Öko ja keskkonnakaitse konspekt (13)

Inimese mõju tugevnemine loodusele
Kauges minevikus reguleeris inimeste arvukust maa peal toit ­ selle hankimine ja kättesaadavus. umbes 2 miljonit aastat tagasi kui inimesed toitusid metsikutest taimedest ja jahtisid metsloomi, suutis biosfäär st. loodus ära toita ca 10 miljonit inimest st. vähem, kui tänapäeval elab ühes suurlinnas. Põllumajanduse areng ja kariloomade kasvatamine suutsid tagada toidu juba palju suuremale hulgale inimestest. inimeste arvukuse suurenemisega suurenes ka surve loodusele, mida inimene üha rohkem oma äranägemise järgi ümber kujundas. Kiviaja lõpuks elas Maal ca 50 milj. inimest. 13. sajandiks suurenes rahvaarv 8 korda ­ 400 milj. inimest. Järgneva 600 aasta jooksul, st. 19. sajandiks rahvaarv kahekordistus ning jõudis 800 miljoni inimeseni. Demograafiline plahvatus 19. sajandi alguses toimus inimkonna arengus läbimurre ja inimeste arv Maal suurenes 90 aastaga 2 korda (st. 7 korda kiiremini kui varem) ja 1890. aastaks elas Maal 1,6 miljardit inimest. Järgmine rahvastiku kahekordistumine toimus aga veelgi kiiremini ­ 72 aastaga ­ ja 1962 aastaks elas Maal juba 3,2 miljardit inimest. 1980 aastaks loeti meie planeedil kokku 4,5 miljardit inimest, 1987. a. 5 miljardit ja 1999. a. oktoobris juba 6 miljardit. Sellist rahvaarvu kiiret plahvatuslikku kasvu lühikese aja jooksul nimetatakse demograafiliseks plahvatuseks. Demograafilised uuringud näitavad, et maailmas sünnib sekundis 4,2 inimest, minutis 252, ööpäevas 250 000, aastas 90 miljonit inimest. Maailmas sureb 1,6 inimest sekundis, minutis 96, 5927 tunnis ja 51923209 aastas. Iive on 2,6 inimest sekundis, 151 minutis, 9038 tunnis ja 79 174 297 aastas. See on maailma keskmine, kui arengumaades on iive kuni 4 korda kõrgem kui arenenud riikides. 2000. aasta seisuga elas Maal 6, 05671 miljardit inimest, neist mehi 3,051108 ja naisi 3,00562 miljardit. Kõigist inimestest elas linnas 2,846539 ja maal 3,210171 miljardit. 61 arenenud riigis elas kokku 1,31454 ja 162 arengumaal 4,74217 miljardit inimest. Arenenud riikides elas 26% (0,347323 miljardit) inimestest maal ja 74% (0,967216 miljardit) linnas. Arengumaades elas 60% (2,862848 miljardit) maal ja 40% (1,879323) linnas (FAO andmebaas ). Eestis elas 2000. aastal kokku 1,393 miljonit inimest, neist 649 000 meest ja 745 000 naist. Linnas elas 69% (955 000) ja maal 31% (438 000) inimestest (FAO andmebaas). 2003. aastal elas Maal 6,31 miljardit inimest, neist 1,202 arenenud riikides ja 5,112 arengumaades: I koht Hiina 1,289 miljardit inimest; II koht India 1,069 miljardit inimest ja III koht USA 0,292 miljardit inimest. Arenenud riikides elas 26% inimestest maal ja 74% linnas. Arengumaades elas 60% maal ja 40% linnas. 2006 aastal elas Maailmas 6,528 miljardit inimest, neis 3,286 mehed ja 3,242 naised. 2008. aastal elas Maal 6,69 miljardit inimest, neist 1,23 miljardit arenenud riikides ja 5,48 miljardit arengumaades. I koht Hiina 1,331 miljardit, II India 1,51 miljardit ning III koht USA 0,304 miljardit. 2009. aastal elas maal 6,81 miljardit inimest, neist 1,232 miljardit arenenud riikides ja 5,578 miljardit arengumaades. I koht Hiina 1,331 miljardit, II India 1,17 miljardit ning III koht USA 0,307 miljardit. Eestis elas 2003. aastal 1,356 miljonit inimest, neist linnas 69% ja maal 31%. 2004. aasta alguses loeti Eesti rahvaarvuks 1,351 miljonit inimest. Eestis on iive jätkuvalt negatiivne, alates 1991. aastast, mil see näitaja oli -183 inimest. Negatiivne iive oli suurim 1994. aastal -7997 inimesega. Pärast seda on sündivus hakanud taas suurenema ning 2002. aastal oli iive -5354 inimest. 2005. aastal oli loomulik iive -2966 inimest ning Eestis elas 1,3456 miljoni inimest, neist 619 949 mehed ja 726 148 naised. 2006. aasta alguses elas Eestis kokku 1,344684 miljonit inimest. 2008. aasta alguses elas Eestis 1,34 miljonit inimest, neist 617 410 meest ja 723 525 naist. 2007. aastal oli iive -1634 inimest, eestlastel -177. 1. jaanuari seisuga 2009. aastal elas Eestis 1,340415 miljonit inimest. 2008. aastal oli loomulik iive -647 inimest, eestlaste loomulik iive 595. Arvatakse, et 2010. aastaks elab Maal 8 miljardit inimest, 2030 a-ks 10 miljardit inimest. Arvatakse, et rahvaarv stabiliseerub käesoleva sajandi keskpaigaks ja inimesi elab siis Maal 12­15 miljardit. Linnastumine Maailmas suureneb inimeste koondumine linnadesse, 1950. a. elas linnades 30% inimestest, 1960. a. 33%, 1970. a. 46% ja 2000. a. 47%. Tänapäeval elab linnades üle terve maa 2,84 miljardit inimest, arenenud maades 74% rahvastikust. Eestis elab linnades 69% inimestest. Maailmas suureneb üha linnade arv, kus inimesi elab üle miljoni. 10 miljonilisi linnasid oli Maal 1950.a-l üks ­ New York , kuid juba
Endla Reintam , 2008/2009 1 1975. aastaks lisandusid Tokyo , São Paulo, Shanghai ja Mexico City. 2000. a-ks oli Maal juba 19 10- miljoni linna. Lisaks eelnevatele lisandusid Los Angeles , Buenos Aires, Lagos, Cairo, Karachi, Bombay, Delhi, Dhaka , Calcutta, Tianjin, Beijing ( Peking ), Seoul, Osaka , Rio de Janeiro ja Manila. 2015. aastaks on prognooside kohaselt juba 26 üle 10-miljoni linna. Lisanduvad Istanbul , Teheran , Lahore , Hyderabad, Jakarta ja Hangzhou. Üks selline suurlinn (Mexico City) vajab päevas vähemalt 6000 tonni toitu. Eesti suurimaks linnaks on Tallinn, kus elas 2006. a. 396 193 inimest, e. 1/3 kogu Eesti elanikkonnast. Tartus elas samal ajal 101 740 inimest. Eestis oli 2005. aasta alguse seisuga 39 linna ja 8 vallasisest linna. Sellist linnade pidurdamatut kasvu nimetatakse urbanisatsiooniks. Tööstusrevolutsioon Inimeste arvu hüppelist suurenemist 19. sajandil mõjutas tööstusrevolutsioon, mille käigus manufaktuurne tööstus asendati vabrikulisega. Tööstusrevolutsioon sai toimuda tänu ostuvõimelise turu moodustumisele, kapitali kuhjumisele, tööjõu vabanemisele põllumajandusest ja mehhaanika arengule. Tööstusrevolutsioon algas 1760­1780. a. Inglismaal ja alguses tekstiilitööstuses (tänu orjatöö kasutamisele oli ka puuvill odav). Leiutati kudumismasin ja aurumasin , kuid need leiutised olid üksikud ning tehnika areng ei olnud seotud teadusega. 20. saj. keskpaigas algas teadus-tehniline revolutsioon , mil teaduse areng sai aluseks ühiskonna heaolu kasvule ja tööstuse arengule. Selle käigus muutus nii töö struktuur, tehnika, mõjutatud said nii kultuur kui olme. Teadus-tehniline revolutsioon sündis suurimate teaduslike ja tehniliste saavutuste mõjul ­ töö kompleksne automatiseerimine, uute energialiikide avastamine ja kasutamine, uute materjalide loomine jne. ­ raadio, televiisor, arvutid , laser, aatomienergia . Need avastused tehti kõik 20. sajandi alguses või esimesel poolel. Hiljem on asju ainult täiustatud. Viimastel aastakümnetel (50) ei ole avastatud midagi sellist, mis oluliselt muudaks inimeste elujärge. Põllumajanduse arenemine tõi endaga kaasa üha suurema linnastumise tänu vabanevale tööjõule. Teadus-tehnilise revolutsiooniga käib kaasas tehnokraatia (Kr. techne ­ kunst ) ­ tehnika ja tehnikateadlaste võim. Tehnokraatlik suhtumine looduskasutusse hindab üle tehnoloogilisi aspekte ja eirab loodusteaduste arvestamist keskkonnakaitses. Tehnokraatia käsitab keskkonnakaitset üksnes elukeskkonna normatiividele vastavuse tagamisena tehnoloogia täiustamise kaudu, kui on piisavalt raha. Põhimõte on selles, et inimene on tehnika jaoks, mitte tehnika inimese jaoks. See seisneb ülemäära suurte koguste kemikaalide kasutamisest põllul, liiga palju tehnikat, transpordi tsentraliseerimine. Eesti ehedaim näide on reisirongiliikluse kaotamine Edelaraudteel. Toiduprobleemid Seoses linnastumise ja demograafilise plahvatusega kaasnevad toiduprobleemid, jäätmeprobleemid. FAO ­ Food and Agricultural Organisation, järgi peab inimene saama päevas rohkem kui 2400 kcal energiat, üle 70 g üldvalku ja rohkem kui 20 g loomset valku. Ligi 800 miljonit inimest arengumaades nälgib, neile lisandub veel 34 miljonit inimest arenenud maadest , kes kannatavad kroonilise toidupuuduse all. Arvatakse, et 2015. a-ks väheneb nälgivate inimeste arv 400 miljonile, kuid nii mõneski maailma osas nälgivate inimeste arv hoopis kasvab. Alatoitluse all kannatas 1995­97. aasta andmetel Hiinas 164, Indias 204, ülejäänud Aasias 157, Ladina-Ameerikas 53, Kesk-Aafrikas 180, Ida- ja Põhja-Aafrikas 33 miljonit inimest. Alatoitluse all kannatajaid on rohkem Kesk-, Ida- ja Lõuna-Aafrikas. Neis alarajoonides kannatavad ligi pooled inimesed alatoitluse all. Probleem on suur ka Ladina-Ameerikas, kus 5­19% inimestest on alatoidetud. 1960. aastatel õnnestus tänu saagirohkete sortide kasutuselevõtule (kääbusnisu, riis IR-8) ja intensiivsele põllumajandusele (väetised, pestitsiidid , niisutus) arengumaades suurendada järsult teraviljatoodangut. Seda nimetati roheliseks revolutsiooniks. Roheline revolutsioon leevendas küll nälga, kuid kohati suurendas sise- ja välisvastuolusid ning kontraste ­ monokultuur, ikaldused, saagi toiteväärtuse langus, sooldumine seoses niisutamisega. Termini roheline revolutsioon võttis kasutusele geneetik Norman Borglaug ( Mehhiko ), kes aretas lühikõrrelise nisu. Toiduprobleemid maakeral on seotud põllumajanduspoliitikaga ja põllumajanduse arenguga. Arenenud riikides on ületootmine ja piiratakse tootmist. Arengumaades on toidupuudus . Arenenud maades istutatakse viljakale maale metsa, energiavõsa. Arengumaades võetakse maha vihmametsasid, mille tagajärjeks on ulatuslik vee- erosioon ­ viljakas muld uhutakse ära, kuni 1000 tonni/m2. Vihmametsades sajab üle 1500 mm aastas. Erosiooni kõrval põhjustab metsade maharaie ka probleeme süsihappegaasi sidumises ja hapniku tootmises, suurendades kasvuhooneefekti.
