Численное соотношение различных половых и возрастных групп в составе населения рассматривается как демографическая структура популяции. Изменение этого соотношения существенно влияет на темпы репродукции и, следовательно, на общую численность популяции и ее изменение во времени.

Возрастная структура. К оценке возраста можно подходить с двух сторон. Можно оценивать абсолютный календарный возраст животных и можно определять биологический возраст, т.е. роль в популяционных процессах (продукция биомассы, участие в размножении).

Особенно отчетливо возрастные различия видны у животных с метаморфозом, включающих одну или несколько стадий. В ряде случаев разные стадии развития обитают в разных средах (амфибии или стрекозы).

При прямом развитии усложняется оценка возрастного состава, когда животные размножаются несколько раз в год, т.к. часть возрастных групп в течение года достигает половозрелости и приступает к размножению.

У видов, размножающихся один раз в год, общий спектр возрастного состава (биологический возраст) зависит от сроков наступления половозрелости. В одну группу половозрелых размножающихся особей могут входить животные разных генераций.

Знание возрастного состава является основой прогнозирования темпов роста популяции. Разным возрастным группам свойственен различный уровень смертности. Существует три варианта.

Есть виды, мало зависимые от внешних факторов смертности. У них численность разных возрастных групп (кривая выживания) находится на одном уровне, пока не достигает возраста физиологической смертности. Животных с такими особенностями не много. Это коротко живущие виды, например, поденки.

Для большинства видов характерна повышенная смертность в младших возрастных группах. Кривая выживания сначала резко падает, а потом начинает снижаться, плавно достигнув возраста относительно равномерной смертности.

При равномерном распределении смертности по возрастам характер кривой выживания имеет вид диагонально снижающейся линии. Такой вариант свойственен видам, развитие которых идет без метаморфоза при достаточной самостоятельности и устойчивости рождающегося потомства. Такая выживаемость скорее теоретическая и встречается крайне редко.

Для прогнозирования динамики численности составляются таблицы выживания, получая ожидаемую продолжительность жизни особей разных поколений.

У животных, обладающих сложным типом развития, разные стадии не только могут жить в разных средах, но и выполнять разную роль, как в жизни популяции, так и в жизни целого биоценоза, включаясь в различные трофические цепи.

У животных с прямым развитием функциональные значимые возрастные отличия не так очевидны, но также очень важны. Очевидно, что участие в репродуктивном процессе есть функция возраста и поэтому популяция, по крайней мере, делится на неполовозрелую (потенциал будущего размножения), половозрелую (осуществляющую размножение в данное время) и пострепродуктивную (закончившую свое участие в размножении) части.

Между этими частями могут быть различия в питании, что снижает внутривидовую конкуренцию,

Генерации могут отличаться по скорости роста и полового созревания. (степные пеструшки Lagurus lagurus). Быстро созревают зверьки весенних пометов, они же отличаются большей плодовитостью. Эти животные отличаются и более высоким уровнем метаболизма и меньшей продолжительностью жизни. Увеличение продолжительности жизни осенних пометов идет не за счет выживания в старости, а за счет продления физиологически юношеского периода.

Степень генетической сложности сезонных возрастов зависит от масштабов включения в размножение зверьков разных возрастов, которое отличается по годам и связано с многолетними циклами численности.

Половая структура. Соотношение полов имеет прямое отношение к интенсивности размножения и само поддержания популяции. Физиолого-экологические отличия самцов и самок также снижают внутривидовую конкуренцию. Несомненно, что поддержание биологической разно качественности послужило основой эволюционного формирования бисексуальности. Вегетативное размножение имеет задачей только наращивание биомассы и численности.

Наиболее четко половая структура выражена у членистоногих и позвоночных животных. У последних она является не только численным соотношением полов, но и различиями в биологии, связанными с формированием пространственно-этологической структуры. Половая структура динамична.

Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами, основывающимися на разно качественности половых хромосом (X и Y хромосомы). У млекопитающих самки имеют ХХ, а самцы ХY наборы. У птиц и бабочек наоборот. В любом случае при таком распределении первичное соотношение полов должно быть 1:1. Однако уже при оплодотворении оно может быть нарушено из-за избирательности яйцеклетки или из-за неодинаковой способности сперматозоида к оплодотворению. После оплодотворения могут быть новые влияния, например, разная частота имплантации ХХ и ХY зигот. На пол может влиять среда. Так, у рептилий на пол влияет температура инкубации. У муравьев оплодотворение происходит лишь при температуре большей 20. из них вылупляются самки. При более низких температурах откладываются неоплодотворенные яйца, из которых вылупляются только самцы. В результате среди новорожденных мы видим вторичное соотношение полов.

Третичное соотношение полов – это характеристика взрослой части популяции, складывающееся в результате дифференцированной смертности самцов и самок. Репродуктивный процесс прямо зависит именно от последнего показателя.

Выделяется четыре типа динамики половой структуры.

Неустойчивы половой состав, изменчивый в разных местообитаниях в короткие промежутки времени. Такая динамика бывает у коротко живущих животных с высокими показателями плодовитости и смертности и обширным ареалом (насекомоядные среди млекопитающих).

Преобладание самцов на фоне колеблющегося полового состава отмечено у животных с низкой плотностью и численностью. У этих животных высоко развита забота о потомстве с большими затратами энергии (хищники).

Преобладание самок в третичном соотношении полов. Самцы обычно отличаются меньшей продолжительностью жизни и в неблагоприятных условиях умирают в большем количестве. Такая половая структура свойственна Номадным полигамным млекопитающим (копытные, ластоногие). Эти животные отличаются большой продолжительностью жизни и относительно низким уровнем воспроизводства.

Наконец, для ряда групп животных характерно относительное постоянство полового состава при приблизительно одинаковом количестве самцов и самок. Такой тип свойственен узкоспециализированным стенобионтным видам, отличающимся высокой плодовитостью (выхухоль, крот, бобр)

Таким образом, реально половая структура характеризуется соотношением полов в различных возрастных группах и отражает не только интенсивность размножения, но и общий биологический потенциал популяции: ход численности, продукцию биомассы, уровень популяционных энергозатрат.

Репродуктивный потенциал и рост популяции

Скорость размножения популяции можно представить в виде удельного прироста численности за единицу времени:

где r – «мгновенная» (за короткий промежуток времени) удельная скорость роста популяции, N – ее численность, t – время изменения численности.

В этом случае неограниченный рост популяции выражается экспоненциальной кривой, описываемой уравнением

где No – исходная численность, Nt – численность в момент времени t, е (2,7182) – основание натуральных логарифмов. Если численность отложить в логарифмическом масштабе. Ее изменения будут иметь вид прямой, наклон которой определяется величиной r. Описанная экспоненциальная модель роста популяции отражает ее потенциальные возможности. Показатель r – часто называют репродуктивным потенциалом популяции или биологическим потенциалом. Описанный рост возможен только при неизменном, не зависящем от численности значении r.

Естественный рост популяции никогда таким не бывает даже в эксперименте, т.к. на него влияет целый ряд экологических условий, в том числе соотношение меняющихся значений рождаемости и смертности. Коэффициент r в таких условиях меняется. Наиболее близко естественный рост популяции описывает S-образная кривая. Уравнение логистической кривой следующее:

dN/dt=rmax N (K–N/K),

где rmax – удельная скорость роста, но в условиях исходной (минимальной) численности. По мере ее увеличения значение r падает. N –численность, K – ее предельные данные, отражающие экологическую емкость угодий. Последний параллельный оси абсцисс участок кривой означает равновесие процессов рождаемости и смертности в соответствии с данными условиями среды.

К параметрам демографической структуры популяции прежде всего принадлежит соотношение полов (половой состав). Количественное соотношение полов, или половую структуру популяции, принято обозначать латинской буквой г, от термина «ratio» или, точнее сказать, «sex ratio».

Соотношение полов прежде всего зависит от биологии вида и сильно разнится у моногамов и полигамов (рис. 50, 51). Для первых типично в качестве нормы r=1: 1 с некоторыми отклонениями в ту или иную сторону в зависимости от привходящих обстоятельств. Соотношение полов у полигамов характеризуется преобладанием самок, причем эта диспропорция может быть резко выраженной. Вообще для судеб популяций и тех и других видов чрезвычайно важна значительная изменчивость коэффициента r.

