Чем можно заменить природные ресурсы
Как изменится мир, когда мы откажемся от невозобновляемых энергетических ресурсов
Чем заменять невозобновляемые источники энергии
Для наглядности мы не только расскажем о них, но и сравним с выработкой невозобновляемых ресурсов. Самые распространенные варианты создания электроэнергии — тепловые и газотурбинные электростанции. Общая номинальная мощность — более 170 тысяч МВт. Всего в России их более 376, а главным ресурсом для них служат невозобновляемые источники энергии (газ, уголь, реже мазут и дизельное топливо). Для справки: небольшая ТЭЦ «съедает» более 500 вагонов угля… в день. Очевидно, что если полностью полагаться на такие виды топлива, то рано или поздно придёт глобальный энергетический кризис и отбросит нас обратно в каменный век.
Ветряные генераторы
Альтернативой ТЭЦ может выступить ветряная энергия, преобразуемая через ветрогенераторы, или, как их называют в народе, «ветряные мельницы». Например, ветрогенератор Vestas V-164 способен вырабатывать до 8–10 МВт при площади 21 м². Соответственно, для выработки 170 тысяч МВт потребуется около 17 тысяч таких ветряных мельниц, а суммарная площадь их размещения составит всего 357 км². Для наглядности: общая площадь нашей страны — 17 125 191 км². В довесок скажем, что заселены эти территории менее чем на 45 %, а значит, территориальных сложностей, как в малых странах Европы, не будет. Да, на постройку потребуются дополнительные средства, но по подсчетам ученых американского University of Wisconsin-Madison ветрогенераторы производят в 17–40 раз больше энергии, чем потребляют во время эксплуатации. Самоокупаемость лишь вопрос времени (при 9 руб. за кВт/ч для предприятий — от 5 лет). Благо с альтернативной энергетикой оно на нашей стороне.
Солнечные батареи
Благодаря солнечной энергии, Германия, которая почти в 48 раз меньше России, уже вырабатывает более 38 250 МВт, что всего в 4,5 раза меньше, чем суммарная мощность 376 наших ТЭЦ и ГТЭС. Хотим заметить, что в вопросе солнечной энергетики в России всё не так плохо, как с ветряными генераторами. В 2019 году запущена Елшанская солнечная электростанция, вырабатывающая 25 МВт; на 100 МВт — строится в Бурятии. На стадии строительства находятся еще 29 СЭС. Кроме того, в «Сколково» ведутся масштабные исследования по разработке собственных энергогенерирующих систем. Это должно увеличить спрос, ускорить внедрение подобных технологий, при этом снизив стоимость их введения в эксплуатацию.
Основным преимуществом солнечных батарей, помимо возобновляемости, остается высокая вариативность установки: непригодные для сельскохозяйственной деятельности поля, крыши зданий, прибрежные и морские участки. Солнце и ветер есть везде, в отличие от сетей. При эффективном комбинировании ветряных мельниц и солнечных батарей наиболее теплые регионы могли бы сократить количество ТЭЦ, ГТЭС, АЭС и других ресурсоёмких и опасных способов получения энергии. Сегодня солнечные модули и электростанции уже стали доступны даже частному сектору и пользуются популярностью у владельцев загородных домов.
На данный момент по степени простоты введения в эксплуатацию эти варианты можно считать самыми оптимальными, но есть и другие виды возобновляемых ресурсов, которые активно изучаются.
Биомасса
Отходы сельскохозяйственной деятельности, деревообрабатывающих производств и другие отходы натурального происхождения можно использовать в качестве топлива для вращения генерирующих турбин. При рациональном использовании древесины, её целенаправленном выращивании деревья станут отличным возобновляемым энергоресурсом. Главное — поддерживать баланс разведения и потребления, а также инвестировать в воздухоочистительные сооружения, чтобы минимизировать влияние продуктов горения на атмосферу.
Гидроэлектростанции
ГЭС, построенные на крупных реках и искусственно циркулирующих водоемах, могут также генерировать электричество, вращая турбины для преобразования энергии. В отличие от нефти и газа, вода не просто сгорает, а испаряется и продолжает циркулировать в экосистеме планеты.