Endla Reintam, 2008/2009 2 Inimese mõju loodusele algas juba tema arenemisega, kuid alguses oli see mõju väike, praktiliselt märkamatu ning piirdus söödavate taimede ja nende juurte ning viljade söömisega. Seejärel hakkas inimene kasutama toiduks kala ja imetajaid. Eriti intensiivseks muutus jaht tulirelva leiutamisega. 8000 aastat tagasi hakkas inimene loomi kodustama, pannes aluse loomapidamisele. Kuid veistele oli vaja karjamaad ning nii algas ulatuslik metsade maharaie ja põllumaa rajamine. Metsade maharaie sai põhjuseks muldade erosioonile, veereziimi muutustele, paljude kasulike taimede ja loomade hukule. Veelgi suurem kahju sai alguse tööstuse arenguga ning paljudel maadel tuleb tänapäeval juba metsa sisse vedada ( Holland ). Nafta , gaasi, vedelkütuse jt. kasutamise tulemusena hakkasid biosfääri kogunema nende ainete jääkproduktid ning loodus ise ei suutnud enam hakkama saada kogu selle reostusega, mille tagajärjeks on vee, õhu, mulla jm. reostumine . See mõjub aga hukutavalt lindudele, loomadele, taimedele aga ka inimesele endale. Tekkis vajadus looduse kaitsmiseks.
Loodus- ja keskkonnakaitse areng maailmas Vaadeldes kas kogu maailma, mingit kindlat piirkonda või ühte kindlat riiki, saame alati rääkida: 1) looduskaitse-eelsest perioodist, kus looduse kaitsmiseks astuti üksikuid samme (tegevus polnud võib- olla isegi teadlik) ja 2) teadliku looduskaitse perioodist, kus looduse kaitsmisest kujunes laialdane ja sihipärane tegevus. Nii nagu kogu maailma areng on olnud ebaühtlane, nii võib ka teadliku looduskaitse arengus esile tuua konkreetsed riigid, milledes vastavasuunaline tegevus on olnud kõige laialdasem. Nimetatud riikide puhul saame rääkida "looduskaitse arengu kolletest" maailmas. Esiletoomist väärivad Saksamaa Euroopas ja Põhja-Ameerika. Looduskaitse areng Euroopas Kesk-Euroopa tihedasti rahvastatud alad, eriti Saksamaa olid kohaks, kus kõige esmalt hakati tunnetama inimese survet loodusele ja koos sellega looduse kaitsmise vajadust. Esimesed organisatsioonid , mis sel alal tekkisid, lähtusid mitte majanduslikust, vaid looduse kaitsmise esteetilistest ja eetilistest ning hiljem ka teaduslikust aspektist . Maailma vanimaks kaitsealaks peetakse Belovezje metsa Poola ja Valgevene piiril . See tarva poolest tuntud ala on olnud kaitse all juba 14. sajandist alates. Böömi vürst Adolf von Schwarzenberg andis ülemöödunud sajandi 60. aastatel kaitsealaks laialdase metsamassiivi oma maadel. Paljud Euroopa esimestest kaitsealadest loodi jahiloomade tarvis. Nii kuulutati 1537. a. kuninglikuks jahipargiks Ahvenamaa , kus piirati talupoegade õigusi jahile. 1569 ­ Sveitsis võeti kaitse alla Kaipfstocki piirkond peamiselt jahiloomade kaitsealana. 1836 ­ kaitse alla võeti maaliline kalju Drachenfelsen Siebengebirge mäestikus Saksamaal. 1840 ­ esimesed loomakaitseseltsid ( koduloomade humaanseks kohtlemiseks) Nürnbergis, Hamburgis Saksamaal. 1875 ­ esimene looduskaitseline organisatsioon ­ Saksa Linnukaitsjate Ühing. 1888 ­ esimene looduskaitseline seadus ­ Saksa linnukaitseseadus. 1888 ­ kodukoha uurimise entusiast Ernst Rudoff võttis esimesena Euroopas tarvitusele mõiste "looduskaitse". 1906 ­ loodi Preisi Loodusmälestiste Hooldamise Riiklik Asutus ­ esimene omataoline riiklik asutus kogu maailmas. 1909 ­ loodi ühing "Looduskaitsepark" ja selle kaudu nõmme- kaitseala "Lüneburger Heide ". Esimeste rahvusparkideni jõuti Euroopas alles möödunud sajandi alguses. Looduskaitseideed Kesk- Euroopas ja Põhjamaades edendasid sakslase Hugo Conwentzi (1855­1922) kirjutised. Euroopa esimesed rahvuspargid rajati 1909. a. Rootsis, samal aastal sai see riik ka looduskaitseseaduse. Saksa looduskaitseseadus võeti vastu küllaltki hilja (1935. a.), näiteks Soomes tehti seda 1923. ja Prantsusmaal 1930. aastal. Looduskaitse areng Põhja-Ameerikas Möödunud sajanditel kasutati Ameerika loodusressursse piiramatult, kuna arvati, et need ei saa kunagi otsa. Esimesena hakkasid vähenema metsad ( raiumise ja tulekahjude läbi). 1873­75 ­ esimesed metsakaitseorganisatsioonid.
Endla Reintam, 2008/2009 3 1886 ­ Metsaamet. 1870 ­ Ameerika Kalanduse Selts (teaduslik organisatsioon). 1883 ­ Ameerika Ornitoloogide Liit. 1832 ­ maalikunstnik George Catlin tegi pärast ekskursiooni Missouri jõel ettepaneku luua rahvusparke. 1872 ­ loodi Yellowstone ´I natsionaalpark Kaljumägedes (8991 km2) ­ esimene rahvuspark kogu maailmas. Ameerikast levis rahvuspargi-idee kiiresti Kanadasse (esimene rahvuspark 1885), Mehhikosse ( 1898 ), Austraaliasse ( 1879 ), Uus- Meremaale (1894) ja Lõuna-Aafrikasse (1897). Maailmas oli 1990. a. ligi 7000 rahvusparki või muud riiklikult kaitstud piirkonda, enamik neist loodud viimase paarikümne aasta jooksul. Nende üldpindala oli umbes 651 miljonit hektarit ehk 4,9 % maakera pindalast.
Looduskaitse ajalugu Eestis Varajase looduskaitse ilminguteks võib lugeda looduslike rituaalipaikade säilitamist juba mäletamata aegade tagant. Nii oli see ka Eestis, kus näiteks paljud puud, metsasalud, kivid , allikad, jõed, järved ja pangad olid pühad paigad . Loodusksitse dateeritud ajalugu algab valitsejate kehtestatud jahi- ja kalapüügipiirangutega või ehituspuu (eriti mastimändide) raiekeeluga linnade ja kindlustuste läheduses.
1297 ­ Taani kuningas Erik Menved keelas metsaraie kolmel saarel Tallinna lähedal. Seda võib lugeda esimeseks dateeritud loodust kaitsvaks aktiks Eesti alal. 1644 ­ Urvaste pastor Johann Gustaff avaldas " Pikse palve", mis kajastab Pühajõe reostamise vastu suunatud talupoegade ülestõusu. 1664 ­ Rootsi metsaseadus laienes ka Eesti alale , see ohjeldas säästvale metsaraiele ja andis korraldusi mõnede puuliikide säilitamiseks (mets-õunapuud, pihlakad , toomingad, tammed jt). 18. saj. ­ Rajati hulgaliselt mõisaparke (umbes 1300), mis on ainulaadselt rikastanud Eesti maastikke ja olnud eeskujuks ka taluhaljastuse rajamisel. Klassikaline looduskaitse sündis alles 19. sajandil, mil akadeemiliste ringkondade eestvõttel teadvustati Euroopas leiduvate erakordsete loodusobjektide ja loodusmälestiste ning Ameerikas säilinud ürgsete alade esteetiline , eetiline, hariduslik ja usundiline tähtsus kaasaegsele kultuurile . Eestis sai looduskaitse alguse samal perioodil, eeskätt baltisaksa kultuuriringkondade loodusteadusliku tegevuse õhutusel. Oluline osa maarahva harimisel ja loodushoidlike teadmiste levitamisel kirjasõna kaudu oli O. W. Masingul, pärast teda ärkamisaja suurmeestel F. R. Kreutzwaldil, J. W. Jannsenil ja C. R. Jakobsonil. 1853 ­ Asutati Eesti Loodusuurijate Selts, looduse uurimist ja kaitset edendav organisatsioon. 1910 ­ Asutati Vaika Linnukaitseala ­ esimene looduskaitseala Eestis. See sündis Vilsandi saare majakavahi A. Toomi initsiatiivil ja Riia Loodusuurijate Seltsi toetusel. 1913 ­ Asutati Saaremaa Loodussõprade Selts, esimene omataoliste hulgas. Seltsi asutaja A. A. Hrebtov koostas ja saatis laiali üksikasjaliku looduskaitselise ringkirja ­ esmase omataolise dokumendi Vene impeeriumis. 1920 ­ Asutati Loodusuurijate Seltsi juurde eraldi looduskaitsekomisjon, mille esimene esimees oli prof F. Bucholtz. See oli esimene ühendus, mis seadis endale eesmärgiks loodusmälestusmärkide arvelevõtmise, uurimise ja hoidmise üle kogu Eesti. Alates 1924 ­ asutati uusi looduskaitsealasid (Kastre-Peravalla, Harilaid , Abruka jt.). Iseseisvunud Eesti riigi jõukuse suurenedes sai looduskaitse valitsemis- ja haldussüsteemi osaks; looduskaitseks, jahipidamiseks ja metsa kasutamiseks loodi vastav reeglistik ning seda kontrollivad ametikohad. Hakkasid ilmuma loodushoiuga seotud teadmisi levitavad ajakirjad "Eesti Loodus", "Loodusvaatleja", "Loodus", "Eesti Looduskaitse", "Loodushoid ja Turism ". 1935 ­ Võeti vastu esimene Eesti looduskaitseseadus, mis korraldas looduse kui terviku kaitset ka väljaspool kaitsealasid. Asutati Riigi Looduskaitsenõukogu (esimees prof T. Lippmaa) ja Riigiparkide Valitsus (juhataja mag P. Päts). 1936 ­ Alustas tööd esimene riiklik looduskaitseinspektor ­ dr G. Vilbaste, kes muu hulgas koostas esimese kaitsealuste objektide loendi, algatas nende tähistamise ja lõi looduskaitse usaldusmeeste võrgu üle maa.
Endla Reintam, 2008/2009 4 1938 ­ Võeti vastu teine looduskaitseseadus, mis laienes turismile ja kodukaunistusele, vastav valitsemisasutus nimetati Loodushoiu ja Turismiinstituudiks ( direktor P. Päts). Pärast II maailmasõda läks aastaid, enne kui taaselustati tegevuse katkestanud ühiskondlikud looduskaitseorganisatsioonid ja vastavad riiklikud struktuurid . Tänu iseseisvuse ajal saavutatule olid Eesti looduskaitsekogemused tollase Nõukogude Liidu piires suunaandjaks.
Keskkonnakaitse seos baas- ja rakendusteadustega
Keskkond ­ tingimuste kompleks , milles biosüsteem asub. Ühelt poolt on see aineline oleluskeskkond (nt. vesi, muld , teise organismi sisemus), teiselt poolt kõigi mõjutavate välistegurite (meteoroloogilised, edaafilised, biootilised jm. tegurid) kogum. Keskkonnakaitse ­ meetmete kompleks inimese elukeskkonna saastamise vähendamiseks ja vältimiseks ning loodusobjektide säilitamiseks. Lähtudes definitsioonist: a) Keskkonnakaitse on meetmete kompleks inimese elukeskkonna saastamise vähendamiseks ­ keskkonnakaitse on seotud teadusharudega, mis aitavad meil neid meetmeid ellu viia; b) Keskkonnakaitse on meetmete kompleks loodusobjektide säilitamiseks ­ keskkonnakaitse on seotud teadusharudega, millel baseerub loodusobjektide tundmaõppimine.
ÖKOLOOGIA BIOGEOGRAAFIA LOODUSKAITSE MULLATEADUS BIOLOOGIA
KESKKONNAKAITSE
KEEMIA KLIMATOLOOGIA ÖKONOOMIKA PÕLLUMAJANDUS- TEHNOLOOGIA TEADUSED Keskkonnakaitse hõlmab: atmosfääri, maavarade, hüdrosfääri ratsionaalse kasutamise ja kaitse, jäätmete taaskasutamise või ladustamise, kaitse müra, ioniseeriva kiirguse ja elektriväljade eest.
