporată în compușii organici formați - în compușii organici soarta energiei chimice stocate: - o parte semnificativă a energiei este utilizată în procesele de viață solicitante, în timp ce este generată și energie termică, care este eliberată în mediu - energia chimică a producătorul distrus atinge nivelul de descompunători

- energia rămasă atinge nivelul consumatorilor, există o pierdere semnificativă de energie între nivelul producătorilor și consumatorilor - de asemenea, la nivelul consumatorilor energia chimică este parțial utilizată în procesele lor consumatoare de energie și este eliberată în mediu sub formă de energie termică; descompunători - descompunătorii folosesc o parte din energia lor chimică în procesele lor consumatoare de energie și descompun compușii organici în compuși anorganici și eliberează energia eliberată în mediu

Fluxul de energie între nivelurile nutriționale

Fluxul de energie este un proces unidirecțional, energia intră în asociere, scade în cantitate și este eliminată din sistem. Motivul pierderii de energie între fiecare nivel nutrițional este: - o parte din energia la niveluri este consumată pentru funcțiile vieții, energia este scăpată de la nivelul producătorilor și consumatorilor la nivelul descompozitorilor - o parte din energia chimică de la niveluri este eliberată și sub formă de energie termică Este necesară reaprovizionarea continuă din cauza pierderii de energie.

În ecosistem, fluxul de materie și fluxul de energie sunt inseparabile: - fluxul de materie poate avea loc cu energie - energia stocată în materie se deplasează între nivelurile nutriționale

Fluxul de materiale și fluxul de energie

Producția biologică, biomasa și piramidele ecologice Producția biologică: nivelurile procesului de producție (sau transformare) a materiei organice din ecosistem: - producția primară: crearea materiei organice de către producători - producția secundară: materia organică de către consumatori și crearea descompunătorilor ( de fapt, numai conversie) Biomasă: cantitatea de materie organică pe unitate de suprafață componente principale: fitomasă - biomasă vegetală zoomassass - biomasă animală

Piramide ecologice: - reprezintă relațiile cantitative ale relațiilor nutriționale ale ecosistemului - forma piramidei rezultă din pierderea de energie dintre fiecare nivel nutrițional - tipurile sale: - numărul de indivizi (sau nutrițional) piramidă: arată schimbarea numărului de indivizi pe nivel nutrițional: - arată dezvoltarea energiei - piramida energetică: arată dezvoltarea energiei după nivelul nutrițional

Lecția 16 Rotația materialelor din ecosistem

Cantitatea de materie de pe Pământ a rămas neschimbată de la apariția vieții: - a folosit aceeași substanță de multe ori de la evoluția sa - substanța a circulat în ecosisteme, s-a schimbat și a luat diferite forme - Metabolismul biogeochimic al ecosistemelor: - în partea vie a ecosistemelor în procesele biochimice în partea neînsuflețită din procesele geochimice - ciclul AC, O, N, H2O, P

Ciclul carbonului Produce CO2 prin schimbul de gaze, din aer sau apă, încorporând CO2 carbon în compusul organic rezultat în timpul fotosintezei lor (în principal se formează glucoză, din glucoză se formează alte tipuri de compuși organici). Se descompune în oxidarea biologică, CO2 și apa sunt (se eliberează energie chimică), CO2 este returnat mediului prin schimb de gaze

Sursa de carbon a consumatorilor este materia organică a producătorilor, direct sau indirect, soarta compușilor organici absorbiți: unii dintre aceștia sunt eliberați în atmosferă sub formă de CO2 în timpul expirației (format în oxidarea biologică), unii sunt încorporați în organismele consumatoare ca carbon în compușii lor organici

Odată cu dispariția producătorilor și consumatorilor, carbonul din compușii lor organici ajunge la nivelul organismelor în descompunere, descompunătorii transformă unii dintre compușii organici în compuși organici proprii, majoritatea compușilor organici sunt complet descompuși și carbonul este eliberat înapoi în mediu sub formă de CO2. de obicei foarte lent, se formează primii compuși humici, din care CO2 este eliberat treptat.

Dacă descompunerea este lipsită de oxigen de milioane de ani, țițeiul, gazele naturale și cărbunele sunt formate din reziduuri organice. Carbonul stocat în ele este astfel lăsat în afara circulației pentru o perioadă mai lungă de timp. Omul scoate petrolul la suprafață prin exploatare și apoi folosește cărbunele. În timpul utilizării, dioxidul de carbon și monoxidul de carbon sunt eliberate astfel încât carbonul să fie readus în ciclu. Ocazional, activitatea vulcanică eliberează, de asemenea, gaze de carbon în aer. Din CO2, se poate forma CaCO3 în ape și din acesta se formează var-rocă. Mișcările sale de scoarță aduc calcarul la suprafață în apă acidă sau acizii rădăcini ai plantelor eliberează CO2, care este readus în atmosferă

CO2 + H2O = H2CO3 = HCO3- + H3O + din HCO3- CO3-- CO3-- + Ca ++ = CaCO3 CaCO3 + H2CO3 = Ca ++ + 2HCO3- Ca ++ + 2HCO3- = CaCO3 + CO2 + H2O

Ciclul oxigenului - 21% din gazele din aer sunt oxigen. Conținutul de oxigen din apă și sol provine și din aer. - Producători de oxigen: organisme fotosintetice - Solicitanți de oxigen (consumatori): - organisme biodegradabile (organisme aerobe) - industrie, agricultură, transport, gospodării

Ciclul azotului - Există mai multe moduri în care azotul poate fi circulat: - NOx este generat în timpul descărcărilor electrice atmosferice (fulger) și, ca NO2s, NO3s - sunt depuse în sol prin precipitații - de solul liber și de anumite plante. Bacteriile care leagă azotul din cortex reduc moleculele de azot din aerul solului la NH3, NH3 este transformat în nitrați de bacteriile nitrificante din sol

- Nitrații se formează în cea mai mare cantitate în timpul descompunerii compușilor N organici ai organismelor moarte și murdare. descompunerea se face de către bacterii și ciuperci în timpul procesului, amoniacul se formează din compuși N (amonificare), nitriți și apoi ion nitrat din amoniac (nitrificare) - Plantele preiau azot din sol mai ales sub formă de ion nitrat și amoniu ion. Azotul este încorporat în compușii lor N organici Animalele asigură nevoile lor de azot din compușii N organici ai plantelor prin dieta lor.

- Bacteriile denitrificante anaerobe transformă nitrații înapoi în azot molecular, care este eliberat în aer în procesul de reducere a conținutului de azot din sol care poate fi absorbit de plante.

Ciclul apei - Diferența față de celelalte cicluri ale substanțelor studiate este că doar 1% din apa care participă la ciclu este încorporată în viața biosferei.

Ciclul fosforului - Apa dizolvă fosfații din roci, fosfații ajung în apa dulce și de mare și în sol - Plantele preiau fosfor din aceasta, soluții apoase de compuși anorganici, sub formă de hidrogen fosfat - Apă care conține fosfor sau fosfor de la animale direct sau indirect consumul de alimente - Compușii organici P ai organismelor moarte sunt descompuși de bacterii în compuși anorganici care conțin fosfor, care pot fi preluați de plante

- Cantități mari de fosfor din peștii marini sunt transferate păsărilor de pradă, păsărilor care mănâncă pești (de exemplu pescărușii), fecalele se acumulează în fermele mari de păsări, guano conține cantități mari de fosfor, guano este extras și vândut ca îngrășământ natural care conține cantități mari de fosfor.coaste