Что изменится после перехода к возобновляемым энергоисточникам
Несмотря на острую необходимость перехода к возобновляемым ресурсам, этот процесс искусственно затягивается. Да, есть государства, которые более рассудительно относятся к вопросу использования природных ископаемых, но страны с недостаточно прогрессивной промышленностью и слабой экономикой не могут резко отказаться от нефти и газа. Давать прогнозы, когда произойдет полный переход, очень сложно. Зато мы можем спрогнозировать, что изменится, если человечество образумится и перейдет к альтернативным источникам топлива. А ты — приблизить этот момент.
Замедлится глобальное потепление
Как мы уже сказали, в России ТЭЦ и ГТЭС более 376. Прибавь к этому другие страны и все виды производства, которые, как кипятильник в кружке, повышают температуру всего содержимого. Так и возникает парниковый эффект, влияющий на скорость таяния ледников, истончение озонового слоя, активное парообразование и высвобождение углекислого газа из океанов. К слову, в глубинах океанов его в 50–100 раз больше, чем в атмосфере. Переход на солнечную и ветряную энергию позволит сократить количество предприятий, базирующихся на термогенерации, а значит, «кипятильник» начнет остывать. Вместе с ним начнет медленно остывать и атмосфера.
Снизится цена топлива
Сейчас практически вся энергоиндустрия базируется на ископаемых ресурсах. А поскольку ресурс ограничен — его цена очень сильно зависит от логистики. К примеру, транспортные компании, специализирующиеся на перевозках угля, ежегодно симулируют нехватку мощностей и таким способом создают угрозу дефицита угля перед отопительным сезоном. Так они искусственно повышают стоимость своих услуг (до + 55 %), а заодно и цены на электроэнергию. Массовое внедрение возобновляемых источников убьет сразу двух зайцев: позволит производить электричество не только из горючего топлива и сделает электроэнергию дешевле и доступнее. Появление альтернативы с низкой стоимостью приведет к изменению спроса, который сделает ископаемые виды топлива менее ликвидными. Предпосылки к этому есть уже сейчас. Китай из-за малого количества нефтяных месторождений массово внедряет ветрогенераторы. Суммарная мощность вырабатываемого ими электричества превышает 114 763 МВт. На фоне этого снижается общая доля потребления нефтепродуктов, что напрямую влияет на цену бензина. За 2018 год в Китае его цена снижалась 6 раз.
Электрокары станут доступнее
На фоне общего роста сознательности населения, уменьшения цен на электроэнергию и популяризации осмысленного потребления многие люди станут отдавать предпочтение электрокарам. Крупные автомобильные концерны в рамках конкуренции будут вынуждены удовлетворять потребительский спрос. Это приведет к массовому производству и формированию более низкой стоимости. Кроме того, с переходом на альтернативную энергетику решится главная проблема электрокаров — отсутствие развитой сети зарядных станций с унифицированным разъемом. Полная зарядка даже в пиковые часы будет обходиться автомобилисту дешевле, чем заправка бака обычного автомобиля самым дешевым топливом — сжатым природным газом. Топливная экономия на 100 тыс. км при использовании электричества вместо бензина — около 300 тысяч рублей (при условии зарядки в ночные часы).
Появятся новые рабочие места
В поисках альтернатив всегда появляются концептуально новые отрасли и специалисты. Разумеется, сфера альтернативной энергетики не станет исключением. Несмотря на высокую технологичность и автоматизированность производств, для их обслуживания будут нужны квалифицированные специалисты — инженеры, энергетики, учёные, программисты, физики, менеджеры и технический персонал. Кроме того, появится возможность вести гонку за инновациями, а не борьбу за ископаемые, и в этой гонке интеллектуальный ресурс будет самым ценным.
Уменьшится вред для экологии
При переходе на возобновляемые ресурсы сократится количество вредных выбросов от производств, энергодобывающих предприятий, выхлопных газов автомобилей. Снижение темпов глобального потепления будет способствовать сохранению экосистемы. Начнется естественный процесс очищения водоемов и увеличения доли питьевой воды. Прекратится разрушение озонового слоя и снизится доля радиации, испускаемой Солнцем. Это продлит период существования человечества на планете и сделает его безопасным. Ну а нам не придется переселяться на Марс, чем мы спасем и его экологию.