Miks kaitsta loodust: a) eetilised ­ kõige elava austamine, seotud religiooniga; b) esteetilised ­ ilus silmale ; c) teaduslikud ­ räägib palju minevikust, geneetika ­ toit; d) majanduslikud ­ mida me hakkame sööma, kaubandus; e) ressursilised ­ taastuvad ja taastumatud maavarad . See on ajalooline järjekord, kuid tänapäeval on järjekord täpselt vastupidine .
Keskkonnakaitse fundamentaalteadusteks on : ökoloogia biogeograafia
Biogeograafia ja biogeotsönoloogia
Biogeograafia on bioloogia ja geograafia piirteadus, mis käsitleb biosüsteemide (põhilised uurimisobjektid ) levikut maakeral. Biogeograafia jaotub objektide järgi füto-, müko- ja zoogeograafiaks. Biogeograafia keskne haru on arealoogia e. areaalide uurimine . Areaal e. levila on biogeograafias mingi taksoni esinemisala (territoorium v. akvatoorium) Maal. Milliseid spetsiifilisi küsimusi uurib biogeograafia? 1) biogeograafiline rajoneerimine ­ Maa territooriumi v. akvatooriumi liigestamine elustiku oluliste erinevuste alusel; 2) küsimus biogeotsönooside geograafilise jaotumise seaduspärasustest.
Endla Reintam, 2008/2009 5 Biogeotsönoos on looduslik kompleks, millesse kuuluvad elukooslus (biotsönoos) ja selle elupaiga (biotoobi) eluta keskkond. Biogeotsönoos on ökosüsteemi erijuht , mille territoriaalse ulatuse määravad taimekoosluse e. fütotsönoosi piirid (V. Sukatsov, 1944). Iga biogeotsönoos on ökosüsteem, kuid kõik ökosüsteemid ei ole biogeotsönoosid. Ökosüsteem ­ 1. (A. Tansley) funktsionaalne süsteem, milles toitumissuhete (aine- ja energiaülekande) kaudu seostunud organismid koos keskkonnatingimuste kompleksiga moodustavad isereguleeruva areneva terviku. Ö-i põhikomponendid on anorgaanilisest ainest orgaanilist ainet sünteesivad autotroofsed taimed, orgaanilist ainet muundavad taimtoidulised ja loomtoidulised loomad, orgaanilist ainet anorgaaniliseks tagasi lagundavad (surnud orgaanilisest ainest toituvad) lagundajad ja eluta keskkond, kust ammutatakse elusaine ehitamiseks vajalik ja kuhu elutegevuse lõppsaadused tagastuvad. 2. Biosfääri elementaarosa, milles üks biotsönoos koos sellele omase biotoobiga moodustab mingil piiritletaval alal aineringe kaudu reguleeruva süsteemi. Biogeotsönoloogia on teadusharu , mis käsitleb elukoosluse ja elupaiga komponentide (mulla, kivimite, kliima) vastastikuseid suhteid ja olenevusi ning produktsiooni- ja mullatekkeprotsessis, energiavoos ja aineringeis toimuvaid muutusi (V. Sukatsov, 1940-ndatel a.-tel). Biogeograafia on tihedalt seotud ka maastike uurimisega, kuna biogeotsönoosid on üks osa maastikust (moodustavad maastiku tuuma). Maastik on ala, kus seaduspäraselt korduvad vastastikku sõltuvad pinnavormid , mullad , taimekooslused ja inimtegevuse avaldused (näit. Pandivere kõrgustik). Biogeograafilisel rajoneerimisel võetakse arvesse järgmisi näitajaid: ­ üldine liigiline koosseis; ­ endeemsete liikide arv; ­ teatud looma- või taimerühmade puudumine;' ­ iseloomulike (paikkonnale omaste) liikide esinemine.
Ökoton ­ kahe järsult erineva maastikuosise või koosluse siirdevöönd, mis sisaldab mõlema elemente ja on seepärast keskkonnalt komplekssem või liigirikkam kui kumbki neist ( servaefekt ). Kultuurmaistus on ö-d (nt. metsaservad, veekogude kaldad ) liikide kontsentreerumiskohad, kompensatsioonialad ja ühtlasi geoökoloogilised barjäärid. Ökotoop ­ taimekoosluse kasvukoht, abiootiliste keskkonnategurite (vt. biotoop) kompleks. Endeem ­ liik või muu takson , mille levik piirdub mingi suhteliselt väikese maa-alaga. Vähese leviku põhjus võib olla taksoni noorus või vastupidi, reliktsus. Kosmopoliit , kosmopolitism ­ väga laialdase levikuga (vähemalt kolmel mandril ) liik. Kosmopolitismi eeldused on suur ökoamplituud ja tõhus levi, paljudel juhtudel ka kiire aktiivsete elujärkude läbimine. Rohkesti inimikaaslejaid liike: vesihein, rändrott, toakärbes.
Biogeograafilistest seisukohtadest lähtusid oma töödes esimestena: Alexander von Humboldt (1769­ 1859 ) ja Robert Charles Darwin (1809­1882).
Biogeograafia seos teiste teadusharudega:
geomorfoloogia mullateadus
BIOGEOGRAAFIA
hüdroloogia klimatoloogia
Biogeograafia on: 1) bioloogiline teadus ­ uurimisobjektiks on elusorganismid ; 2) geograafiline teadus ­ püüab leida seoseid taimede ja loomade maailmaga ühelt poolt ning geograafiliste faktoritega (kliima, geomorfoloogia, mullad, inimtegevus) teiselt poolt.
Endla Reintam, 2008/2009 6 Ökoloogia arenemine, aine ja ülesanded
Ökoloogia on teadus sellest, kes kelle ära sööb või välja sööb. Sümbioos jt. koostööd peegeldavad nähtused on kirjeldamisel tagaplaanil ­ K. Eerme definitsioon. Ernst Haekel (1834­1919) kirjutas 1866 a. teoses "Organismide üldine morfoloogia ": "Ökoloogia on teadus energia, anorgaaniliste ja orgaaniliste ainete ning elusolendite vahelisest arvepidamisest analoogiliselt majandusteaduse e. ökonoomikaga". Ökoloogia (kr. oikos ­ maja, elamu, eluruum ; logos ­ mõiste, õpetus, teadus) Otseses mõttes on ökoloogia seega teadus organismidest nende enda kodus. Üldistatult: ökoloogia on õpetus (logos) eluruumi (oikos) seaduspärasustest ­ elusorganismide ja neid ümbritseva keskkonna vahelistes suhetest. Ökonoomika (kr. oikonomus­majavalitseja). Ökonoomika on seega kunst korraldada kodust majapidamist.
Ökoloogia arenemine Ökoloogia vastu tekkis praktiline huvi juba inimkonna varasel koidikul. Primitiivses ühiskonnas pidi iga indiviid (üksikolend) selleks, et ellu jääda omama teadmisi ümbritsevast keskkonnast, st. loodusjõududest, taimedest ja loomadest. Ökoloogia nagu kõik teisedki teadmiste valdkonnad on arenenud katkematult, aga see areng on inimkonna erinevatel arenguetappidel olnud erineva kiirusega. Hippokratese, Aristotelese jt. Kreeka filosoofide töödes on otseselt ökoloogiaga seotud kirjutisi, kuigi kreeklased sõna "ökoloogia" ei kasutanud. Omaette teadusliku distsipliinina hakati ökoloogiat käsitlema sajandivahetuse paiku. Algul tegid uurijad selge vahe taime- ja loomaökoloogia vahele, kuid kui arenesid kontseptsioonid kooslustest (F. Clements, V. Shelford ), toiduahelatest ja aineringetest (R. Lindeman, G. Hutchinson) jne., siis tekkis teoreetiline alus üldiseks ökoloogiaks. Ökoloogia ja keskkonnakaitse areng tänapäeval Inimkond hakkas ökoloogiliste probleemide tõsidust tajuma 1960-ndatel aastatel. 1968­70 tekkis liikumine, mida võiks nimetada "üldine hoolitsus ümbritseva keskkonna eest". Kõigil oleks nagu tekkinud üldine huvi ökoloogiliste probleemide vastu. Ühiskondlik huvi suunas ka akadeemilise ökoloogia arengut (huvi=raha). Seni vaadeldi ökoloogiat lihtsalt bioloogia ühe osana ja ökoloogiat õpetati peamiselt bioloogidele. Kuigi ka praegu on ökoloogia juured bioloogias, moodustab ta silla loodusteaduste ja ühiskonnateaduste vahel. 60-ndatel ennustati, et inimühiskond puutub tõsisemate ümbritsevat keskkonda puudutavate probleemidega kokku 30­35 aasta pärast ja tõest ei oldud kaugel: praegu on probleemiks kliima soojenemine, augud osoonikihis, vete reostumine, nälg, toiduainete reostumine, liigirikkuse vähenemine, vihmametsade hävimine, muldade erosioon jne. Ajalooliselt on juba niimoodi kujunenud, et viies ellu mingit kindlat eesmärki, nagu näiteks jahisaagi küttimine, maavarade kaevandamine v. teedeehitus , on inimene seadnud esiplaanile ainult üheainsa kindla majandusliku eesmärgi ja pole mõelnud ökoloogilistest tagajärgedest ja ökoloogilisest riskist. Ökoloogiline risk ­ ebasoodsate keskkonnamuutuste tõenäosus olemasolevate loodusvarade või keskkonnatingimuste antropogeensel muutumisel. Selline käitumine on mõeldav seni, kuni tööstus oli maailmas vähe levinud ning loodus suutis inimtegevuse tagajärgede vastu seista. Kahjuks alles 1960-ndatel hakkasid inimesed mõistma, et ümbritsevat keskkonda ähvardab globaalne reostumine. Just sel ajal toimus väärtuste ümberhindamine ja võeti kasutusele esimesed abinõud looduskeskkonna säästmiseks. 1980-ndatel üldsuse huvi looduskaitse vastu vähenes, jätkus aga professionaalsuse tõus ­ suurenes teaduslike uuringute maht, töötati välja uusi tehnoloogiaid ja loodi uusi looduskaitsega tegelevaid asutusi . 1990-ndate aastate alguses kerkisid esile uued probleemid: rahvastiku kiire juurdekasv, looduslike ressursside ammendumine , osooniaugud, kliimamuutuste esimesed tagajärjed (näit. kahjurite massiline levik mõnedes piirkondades). Samas on aga lootus sellel, et praegune looduskaitsealane tegevus viib kiirete positiivsete tagajärgedeni, kuna ettevalmistustööd on tehtud. Üheks tähtsamaks ülesandeks on inimeste ökoloogilise teadvuse tõstmine.
Endla Reintam, 2008/2009 7 Ökoloogiline teadvus ­ see on inimese ja inimkonna loodusolenevuse (loodusest sõltumise) sügav mõistmine. Ökoloogiline teadvus põhineb teadmisel, et inimene kui liik saab säilida ainult siis, kui keskkonna muutumine ei välju inimese ökoamplituudi raamidest. Ökoloogia kui aine sisu Ökoloogia kui aine sisu võib kirjeldada erinevate organisatsiooniliste tasemete (biosfäär, bioomid, ökosüsteemid, kooslused , populatsioonid, üksikorganismid jne.) kaudu. Organiseeritus ­ süsteemi kui terviku omadus, mis avaldub tema koostisosade vastastikku sõltuvas toimimises ja piirab seda toimimist süsteemi raames. Organiseeritus teeb süsteemi taandumatuks selle elementide summale. Elu igal organisatsioonilisel astmel tekivad läbi suhete ümbritseva füüsikalise keskkonnaga (aine+energia) iseloomulikud funktsionaalsed süsteemid. Ökoloogias on süsteem looduses vaadeldavas paigas asetleidvate omavahel seoses olevate protsesside ja nähtuste kogum. Süsteemi uurides pööratakse tähelepanu aineringele ja seda kujundavaile tegureile. Ökoloogia uurib peamiselt süsteeme, mis asuvad organismi tasemest kõrgemal. Ökoloogia peamised ülesanded 1) elu seaduspärasuste uurimine ja tundmaõppimine; 2) antropogeensete tegurite mõju väljaselgitamine looduslikele süsteemidele; 3) teadusliku baasi loomine bioloogiliste ressursside ratsionaalseks kasutamiseks; 4) inimtegevuse mõjul looduses toimuvate muutuste prognoosimine. Ökoloogia jaotusi Ökoloogia tegeleb kolme tasemega: 1) Üksikute indiviididega või organismidega ­ autökoloogia; 2) Populatsioonidega (kogum ühe liigi isendeid) ­ demökoloogia; 3) Kooslustega (kogum eri liikide populatsioone) ­ sünökoloogia.
