Почва вода атмосферный воздух это что

Объекты исследования (почва, вода, воздух) и задачи экологии.

Объекты исследования (почва, вода, воздух) и задачи экологии.

Экология как наука активно развивается в последние годы, охватывая в своих исследованиях основные компоненты биосферы: литосфера, гидросфера и атмосфера.

Основными объектами являются:

взаимодействие человека, животных, микроорганизмов, растений с окружающей неживой природой, находящихся в разных компонентах биосферы: водоемах, на суше, в воздухе,

в разных климатических условиях: тропиках, умеренной зоне, полярной зоне,

в различных состояниях экосистем: сравнительно-низменых, измененных частично, антропогенных, загрязненных или незагрязненных

Основные задачи экологии:

Исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенным воздействием на природную среду.
Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических и минеральных ресурсов
Разработка мероприятий по защите окружающей среды

Связь между экологией и охраной окр. среды.

Охрана окружающей среды, или прикладная экология — комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу.

Такими мерами могут являться:

§ Ограничение выбросов в атмосферу и гидросферу с целью улучшения общейэкологической обстановки.

§ Создание заповедников, заказников и национальных парков с целью сохранения природных комплексов.

§ Ограничение лова рыбы, охоты с целью сохранения определённых видов.

§ Ограничение несанкционированного выброса мусора. Использование методов экологической логистики для тотальной очистки от несанкционированного мусора территории региона.

На сегодняшний день эта проблема обостряется с каждым днем все сильнее.

Прикладная экология включает: промышленную экологию, сельскохозяйственную экологию, экологию города (населенных пунктов), медицинскую экологию, экологию административных районов, экологическое право, экологию катастроф и многие другие разделы. Прикладная экология тесно связана с охраной природы и окружающей среды.
Экологические знания должны служить основой рационального природопользования. На их основе базируется создание и развитие сети охраняемых территорий: заказников,заповедников и национальных парков, а также охрана отдельных памятников природы. Рациональное использование природных ресурсов является основойустойчивого развития человечества.
Во второй половине ХХ века в связи с интенсивным воздействием человеческого общества на биосферу начинается экологический кризис, особенно обострившийся в последние десятилетия. Современная экология включает множество разделов и охватывает самые разнообразные стороны человеческой деятельности; происходит экологизациявсего общества.

Пример: Охрана земель и меры по защите почв

Охрана земель — комплекс мер организационно-хозяйственных, агрономических, технических, мелиоративных, экономических и правовых мероприятий по предотвращению и устранению процессов, ухудшающих состояние земель, а также случаев нарушения порядка пользования. [1] Охрана земель тесно связана с охраной почв. Для восстановления почв, загрязнённых токсичными промышленными отходами (в том числе свинцом, мышьяком, цинком и медью) могут быть использованы новые подвиды земляных червей Lumbricus rubellus. Каждый подвид обладает своим белковым комплексом, нейтрализующим опасные соединения, то есть поглощает определённый элемент и возвращает его в почву уже в виде, пригодном для усвоения растениями. Таким образом, возможно двухэтапное восстановление почв [2] :

1. разведение червей данных подвидов;

2. высадка зелёных насаждений.

Поскольку эти черви не способны жить в чистых почвах, их также можно использовать для оценки токсичности почв [2] .

3. Экологическая система. Биосфера. Биогеоценоз.

Экологическая система — совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом.

К термину экологическая система очень близко примыкает термин биогеоценоз

Биогеоценоз — это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных объектов (атмосферы, почвы-грунта, растительности, животного мира, микроорганизмов), имеющих свою особую специфику взаимодействия всех слагающих её компонентов.

Биогеоценоз может быть естественным и антропогенным.

Гомеостаз – состояние состояние подвижно стабильного равновесия экосистем (биогеоценоза)

· Если биогеоценоз естественный, то в нём процессы изменения состояния происходят в космическое пространство, то это называется открытая система

· В антропогенной эко системе все поддерживается благодаря человеку.

Биогеоценоз-источник жизни всех живых организмов. Благодаря нему происходит круговорот всего живого в биосфере.