10 инновационных методов экономии природных ресурсов
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
10. Водосборная башня Warka
Конструкция высотой 9 метров и весом 60 кг состоит из клети, изготовленной из бамбука и особенных полимерных материалов, и собирает воду по капелькам. Установку могут собрать и установить 4 человека за пару часов. Конструкция за день способна собрать до 100 литров воды без усилий. С эфиопского языка “warka” означает дикое фиговое дерево, которое растет на территории страны и является символом плодородия и щедрости. В 2015 году планируют установить подобные водосборные башни в нескольких селениях по всей стране. Удивительно, но простая, дешевая и элегантная конструкция способна решить серьезную проблему.
9. Энергетическая башня
В основе «Энергетической башни» лежит принцип противоположный работе аэротермической электростанции циклонного действия. Вместо того чтобы нагревать воздух у поверхности земли и поднимать его вверх, воздух охлаждается наверху и опускается вниз. Чтобы достичь такого результата, ученые распыляют воду, создавая эффект дождя. Воздух охлаждается при испарении воды. Так как холодный воздух тяжелее теплого, он быстро опускается вниз, запускает турбины у основания башни, которые и производят электричество.
Стратегически такая башня должна быть до 1 000 м в высоту, что выше Эмпайр-стейт-билдинг в 3 раза и на 20% выше самых высоких конструкций в мире. Но она относительно дешевая, несмотря на размеры, и будет эффективно работать в жарком климате возле источника воды. Кроме выработки электричества, башня сможет на 50% сэкономить расходы на опреснение воды из системы канализаций городов, которые находятся вблизи башни. В бассейнах с морской водой, которые находятся рядом с башней, можно разводить до 160 000 тонн рыбы, а холодный и влажный воздух сможет частично повлиять на климат региона, который станет благоприятным для развития сельского хозяйства. Впрочем, со временем соли и другие осадочные вещества будут затруднять работу турбин.
8. Биохолодильник
Энергозатраты традиционных домашних холодильников, даже самых экономных моделей, составляют до 8% к счету за электричество. С момента самой идеи создания холодильника в 1748 году и появления первых прототипов в 1920-х годах его технология не очень изменилась за последнее время. Внешне они кардинально отличаются, но до сих пор работают на химических реагентах, которые вредны для здоровья.
Однако в 2010 году на конкурсе Electrolux Desin Lab российский инженер Юрий Дмитриев представил идею холодильника будущего. Вместо привычного корпуса продукты хранятся в специальном биополимерном геле, который поглощает тепло из продуктов и вырабатывает свет. В холодильнике нет мотора, 90% объема полностью используется для хранения продуктов. Холодильник доступен в разнообразных формах и размерах, так как и двери, и полки отсутствуют. Будет возможность поместить холодильник даже на потолке при желании. Пока что идея не реализована, так как нет еще технологий, которые могут обеспечить работу такого холодильника, но она показывает, какими могут стать холодильники в 2050 году.
7. Шарообразный детонатор Mine Kafon
Более 50 миллионов наземных мин остались в земле в таких странах как Ангола, Камбоджа, Афганистан, Ирак и Мозамбик – эпицентрах военных конфликтов. Люди до сих пор лишаются рук и ног из-за скрытой опасности. Чтобы обезвредить одну мину необходимо истратить до 1 200 долларов, а так как в Анголе их насчитывается где-то 20 миллионов, то необходимо истратить 24 миллиарда долларов на разминирование.
Массуд Хассани, афганский инженер и беженец в прошлом, сконструировал низкобюджетное устройство. Вес конструкции составляет 70 кг. Это достаточно тяжелое устройство для того, чтобы активировать наземную мину, но достаточно легкое, чтобы двигаться под действием ветра. Внешне конструкция, выполненная из бамбука и разлагаемого микроорганизмами пластика, напоминает одуванчик, а двигается, как перекати-поле. За одно путешествие устройство может обезвредить 3-4 мины, до полного самоуничтожения. Стоимость конструкции – 40 долларов.