Рис. 50. Пара черных журавлей - пример моногамии.
Рис. 51. Гаремы морских котиков - пример полигамии.

Среди моногамов едва ли не постоянно имеются «резервные» самцы. Они уже достигли половой зрелости, но не размножаются, а составляют репродуктивный резерв популяции. Он может сыграть очень важную роль в случае гибели взрослых размножающихся особей, тем более что смертность среди самцов бывает выше, чем среди самок. Происходящий в результате этого неравномерный урон, таящий в себе опасность нарушения нормального воспроизводства популяции, как раз и компенсируется этими резервными животными. Они занимают освободившиеся места партнеров и выравнивают процесс размножения.

Неравномерность гибели разных полов, неодинаковая их выживаемость широко распространена среди животных. Она проявляется уже на ранних стадиях эмбрионального развития, продолжается в постнатальном онтогенезе вплоть до зрелого возраста. Неизменно самки оказываются более жизнеспособными, чем самцы. В основе данного явления, вероятно, лежат какие-то физиологические и биохимические различия между особями мужского и женского пола. В молодом и зрелом возрасте большое значение приобретают отличия поведения. Самцы составляют значительно более подвижную часть популяции, они менее привязаны к убежищам, к выводкам, чаще оказываются вне убежищ и поэтому скорее становятся жертвами, хищников и непогоды. Вместе с тем самцы по тем же самым причинам в большем числе, чем самки, попадаются в капканы и ловушки. Поэтому, кстати, по результатам таких отловов трудно составить правильное представление об истинном соотношении полов в популяции, например, пушных зверей.

Выживаемость самок особенно возрастает при неблагоприятных условиях, когда популяция находится в депрессии. В результате процент женских особей далеко превышает норму. Это явление имеет очень важное адаптивное значение, поскольку от самок в первую очередь зависит восстановление подорванной численности данной популяции.

Второй параметр демографической структуры популяции - ее возрастной состав. Здесь речь идет о наличии поколений и генераций. Возрастная структура играет очень важную роль в жизни популяций. У многих видов она отличается большой сложностью. Например, в популяциях растений различаются по крайней мере четыре возрастные фазы, или группы, соответствующие известным периодам онтогенеза:
1. Латентный период - фаза первичного покоя. В эту группу входят семена, плоды и другие зачатки, которые еще не тронулись в рост и могут годами находиться в состоянии первичного покоя. Такого рода зачатки составляют очень важный семенной резервный фонд для этих растений, реализуемый при возникновении оптимальных условий произрастания.
2. Виргинильный (девственный или юношеский) период - охватывает группу растительных организмов в период от прорастания зачатков до образования генеративных органов. Период включает три стадии: всходы, ювенильную (юношескую), имматурную (переходную от ювенильного к взрослому, генеративному состоянию).
3. Генеративный период - фаза размножения растений семенами или другими разносимыми зачатками, т. е. время полового размножения.
4. Сенильный, или старческий, период - к нему принадлежат особи, закончившие половое размножение и способные только вегетировать.

Для продолжения рода у растений чрезвычайно важна их семенная продуктивность, урожайность. Количество семян, продуцируемых одним растением, может быть очень большим, прежде всего у видов с мелкими семенами. Например, некоторые представители семейства орхидных приносят до 50 тыс. семян. Чрезвычайно большой плодовитостью отличаются крупные деревья. На отдельных изолированно растущих елях родится до 100 шишек и более (т. е. 0,5 кг семян и свыше того), на соснах - до 7 тыс. шишек, на сибирских кедрах-1-3 тыс. шишек (15-45 кг «орешков»). На ясене однажды насчитали 224 тыс. семян. Береза бородавчатая приносит до 200 тыс. сережек или 80 млн семян (до 13,5 кг). В насаждениях плодовитость каждого отдельного дерева, конечно, значительно меньше, но их суммарная производительность на единицу площади очень велика, особенно в наиболее урожайные годы. Эти максимальные показатели отражены в таблице 3.