Биосфера- явл. Экосистемой высшего глобального уровня и представляет собой часть твердой, водной и газовой оболочки Земли, в кот. Обитают живые организмы (термин ввел Эдуард Зюсс)

Рус. Академик В.И.Вернадский понимал биосферу, как сферу единства живых организмов и неживой природы. Живое вещество(его объём на планете = 0,01%) охватывают всю биосферу, её создает и изменяет

Биосфера охватывает сферу жизни живых существ и включает: верхние слои литосферы, всю гидросферу до глубины 12 км.,нижний слой атмосферы- тропосферы до 15 км.

Одной из причин преждевременного изменения состояния биосферы явл. Изменение климата.

В биосфере постоянно происходит круговорот веществ и энергии, кот. включает одни и теже элементы: водород,углерод,азот,кислород,сера.Из неживой природы эти элементы переходят в состав растений,а из растений в животных и чел-ка образуя круговорот жизни.Перечисленные 5 элементов наз. жизнелюбивые

Экологические факторы среды

Среда-это природные тела и явления, с которыми связаны живые организмы.

Различают 4 качественно-различные среды жизни , обладающие специфическим набором экологических факторов:

— наземно-воздушная среда (суша);

— водная среда (эволюционно-первичная среда жизни);

Экологические факторы – свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Они отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве.

Один и тот же фактор имеет разное значение для разных организмов. Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе т.к между ними происходит взаимодействие. Различают 4 взаимодействия экологических факторов среды:

1) Монодоминантность (когда один из факторов подавляет действия других факторов);

2) Синергизм (когда все вместе усиливают действия другого);

3) Антагонизм (взаимное неприятие разных факторов);

4) Провокационность (сочетание положит. и отрицат. воздействий);

Классификация экологических факторов:

Неживой природы: абиотические

-климатические (свет, температура и т.п). Лучистая энергия солнца распространяется в виде электромагнитных волн, 48%-видимая часть спектра, 45%- инфракрасная, 7%- ультрафиолетовая.

Антропогенные- деятельность человека (прямые и косвенные);фитогенные (растения); зоогенные (животные); микробиогенные (вирусы, бактерии)

Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.

Кислотные осадки.

Термин впервые был выдвинут ещё в 1872 году. Причина была в том, что начала погибать рыба в озерах Англии, а затем в этих озерах обнаружили кислоту.

В начале 19 века стала активно развиваться промышленность, она стала выбрасывать в атмосферу химический дым (выбросы). Он и превращался в кислоту, которая попадала в воду.

Ученые считают, что основным виновником этого является США – в Канаде 14 тыс. озер закислены, 150 тыс. озер получили повышенную кислотность из-за сгорания промышленного топлива. Из-за этого гибнет вся живность.

За 180 лет кислотность возросла в 100 раз.

1-ый документ, который во всем мире показал, что все заинтересованы кислотными осадками – Конвенция по трансграничным загрязнениям воздуха на большие расстояния.

Радиоактивные загрязнения.

Это явление было открыто более 100 лет назад. 1-е открытие было сделано во Франции.

Радиоактивные загрязнения есть везде (в человеческом организме, в воде, атмосфере и т.д.), но их доля мала. О проблеме стали думать после взрыва 2-х ядерных (атомных) бомб в Херосиме и Нагасаки.

Радиоактивное загрязнения – это попадание радиоактивных веществ (РВ) в живые организмы и среду их обитания (атмосферу, гидросферу, почву), происходящее в результате ядерных взрывов, удаления в окружающую среду радиоактивных отходов и т.п. Источниками рад. Загрязнения являются радиоактивные вещества.

15. Сокращение биоразнообразия на планете.