Конструкция Mine Kafon оснащена встроенным GPS, которая позволяет обнаружить устройство и его маршрут, что необходимо для создания карты освобожденных от мин территорий. Тем не менее, проект находится в стадии разработки и имеет некоторые недостатки, среди которых, например: невозможность обезвредить каждую мину, встречающуюся на пути; поверхность должна быть относительно ровной – без впадин, возвышенностей и растительности. Хассани знает об этих недостатках и говорит, что будущие поколения устройства будут оснащены электромотором и металлическим детектором, чтобы не пропускать ни одну мину.
6. Аэрогель
Аэрогель – это твердый материал, полученный из кремневого геля путем удаления всей жидкости, но сама молекулярная структура осталась неповрежденной. Состоит он из 99,98% воздуха, что делает его чрезвычайно легким, но хрупким. Материал способен выдержать вес в 4 000 раз превышающий собственный, но может легко сломаться при легком сгибании.
Сегодня его используют в космической инженерии и исследованиях, для сбора кометной пыли и как изоляционный материал. Ученые пытаются добиться большей прочности от аэрогеля и стойкости к разным видам внешнего воздействия, чтобы расширить его практическое применение. Аэрогель, который также называют «замороженный дым», может помочь сэкономить расходы на тепло. Так как материал практически полностью состоит из воздуха, а это самый лучший изолятор, то он поможет сберегать тепло внутри помещения.
5. Напиток «Сойлент»
Чтобы приготовить хорошую еду, необходимо потратить достаточно много времени, а традиционная пища содержит много жиров и пустых калорий и является не совсем полезной. Группа американских энтузиастов взялась за решение проблемы, связанной с заменой твердой пищи смесью минералов и полезных веществ, необходимых для организма. Полученный продукт с названием, пришедшим из научной фантастики, «Сойлент», является эквивалентом рационального питания. Сотни людей в процессе эксперимента несколько месяцев жили, употребляя его, и чувствовали себя лучше обычного. Продукт весьма дешевый в приготовлении, удобный в хранении и особенно подходит занятым людям. В 2014 году порция напитка стоила 3 доллара. Подобный продукт сможет решить проблему голода в мире.
4. Биологическое свечение
Ученые сегодня работают над тем, чтобы наделить растения генами медуз и светлячков, которые подарят им возможность светиться в темноте. Цель эксперимента, несмотря на его странность и романтичность – заменить уличные фонари в городах и тем самым сэкономить энергетические ресурсы. Исследователи Государственного университета Нью-Йорка пытаются срастить гены биолюминесцентных бактерий и растения, для того чтобы клетки последнего могли накапливать солнечный свет. Эксперимент оказался удачным, и ученые получили домашнее растение, которое светится в темноте. По такому принципу можно вырастить деревья, которые будут освещать улицы вместо фонарей.
3. Волновой реактор
Ядерная энергия – это самое эффективное решение энергетической проблемы человечества и проблемы парникового эффекта. Несмотря на катастрофы (Чернобыль 1986 и Фукусима 2011), она является самой безопасной и экологически чистой технологией. Но до тех пор, пока эта технология использует ископаемые ресурсы, а именно уран-235, то существует проблема с их истощением.
2. Солнечная плита
Солнечная плита – это дешевое и экологическое устройство, способное сконцентрировать солнечные лучи с помощью зеркальной или металлической поверхности. В сравнении с обычными плитами время приготовления пищи на солнечной всего на 10-15% дольше, но без затрат топлива. В развивающихся странах, где люди не имеют возможности получить полный комфорт от цивилизации, такие плиты просто бесценны. Они снимают проблему обеспечения древесиной, особенно в районах с бедными лесными ресурсами, особенно в пустынях. Вес солнечной плиты очень маленький, ее может поднять даже ребенок.
