Екологічні системи складаються з таких компонентів:
Фундаментальні закони перетворення енергії досліджує термодинаміка, а перетворення енергії в екологічних системах - біоенергетика. Біоенергетика, як наукова дисципліна, досліджує енергетичні процеси в клітинах, особинах, екосистемах і т. Д. Джерелом первинної енергії для екосистем і біогеоценозів є промениста і корпускулярна енергія, що приходить від Сонця і падаюча на горизонтальну поверхню Землі із середньою інтенсивністю 8,165 Дж / см 2 в хвилину.
Атмосфера Землі (від грец. Atmos - пар і sphaira - куля) - це газова оболонка, що оточує Землю. Атмосферою прийнято вважати ту область навколо Землі, в якій газове середовище обертається разом з Землею як єдине ціле. Маса атмосфери становить (5,15--5,9) 10 15 тонн. Атмосфера забезпечує можливість життя на Землі і має великий вплив на різні сторони життя людства.
Атмосфера як компонент біогеоценозу є шар повітря в підґрунті, грунті і над її поверхнею, в межах якого спостерігається взаємний вплив компонентів біогеоценозу.
Вважається, що сучасна атмосфера має вторинне походження і утворилася з газів, виділених твердою оболонкою Землі після сформування планети. Протягом геологічної історії Землі атмосфера зазнала значної еволюції під впливом ряду факторів: випаровування атмосферних газів в космічний простір; виділення газів з Землі в результаті вулканічної діяльності; розщеплення молекул під впливом сонячного ультрафіолетового вивчення; хімічних реакцій між компонентами атмосфери і породами земної кори; захоплення міжпланетної середовища.
Розвиток атмосфери було тісно пов'язане з геологічними і геохімічними процесами, а також з діяльністю живих організмів. Атмосфера захищає поверхню Землі від руйнівної дії падаючих метеоритів, велика частина яких згорає при входженні в щільні шари атмосфери.
Гідросфера є найважливішою складовою живої речовини, без якої неможливе життя на нашій планеті.
Вода як окис водню H2 O є найпростішим стійким в звичайних умовах хімічною сполукою водню з киснем. Співвідношення (по вазі) становить 11,11% водню і 88,89% кисню, молекулярна маса 18,0160. Вода - це безбарвна рідина без запаху і смаку.
Найпростішу формулу H2 O має водяна пара (гідроля). Молекула рідкої води складається з об'єднання двох простих молекул (Н2 О) 2 (дігідроль) і льоду - об'єднання трьох простих молекул (Н2 О) з (трігідроля).
Загальна кількість води на планеті оцінюється в (1,5--2,5) 10 24 г (від 1,5 до 2,5 млрд. Км 3).
За висловом В. І. Вернадського, вода стоїть осібно в історії нашої планети, але воді належить найважливіша роль в геологічній історії Землі. Вода є одним з факторів формування фізичної і хімічної середовища, клімату і погоди на нашій планеті, виникнення життя на Землі.
Вода є обов'язковим компонентом практично всіх технологічних процесів як сільськогосподарського, так і промислового виробництв. Вона виступає то як сировину, то як теплоносій, то як транспортна система, то як проміжний етап виробництва, то як розчинник і майже завжди як середовище, що видаляє відходи.
З повним на те підставою можна сказати, що наша планета є планетою води, а не землі, так як більш 3/4 її займають водні поверхні океанів, льодів на суші і на морі, озер і боліт на континентах, а над планетою пливуть хмари в вигляді скупчень парообразной води. При поглибленні в товщу земної кори завжди виявляється вода. Вона всюдисуща і пронизує все оболонки Землі, проникає в будь-які ділянки того простору, де живе людина і все живе. Вода наповнює рослини і тварин, людина теж на 70% складається з води. Всі водні об'єкти на поверхні планети пов'язані між собою і утворюють оболонку, звану гідросферою.