Биоразнообра́зие — разнообразие жизни во всех её проявлениях
Основные причины сокращения биологических видов кроются в двух факторах: росте населения людей и неконтролируемом отлове и истреблении животных, а также в глобальном потеплении, которое делает невозможным дальнейшее обитание многих морских и земных видов животных.
Исчезновение биологических видов является нормальным процессом развития жизни на Земле. В процессе эволюции неоднократно происходило массовое вымирание видов.
основным фактором ускорения вымирания стала хозяйственная деятельность человека. В общем плане причинами снижения разнообразия служат растущее потребление ресурсов, пренебрежительное отношение к видам и экосистемам, недостаточно продуманная государственная политика в области эксплуатации природных ресурсов, непонимание значимости биологического разнообразия и рост численности населения Земли. Причинами исчезновения отдельных видов обычно являются нарушение местообитания и чрезмерная добыча. В связи с разрушением экосистем уже погибли многие десятки видов. Только около обитателей тропических лесов исчезло порядка 100 видов. От чрезмерной добычи страдают промысловые животные, особенно те, которые высоко ценятся на международном рынке. Под угрозой находятся редкие виды, обладающие коллекционной ценностью.
К числу других причин относятся: влияние со стороны интродуцированных видов, ухудшение кормовой базы, целенаправленное уничтожение с целью защиты сельского хозяйства и промысловых объектов. Считается, что 12 видов живых существ были уничтожены случайно.

Объекты исследования (почва, вода, воздух) и задачи экологии.

Основными объектами являются:

в разных климатических условиях: тропиках, умеренной зоне, полярной зоне,

Основные задачи экологии:

Исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенным воздействием на природную среду.
Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических и минеральных ресурсов
Разработка мероприятий по защите окружающей среды

Источник

Состав почвенного воздуха, воздушные свойства почв

В статье «Углерод и карбонаты в воде искусственного водоёма» мы показали, что диоксид углерода (CO₂), как источник углерода, имеет исключительно важное значение для растительных организмов населяющих искусственный водоём, а в статье «Кислород. Его влияние на состояние искусственного водоёма» — влияние кислорода в воде на жизнедеятельность живых организмов, населющих искусственный водоём и на общее состояние водоёма. Правильно организовать газонасыщение водоы искусственного водоёма — залог его гармоничного существования.

В этой статье мы расскажем о необычном источнике углекислого газа и кислорода.

Состав почвенного воздуха, воздушные свойства почв.

Почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, заполняющий поры почвы, свободные от воды. Главным источником почвенного воздуха является атмосферный воздух и газы, образующиеся в самой почве. Попадая в почву, атмосферный воздух претерпевает значительные изменения. Поэтому состав почвенного воздуха отличается от атмосферного воздуха:

Воздух	O₂ (%)	N (%)	CO₂ (%)	Прочие газы (%)
Атмосферный	20,95	78,08	0,03	1
Почвенный (верхние 15-30 см)	11 — 21	78 — 86	0,3 — 8,0	—

Состав атмосферного воздуха достаточно постоянен, и содержание его основных компонентов практически не меняется. Почвенный воздух отличается значительной динамичностью. Изменение состава почвенного воздуха происходит вследствие процессов жизнедеятельности организмов, дыхания корней растений и почвенной фауны, в результате окисления органического вещества. Трансформация атмосферного воздуха в почве тем интенсивнее, чем выше ее энергетический потенциал и биологическая активность, а также зависит от сложности удаления газов из почвенного профиля. Зависимость интенсивности поглощения кислорода почвой из атмосферы выражается следующей формулой:

где СO₂ – концентрация кислорода в почвенном воздухе; T_S – температура почвы, W — влажность почвы; R_S — количество корней в почве; F_S — дыхание почвенных животных; M_S — активность почвенных микроорганизмов; N_S — содержание органического вещества.

В зависимости от количественного содержания, в почвах различают макрогазы и микрогазы.

К макрогазам относятся: азот, кислород, диоксид углерода;

К микрогазам – СО, N₂О, NО₂, предельные и непредельные углеводороды, водород, сероводород, аммиакэфиры, пары органических и неорганических кислот и другие.

Из всех газов почвенного воздуха наиболее динамичны кислород (O₂) и углекислый газ (CO₂). Это объясняется непрерывным поступление кислорода, необходимого для дыхания почвенной фауны и флоры и образованием углекислоты как следствие процессов окисления органического вещества почвы и активной жизнедеятельности почвенных организмов. В почвенном воздухе содержание СО₂ может доходить до 4-6%, содержание О₂ не превышать 15%, содержание азота мало отличается от атмосферного, при этом в почве обнаруживается характерный продукт денитрификации – закись азота (NО₃).

Состав почвенного воздуха различен для различных почвенных горизонтов, различных типов почв и изменяется по сезонам года в связи с колебаниями влажности почвы, разложением животных и растительных остатков, внесением органических удобрений.