Страницы: 1

При изучении структуры какой-либо популяции насекомых полезно, прежде всего, составить таблицу выживания для данного вида, показывающую число особей в каждой фазе жизненного цикла (см. предыдущую тему). Важную роль играет также соотношение полов. У многих насекомых число самок и самцов примерно одинаково, тогда как у множества других самки значительно превосходят самцов по численности. В ряде случаев, например у общественных насекомых, самцы составляют лишь малую долю популяции. У некоторых долгоносиков, таких, как люцерновый долгоносик и представители рода Graphognathus , самцы вообще неизвестны.

Среди других характеристик популяций следует отметить их генетическую неоднородность. В основе ее лежат различия в хромосомах, связанные с полиморфизмом определенных локусов, с перестройками хромосом и, что, возможно, важнее всего, со смешением или рекомбинацией множества сочетаний различных генов в последовательных поколениях. Генетические вариации обусловливают определенный размах морфологической (фенотипическое разнообразие) и физиологической изменчивости популяции, что исключительно важно для естественного отбора, определяющего эволюционное развитие популяции и всего вида в целом.

Регулирование численности популяций или сохранение равновесия экосистем (их кибернетика) является функцией самих экосистем и связано с взаимодействием происходящих в них процессов и составляющих их компонентов. Обычно регуляторами численности служат механизмы обратной связи, которые описываются в виде математических моделей в особом разделе экологии – системной экологии. Простой пример математической модели – это взаимодействие между плотностью популяций хищника и жертвы. При увеличении плотности популяции жертвы с некоторым запозданием растет и популяция хищника. Рост популяции жертвы делает ее более доступной для хищника, и это создает условия для постепенного роста популяции хищника. В конце концов достигается такая плотность популяции хищника, что им уничтожается значительная часть популяции жертвы. В результате популяция жертвы быстро сокращается, а это ведет к большему давлению на нее со стороны хищника, что вызывает дальнейшее уменьшение популяции жертвы. Когда она достигает очень низкого уровня, хищнику становится трудно находить жертву, и тогда популяция хищника резко уменьшается. Популяция жертвы снова получает возможность расти, и весь цикл повторяется вновь. Таким образом, численность жертвы регулируется ее естественными врагами. Вспышки численности происходят тогда, когда популяция какого-либо вида на короткое время оказывается вне влияния цикла хищник-жертва. В этих случаях популяция жертвы увеличивается быстрее, чем популяция хищника, и достигает того порога, за которым популяция хищника уже не может угнаться за нею. Происходит вспышка численности, или «эпидемия», вида-жертвы, особи которого уничтожают почти все доступные источники пищи. Ограничивающим фактором при этом служит продуктивная емкость источника корма для популяции жертвы. Как только потребности размножающейся популяции превысят эту емкость, достаточное количество пищи смогут раздобыть лишь немногие особи, и плотность популяции начнет быстро снижаться. Такого рода подъемы численности лимитируются пищевыми ресурсами.

Большую роль в жизни и адаптациях насекомых играет стабильность внешней среды. Все животные (и в особенности насекомые), населяющие местообитания с кратковременной стабильностью (например, из-за резких сезонных изменений или непредсказуемой погоды), обычно имеют небольшие размеры тела, очень подвижны, обладают высоким репродуктивным потенциалом и коротким временем генерации. Такой тип адаптации называется r -стратегией . С другой стороны, животные, в том числе и насекомые, живущие в очень стабильных условиях, чаще имеют большие размеры тела, в большей степени проявляют территориальное поведение, обладают более низким репродуктивным потенциалом и большим временем генерации. Такой тип адаптации носит название К-стратегии . Между животными, использующими одну из этих стратегий в чистом виде, находится целый спектр промежуточных форм – так называемый г-К – континуум. Можно сравнить плотность различных популяций, входящих в r-К – континуум (рис. 3), и их взаимодействие в модели хищник-жертва.