Indiviid ­ isend , üksikolend, terviklik, enamasti jagamatu organism, mis on ainevahetuse poolest keskkonnaga suhteliselt iseseisev. Vegetatiivselt paljunevail taimedel, kännistena elavail ainuõõsseil jts. organismidel on indiviide raske eristada. Liik ­ (species), bioloogilise süstemaatika tähtsaim üksus (takson), on niisugune väikseim organismirühm, mis sellesse rühma mittekuuluvate organismidega ristudes ei anna paljunemisvõimelisi järglasi. Tüpoloogiliselt on liik selline organismide klassifikatsiooni väikseim üksus, mis erineb igast muust liigist mitme tunnuse poolest, vahepealseid vorme ei ole või on väga vähe. Populatsioon ­ asurkond, rühm ühe liigi isendeid, kes elavad koos samal ajal samas paigas. Funktsionaalsest aspektist on liigi eksisteerimise elementaarvorm, isendite rühm, mis suudab pidevalt muutuvais keskkonnatingimustes pikka aega (põlvkondade rea vältel) säilitada oma arvukust. Geneetilis- evolutsioonilisest aspektist moodustab populatsiooni omavahel vabalt ristuvate isendite kogum, mis on teistest sarnastest kogumitest sel määral isoleeritud, et nad võivad lahkneda. Territoriaalsest aspektist on p. ühe liigi isendite rühm, mis on teistest rühmadest ruumiliselt eraldunud. Eristatakse geneetilist (genotüüp), fenotüübilist (fenotüüp), vanuselist (elutabel, vanuskoosseis), soolist (sugude suhe), seisundilist e. füsioloogilist (seisund, vitaalsus), ruumilist (territoriaalset) ja sesoonset populatsioonistruktuuri, loomadel ka etoloogilist e. sotsiaalstruktuuri (hierarhia). Biotsönoos ( kooslus ) ­ elukooslus, ühesuguste keskkonnatingimustega ala (biotoobis) elavate organismide kogum (ökosüsteemi elusosa); mingi piirkonna kõigi elusolendite populatsioonidest moodustuv kogum. B-i organismid sõltuvad nii keskkonnast kui ka üksteisest. B-s. moodustub toiduahelaist keerukas suhete süsteem ­ biotsönootiline konneks, mis reguleerib liigilist koosseisu ja liigirohkuse korral tagab b-i säilimise ka mõningate keskkonnamuutuste ja mõne liigi väljalangemise korral. B-s eristatakse taime-, seene- ja loomakooslusi ning mikroorganisme.
Üldine ökoloogia ­ selgitab eluslooduse ja keskkonna vastastikuse mõju üldisi seaduspärasusi. Autökoloogia ­ uurib üksikorganismide ja keskkonna vahelisi seoseid. Demökoloogia ­ uurib populatsioonide ja keskkonna vahelisi suhteid. Keskkonnaökoloogia ­ ökoloogia noorim haru, mis uurib inimtegevuse otsest ja kaudset mõju organismide arvukusele ja territoriaalsele jaotumisele; on tihedalt seotud keskkonnakaitsega.
Endla Reintam, 2008/2009 8 Antropoökoloogia ­ kompleksteadus ühiskonna ja looduse suhteist, mis uurib inimese mõju looduslikele ja kultuurökosüsteemidele, looduskeskkonna mõju inimesele, inimese kohanemist keskkonnamuutustega jm. Rekreatsiooniökoloogia ­ puhkealade ökoloogia. Maastikuökoloogia, käitumise ökoloogia, etnoökoloogia (uurib etnose kujunemise ja ainelise kultuuri arengu looduslikke tingimusi) jne. Kui subjektiks on taim ­ fütoökoloogia; loom ­ zooökoloogia; muld ­ pedoökoloogia jne.
Ökoloogia on seotud eelkõige erinevate bioloogiaharudega, nagu füsioloogia, geneetika ja biofüüsikaga, aga ka teiste loodusteadustega, nagu füüsika, matemaatika , geoloogia ja geograafiaga.
Ökoloogias ja keskkonnakaitses kasutatavad uurimismeetodid 1) Eksperiment ehk katse ­ loodusteaduste põhilisi uurimismeetodeid. Eksperiment on nüüdisteaduses empiirilise (kogemusel põhineva) tunnetuse peamine meetod. Eksperimendis mõjutatakse uurimisobjekti ja selle olekutingimusi eriomase seadmekogumi vahendusel selliselt , et a) välistuvad mõjurid, mida peetakse uuritava nähtuse seisukohast kõrvalisteks; b) nähtuste toimumise tingimused teisenevad ning kombineeruvad ettevalitaval ja kontrollitaval viisil. Eksperimendi kui praktilise tegevuse kavandamise aluseks on teoreetilised arusaamad; eksperimendi tulemused kas kinnitavad või kummutavad need. Eksperimendi kui praktika erikuju puhul on tegelikkuse muutmine vahend ja teadmine eesmärk, muude praktikaliikide puhul vastupidi. Eksperiment on arenenud teaduslikust vaatlusest ja mõnes järgus sisaldab seda. Eksperimendile seavad piire inimese praktiline suutlikkus ning moraali- ja õigusnormid. Eksperimendiga selgitatakse näit. organismide reaktsiooni ökoloogiliste tegurite muutustele (autökoloogias) või taimekooslustes jm. ilmnevaid liikide suhteid. Suuremaid ja keerukamaid ökosüsteeme uuritakse mudeleksperimentide abil ( modelleerimine ). 2) Vaatlus ­ jälgimine, on paljude uurimismeetodite aluseks. 3) Monitooring ehk seire (lad. monitor ­ hoiataja, nõuandja) ­ plaanipärane ja pidev keskkonna seisundi uurimine selleks loodud monitooringujaamades. Monitooringujaamu rajatakse : a) inimtegevusest mõjutamata või võimalikult vähe mõjutatud aladele ­ foonaladele; b) inimtegevusest tugevasti mõjutatud aladele; c) eelnevalt nimetatud alade siirdealadele. Monitooring võib olla: a) kohalik e. lokaalne ; b) piirkondlik e. regionaalne; c) ülemaailmne e. globaalne. Monitooringu liigid (meetodite järgi): a) geofüüsikaline (meteonäitajate, kiirgus-, soojus - ja veereziimi m.); b) geokeemiline (õhkkonna, sademete, mere-, pinna- ja põhjavee, muldade, taimkatte ja loomastiku keemilise koostise m.); c) bioloogiline (elustiku ajalise ja ruumilise muutuvuse m.) Monitooringu üheks liigiks on kaugseire ­ Maa pinna distantsuurimine, mille eesmärgiks võib olla näit. taimkatte produktiivsuse ja saagi ennustamine . 4) Modelleerimine ­ tunnetusmeetod, mis seisneb mudelite loomises ja uurimises ning uurimistulemuste tõlgendamises. Mudelil sooritatakse operatsioone, mille originaalil tegemine on liiga kulukas (näit. kliimamuutuste stsenaariumide modelleerimine), raske või eetiliselt lubamatu. Modelleerimisele sarnane on analoogide meetod ­ uurimismeetod, milles ühe eseme või nähtuse kohta saadud teadmised omistatakse teisele, vähem uuritule. Analoogiast võivad lähtuda teaduslikud hüpoteesid. 5) Proovialade meetodid, näit. kvadraatide meetod.
Endla Reintam, 2008/2009 9 Taimkatteüksus Kvadraadi pindala (m2) mets koos puurindega 200­500 metsa alustaimestik 50­200 rohumaa ( niit ) 50­100 (10­25) umbrohukooslus 25­100 samblad 1­4 6) Loendus ­ loomaliigi isendite arvu tuvastamine mingil ajal ja kindla metoodika alusel. Loendus võib olla: a) absoluutne ­ hõlmab uuritava kogumi kõik isendid; b) suhteline ­ hõlmab tervikust mingi juhusliku osa ( hiirte väljapüük lõksudega).
7) Analüüs (kr. analysis ­ lahutamine, liigendamine ) ­ teadusliku uurimise meetod, mis seisneb terviku mõttelises või tegelikus lahutamises koostisosadeks ja nende omaette uurimises. Analüüs võib olla: a) kvalitatiivne analüüs ­ koosluse liigilise koosseisu tuvastamine; b) kvantitatiivne analüüs ­ liikide ohtruse, asustustiheduse v. biomassi tuvastamine. Taimkattekirjelduse koostamist nim. geobotaaniliseks analüüsiks.
8) Bioindikatsioon ­ keskkonnaseisundi ja -olude muutumise iseloomustamine organismide ­ bioindikaatorite ­ ja nende tunnuste (vitaalsuse, ohtruse, katvuse, sageduse, loomade puhul ka käitumise jm.) põhjal. Bioindikaator võib olla isend, kooslus, populatsioon jne. Näit. indikaatortaimed muldade omaduste iseloomustajatena. Bioindikatsioon jaguneb: a) otsene bioindikatsioon e. otseindikatsioon ­ indikaator on otseses seoses indikatsiooni objektiga; nt. liudsamblik Lecanora conizaeoides kasvab ainult väävliühenditega saastatud õhus. Samblike olemasolu põhjal koostatakse õhusaastekaarte (enamus samblikke ei talu saastunud õhku, nt. habesamblik ). b) kaudne bioindikatsioon e. kaudindikatsioon ­ indikaator sõltub sellistest keskkonnaomadustest, mis omakorda sõltuvad inditseeritavatest omadustest.
Looduse integratsiooni tasemed
Integratsioon (lad. integratio ­ liitumine, terviku moodustamine, integer ­ terve) ­ liitumine. Süsteem (kr. system ­ terve, koosnemine osadest, ühinemine) e. omavahel seoses olevate objektide terviklik kogum. Süsteem moodustub elementidest, mida võib käsitada kui tema ehituse (struktuuri) terviklikke algosi. Süstemaatikas on süsteem ­ orgaanilise looduse klassifikatsioon. Ökoloogias süsteem ­ on looduses vaadeldavas paigas asetleidvate omavahel seoses olevate protsesside ja nähtuste kogum. Süsteemi uurides pööratakse peatähelepanu aineringele ja seda kujundavatele teguritele. Süsteemiökoloogia ­ teoreetilise ökoloogia haru, mis uurib keerukate suursüsteemide ­ ökosüsteemi, bioomi ja biosfääri ehituse ja talitluse seaduspärasusi ning aineringet: 1) looduslikus keskkonnas 2) inimmõju, eriti tööstusliku saastamise oludes. Süsteemiökoloogia eripära on suuremahulise algandmestiku kogumine nt. produktsiooniuuringud, monitooring, matemaatikas modelleerimise kasutamine. Kui elus ja elutu on teineteisega seotud moodustuvadki süsteemid. Integratsiooni e. ühinemise protsessis süsteemis suurenevad elementide vastastikused sidemed ja mõju, moodustades uusi tasemeid. Süsteem on loodud organisatsiooniliste tasemete spektrina. Elus osa on geeni, raku, organi ja organismi, liigi, koosluse e. tsönoosi kujul. Need tasemed on omavahel seotud aineringete, energiaga. Kõigil tasanditel eksisteerivad vastastikused suhted. Normaalses tasakaalustatud ökosüsteemis geneetilised süsteemid tagavad tasakaalu ja normaalse funktsioneerimise kõigil ülejäänud tasanditel. Kui midagi peaks juhtuma ühel tasandil, mõjutab see kõiki teisi tasandeid.