Процесс поглощения воздуха почвой зависит от ее морфологических особенностей, содержания органических веществ, минералов монтмориллонитовой группы, а также соединений, обладающих большой поглотительной способностью в отношении газов, от давления и температуры воздуха.

Воздушно-физические свойства почв характеризуются рядом показателей, главными из которых являются воздухопроницаемость и воздухоемкость.

Воздухоемкость – это максимально возможное количество воздуха, которое может содержаться в воздушно-сухой почве. Выражается в объемных процентах. Величина воздухоемкости приближается к пористости сухих почв, исключая объема, занятого гигроскопической водой и поглощенным воздухом. Она имеет наибольшие показатели в сухих структурных рыхлых почвах, а также в почвах легкого гранулометрического состава.

Существует капиллярная и некапиллярная воздухоемкость:

Капиллярная воздухоемкость – это способность почвы в сухом состоянии поглощать и удерживать воздух в капиллярных порах малого диаметра. Чем выше капиллярная воздухоемкость, тем меньше подвижность воздуха и сложнее газообмен между почвой и атмосферой.
Некапиллярная воздухоемкость — это способность почвы при капиллярном насыщении водой содержать определенный объем свободного воздуха. Некапиллярная водухоемкость прямо пропорциональна некапиллярной скважности почвы.

Соотношение капиллярной и некапиллярной воздухоемкости является важным показателем воздушно-физических свойств почвы. Структурные почвы всегда имеют определенную величину некапиллярной скважности, которая свободна от воды и заполнена воздухом даже при большой влажности почвы. Это обеспечивает определенную степень проветриванности почвы.

Воздухопроницаемость – это способность почвы пропускать в единицу времени через единицу объема определенное количество воздуха. Воздухопроницаемость является необходимым условием для осуществления газообмена между почвой и атмосферой. Передвижение воздуха в почве происходит по порам, соединенным друг с другом и не заполненным водой. Чем крупнее поры аэрации, тем лучше выражена воздухопроницаемость почв как в сухом, так и во влажном состоянии. Воздухопроницаемость структурных рыхлых почв значительно выше, чем плотных бесструктурных глинистых почв, она максимальна в сухих почвах и быстро снижается при увлажнении.

Свойства почв определяющие процессы обмена почвенного воздуха с атмосферным, называется газообменом или аэрацией. Газообмен осуществляется через систему почвенных пор, сообщающихся между собой и атмосферой.

Аэрация почв – это величина фактического содержания воздуха в почве, выраженная в объемных процентах. Величина аэрации характеризует разность между общей скважностью и влажностью почвы. Чем выше влажность, тем меньше аэрация, так как большая часть объема почвы занята влагой. Максимальная степень аэрации характерна при воздушно-сухом состоянии почв, минимальная – при избыточном увлажнении почв вследствие близкого залегания грунтовых вод, поверхностном заболачивании или затоплении, а также в условиях водоносных горизонтов.

Основными факторами газообмена в почве являются:

атмосферные условия, к которым относятся амплитуды колебания температур воздуха (суточные и годовые), амплитуды колебаний атмосферного давления (суточные и годовые), температурные градиенты на поверхности раздела почва — атмосфера, движение атмосферного воздуха, осадки и характер их распределения, характер испарения и транспирации.
физические свойства почвы, к которым относится гранулометрический состав, структура, состояние поверхности, плотность, пористость, температурный режим, влажность почвы,
физические свойства газов, к которым относятся скорость диффузии, градиенты концентраций газов в почвенном профиле и на границе раздела сред, их гравитационный перенос под действием силы тяжести, способность к сорбции – десорбции на твердой фазе почвы, растворение в почвенных растворах и дегазация.
физико-химические реакции в почвах, к которым относятся обменные реакции между ППК – почвенным раствором – газовой фазой, а также окислительно-восстановительные реакции.

Основным механизмом переноса газов является диффузия. Диффузия – это процесс перемещения газов, связанный с их различной концентрацией в почве и атмосфере (градиентом концентрации). В почвенном воздухе концентрация кислорода всегда меньше, а углекислого газа больше, чем в атмосфере. Поэтому под влиянием диффузии создаются условия для поступления в почву кислорода и выделения в атмосферу углекислого газа.