У гідросфері існують стійкі структури, які протистоять різним антропогенним впливам, наприклад зростанню концентрацій вуглекислого газу в атмосфері від спалювання органічних палив. Тому першорядним екологічним вимогою при взаємодіях в системі "людина - природа" має бути збереження гідросфери, як і будь-якого іншого екологічного компонента екосистем, в стійкій рівновазі.
Грунт - це особливе природне утворення, що володіє рядом властивостей, властивій живій і неживій природі, якими вона відрізняється від материнської (почвообразующей) породи. Вона складається з генетично пов'язаних горизонтів, що виникають в результаті перетворення поверхневих шарів літосфери під спільним впливом води, віз духу і організмів. Родючість грунту, тобто здатність забезпечувати рослини водою і їжею, дозволяє їй брати участь у відтворенні біомаси. До складу твердої частини грунту входить органічна речовина, що складається із з'єднань рослинного, тваринного і мікробного походження, що містять клітковину, лігнін, білки, цукру, смоли, жири, дубильні речовини і т. П. І проміжні продукти їх розкладу. Органічна речовина на 80 - 90% представлено складним комплексом з гумусових речовин або гумусу (перегною), що утворюється в результаті біохімічного перетворення рослинних і тваринних залишків. У гумусі містяться основні елементи живлення рослин. Наприклад, при розкладанні мікроорганізмами органічних речовин в грунті міститься в них азот переходить в доступні форми для рослин і є основним джерелом азотного живлення рослинних організмів. Органо-мінеральні сполуки представлені солями, глинисто-гумусними комплексами, комплексними і внутрикомплексного сполуками гумусових кислот з рядом елементів (в їх числі AL і Fe). Саме в цих формах останні переміщаються в грунтах.
Рідка частина - грунтовий розчин є активним компонентом грунту, який здійснює перенесення речовин усередині неї, винесення з грунту і постачання рослин водою і розчиненими елементами живлення. Зазвичай він містить іони, молекули, колоїди і крупніші частки, перетворюючись іноді в суспензію.
Газоподібна частина, або грунтове повітря, заповнює пори, не зайняті водою. Кількість і склад грунтового повітря, в який входять N2. O2. СО2. леткі органічні сполуки та інші, не постійні і визначаються характером безлічі що протікають в грунтах хімічних, біохімічних, біологічних процесів.
Сукупність різних груп мікроорганізмів, для яких природним місцем існування служить грунт, називається грунтовими мікроорганізмами. Грунтові мікроорганізми відіграють важливу роль в грунтоутворенні, формуванні родючості грунту і в круговороті речовин в природі. Грунтові мікроорганізми можуть розвиватися не тільки безпосередньо в грунті, а й у розкладаються рослинних ос татка. У грунті зустрічаються також деякі хвороботворні мікроби, водні мікроорганізми і інші, які випадково потрапляють в грунт, наприклад, з трупами, з шлунково-кишкового тракту тварин і людини, з поливної водою, зі стоками води і відходами різних виробництв. Але вони, як правило, швидко гинуть в грунті. Однак деякі з них зберігаються в грунті тривалий час, наприклад сібіреязвенние бацили, збудники правця та ін. І можуть служити джерелами інфекції для рослин, тварин і людини.
За загальній масі грунтові мікроорганізми становлять більшу частину мікроорганізмів нашої планети: в 1 г чорнозему їх міститься до 10 млрд. Або до 10 т / га. Грунтові мікроорганізми представлені прокариотами (бактерії, актиноміцети, синьо-зелені водорості) і еукаріотів (гриби, мікроскопічні водорості, найпростіші).
Грунтові мікроорганізми дуже різноманітні за своїми властивостями і функцій. Серед них є гетеротрофи і автотрофи, аероби і анаероби. Різко різняться грунтові мікроорганізми по оптимуму рН, відношенню до температури, осмотичного тиску, використовуваних джерел органічних і неорганічних речовин. Багато грунтові мікроорганізми, незважаючи на різні, а іноді і прямо протилежні потреби, розвиваються в одній і тій же грунті, що складається з безлічі різко розрізняються мікросередовищ. Зміна числа ґрунтових мікроорганізмів істотно залежить від пори року, рівня шару в грунті і ін. Чинників.