Endla Reintam, 2008/2009 10 Muutused ümbritsevas keskkonnas ilmnevad ca 35­40 aastaste tsüklitena loomsetes organismides. Seetõttu võivad praegusel hetkel tehtavad vead ( reostus ) ilmneda 35­40 aasta pärast. Näiteks, inimene hakkab oma kasvatusele ja haridusele tehtud kulutusi tasa teenima 35­40 aastasena. Nii võib kujutada integratsiooni ökosüsteemis. Sellel skeemil on kogu elu tervikuna seotud tahke, gaasilise ja vedelaga ja kogu elu ise mõjutab tervenisti vedelat , tahket ja gaasilist. Tasakaalulises ökosüsteemis on need seosed reguleeritud. Ameerika ökoloog B. Commoner (1974) on formuleerinud ökoloogia seadused, mis puudutavad süsteemiteooriat: 1) Kõik on kõigega seotud ­ mitte miski ei saa siin ilmas eksisteerida eraldi. Kõik elav moodustab lõpuks ühe terviku. 2) Kõik peab kuhugi kaduma (sattuma) ­ mitteformaalne aine jäävuse seaduse tõlgendamine. Jäätmed? Biosfääri suutlikkus neid vastu võtta, taluda. 3) Loodus teab ise kõige paremini ­ loodus reguleerib ise kõik-kõigega seotust, looduslikud lahendid on parimad. 4) Mitte midagi ei anta niisama (midagi ei saa võita kaotuseta) ­ kõige eest tuleb maksta.
õhk (ained õhus) muld, mineraalid ja kivimid
hingamine fotosüntees toitumine ainevahetus
taimed
geosfäär pedosfäär biosfäär
atmosfäär hüdrosfäär kooslus
kivimid populatsioon
mineraalid organism
organ
geen, rakk
molekulide kogum molekul
aatom Igasugune tegevus põhjustab mingisuguse tagajärje, mille käigus loodus peab kulutama energiat, vett, toitu. Inimene ei ole saanud maad pärandina esivanematelt, vaid võlgu järeltulijatelt. Nende seadustega võib tinglikult seostada seda, mida inimene on püüdnud teha: 1) Inimene on alati püüdnud saada taimedelt ja loomadelt rohkem ­ paremad liigid, tõud, sordid. 2) Inimene on püüdnud parandada maad, muuta tema viljakust. 3) Inimene suurendas tööviljakust ­ masinad . 4) Inimene on püüdnud reguleerida aineringeid, energiaringet ­ õhust N-väetiste tootmine. Bioloogiline tort USA teadlane E. P. Odum (1975) on kujutanud integratsiooni ökoloogias tordina e. "bioloogilise tordina" ja see põhineb bioloogiliste teaduste jaotusel.
Endla Reintam, 2008/2009 11 Bioloogilised teadused jaotatakse taksonoomilisteks ja fundamentaalseteks. Taksonoomilised teadused uurivad loomulikke looduslikke gruppe nende välimuse, geograafia, evolutsiooni jne. seisukohast. Sellisteks teadusteks on botaanika , zooloogia , mikrobioloogia , aga ka palju väiksemaid gruppe käsitlevaid, nagu algoloogia ( vetikad ), ihtüoloogia ( kalad ), ornitoloogia ( linnud ) jne. Taksonoomilised teadused moodustavad tordi lõigud. Fundamentaalteadused käsitlevad üldisi seaduspärasusi, mis on iseloomulikud kõigile elusorganismidele. Siia kuuluvad geneetika, biokeemia , morfoloogia, füsioloogia, ökoloogia. Fundamentaalteadused moodustavad tordi kihid . Kuid oma arengu käigus läksid elusorganismide teed lahku ning nii ongi näiteks, loomade ökoloogia, taimede ökoloogia, mikroorganismide geneetika, loomade geneetika jne.
fundamentaalteadused (kihid) taksonoomilised teadused (lõigud)
Ökosüsteemid
Ökosüsteemi mõiste Elusorganismid ja neid ümbritsev eluta keskkond on lahutamatult üksteisega seotud ja mõjutavad katkematult (pidevalt) vastastikku üksteist. Iga elusüsteem (biosüsteem), mis sisaldab endas koos funktsioneerivaid organisme ja on seotud ümbritseva füüsikalise keskkonnaga nii, et nende vahel toimub energiaülekanne ja moodustuvad aineringed , kujutab endast ökoloogilist süsteemi e. biosüsteemi. 1. Ökosüsteem on funktsionaalne süsteem, milles toitumissuhete (aine- ja energiaülekande) kaudu seostunud organismid koos keskkonnatingimuste kompleksiga moodustavad isereguleeruva terviku (üldine mõiste). 2. Ökosüsteem on biosfääri elementaarosa, milles üks biotsönoos koos sellele omase biotoobiga moodustab mingil piiritletaval alal aineringe kaudu reguleeruva süsteemi. Terminit "ökosüsteem" kasutas esmakordselt inglise ökoloog A. Tansley 1935. aastal. Ökosüsteem on ökoloogias peamine funktsionaalne süsteem, kuna temasse kuuluvad nii elusorganismid kui ka eluta keskkond. Kui me tahame hakata lahendama probleeme, mis tekivad bioomide (makroökosüsteemide) ja biosfääri tasemel, peame kõigepealt tundma õppima ökosüsteemi tasemel eksisteerivaid seaduspärasusi. Ökosüsteemi kolm tähtsamat komponenti on kooslus, energiavoog ja aineringe (ainete ringe ) ning peamiseks uurimisobjektiks on nende vastastikused suhted. Energiavoog kulgeb ühes suunas. Osa päikeseenergiast teisendatakse (transformeeritakse) ümber orgaanilise aine koosseisu, suur osa energiast aga läheb süsteemist läbi ja eemaldub soojusenergia näol. Energia võib ökosüsteemis koguneda, siis uuesti vabaneda , aga teda ei saa teist korda uuesti kasutada ­ kõik ökosüsteemid on avatud süsteemid ­ nad peavad saama ja andma energiat. Erinevalt energiast võidakse aineringes osalevaid biogeenseid elemente (süsinik, lämmastik, fosfor jt.) ja vett kasutada korduvalt. Toiteelementide korduvkasutuse efektiivsus sõltub aga ökosüsteemi tüübist ( korallriff ­ korduvkasutus puudub). Looduslikes ökosüsteemides kehtivad kindlad seaduspärasused, mis määravad nende stabiilsuse. Kõik ökosüsteemid sisaldavad ökoloogilisi komponente (nii abiootilisi kui ka biootilisi) ja nende ökoloogiliste komponentide vahel valitsevad tasakaalulised suhted. Kõik meie ökoloogilised probleemid on tingitud sellest, et me oleme need tasakaalulised suhted rikkunud. Enamasti on põhjuseks inimese teadmatus.
Ökosüsteemide ehitus, jaotus ja liigitamine
Igas ökosüsteemis on kaks põhikomponenti: 1. organismid e. biootiline osa
Endla Reintam, 2008/2009 12 2. eluta osa e. abiootilised faktorid . Biotsönoosi abiootiliste tegurite kompleksi nimetatakse biotoobiks. Selles võib eristada: 1. mulda ­ edafotoop; 2. veereziimi ­ hügrotoop; 3. mineraaltoitumise reziimi ­ trofotoop; 4. ( meso )kliimat ­ klimatoop.
Ökosüsteemi elusosa e. biootilised tegurid: Ökosüsteemi elusosa iseloomustamiseks võib kasutada järgmisi jaotusi: 1. produtsendid e. tootjad; 2. konsumendid e. tarbijad; 3. redutsendid e. lagundajad
1. autotroofid e. süsinikdioksiidist ja veest orgaanilise aine tootjad (taimed); 2. heterotroofid e. valmis orgaanilise aine tarbijad.
1. biofaagid e. elusa orgaanilise aine tarbijad; ­ fütofaagid e. taimtoidulised ­ zoofaagid e. loomtoidulised 2. saprofaagid e. surnud orgaanilise aine tarbijad.
1. karnivoorid e. lihatoidulised; 2. herbivoorid e. rohttaimedest toitujad; 3. omnivoorid e. kõigetoidulised.
Ökosüsteemide jaotamine Eraldatakse: 1. Mikroökosüsteemid (näit. mädanev puutüvi); 2. Mesoökosüsteemid (mets, järv); 3. Makroökosüsteemid e. bioomid (kontinent, ookean); 4. Globaalne ökosüsteem e. suurim mõeldav (teadaolev) ökosüsteem (biosfäär).
Peamised ökosüsteemid ja bioomid (ökosüsteemide liigitamine) 1. Maapealsed bioomid tundra boreaalsed okasmetsad (taiga) parasvöötme lehtmetsad stepp ( rohtlad ) savann (puisrohtlad) pooligihaljad troopilised metsad igihaljad troopilised vihmametsad kõrbed 2. Magevee -ökosüsteemid seisvate vete ökosüsteemid (järved, tiigid jne.) vooluvete ökosüsteemid (jõed, ojad jne.) sood 3. Mere-ökosüsteemid avaookean rannikuveed kalarikkad tsoonid lahed, jõgede deltad jne.
Põhjused, mis tingivad erinevate ökosüsteemide arengut erinevates regioonides:
Endla Reintam, 2008/2009 13 1) abiootiliste faktorite erinevus Optimum ­ organismi elutegevuseks soodsaimate keskkonnaparameetri väärtustega piirkond ökoamplituudis. a) kliima (ilmastu) ­ mingi paiga ilmade statistiline iseloomustus aastakümnetega mõõdetavas ajavahemikus; b) teised abiootilised komponendid, mis kujundavad mikrokliimat: ­ reljeef ­ tuul ­ mullatüüp jm. 2) biootilised faktorid ­ liikide omavahelised suhted; 3) füüsilised barjäärid; 4) biootiliste ja abiootiliste faktorite koosmõju. Produtsendid Produtsendid on enamasti rohelised taimed, mis fotosünteesi käigus toodavad anorgaanilisest süsinikdioksiidist ja veest päikeseenergia kaasabil orgaanilist ainet ­ suhkruid. Neist lihtsatest suhkrutest sünteesivad taimed taimetoiteelementide e. biogeenide (N, P, K jt.) osalusel kõik elutegevuseks vajalikud keerulised ühendid. Päikeseenergia talletatakse keemiliste sidemete energiana taimedes. Päikeseenergiat seovad taimed tänu klorofülli molekulile (roheline pigment taimedes). Mõnikord võib roheline värvus olla varjutatud punaste või pruunide värvidega. Vaatamata sellele toimub fotosüntees ka punastes ja pruunides veetaimedes. Roheliste taimede kõrval eksisteerivad ka kemobakterid, mis on võimelised tootma anorgaanilistest ainetest orgaanilist tänu keemiliste sidemete energiale ja ei vaja selleks päikese energiat. Kuid nende produktsioon on väga väike. Igas maailma punktis püüavad rohelised taimed toota võimalikult palju orgaanilist ainet, st. teha võimalikult rohkem tööd. Inimene vastupidi vaatab kuidas minimaalse töötegemisega võimalikult paremini ära elada. Kõik ülejäänud organismid Maal kasutavad taimede poolt toodetud valmis orgaanilist ainet, kasutades seda oma keha ülesehitamiseks ja ka energia allikana. Nii toodavadki rohelised taimed toitu kõigile teistele organismidele (konsumentidele) ökosüsteemis. Konsumendid Konsumentide hulka kuuluvad väga erinevad organismid alates mikroskoopilistest mikroorganismidest ja lõpetades hiiglaslike sinivaaladega. Siia kuuluvad vihmaussid, kalad, molluskid , putukad, lülijalgsed, kahepaiksed , linnud, imetajad (kaasaarvatud inimene). Ökosüsteemi struktuurist lähtuvalt on võimalik konsumendid jaotada vastavalt toidu allikale: 1. Esmased konsumendid, taimtoidulised, fütofaagid ­ organismid, kes toituvad ainult taimedest. 2. Teisesed konsumendid, lihasööjad ­ kasutavad toiduks taimtoidulisi või teisi lihasööjaid: ­ esimese astme kiskja ­ fütofaagi sööja ­ teise astme kiskja ­ fütofaagi sööja sööja ­ kolmanda astme kiskja ­ fütofaagi sööja sööja sööja. ­ tippkiskja ­ see, kes asub sööjate rivi lõpus. Liigid, kes kasutavad vahelduva eduga söögiks nii taimi kui ka loomi, on kõigesööjad. Juhul kui üks loom jahib teist ja lõpuks ta tapab ning ära sööb, siis esimest nimetatakse kiskjaks ja teist ohvriks. Nende vahel on kiskja ­ ohvri suhe. Veel ühe tähtsa konsumentide grupi moodustavad parasiidid ­ nugilised, organismid, kes elavad teistes organismides (endoparasiidid) või nende pinnal ( ektoparasiidid ) ja kasutavad nende koostis- või toitaineid. Obligaatparasiidid peavad elutsükli jooksul tingimata mõnd aega peremehe arvel toituma; fakultatiivparasiidid nugivad ainult soodsail juhtudel ja elavad ülejäänud aja vabalt. Kõrgeltarenenud parasiitide hulka kuuluvad ka seened, bakterid ja teised mikroorganismid , mis kutsuvad esile haigusi nii taimedel kui ka loomadel. Praktiliselt igas suures organismide grupis, kaasaarvatud mikroorganismid ( nahkhiired vampiiride perekonnast), on kasvõi mõni liik parasiite. Detridofaagid ja redutsendid Surnud taimsed ja loomsed jäänused, näit. mahakukkunud lehed, hukkunud taimed, fekaalid jt., neid nimetatakse detriidiks. Eksisteerib hulgaliselt sellisele toidule orienteeritud organisme ­ neid
Endla Reintam, 2008/2009 14 nimetatakse detridofaagideks (vihmaussid, sajajalgsed, termiidid, sipelgad jt.). Nii nagu tavalised konsumendid, jaotatakse ka detridofaagid esmasteks ­ toituvad otseselt detriidist, teisesteks jne. Seened ja bakterid moodustavad tavaliselt eraldi detridofaagide alagrupi ja neid nimetatakse redutsentideks. Detridofaagid ja redutsendid toituvad surnud orgaanilisest ainest ja seega lagundavad seda uuesti algaineteks (toiteelementideks, süsihappegaasiks, veeks).