Поток газообразного вещества (Q_S), протекающего через единицу площади почвенной среды за единицу времени, рассчитывается уравнением молекулярной диффузии (первый закон Фике):

где D_S – коэффициент диффузии газа в почве, см 2 · с;

с — концентрация газа в почвенном воздухе, мг/см 3 ;

z – глубина слоя, см.

Остальные факторы в большей или меньшей степени связаны с диффузией: они изменяют градиенты концентрации газов или изменяют свойства среды, через которую идет диффузия.

Формы почвенного воздуха

Почвенный воздух находится в почве в трех состояниях: собственно почвенный воздух (свободный и защемленный), адсорбированный и растворенный.

Свободный почвенный воздух – это смесь газов и летучих органических соединений, размещается в капиллярных и некапиллярных почвенных порах. Он обладает большой подвижностью и способен свободно перемещаться в почве и активно обмениваться с атмосферой.

Защемленный почвенный воздух – воздух, который находится в порах, со всех сторон изолированных водными пробками. Максимальное количество защемленного воздуха имеют тонкодисперсные уплотненные почвы. Этот воздух неподвижен и практически не участвует в газообмене между почвой и атмосферой. Он препятствует фильтрации воды, может вызывать разрушение почвенной структуры.

Растворенный почвенный воздух – это газы, растворенные в почвенной воде. Взаимоотношение жидкой и газообразной фаз почвы определяется режимом температуры и давления, а также концентрацией газов в свободном почвенном воздухе.

Количество растворенных газов подчиняется закону фазового равновесия Генри:

где С – массовая концентрация газа, растворенного в воде, мг/л,

λ – коэффициент растворимости газа в воде, мг/л,

р – парциальное давление газа в почвенном воздухе, МПа,

10,2 – нормальное атмосферное давление, МПа.

Повышение давления повышает растворимость газов, понижение давления способствует переходу газов из почвенного раствора в почвенный воздух. Увеличение концентрации того или иного газа в составе почвенного воздуха вызывает увеличение этого газа в почвенном растворе. Понижение температуры почвы приводит к повышению растворимости всех почвенных газов. Хорошо растворяются в воде аммиак, сероводород, углекислый газ, растворимость кислорода небольшая. Растворенные газы проявляют высокую активность. С насыщением почвенного раствора СО₂ повышается растворимость карбонатов, гипса, других соединений. Растворенный кислород поддерживает окислительные свойства почвенного раствора. С повышением температуры окислительные процессы ослабевают и происходит выпадение из растворов карбонатов. Растворенные газы играют большую роль в обеспечении физиологических потребностей почвенной флоры и фауны.

Адсорбированный почвенный воздух – это газы и летучие органические соединения, сорбированные поверхностью твердой фазы почвы. Чем выше степень дисперсности почвы, тем больше сорбированных газов при данной температуре она содержит. Количество сорбированного воздуха зависит от минералогического состава почв, их влажности и количества органических веществ. Адсорбция газов сильнее проявляется в почвах тяжелого гранулометрического состава, богатых органическим веществом. Наибольшее количество адсорбированного воздуха характерно для сухих почв, активнее поглощающих воду, чем газы.

Количество адсорбированных газовых компонентов (Г) можно рассчитать при промощи уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра:

Г∞ — предельное значение адсорбции насыщения на единицу поверхности адсорбента, мг,

С – равновесная концентрация газа в системе, мг/л,

K – эмпирический коэффициент.

Газы сорбируются в зависимости от строения их молекул и дипольного момента. Хуже всех сорбируется N₂, лучшими сорбционными способностями обладает кислород и углекислый газ, самая высокая сорбция – у NH₃.

Использование почвенного воздуха.

Обладая подробными данными о концентрации кислорода и углекислого газа в почве, можно наладить оптимальное обогащение водоёма этими газами. Для этого используется система из двух аэраторов, настроенных с помощью таймера. В ночное время водоём обогащается кислородом, получаемым из атмосферы. В дневное время вода искусственного водоёма обогащается углекислым газом, получаемым из почвы. Налаживание этих процессов позволит получить экологически сбалансированный искусственный водоём, биологические процессы в котором протекают оптимальным образом.

По материалам научно-информационного журнала «Биофайл»

Источник