Рисунок 3 – Модели трех различных типов роста численности и плотности популяций (по Г. Росс, Ч. Росс, Д. Росс, 1985):
прогиб кривой в том месте, где r-отбор и К-отбор действуют примерно в равной степени, является результатом взаимодействия хищник-жертва

Пустынная саранча (Schistocerca gregaria ) и комнатная муха (Musca domestica ) относятся к насекомым с r-стратегией, так как условия их существования крайне непостоянны, у них мало естественных врагов, и распространяются они широко и быстро. На другом конце спектра находится яблонная плодожорка (Cydia рото nella ): она обычно обитает в стабильных условиях, развивается медленно, и плотность ее популяций довольно постоянна, т.е. это определенно организм с К-стратегией. Большинство насекомых располагается между этими крайними типами. Те из них, которые находятся ближе к типу r (например, тли), легко могут ускользать из-под регулирующего влияния естественных врагов и размножаться в катастрофических масштабах.

В сильно измененных экосистемах, например на посевах сельскохозяйственных культур, действие многих естественных регуляторов численности ограничено. В результате наблюдаются частые вспышки вредителей, уничтожающих многие культуры. Такие вспышки могут иметь катастрофические последствия, и о них известно со времен появления письменности. По мере роста численности населения земного шара и площади пахотных земель люди стали изыскивать эффективные методы борьбы с вредителями, способные заменить действие естественных регуляторов, утраченных в результате развития сельского хозяйства. В настоящее время примерно один человек из шести страдает серьезным заболеванием, переносчиками которого служат насекомые, и один из пяти недоедает в результате ущерба, наносимого насекомыми сельскохозяйственным культурам. Экологический подход к трудным проблемам восстановления сбалансированной динамики популяций насекомых, нарушенной вмешательством человека, открывает большие возможности для их решения.

Предыдущая

Все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры. Изменения тепловых условий, часто наблюдаемые в природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности животных и растений. Различают организмы с непостоянной температурой тела - пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела - гомойтермные. Пойкилотермные животные целиком зависят от температуры окружающей среды, тогда как гомойтермные способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от изменений температуры окружающей среды. Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры и погибает. Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов - редко выше 40-45 оС. Некоторые цианобактерии и бактерии обитают при температурах 70-90 оС, в горячих источниках могут жить и некоторые моллюски (до 53 оС). Для большинства наземных животных и растений оптимум температурных условий колеблется в довольно узких пределах (15-30 оС). Верхний порог температуры жизни определяется температурой свертывания белков, поскольку необратимое свертывание белков (нарушение структуры белков) возникает при температуре около 60 oС.

Пойкилотермные организмы в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главным источником поступления тепловой энергии у пойкилотермных животных - внешнее тепло. У пойкилотермных организмов выработались различные приспособления к низкой температуре. Некоторые животные, например, арктические рыбы, обитающие постоянно при температуре -1,8 oС, содержат в тканевой жидкости вещества (гликопротеиды), препятствующие образованию кристаллов льда в организме; у насекомых накапливается для этих целей глицерин. Другие животные, наоборот, увеличивают теплопродукцию организма за счет активного сокращения мускулатуры - так они повышают температуру тела на несколько градусов. Третьи регулируют свой теплообмен за счет обмена тепла между сосудами кровеносной системы: сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи и несущими охлажденную кровь (такое явление свойственно холодноводным рыбам). Адаптивное поведение проявляется в том, что многие насекомые, рептилии и амфибии выбирают места на солнце для обогрева или меняют различные позы для увеличения поверхности обогрева.

У ряда холоднокровных животных температура тела может меняться в зависимости от физиологического состояния: к примеру, у летающих насекомых внутренняя температура тела может подниматься на 10-12 oС и более вследствие усиленной работы мышц. У общественных насекомых, особенно у пчел, развился эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции (в улье может поддерживаться температура 34-35 oС, необходимая для развития личинок).

Пойкилотермные животные способны приспосабливаться и к высоким температурам. Это происходит также разными способами: теплоотдача может происходить за счет испарения влаги с поверхности тела или со слизистой верхних дыхательных путей, а также за счет подкожной сосудистой регуляции (например, у ящериц скорость тока крови по сосудам кожи увеличивается при повышении температуры).