Abiootilised faktorid Abiootiliste tegurite hulka kuuluvad nii keemilised kui ka füüsikalised tegurid. Siia kuuluvad valgus (energia), temperatuur, vesi, tuul, biogeenid , happesus (pH), soolsus , tuli. Kõik tegurid toimivad organismile üheaegselt. Iga elemendi olemasolu või puudumine ohustab mingi liigi organismide eksisteerimist ja elujõulisust. Materiaalseteks (füüsilisteks) abiootilisteks komponentideks on kivimid ja vesi. Peamine osa toitainetest, mida elusorganismid kasutavad toiduks ja mis ringleb ökosüsteemis, tuleb maapinna kivimitest . Kuid ei ole ühtegi mineraalset kivimit, mis sisaldaks lämmastikku. Lämmastikku leidub orgaanilistes kivimites nagu turvas, kivisüsi, guaano (lindude fekaalid), või siis saadakse lämmastikku õhust aineringete käigus. CO2 sisaldavad karbonaatsed kivimid ja teda leidub ka atmosfääris (0,3­0,4%). Et kivimite ja mineraalide koostises olevad toiteelemendid läheksid üle omastatavasse olekusse, on vaja kivi lõhkuda, murendada. Sellist murenemisprotsessile alluvat kivimit nimetatakse muldade lähtekivimiks. Murenemist põhjustavad kõik füüsikalised protsessid (külmumine, sulamine , kuumenemine, jahtumine , liivaosakeste uuristav tegevus, vee või tuule ärakanne v. kulutav tegevus) ja bioloogilised tegurid (juurte purustav tegevus, juureeritised). Muld Muld on maakoore pindmine, kobe kiht, mis on moodustunud ja areneb tänu taimede, loomade ja mikroorganismide toimele mulla lähtekivimisse. Mulla tähtsaimaks omaduseks peetakse tema viljakust st. võimet tagada taimede arenguks ja kasvuks vajalikud tingimused. Mullateke algas Maal ligikaudu 450 milj. aastat tagasi esimeste organismide asumisega ookeanist kuivale maale. Muld on ökosüsteemi abiootiliseks faktoriks ja ta ise on gigantne ökosüsteem. Vesi Ilma veeta ei saa elu eksisteerida. Meie planeedi pinnast on merede ja ookeanidega kaetud ligikaudu 70%, kui see vesi on soolane. Kõik peamised ökosüsteemid vajavad oma elutegevuseks magedat vett, mis sisaldaks alla 0,01% soolasid. Magedat vett on alla 1% kõigist Maa veevarudest. Vee põhiline roll ökosüsteemis on seotud fotosünteesiga. Vett leidub ökosüsteemis kolmes olekus: tahkes ­ jää; vedelas ­ vesi ja gaasilises ­ veeaur. Veeauru satub pidevalt aurumise käigus atmosfääri, kus ta koguneb ning kondenseerub ja sajab jälle sademetena maa peale. Tuli Tänapäeval vaadeldakse ka tuld ühe loodusliku abiootilise faktorina, mis mõjutab ökosüsteeme, kuna tuli võib alguse saada ka välgu tabamusest. Paljud erinevad taimed on kohastunud tulele. Nii hävitab tuli näiteks kõrreliste ainult lehed, jättes puutumata pungad . Ka on männid tulele vastupidavamad kui lehtpuud . Kohtades, kus on tihti tulekahjusid, saavutavad ülekaalu männid ja kõrrelised heintaimed . Tulekahjude lakkamisel asenduvad männid laialehiste puudega (Ameerikas banksimännid ja keerdokkalised männid). Banksimännil ei vabane seemned ennem käbidest ja ei idane kui ei ole olnud tulekahju. Alles pärast suurt kuumust on selle männi seemned võimelised idanema. Ka sõnajala eoseline taasteke eeldab põlenud metsamaad. Metsatulekahjude harvenemine tekitab probleeme põlengutest sõltuvatele liikidele, kellest osa satub väljasuremisohtu. Suhteliselt kuivades kohtades, kus varise lagunemine on väga aeglane, toimib tuli kui biogeensete elementide vabastajana surnud biomassist uuesti aineringesse. Tuli hävitab ka kahjurputukaid.
Endla Reintam, 2008/2009 15 Tuli hoiab tasakaalus ainult mõningaid ökosüsteeme. Heitlehistes metsades ja troopilistes vihmametsades, kus toitained vabanevad piisava kiirusega, võib ka väikseim tulekahju põhjustada pöördumatuid muutusi ja kahju. Troopilises vihmametsas hävitab juba pinnatuli huumusrikka pinnakihi, mis viib toitainete väljauhtumisele ja muldade erosioonile. Ökosüsteemi struktuur (ehitus) Vaadeldes ökosüsteemi elusosa, märkame , et põhilisteks suheteks, mis valitsevad on toitumissuhted. Ühed organismid söövad teisi, need omakorda kolmandaid jne. sellist toitumiste jada nimetatakse toiduahelaks. Toiduahel ­ organismidevaheline toitumissuhestik. Toiduahelad on vaid harva teineteisest lahus. Enamasti erinevad toiduahelad põimuvad omavahel ja moodustavad toitumisvõrke e. konnekseid. Kõik toitumisahelad alluvad ühtsele seaduspärasusele ning viivad produtsentidest esmaste konsumentideni, sealt edasi teiseste konsumentideni jne. Produtsendid, esmased konsumendid, teisesed konsumendid jne. moodustavad igaüks erinevaid tasemeid selles süsteemis ning neid tasemeid nimetatakse troofilisteks tasemeteks. Tõlkes troofiline tähendab toitumuslikku. Troofilised tasemed (kr. trophe ­ toit, toitumine) ­ toitumisel saadud energia muundumise järgud; teoreetiline üldistus, mille puhul vaadeldakse toitumist kui toidus sisalduva energia kasutamist elutegevuseks ja salvestamist biomassina ning seeläbi edasikandumist mööda toiduahela järgmistele organismidele. Toiduahela I tase ­ autotroofid; II tase ­ fütofaagid; III ja järgnevad tasemed ­ zoofaagid. Alates teisest troofilisest tasemest läheb surnud orgaaniline aine laguahelasse. Laguahel ­ toiduahel, mis algab eluta orgaanilise aine esmaseist tarbijaist ja lagundajaist ning lõpeb mikroobidega, kes lagundavad orgaanilise aine mineraliseerumiseni (anorgaaniliseks aineks). Troofilisi tasemeid ei saa olla ökosüsteemis üle kolme ­ nelja. Sest järgmisele troofilisele tasemele läheb 1­10% eelneva taseme energiast või biomassist. Näiteks, kui rohumaa ühe hektari biomass on 10 tonni, siis fütofaagide biomass saab sellel alal olla ca 100 kg, lihasööjaid, aga veelgi vähem ­ 10 kg. Graafiliselt kujutatakse troofilisi tasemeid püramiidi vormis e. ökoloogilise püramiidina.
NÄITEID ÖKOSÜSTEEMIDEST Biosfäär, noosfäär Biosfäär ­ (kr. sphaira ­ kera) 1. Maa sfääriline kest, mille koostis, struktuur ja energeetiline seisund on valdavalt möödunud aegne ja nüüdisaegsete organismide tegevuse tagajärg. 2. Maa sfäär, kus elavad organismid, kus toimub orgaanilise aine süntees ja muundumine ning kus orgaanilised ained mõjutavad kivimeid. Biosfäär hõlmab hüdrosfääri (vesikond), pedosfääri (muldkond) ning litosfääri (kivimitest koosnev maakoor ) pindmised ja atmosfääri (õhkkond) alumised kihid. Biosfääri osi seovad omavahel biogeokeemilised aine ja energia migratsiooni tsüklid. Biosfääri a) ülemine piir ­ troposfääri osooniekraan (20­25 km; 25­35 km), b) alumine piir ­ 16 (8­10) km sügavusel litosfääris, meres 11 km. Biosfäär sisaldab 1013­1015 tonni elusainet. Elusaine bioproduktsioon on 2,32x1011 tonni aastas, seega on elusaine produktsioon viimase miljardi aasta jooksul olnud maakoore massist 10 korda suurem. Biosfääri tundmaõppimisel ei pööratud tema struktuuri väljaselgitamisele algul küllaldast tähelepanu ja piirduti maa erinevate sfääride iseloomustamisega. Edaspidi hakati eraldi käsitlema maismaad ja ookeani ühelt poolt ja teiselt poolt käsitleti biosfääris leiduvaid elementaarseid ökosüsteeme. Elusaine tähtsust Maa geoloogilises ajaloos peegeldub Vernadski reegel (aatomite biogeense migratsiooni reegel). Vernadskit loetakse biosfääri uurimisele alusepanijaks. Vernadski reegel, see seaduspärasus, mille kohaselt keemiliste elementide ümberpaigutumine maapinnal ja kogu biosfääris toimub kas elusaine vahetul osalusel või keskkonnas, mille geokeemilised iseärasused (nt. O2, CO2 ja H2 sisaldus) tulenevad praegusest või Maa geoloogilises ajaloos eksisteerinud elusainest. Reegel seletab ms. maakoore pindmise kihi ja Maa atmosfääri keemilise koostise erinevuse muude planeetide omadest . Biosfääri areng Biosfääri pikaajaline areng on toimunud kahesuguste jõudude mõju all:
Endla Reintam, 2008/2009 16 1) välisjõud, näit. geoloogilised ja klimaatilised muutused; 2) sisemised protsessid, mida põhjustab ökosüsteemi eluskomponentide aktiivne elutegevus.