1. Вибрирующие платформы
Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:
Текст книги «Экология: Шпаргалка»
Автор книги: Коллектив Авторов
Жанр: Прочая образовательная литература, Наука и Образование
Текущая страница: 3 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]
16. АБИОТИЧЕСКИЕ И БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
К абиотическим экологическим факторам – компонентам неживой природы – относятся: климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.); геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.); орографические (рельеф местности); эдафические, или почвенно-грунтовые (плотность, структура, рН, химический состав и др.); гидрологические – вода, течение, соленость, давление и др.
Биотические (экологические) факторы: воздействие живых организмов друг на друга (взаимодействие между особями в популяциях и между популяциями в сообществах). При этом взаимоотношения могут быть внутривидовыми (взаимодействия между особями одного вида) и межвидовыми (между особями разных видов). По типу взаимодействия различают протокооперацию (симбиоз), мутуализм, комменсализм, внутри– и межвидовую конкуренцию, паразитизм, хищничество, аменализм, нейтрализм. В зависимости от воздействующего организма биотические факторы делят на фито-, зоо– и микробогенные (собственно влияние растений, животных и микроорганизмов).
От количества тепла, поступающего организму из окружающей среды, зависит температура самого организма, а следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 °C до + 50 °C, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. По отношению к температуре окружающей среды организмы делят на криофилов и термофилов (обитающих соответственно в условиях низких и высоких температур).
По отношению к условиям освещенности растения делят на следующие экологические группы:
• гелиофиты (светолюбивые) – обитающие в условиях хорошего освещения. Они имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, значительное количество пигментов в листьях и др.;
• сциофиты (тенелюбивые) – плохо переносящие солнечные лучи. Для них характерны крупные, тонкие листья, расположенные горизонтально, с меньшим количеством устьиц;
• факультативные гелиофиты (теневыносливые) – способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения. Имеют переходные черты. Для животных свет – это условие ориентации. Животные бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни.
Уровень влажности в среде обитания имеет большое значение для растений, так как вода участвует в процессе фотосинтеза. По отношению к влажности среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: а) гигрофилы (влаголюбивые); б) ксерофилы (сухолюбивые); в) мезофилы (промежуточная группа).
Состояние засоленности почв как экологический фактор имеет большое значение. При повышенной солености почв большинство растений не могут расти и развиваться (кроме определенной группы растений – галофитов). Уровень концентрации биогенных элементов имеет важное экологическое значение. Например, при загущенных посевах каких-либо культур, растений вообще растения обычно вытягиваются, при этом условий для самовоспроизводства (нормальных и необходимых) не имеется.
17. ЗАМЕНИМЫЕ И НЕЗАМЕНИМЫЕ РЕСУРСЫ. СУТОЧНАЯ И СЕЗОННАЯ ЦИКЛИЧНОСТЬ
Заменимые природные ресурсы – это природные ресурсы, которые можно заменить другими сейчас или в обозримом будущем. К ним относятся все полезные ископаемые, энергоресурсы. Например, долгие годы для отопления использовались дрова и уголь. Из-за сжигания угля происходило ухудшение общей экологической ситуации, особенно в зоне больших городов. Затем с развитием нефтедобычи в середине ХХ в., когда городские котельные и тепловые электростанции стали использовать мазут, в атмосферу также выбрасывалось значительное количество вредных веществ, что ухудшало экологическую обстановку в городах и вблизи них. Следующая замена топлива произошла в конце ХХ в. Котельные, тепловые электростанции, частный сектор перевели на газ. Количество вредных выбросов в атмосферу значительно сократилось. Но в атмосферу от сжигания природного газа сейчас поступает в больших количествах углекислый газ – диоксид углерода.
Незаменимые природные ресурсы – природные ресурсы, которые нельзя заменить другими природными ресурсами (атмосферный воздух, вода, генетический фонд живых организмов).
Разные экологические факторы обладают различной изменчивостью в пространстве и времени. Одни из них относительно постоянны (например, сила тяготения, солнечная радиация, соленость океана), другие очень изменчивы (например, температура и влажность воздуха, сила ветра). Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими.
Периодические факторы регулярно повторяются во времени (например, изменение температуры воздуха и освещенности в течение суток или года), т. е. наблюдается суточная и сезонная цикличность.