Наиболее совершенная терморегуляция наблюдается у птиц и млекопитающих - гомойтермных животных. В процессе эволюции они приобрели способность поддерживать постоянную температуру тела благодаря наличию четырехкамерного сердца и одной дуги аорты, что обеспечило полное разделение артериального и венозного кровотока; высокого обмена веществ; перьевого или волосяного покрова; регуляции теплоотдачи; хорошо развитой нервной системы приобрели способность к активной жизни при разной температуре. У большинства птиц температура тела несколько выше 40 oС, а у млекопитающих - несколько ниже. Весьма важное значение для животных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнезд, выбор места с более благоприятной температурой и т.п. Они также способны приспосабливаться к низким температурам несколькими путями: кроме перьевого или волосяного покрова, теплокровные животные с помощью дрожи (микросокращения внешне неподвижных мышц) уменьшают теплопотери; при окислении бурой жировой ткани у млекопитающих образуется дополнительная энергия, поддерживающая обмен веществ.

Приспособление теплокровных к высоким температурам во многом сходно с аналогичными приспособлениями холоднокровных - потоотделение и испарение воды со слизистой рта и верхних дыхательных путей, у птиц - только последний способ, так как у них нет потовых желез; расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи, что усиливает теплоотдачу (у птиц этот процесс протекает в неоперенных участках тела, например через гребень). Температура, как и световой режим, от которого она зависит, закономерно меняется в течение года и в связи с географической широтой. Поэтому все приспособления более важны для обитания при отрицательных температурах.

Обзор геосфер Земли. Взаимодействие живого и косного вещества в биосфере.

Геосферы - (от греч. гео – Земля, сфера – шар) – географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля.

Выделяются следующие геосферы: магнитосфера, атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное – субъядро (твёрдое).

Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера, атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера, социосфера и ноосфера. Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой. Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в парообразном, свободном или химически и физически связанном с другими компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и другие).

Статус геосферы им придаётся лишь исходя из значения в жизни человека на Земле, соизмеримого с ролью первичных геосфер.

Каждая из перечисленных выше геосфер изучается отдельной наукой или набором отдельных наук, изучающих каждую сферу на разных системных уровнях.

1. Состав основных геосфер земли

2. Общая характеристика основных геосфер земли

Состав основных геосфер земли

Формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества, результатом которой стало разделение Земли на концентрически расположенные слои (геосферы), различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами.

В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты.

Таким образом, можно выделить следующий ряд геосфер, из которых состоит Земля:

· мантия;

· литосфера;

· гидросфера;

· атмосфера;

· магнитосфера.

Общая характеристика основных геосфер земли

К настоящему времени человечеством получено множество данных, позволивших с высокой степенью достоверности установить характеристики основных геосфер земли.

Ядро Земли – занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км. Состоит из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядра. Природа внутреннего ядра Земли с глубины 5000 км остается загадкой. Это шар диаметром 2200 км, который, как полагают ученые, состоит из железа и никеля и имеет температуру плавления порядка 4500 °С.

Внешнее ядро представляет собой жидкость – расплавленное железо с примесью никеля и серы. Давление в этом слое меньше. Внешнее ядро – шаровой слой толщиной 2200 км.

Мантия – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть объема. Она также существует в виде двух шаровых слоев – нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км.

Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом состоянии. Температура мантии составляет около 2500 ° С. Именно высокие давления обусловили такое агрегатное состояние вещества, в ином случае указанная температура привела бы к его расплавлению.

В расплавленном состоянии находится астеносфера – нижняя часть верхней мантии. Это подстилающий верхнюю мантию и литосферу слой. В целом же верхняя мантия обладает интересной особенностью: по отношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам – как пластичный.

Литосфера – это земная кора с частью подстилающей ее мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Земная кора обладает высокой степенью жесткости, но и большой хрупкостью. В верхней части она слагается гранитами, в нижней – базальтами.

Геологические особенности коры определяются совместными действиями на нее атмосферы, гидросферы и биосферы – трех самых внешних оболочек планеты. Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется.

На поверхности литосферы в результате совокупной деятельности ряда факторов возникает почва – это сложнейшая система, стремящаяся к равновесному взаимодействию с окружающей средой.

Гидросфера – водная оболочка Земли представлена на нашей планете Мировым океаном, пресными водами рек и озер, ледниковыми и подземными водами. Общие запасы воды на Земле составляют 1,5 млрд км 3 . Из этого количества 97 % приходится на соленую морскую воду, 2 % составляет замерзшая вода ледников и 1 % – пресная вода.