Обробка грунту, внесення добрив, зміна водних режимів грунту також істотним чином впливають на число грунтових мікро організмів, приводячи як до їх збільшення, так і знищенню.
Найважливіша планетарна функція, яку виконують грунтові мікроорганізми, полягає в круговороті речовин, в тому числі в процесі 'перетворення найважливіших біогенних елементів O, C, N, P, S, Fe і ін. Грунтові мікроорганізми здатні руйнувати всі природні органічні сполуки, а також ряд непридатних органічних сполук.
Інформацією називається сукупність відомостей, даних, знань. В екологічному аспекті під інформацією, як екологічному компоненті екосистеми, розуміється енергетично слабкий вплив, яке сприймається організмом як закодоване повідомлення про можливість багаторазово потужніших впливів на нього з боку інших організмів або факторів середовища і викликає його реакцію.
Інформація виступає і як один з найважливіших видів природних ресурсів і одночасно громадських надбань, оскільки все розвиток людства --результат освоєння і переробки інформації, одержуваної з навколишнього середовища і накопичуваної суспільством.
Інформація, яка містить сукупність даних про кількісний, якісний і динамічному (минуле, сьогодення і майбутнє) стан природних ресурсів та систем, їх взаємозв'язку, про потребу для існуючої, а також прогнозованої форми господарства, розвитку культури і життя людства, є ключовим компонентом гармонійного розвитку людини на Землі в рамках природокористування. Але для правильного використання її необхідно моделювання екосистем і всіляких екологічних ситуацій, які можуть виникнути на Землі в результаті взаємодій в системі "людина - природа". Тут неминуче при дослідженні складних об'єктів, явищ і процесів проводити спрощене їх імітування (натурне, математичне, логічне). У зв'язку з особливостями необхідної інформації в природокористуванні її обсяг дуже великий. Вони перевищує за кількістю біт економічну і технічну інформацію, а обсяг бази і банку даних для цілей природокористування надзвичайно yoмок в глобальних масштабах.
Навколо земного ядра (центральної частини планети) розташовані концентричні шари, або оболонки, кожна з яких характеризується відповідним складом і властивостями речовини.
Зовнішня газова оболонка Землі - атмосфера - не має верхньої різкого розмежування і поступово переходить в космічний простір. В атмосфері зосереджено тільки близько однієї мільярдної частини маси Землі.
Гідросфера займає більшу частину площі нашої планети. Її середня товщина, або потужність, 3790 м, а маса 1,4х10 18 т. Це відповідає 1/800 частини загального обсягу планети.
Тверда земна кора обмежена зверху атмосферою і гідросферою, а знизу поверхнею мантії Землі. Її середня потужність досягає 33 км. Маса кори становить 0,8% загальної маси Землі, а її щільність змінюється в межах 2,7 - 2,9 г / см 3. Кора складена твердими гірськими породами.
Нижче, до глибини 2900 км, розташовується мантія Землі. Мантія Землі поділяється на верхню до глибини 950 км і нижню до 2900 км, характеризується більш однорідним будовою і безперервним (у міру поглиблення) зростанням щільності речовини від 3,5 до 5,6 г / см 3. а також підвищенням температури. На частку мантії припадає 41% маси Землі.
У межах верхньої мантії Землі, що не перевищує глибину 410 км, виявлено шар, який характеризується своєрідним станом речовини, менш в'язким і більш пластичним, ніж вище-і нижні шари Землі. Цей шари менш щільних "розм'якшених" гірських порід, званий астеносферой, розглядається як шар щодо рухомого стану речовини, що обумовлено його частковим плавленням.