Каждый организм по-своему реагирует на суточную и сезонную цикличность температуры и освещенности. Циклические изменения – периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.
Суточные циклы связаны с изменением освещенности, температуры, влажности и других экологических факторов в течение суток и наиболее резко выражены в условиях континентального климата. Суточные ритмы проявляются в изменении состояния и активности живых организмов.
Сезонная цикличность связана с изменением экологических факторов в течение года и наиболее сильно выражена в высоких широтах, где велик контраст зимы и лета. Сезонная изменчивость проявляется в изменении не только состояния активности, но и количественного соотношения отдельных видов. На определенный период многие виды выключаются из жизни сообщества, впадая в спячку, оцепенение, перекочевывая или улетая в другие районы.
18. ПРАВИЛА (ЗАКОН) ЛИБИХА, ЗАКОН ШЕЛФОРДА. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ фАКТОРОВ
Существование и выносливость организма часто оказываются чувствительными к двум или большему числу факторов окружающей среды. В таких случаях решающее значение будет принадлежать такому фактору или ресурсу, который имеется в минимальном с точки зрения потребностей количестве. Эта идея легла в основу так называемого закона минимума, сформулированного немецким химиком Ю. Либихом (1э40). Суть этого закона можно понять на таком примере. Величина урожая определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего, т. е. данный элемент находится в минимальном количестве. Урожай будет возрастать пропорционально вносимым дозам до тех пор, пока не окажется в минимуме другое вещество.
Выявление наиболее слабого звена цепи очень важно в экологическом прогнозировании, планировании и экспертизе проектов. Правило (закон) Либиха позволяет рационально производить замену дефицитных веществ и воздействий на менее дефицитные, что важно, например, в процессе эксплуатации природных ресурсов, а также в сельском хозяйстве.
Из практики известно, что сам факт существования организма может определяться не минимальным значением, а наоборот, избытком любого из факторов. Впервые мысль об этом высказал американский ученый В. Шелфорд (1913); она легла в основу закона толерантности, который гласит, что лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.
Очевидно, что все экологические факторы среды действуют на организм совместно. При этом оптимальная зона предела выносливости организма по отношению к какому-либо фактору может смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность носит название взаимодействия экологических факторов. Так, например, в мороз животные могут погибать при отсутствии пищи и относительно нормально себя чувствовать при ее достатке. Жару легче переносить в сухом, а не влажном воздухе. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковые воздействия. Напротив, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем либо увеличения влаги в почве (полив), либо снижения температуры воздуха, уменьшающего скорость испарения. Таким образом создается эффект частичного взаимозамещения экологических факторов, или эффект компенсации.
19. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НИШЕ. БИОТЕСТИРОВАНИЕ И БИОИНДИКАЦИЯ. СТРЕСС КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР
Экологическая ниша есть совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Сюда входят физические, химические, физиологические, биотические факторы, необходимые организму для жизни и определяемые его морфологической приспособленностью, физиологическими реакциями и поведением. Согласно Ю. Одуму, термин «экологическая ниша» отражает роль, которую играет организм в экосистеме. Иначе говоря, местообитание – это конкретный адрес вида, тогда как ниша – своего рода ее образ жизни.
Экологическая ниша, определяемая только физиологическими особенностями организма, называется потенциальной, а та, в пределах которой вид реально встречается в природе, – реализованной. Последняя – это та часть потенциальной ниши, которую данный вид, популяция способны отстоять в конкурентной борьбе.
Для характеристики экологической ниши обычно используют два важных показателя: ширина ниши и степень перекрывания ее соседними. Экологические ниши разных видов могут быть разной ширины и перекрываться в различной степени.
Биоиндикация – обнаружение и определение биологически и экологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. Биоиндикация проводится с использованием биоиндикаторов – живых организмов, по наличию, состоянию и поведению которых можно судить об изменении в окружающей среде.