Biosfääri arengu etapid: 1) maa kui tahke planeet kujunes välja 4,5­5 miljardit aastat tagasi; 2) elu tekkele eelnes keemiline evolutsioon, mille tulemusena moodustusid mitmesugused orgaanilised ühendid. Keemilises evolutsioonis eraldatakse kolm etappi : a) lihtsate orgaaniliste ühendite (aminohapete, nukleotiidide, monosahhariidide) teke; b) esimesel etapil moodustunud monomeersete ühendite polümeriseerumine (näit. polüsahhariidide teke); c) polümeersete orgaaniliste ühendite organiseerumine omaette süsteemideks (mikrokerad, mis võisid moodustuda maismaal; koatservaattilgad, mis võisid moodustuda vees). 3) bioevolutsiooni algus. Esimesed elukandjad ilmusid Maale 3,5­4 miljardit aastat tagasi, nendeks olid nn. protobiondid ­ lihtsa ehitusega ilma tuumata pärmilaadsed anaeroobsed heterotroofsed organismid, kes said hingamiseks vajalikku energiat käärimise teel ja kasutasid toiduks abiootilistes protsessides moodustunud orgaanilist ainet. 4) ilmusid autotroofsed vetikad ja nende elutegevuse tagajärjel hakkas hapnikusisaldus atmosfääris tõusma. Fotosünteesi tekkimine (autotroofsete organismide ilmumise protsess) on jäänud saladuseks. Ilmselt oli tegu loodusliku valikuga, mida põhjustas toidunappus. Fotosüntees: 6CO2 + 6H2O + 2820kJ = C6H12O6 + 6O2
5) organismide elutegevuse tagajärjel vees järjest suurenev hapnikukogus ja tema difusioon atmosfääri umbes 2 miljardit aastat tagasi tegid võimalikuks elu leviku laienemise. Tänu hapniku juurdetulekule muutus ka osoonikiht paksemaks ja elu võis levida mere ülemistesse kihtidesse. Sel ajal tekkisid ka esialgse tuumaga rakud . Osooni teke: O2+uv=O+O O2+O=O3
6) kui hapniku kontsentratsioon atmosfääris oli tõusnud 0,6%-ni (1 miljard aastat tagasi), ilmusid esimesed tuumaga rakud. 7) aeroobne hingamine tegi võimalikuks esimeste hulkraksete organismide ilmumise. 8) järgnes maismaataimede vohamine , ilmusid dinosaurused jne. 9) 400 miljonit aastat tagasi hapniku produktsioon ja tarbimine võrdsustusid ja hapnikusisaldus atmosfääris saavutas tänapäevase taseme. 10) vanaaegkonna lõpus (umbes 300 miljonit aastat tagasi) toimus O2 sisalduse langus ja CO2 sisalduse tõus, millega kaasnes autotroofsete organismide õitseng (võrdlus kasvuhooneefektiga). Sel ajal toimuski põlevate maavarade (milledele on rajatud kogu tänapäevane tööstus) varude kuhjumine. 11) Pärast süsiniku ladestumist saavutas atmosfäär O2/CO2 tänapäevase suhte. Selline atmosfääri kujunemise ajalugu näitab inimese täielikku sõltuvust teistest organismidest.
Mis eristab biosfääri teistest geosfääridest? 1) biosfääris toimuvad biogeokeemilised protsessid, mille aluseks on päikeseenergia kasutamine autotroofsete organismide (roheliste taimede) poolt. 2) taimede elutegevus põhjustab olulisi muutusi keskkonnas: a) õhkkond rikastub hapnikuga; b) muutub vete kemism ja veekogudes tekivad orgaanilised setted ; c) elusorganismid lagundavad kivimite pinda, kujundavad mulla ja annavad võimaluse eluks heterotroofsetele organismidele. 3) biosfääri kõige olulisemaks osaks on tema produktiivsus ­ võime toota orgaanilist ainet.
Noosfääri kujunemine
Endla Reintam, 2008/2009 17 Noosfäär (kr. noos ­ mõistus, hing) ­ 1) mõistusesfäär, süsteem, millesse kuuluvad tehnika ja see osa loodusest, mida hõlmab inimese sihipärane aineline tegevus (prantsuse filosoofi E. Le Roy järgi). 2) biosfääri arengu kõrgeim aste, n.ö. mõistuse sfäär, kus arukas inimtegevus muutub arengut määravaks teguriks (Vernadski järgi). Kuna inimene ei suuda veel omategevuse tagajärgi ette näha, siis järelikult ei suuda ta ka biosfääri arengut suunata. Sellest annavad tunnistust paljud ökoloogilised katastroofid.
Atmosfäär on piirialaks Maa ja kosmose vahel. Tema kaudu toimub Maa ainevahetus kosmosega, tema kaudu saab Maa ka energiavoo Päikeselt. Atmosfääri põhilisteks koostisosadeks on lämmastik ja hapnik ning vähesel hulgal mõned teised gaasilised ained. Troposfääris võivad hõljuvas olekus olla ka tahked ja vedelad osakesed ( aerosoolid ). Tavaliselt eristatakse atmosfääris püsivaid ja muutuvaid koostisosi sõltuvalt sellest, kui pikka aega on nad atmosfääris püsivad. Üheks muutuvaks komponendiks atmosfääris on vesi, mis võib seal esineda erinevates vormides ja erinevates kontsentratsioonides. Lämmastik, hapnik, väärisgaasid on aga atmosfääri püsivad komponendid. Suhteliselt püsiva komponendina tuleb vaadelda ka süsinikdioksiidi, kuigi tema sisaldus võib kohati olla küllaltki kõikuv. Hüdrosfäär Hüdrosfäär on Maad ümbritseb veekiht . Kuna vesi on hästi liikuv, siis leidub teda atmosfääris auruna ( pilved ), vesi moodustab ookeanid ja mered , katab jääna pooluste piirkondi ja kõrgmägede alasid. Sademetena Maale langenud vesi tungib pinnasesse ja moodustab seal maasisese vee. Kuna vesi on hea lahusti, siis lahustab ta oma teel paljusid aineid, seega hüdrosfääri vett tuleb vaadelda kui erinevate lahustunud ainete kontsentratsioonidega looduslikku lahust. Ookeanide vesi sisaldab 35 lahustunud aineid, kusjuures katioonidest leidub seal peamiselt Na+, Ca2+, Mg2+ ja anioonidest Cl­, SO42 ­, HCO3 ­, CO32­. Kuigi ookeanide vesi sisaldab peaaegu kõiki perioodilisuse süsteemi elemente, on ülejäänud ioonide osakaal väike. Vaatamata aga vähesele sisaldusele etendavad mitmed elemendid olulist osa meres toimuvates protsessides (lämmastik, räni, fosfor). Maismaal elavad organismid vajavad oma elutegevuseks vähese lahustunud aine sisaldusega vett (magevett).
Maakoor Maakoor ­ Maa suhteliselt jäik ebaühtlane väline kest, mis koosneb mitmesuguste mineraalide assotsiatsioonidest, sette-, moonde- ja tardkivimitest. Maakoore paksuseks loetakse tema ulatust kuni Mohorovicei piirini . See on maakoore ja vahevöö vaheline piirkond, kus seismiliste lainete kiirus järsult suureneb. Maakoore juures eristatakse kontinentaalset ja ookeanilist maakoort. Nende vahel asub üleminekuala, nn. subkontinentaalne maakoor. Ookeanide maakoor koosneb peamiselt basaldist, kontinentaalne on aga lähedane graniidile, võrreldes basaltidega sisaldab ta rohkem ränioksiidi ja vähem magneesiumi ja raua ühendeid. Maakoore keemiline koostis on määratud põhiliselt kaheksa elemendiga: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Nad moodustavad maakoore põhilise massi. Kontinentaalse maakoore pinna moodustavad 80% ulatuses settekivimid . Ookeanide põhja katavad täielikult värsked setted, mis pärinevad mereorganismide elutegevusest või veega maismaalt kandunud ainetest. Maakoore paksus Maakoore Maht Keskmine Keskmine Mass, 1018 t tüüp , paksus, km tihedus, milj. g/cm3 3 km Kontinentaal 6500 43,6 2,78 18,07 ne Subkontinen 1540 23,7 2,79 4,30 taalne Ookeaniline 2170 7,3 2,81 6,09 Keskmine 20,0 2,79
Elusaine e. biomass
Endla Reintam, 2008/2009 18 Elusaine moodustab kõige väiksema osa biosfäärist. Peamised elemendid, millest koosneb elusaine, on H, C, O, P, N, S. Neid nimetatakse biogeenseteks elementideks. Nendest koosnevad kõige keerukamad orgaanilised molekulid, samuti kõik taime- ja loomariigi esindajad. Taimeriigi esindajaid on kaasajal tuntud ca 500 000 ja loomariigi esindajaid ca 1 500 000.
Biomassi jagunemine biosfääris
Biosfääri osa Taimne biomass, Loomne biomass, miljard t miljard t Maailmameri 4 0,997 Maismaa 1837 1,005 Kokku 1841 2,002
Pedosfäär (muldade sfäär) kui biosfääri tähtsaim osa maismaal Muld on iseseisev organo- mineraalne looduslik keha, mis on tekkinud maakoore pindmises(t) kihis(t) taimsete ja loomsete organismide elutegevuse ja elutegevuse produktide tulemusel mitmesugustes ökoloogilistes tingimustes ning on sageli mõjutatud inimese majanduslikust tegevusest. Mulla tähtsaim funktsioon seisneb selles, et ta on asendamatu vahelüli aineringetes (eriti just väikeses e. bioloogilises aineringes).
Seos mullateaduse ning ökoloogia ja keskkonnakaitse vahel
Ökoloogia on teadus organismide, nende populatsioonide ning koosluste ja keskkonnatingimuste vastastikustest suhetest. Keskkonnakaitse on meetmete kompleks inimese elukeskkonna saastamise vähendamiseks ja vältimiseks ning loodusobjektide säilitamiseks; tänapäeva looduskaitse olulisim valdkond . Looduskaitse on meetmete kompleks, mis peab tagama loodusvarade otstarbeka kasutamise, taastamise ja kaitse, tervisliku elukeskkonna hoidmise ja loomise, maastikukaitse ja -hoolduse ning väärtuslike loodusobjektide säilitamise. Muld on looduslik keha, mille kujunemisel on tähtsad 6 looduslikku faktorit e. nn. mullatekketegurit.
Mullatekketegur Seos ökoloogia ja keskkonnakaitsega 1. kliima ­ biotoobi e. koosluse elupaiga osad, aineringete mõjutajad jne. 2. reljeef 3. lähtekivim 4. taimestik ja ­ ökoloogia uurimisobjektid loomastik 5. aeg ­ ökoloogiliste ja mullatekkeprotsesside muutumine ajas on sageli omavahel seotud (näit. maismaa kliimakskooslust iseloomustab kindlakskujunenud mullaprofiil 6. inimene ­ otsene ökoloogiliste protsesside mõjutaja
Gaia hüpotees
HÜPOTEES. Kui leiutaja ja mõtleja James Lovelock töötas 1960. aastatel Ameerika kosmoseagentuuris NASA , hakkas ta juurdlema, kuidas saada Maa pealt teada, kas teistel planeetidel on elu. Ta jõudis järeldusele, et elu kasutab oma olemasoluks vajalike elementide ringkäigus hoidmiseks planeedi mahlu. Maa mahladeks on atmosfäär, ookeanid, järved ja jõed. Vee ja õhu koostise järgi saabki teada, kas planeedil on elu. Maa atmosfääris on väga palju hapnikku ja on ka metaani. Need kaks gaasi ei saaks omavahel rahulikult koos eksisteerida, kui nende kontsentratsiooni kogu aeg paigal ei hoitaks. Lovelock tõdes, et elusolendite kogum Maal optimiseerib oma keskkonda.
Endla Reintam, 2008/2009 19 Marsi atmosfäär koosneb stabiilsetest gaasidest, mis omavahel ei reageeri. "Teil ei ole mõtet raha raisata ja minna Marsilt elu otsima ," järeldas Lovelock. Sellest hoolimata saatis NASA 1976. aastal välja oma Vikingi ja on tänapäevani Marsil edutult elu otsinud. Lovelock sõnastas oma Gaia hüpoteesi 1972. aastal. Maa on elus ja iseorganiseeruv süsteem. Maa pole hunnik kive ja tükike tuld selle keskel ning õhuke elu kiht selle pinnal. Vaid midagi enamat. Maa pole organism. Kuid Maa on keha, mida peavad üleval keerulised eluprotsessid. Termini Gaia pakkus Lovelocki elusa Maa jaoks välja William Golding, Nobeli kirjanduspreemia laureaat. Gaia tähendab kreeka keeles Emakest Maad. Kuigi Lovelock võttis seda nime metafoorina, ei pääsenud tema teooria lihtsustustest. New Agei tegelased kaaperdasid Gaia idee ja tõlgendasid asja ülimalt lihtsustatult. See tõrjus teadlaskonna Lovelocki teooriatest eemale.