Гидросфера – это сплошная оболочка Земли, так как моря и океаны переходят в подземные воды на суше, а между сушей и морем идет постоянный круговорот воды, ежегодный объем которого составляет 100 тыс. км 3 .

Воде свойственны высокая теплоемкость, теплота плавления и испарения. Вода является хорошим растворителем, поэтому в ней содержится множество химическим элементов и соедине­ний, необходимых для поддержания жизни.

Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (71 % поверхности планеты). Он окружает материки (Евразию, Африку, Северную и Южную Америку, Австралию и Антарктиду) и острова. Океан делится материками на четыре части: Тихий (50 % площади Мирового океана), Атлантический (25 %), Индийский (21 %) и Северный Ледовитый (4 %) океаны.

Важной частью гидросферы Земли являются реки – водные потоки, текущие в естественных руслах и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов.

Озера, болота, подземные воды также часть гидросферы Земли.

Ледники, образующие ледяную оболочку Земли (криосферу), также являются частью гидросферы нашей планеты. Они занимают 1/10 часть поверхности Земли. Именно в них содержатся основные запасы пресной воды (3/4).

Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Она состоит из воздуха – смеси газов (азота, кислорода, инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды). Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности планеты.

Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои отличаются по физическим и химическим свойствам. Важнейшими из них являются температура и давление, изменение которых лежит в основе выделения атмосферных слоев. Таким образом, в атмосфере Земли выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.

Тропосфера – это нижний слой атмосферы, определяющий погоду на нашей планете. Имеет постоянную температуру. Его толщина – 10–18 км. С высотой падают давление и температура. В тропосфере содержится основное количество водяных паров, образуются облака и формируются все виды осадков.

Толщина стратосферы доходит до 50 км. Наблюдается повышение температуры из-за поглощения солнечного излучения озоном.

Ионосфера – эта часть атмосферы, начинающаяся с высоты 50 км и состоящая из ионов (электрически заряженных частиц воздуха). Ионизация воздуха происходит под действием Солнца.

С высоты 80 км начинается мезосфера , роль которой состоит в поглощении ультрафиолетовой радиации Солнца озоном, водяным паром и углекислым газом.

На высоте 90–400 км находится термосфера . В ней происходят основные процессы поглощения и преобразования солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений.

Верхняя область атмосферы, простирающаяся от 450–800 км до 2000–3000 км, называется экзосферой. В ней содержатся атомарный кислород, гелий и водород. Часть этих элементов постоянно уходит в мировое пространство.

Магнитосфера – это внешняя и наиболее протяженная оболочка Земли. Магнитосфера представляет собой область, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения. Образует магнитный хвост Земли. В ней находятся радиационные пояса.

Живое вещество

Живое вещество есть совокупность всех организмов Земли, находящихся на ней в данный период времени. В целом эта совокупность играет большую роль, хотя, если говорить о воздействии человека на планетные процессы, то роль отдельной личности может быть ничтожной.
Живое вещество на Земле можно рассматривать как совокупность средних живых организмов, относящихся ко всем различным группам. Каждая из таких групп состоит из однородного живого вещества. Живое вещество существует только в биосфере. Как уже отмечалось, биосфера включает в себя тропосферу, океаны и тонкую пленку в континентальной области, уходящую на глубину не менее чем на 3 км. Человек стремится увеличить размеры биосферы.
Биосферу обычно определяют как область жизни. Но ее можно (и, вероятно, даже более точно), рассматривать как оболочку, в которой происходят изменения, вызванные попадающим на Землю солнечным излучением.
В.И. Вернадский указывал на необратимость процессов жизни, увеличение ее свободной энергии и выраженной дисимметрии в строении живого вещества: “Ди-симметрия выражена как особым характером симметрии пространства, занятого живым веществом, так и особенно явным несоответствием, скорее неравенством, - между “правым” и “левым” характером явлений (например, обобщения Пастера)”. Развивая дальше понятие о принципиальном значении явления дисимметрии, В.И. Вернадский пишет: “Необходимо подчеркнуть основной вывод: явления жизни позволяют здесь идти в изучении пространства и Космоса так далеко, как это пока невозможно никаким другим путем. В этом проявляется космичность жизни. Это явно видел Пастер”.
Итак, В.И. Вернадским осуществлен первый шаг в изменении современной научной картины Вселенной, который характеризуется:
- введением живого вещества;
- определением его как явления планетарного или космического.