Биотестирование проводится с помощью некоторых видов живых организмов с целью контроля качества среды при антропогенном воздействии на нее. Например, по листьям растений и деревьев определяют выпадение кислотных дождей. После таких дождей появляются пятна бурого цвета – от ожогов серной кислотой.
На основании многолетних наблюдений экологи составили специальные таблицы по биоиндикации и биотестированию, в которых перечислены все виды антропогенного воздействия на живые организмы начиная от растений, кончая рыбами и животными, обитающими на суше.
Например, лягушки в случае загрязнения сточными водами речушек или водоемов большую часть времени проводят на суше, в траве и прыгают в воду только при внешней опасности (появлении человека или сухопутных животных).
В связи с воздействием неблагоприятных экологических факторов со стороны внешней среды (в том числе антропогенного характера) у человека и животных наблюдается стрессовое состояние, проявляющееся в психоэмоциональных расстройствах.
Например, ученые-экологи обнаружили проявление стресса у свиней, вызванное неправильным уходом, режимом кормления. У человека явление стресса чаще всего проявляется среди жителей больших городов из-за постоянных неблагоприятных воздействий. Ученые называют стресс болезнью человеческой цивилизации, еще одним экологическим фактором, вызывающим другие болезни.
20. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЙ «БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВИД» И «ПОПУЛЯЦИЯ». ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ. РАССЕЛЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ И МЕЖПОПУЛЯЦИОННЫЕ СВЯЗИ
Любой вид приспосабливается к постоянно изменяющимся условиям существования и утверждает себя во внешней, часто неблагоприятной среде не индивидуально и даже не как простая сумма особей, а в форме определенных и своеобразных группировок организмов. Последние представляют собой единое функциональное целое – популяцию.
По определению академика С.С. Шварца, популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.
Популяция обладает общим генофондом и занимает определенную территорию. Важно подчеркнуть, что с позиций современной экологии популяцию рассматривают как элементарную единицу процесса микроэволюции, поскольку она обладает уникальным и важнейшим для поддержания жизни вида в течение длительного периода качеством – способностью к перестройке своего генофонда в ответ на изменение экологических факторов среды обитания.
Элементарная (локальная) популяция является совокупностью особей того или иного вида (например, белки), которая занимает какой-то небольшой участок однородной по условиям обитания площади. Совокупность элементарных популяций формирует более крупную экологическую популяцию.
Биологический вид – это сложная биологическая система, которая состоит из группировок организмов – популяций, обладающих характерными особенностями строения, физиологии и поведения. Популяция является генетической единицей вида: ее изменения обусловливают эволюцию данного вида.
В экологии достаточно широкое распространение получила концепция иерархии (соподчиненности) популяций в зависимости от размеров занимаемой ими территории. Русский ученый-эколог Н.П. Наумов, например, ввел понятия элементарной, экологической и географической популяции, которые, в свою очередь, входят в ареал вида.
Основным свойством популяции является ее беспрерывное изменение, движение, динамика, что сильно влияет на структурно-функциональную организованность, продуктивность, биологическое разнообразие и устойчивость системы. Особи одной популяции оказывают друг на друга не меньшее воздействие, чем абиотические факторы среды или другие обитающие совместно виды организмов.
Пространство, на котором популяция или вид в целом встречаются в течение всей своей жизнедеятельности, называется ареалом – областью расселения. Ареал может быть сплошным или разорванным, если между его составными частями возникают различные преграды (водные, орографические и др.), пространства, не заселенные представителями данного вида. Контакты между особями одной популяции происходят чаще, чем между особями разных популяций одного вида.
21. ПОПУЛЯЦИЯ КАК ЭЛЕМЕНТ ЭКОСИСТЕМЫ. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОПУЛЯЦИИ: ЧИСЛЕННОСТЬ, ПЛОТНОСТЬ, ВОЗРАСТНОЙ И ПОЛОВОЙ СОСТАВ
Живые организмы находятся между собой и абиотическими условиями среды обитания в определенных отношениях, образуя тем самым так называемые экологические системы. Совокупность популяций разных видов на определенной территории называется биоценозом.
Биотоп – определенная территория (место расселения популяций) со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).