Астеносфера (від грец. Asthenes - слабкий і сфера), шар зниженої твердості, міцності і в'язкості у верхній мантії Землі. Розташований на глибинах близько 100 км під континентами і близько 50 км під дном океану; нижня його межа знаходиться на глибинах 250 - 350 км. Не виключена уривчастість шару. Передбачається, що в межах астеносфери, в зв'язку з низькою межею плинності, відбувається повільне перетікання мас в горизонтальному напрямку під впливом нерівномірного навантаження з боку земної кори. Наявність астеносфери пояснюється високим геотермічних градієнтом, високою температурою речовини астеносфери, близької до температури плавлення, і процесами релаксації. В межах астеносфери лежать зазвичай вогнища харчування вулканів і здійснюється переміщення підкіркових мас, які супроводжуються зміною форми залягання, об'єму, внутрішньої структури і взаємного розташування тіл гірських порід. Ці зміни відбуваються під дією глибинних сил Землі, породжують в земній корі умови місцевого направленого або всестороннього розтягування, стиснення або зсуву, так звані тектонічні процеси.
Земна кора і частина верхньої мантії, розташованої вище астеносфери, утворюють єдиний жорсткий шар, званий літосферою. Літосфера (грец. Litos - камінь) - це зовнішня тверда оболонка земної кулі, що складається з двох шарів: верхнього з осадових порід з гранітом і нижнього - базальту. Вона має складну будову і змінюється як в горизонтальному, так і у вертикальному напрямках. Гірські породи, що складають літосферу, в одних місцях залягають горизонтально, а в інших зібрані в складки, розбиті глибокими тріщинами, і сусідні блоки часто зміщені один щодо одного. Системи тріщин нерідко служать шляхами проникнення з глибин в літосферу магматичних розплавів і рудоносних розчинів. Літосфера по суті є своєрідною геосферою, відокремленої від іншої частини мантії активним поясом астеносфери.
Земна кора має середню товщину (потужність) 33 км і складається з твердих кам'яних мас (мінералів і гірських порід). За своїм складом і потужності вона неоднакова в різних її частинах. Розділ між корою і нижче розташованої мантією Землі був встановлений югославським вченим А. Мохоровіча і названий на його імені (розділ Мохоровіча). Нижче цього розділу (межі) щільність речовини збільшується до 3,3 г / см 3.
Ядро Землі розташовується в центральній частині планети на глибинах понад 2900 км. Його радіус становить близько 3500 км, а щільність - близько 12,3 г / см 3. а температура - близько 4000--5000 ° С.
Крім зазначених вище оболонок землі, закономірно змінюють один одного від верхніх меж атмосфери до центру Землі, виділяється біосфера, яку також називають сферою життя.
Все геологічно найближчому майбутньому життя на Землі розвивалася як взаємопов'язана сукупність організмів, що забезпечує безперервний потік елементів у біогенному обміні речовин на поверхні нашої планети. Вищим рівнем організації життя на нашій планеті є біосферний.
Біосферою (грец. Bios - життя, sphaira - куля) називають ту частину земної кулі, в межах якої існує життя, що представляє собою оболонку Землі, що складається з атмосфери, гідросфери і верхньої частини літосфери, які взаємно пов'язані складними біохімічними циклами міграції речовини і енергії. Верхня межа життя біосфери обмежений інтенсивної концентрацією ультрафіолетових променів; нижній - високою температурою земних надр (понад 100 0 С). Крайніх меж її досягають тільки нижчі організми - бактерії. В.І. Вернадський, творець сучасного вчення про біосферу, підкреслював, що біосфера включає в себе власне "живу плівку" Землі (суму населяють Землю в кожен даний момент живих організмів, "жива речовина" планети) і область "колишніх сфер", окреслену розподілом на Землі біогенних осадових порід. Таким чином, біосфера - це специфічним чином організоване єдність всього живого і мінеральних елементів. Взаємодія між ними проявляється в потоках енергії і речовини за рахунок енергії сонячного випромінювання. Біосфера є найбільшою (глобальної) екосистеми Землі - областю системної взаємодії живої і неживої речовини на планеті. За визначенням В.І. Вернадського, "межі біосфери обумовлені перш за все полем існування життя".