Косное и живое вещества

Вещество, составляющее биосферу, существенно неоднородно. Поэтому различают косное и живое вещества. Косное вещество преобладает по массе и объему. Происходит непрерывная миграция атомов косного вещества биосферы в живое и обратно. Все исследуемые объекты в биосфере следует называть естественными телами биосферы. А среди них можно различать тела живые, а также косные или биокосные, как, например, почва или озерная вода.
В.И. Вернадский подчеркивал принципиальное значение связей живого и косного вещества, фундаментальный характер биологического единства земных естествен-ноприродных процессов: “Между косным и живым веществом есть непрерывная, никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом. Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, размножении и т.п.”. В этом постоянном обмене, рассматривая взаимодействие живого и косного вещества в космопланетарном аспекте, В.И. Вернадский выделил несколько основополагающих свойств, среди которых - два биохимических принципа:
1. Геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению.
2. При эволюции видов выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию.
Важная сторона естественнонаучных обобщений, сделанных В.И. Вернадским, состояла в том, что он постоянно поддерживал космические, “вселенские” аспекты процессов и явлений, происходящих в живом веществе. Перечисляя планетарные свойства жизни, В.И. Вернадский, наряду с первым и вторым биохимическими принципами, указывал также, что “живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей”. Обмен этот проявляется, в частности, в том, что живое вещество “создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца”.

Популяция - это группа особей одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существование в определенном местообитании. Процессы изменений популяций во времени называются популяционной динамикой. Эти изменения - результат действия множества факторов окружающей среды, а также внутренних механизмов популяционной регуляции.

Видовые популяции - основные функциональные единицы живой природы. Они являются элементами сообществ, экосистем, участвуя в основных процессах трансформации вещества и переноса энергии.

Популяции обладают характерными показателями, присущими только им. Таковы, например, структура, плотность, численность, рождаемость, смертность. Некоторые характеристики популяций взаимосвязаны: смертность определяет структуру, рождаемость - плотность и т.д.

Процессы изменений популяций во времени называются популяционной динамикой. Эти изменения - результат действия множества факторов окружающей среды, а также внутренних механизмов популяционной регуляции.

Статические характеристики популяции: Численность и плотность. Биомасса. Оценка численности популяций: прямой подсчет, метод повторного отлова, выборочные методы, использование показателей относительной численности. Спектры возрастного и стадийного состава популяций растений. Возрастной и половой состав популяций животных. Три основных типа пространственного распределения организмов: случайное, равномерное и агрегированное. Скопления животных и растений и причины их возникновения.

Динамические характеристики популяции: Демографические таблицы. Когортные и статические таблицы выживания; коэффициент и интенсивность смертности. Три основных типа кривых выживания. Таблица размножения (плодовитости) и ее основные показатели: плодовитость, валовая рождаемость, чистая скорость размножения. Удельная мгновенная скорость естественного увеличения популяции (мальтузианский параметр r). Неограниченный (экспоненциальный) рост популяции. Биотический потенциал вида. Ограниченный рост популяции. Сопротивление среды. Предельная плотность насыщения (К) как отражение емкости среды обитания. Логистические уравнения роста популяции. Каждый вид характеризуется определенным ареалом - территорией обитания. В этом ареале могут быть различные препятствия, мешающие скрещиванию видов (реки, горы, пустыни). Такие относительно изолированные группы особей одного вида принято называть популяцией. Так каждый вид состоит из популяций. Каждая популяция занимает определенную территорию. Из-за изолированности между популяциями каждая из них эволюционирует независимо друг от друга. Возникают новые виды. В зонах, где граничат разные популяции могут встречаться гибриды. С помощью них осуществляется обмен генами между популяциями, обмен генами способствует большему изменению организмов и в следствие приспособленность вида в целом к местам обитания.