В общем сочетании биоценоз и биотоп составляют экосистему, где популяция является ее элементом. В первом приближении экосистема – это система живых организмов и окружающих неорганических тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ.
Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. Основные из них: численность, плотность, а также показатели структуры.
Численность – число особей в популяции. Она может значительно изменяться во времени и зависит от биотического потенциала вида и внешних условий.
Плотность – число особей, или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема. Популяция характеризуется определенной структурной организацией – соотношением групп особей по полу, возрасту, размеру, генотипу, распределением особей по территории и т. д. В связи этим выделяют различные структуры популяции: половую, возрастную, размерную, генетическую, пространственно-этологическую и др. Структура популяции формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, с другой – под влиянием факторов среды, т. е. имеет приспособительный характер.
Половая структура (половой состав) – соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых организмов. Теоретически соотношение полов должно быть одинаковым: 50 % от общей численности должны составлять мужские особи и 50 % – женские особи. Фактическое соотношение полов зависит от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей вида.
Возрастная структура (возрастной состав) – соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется рядом свойств и особенностей вида: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и др.
Для оценки численности и плотности популяции применяют методы корреляции и интерполяции. Для этого делают замеры на подобранных, характерных по среде обитания контрольных площадках. Берут также контрольные пробы, в частности растений. В море делается контрольный отлов морских животных или рыб.
В последнее время применяются также микрочипы с окольцеванием, которые позволяют проследить пути суточных и сезонных миграций. С помощью указанных средств определяют также ареал распространения популяций (это касается птиц и животных). Микрочипы подают определенной частоты сигналы, а со спутников или специальных самолетов эти сигналы фиксируются и обобщаются.
22. ХАРАКТЕР ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ОСОБЕЙ И ЕГО ВЫЯВЛЕНИЕ. ТИПЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСОБЕЙ
Пространство, которое занимает популяция, дает необходимые ей для жизни условия. Однако каждая конкретная территория способна прокормить лишь определенное число особей. При этом очевидно, что на степень использования доступных природных ресурсов влияет не только общая численность популяции, но и размещение особей в пространстве. Изредка в природе встречается почти равномерное упорядоченное распределение особей на занимаемой территории, например в чистых зарослях некоторых растений. Однако в силу неоднородности занимаемого пространства, а также некоторых особенностей биологии видов чаще всего члены популяции распределяются в пространстве неравномерно. При этом существуют два крайних варианта неравномерного размещения членов популяции:
• четко выраженная мозаичность с незанятым пространством между отдельными скоплениями особей (например, гнездовья грачей в рощах или парках);
• распределение случайного, диффузного типа, когда члены популяции более или менее независимы друг от друга и обитают в относительно однородной для них среде (например, размещение мучных хрущаков в крупе).
Между указанными вариантами неравномерного размещения существует множество переходов. В то же время тип распределения в занимаемом пространстве в каждом конкретном случае оказывается приспособительным, поскольку позволяет оптимально использовать имеющиеся ресурсы.
Основные типы распределения особей в пространстве: 1) равномерное (регулярное) – характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних. Свойственно популяциям, существующим в условиях равномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, проявляющих друг к другу антагонизм; 2) неравномерное (агрегированное) – проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории. Характерно для популяций, обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, ведущих групповой (стадный) образ жизни; 3) случайное (диффузное) – выражается в неодинаковом расстоянии между особями. Является результатом вероятностных процессов, неоднородности среды и слабых социальных связей между особями.
Территориальность распространения определенного вида организмов или популяций специалистами обозначена как ареал. Ареал – это территория, на которой популяция или вид в целом встречаются в течение всей своей жизнедеятельности. Ареал может быть сплошным или разорванным, если между его частями возникают различные преграды (водные, орографические и др.), территории, не заселенные представителями данного вида.
Территориальность распространения популяций бывает: 1) экологическая (совокупность территориально смежных элементарных популяций); 2) географическая (совокупность групп территориально смежных экологических популяций). Для животных также различают трофическую и репродуктивную территориальность, между которыми существует связь в виде путей пролета для птиц или путей миграции для некоторых млекопитающих и рыб.