Kultuurökosüsteemid
Kultuurökosüsteemid ­ inimese loodud ökosüsteemid. a) istutatud mets; b) agroökosüsteemid; c) linn; d) kaevandused ; e) prügimäed jne. Kultuurkooslus (tsönoos) ­ igasugune inimtekkene biotsönoos või fütotsönoos (sh. agrotsönoos). Kultuurbiotoop ­ inimmõjuline elupaik Agroökosüsteemid Agroökosüsteem ­ ökosüsteem (põld, aed, heinamaa , karjamaa ), mille on loonud inimene bioproduktsiooni (saagi) saamiseks. Agroökoloogia ­ ökoloogia haru, mis uurib põllumajanduslikes kultuurkooslustes avalduvaid ökoloogilisi seoseid. Võrreldes looduslike ökosüsteemidega on agroökosüsteemidele omased mitmed erinevused: 1) elusorganismide mitmekesisuse vähenemine; 2) kultiveeritavate liikide allutamine kunstlikule valikule ­ seetõttu on nende iseregulatsiooni võime vähenenud, samuti on vähenenud nende ökoamplituud; 3) agroökosüsteemid kasutavad täiendavalt inimese poolt suunatavat energiavoogu (väetised); 4) agroökosüsteemidele on iseloomulik lühiealisus ja üherindelisus; 5) agroökosüsteemides tarbitakse mullas leiduvaid toitaineid rohkem kui neid mulda tagastatakse; 6) kõrge viljakusega muldadel on agroökosüsteemide produktiivsus 1,5­1,8 korda suurem kui metsaökosüsteemidel; madala viljakusega muldadel (liiv, paas) aga omakorda 1,2­1,6 korda väiksem; 7) põllult eemaldatakse fütomassi saagina 2­8 korda rohkem kui metsas ja fütomassi varisena tagastamine on 2,5­10 korda väiksem kui metsas. Agroökosüsteemid hõlmavad tänapäeval umbes 30% maismaast, millest 10% on omakorda põllud ning 20% heina- ja karjamaad. Agroökosüsteemides on muld taimestikuga kaetud ainult ühe osa aastast ja see on põhjuseks biogeokeemilises ringes osalevate elementide väljauhtumisele mullast. Et agrotsönooside produktiivsust säilitada kasutab inimene suurtes kogustes orgaanilisi ja mineraalseid väetisi ning taimekaitsevahendeid, milledel on ebaõige kasutamise korral mitmesugused negatiivsed kõrvalefektid. Negatiivsete tagajärgede vähendamiseks soovitatakse agroökosüsteemides kasutada loodushoidlikku agrotehnikat eesmärgiga muuta agrotsönoosid võimalikult sarnasteks looduslike kooslustega. Selleks on olemas mitmeid võimalusi: 1) mullaharimise minimeerimine (näit. kõrdekülv); 2) järelkultuuride kasvatamine, et suureneks periood, mille vältel muld on taimkattega kaetud; 3) erinevate alternatiivpõllumajanduse suundade kasutamine; 4) biotehnoloogia saavutuste rakendamine. sustainable agriculture ­ jätkusuuteline maaviljelus
Linn kui kultuurökosüsteem
Endla Reintam, 2008/2009 20 Linnad on heterotroofsed ökosüsteemid, mis saavad energiat, toitu, vett ja kõike muud vajalikku suurtelt aladelt , mis asuvad väljaspool tema piire. Heterotroofseid ökosüsteeme leidub ka looduses, näit. korallriff. Nii linnale kui ka korallrifile on iseloomulikud järgmised tunnused: 1) sõltuvus ümbritsevatest ökosüsteemidest; 2) aineringe akumulatiivsus : linnas kultuurkihi tekkimine, prahtlad, rajatised; korallrifi kasvamine. Linn erineb korallrifist mitmete oluliste näitajate poolest: 1) tunduvalt intensiivsem metabolism (ainevahetus organismides) pinnaühiku kohta, mis nõuab suurt väljast tulevat kontsentreeritud energia voogu (kütused); 2) linnal on tunduvalt suuremad nõudmised väljast saabuvate ainete (materjalide) vastu ­ korallriff vajab ainult toitaineid, linn aga kõike mõeldavat; 3) linnale on iseloomulik suurem ja mürgisem jäätmete hulk, kusjuures suurem osa jäätmetest (sünteetilised ained) on mürgisemad kui algne tooraine . Linnale on keskkond, kust tulevad temale funktsioneerimiseks vajalikud ained ( sisend ) ja keskkond, kuhu satuvad elutegevuse produktid (väljund) tunduvalt tähtsamad, kui näit. sellise autotroofse süsteemi nagu mets puhul. Linnad sisaldavad endas autotroofset komponenti, milleks on puud, põõsad, haljasalad , roheline vöönd ümber linna. Selle rohelise komponendi orgaanilise aine produktsioon aga ei mängi eriti suurt rolli linna varustamisel funktsioneerimiseks vajalike ainetega. Väljastpoolt saabuva toidu, kütuse, vee ja energiata lõpetaks linn kui ökosüsteem funktsioneerimise. Inimesed sureksid nälga (hukkumine) või lahkuksid linnast (emigratsioon). Linnade kiire kasv on muutnud Maa ilmet ilmselt rohkem kui kõik muud inimtegevuse liigid kogu ajaloo vältel. Isegi arengumaades suurenevad linnad kiiremini kui rahvastiku üldine juurdekasv. Maismaa pindala, mis on jäänud linnade alla, ei ole just väga suur (1­5% maismaa erinevates regioonides). Linna mõju ülejäänud aladele on aga väga suur. Linn võib näit. metsale mõjuda mitte ainult saasteallikana vaid ka seeläbi, et paberi tarvitajana sunnib ta looduslikke metsi ümber kujundama kõrgema produktiivsusega kultuurökosüsteemideks. Võrreldes maapiirkondadega tarbib 1 ha linna umbes 1000 korda rohkem energiat. Linna funktsioneerimise käigus tekivad soojus , tolm ja teised ained, mis reostavad õhku ja muudavad märgatavalt linnade kliimat. Harilikult on ümbruskonnaga võrreldes on linnas soojem, suurem pilvisus , vähem päikesevalgust ja rohkem udu. Linnade kasvuga kaasneb ka viljaka mullapinna hävimine (ehitusdegradatsioon). Tänapäevast linna võib vaadelda parasiidina, kes elab teda ümbritseva keskkonna kulul. Praeguse korralduse juures linn praktiliselt ei tooda orgaanilist ainet, ei puhasta õhku ja praktiliselt ei saada ringesse tagasi vett ning anorgaanilisi aineid. Samas võib linna vaadelda ka teisest seisukohast, st. et linn on ümbritseva keskkonnaga sümbiootilises vahekorras. Kokkuvõttes, linna võib pidada normaalselt funktsioneerivaks ökosüsteemiks ainult siis, kui me arvestame sinna sisse ka sisend- ja väljundkeskkonna.
Elukeskkond ja selle osad
Elukeskkond
Abiootilised (eluta keskkonna) tingimused Biootilised (eluskeskkonna) tingimused füüsikalised Muud liigid: ­ kiskjad keemilised ­ parasiidid ­ konkurendid ­ mutualistid ­ saakloomad Liigikaaslased: ­ paaritumispartnerid, järglased ­ sotsiaalne rühm Füüsikalised tingimused:
Endla Reintam, 2008/2009 21 1. päikesevalgus 2. temperatuur 3. gravitatsioon 4. rõhk 5. muld 6. tuli 7. hoovused (tuule, vee hoovused)
Keemilised tingimused: atmosfääri gaasid, soolsus, toitained ja happelisus. Üks tingimus mõjutab teist, näit. temp. mõjutab reaktsioone. Keskkonnamuutusi uurides tuleb arvestada nende erinevate tingimuste koosmõju e. sünergismi. Erinevad liigid taluvad füüsikalisi ja keemilisi keskkonna muutusi erinevalt. Tihti on kasulik selgitada katseliselt taluvus- ja optimaalala. Keskkonnatingimusi, mis kitsendavaid isendi või populatsiooni eluvõimalusi teatud territooriumil, nim. piiravaiks. Iga liigi jaoks on tingimused, kus nad ennast eriti hästi tunnevad , erinevad. Näiteks, mõned taimeliigid eelistavad kasvukohtadena niiskemaid, teised kuivemaid alasid, mõned eelistavad kõrgemat temperatuuri, teised madalamat. Organismide aktiivsuse, arvukuse jne. sõltumist keskkonnatingimustest võib kujutada graafikuna.
aktiivsus, populatsiooni tihedus
min. maks. tº, mm, atm jne. optimum
taluvusala
Eksisteerib abiootiliste faktori minimaalne ja maksimaalne kogus, mille juures mingi organism saab eksisteerida. Nende kahe piirkonna vahele jääv ala on optimaalne organismi eluks. Miinimumi ja maksimumi nimetatakse ühe nimetusega ­ pessimum. Sellisel juhul miinimumi nimetatakse alumiseks ja maksimumi ülemiseks pessimumiks. Piirkonda miinimumist maksimumini nimetatakse organismi taluvuspiiriks. Organismi jaoks kõige paremad elutingimused on vahepealses alas e. optimaalalas. Mingi faktori kogus miinimumi algusest optimaalala alumise piirini on selle organismi eksisteerimiseks vajalik minimaalne kogus. Mingi faktori kogus optimaalala lõpust kuni maksimumi lõpuni on selle organismi jaoks maksimaalne kogus, mida see organism talub. Minimaalse faktori mõiste tõi teadusesse Liebig 1864. aastal. Liebigi tünnilauareegel e. miinimumi reegel ­ seaduspärasus, mille kohaselt taime kasvu piirab eelkõige see toitumiseks vajalik element (ressurss), mille kontsentratsioon keskkonnas on vajadusega võrreldes väikseim (miinimumis). Vrd. Baule r., Mitscherlichi r., Schelfordi r. Liebig vaatas iga elementi eraldi ega arvestanud faktorite koosmõju. 1929. aastal formuleeris V. Shelford miinimumreegli põhjal tolerantsusseaduse. Schelfordi reegel ­ seaduspärasus, mille kohaselt liigi eluvõimalusi piirab tema ökoamplituud mitmesuguste limiteerivate faktorite suhtes. Igal liigil on keskkonnateguri suhtes oma miinimum ja maksimum, s.t. tolerantsuse piirid, millest väljaspool ei saa selle liigi organismid elada. S. r-t käsitatakse kui Liebigi reegli täiendust. Kriitikana Liebigi seadusele agronoomias, ilmus 1909. aastal faktorite koosmõju seadus Mitserlichi poolt. Mitscherlichi reegel e. kasvutegurite reegel ­ Seaduspärasus, mille kohaselt taimesaagi suurenemine defitsiitse teguri ühikulisel suurenemisel on võrdeline teguri maksimumi ja antud väärtuse vahega, F=F(X1, ...Xn). Pikaajaliste andmete keskmisena tõi Mitserlich iga toiteelemendi kohta välja koosmõju
Endla Reintam, 2008/2009 22 koefitsiendid. Näit. lämmastiku puhul on see koefitsient 0,122 (1 ts N/ha), fosforil 0,6 (1 ts P2O5/ha), kaaliumil 0,4 (1 ts K2O/ha, sademetel 0,003 (1 mm sademeid). M. r. on Liebigi r. täiendatud variant. Faktorite koosmõju kohta on eraldi seaduspärasuse koostanud ka Baule. Baule reegel ­ Seaduspärasus, mille kohaselt taimesaagi suurenemine mitme defitsiitse elemendi üheaegse manustamise tulemusena on võrdeline elementide üksikefektide korrutisega. Vrd. Liebigi r., Mitscherlichi r. Sama teema juurde kuuluvad ka Walteri ja Aljohhini reeglid. Walteri reegel e. suhtelise kasvukohapüsivuse ja biotoobivahetuse reegel ­ Kui liigi areaalis kliima mingis kindlas suunas muutub, asustab liik sellise kasvukoha (biotoobi), milles kohalikud tegurid (muld, ekspositsioon ) kliima muutuse korvavad. W. r-i erijuht on ennetamis- e. Aljohhini reegel. Aljohhini reegel e. ennetamisreegel ­ Seaduspärasus, mille kohaselt taimkatte liigiline koosseis oleneb mesoreljeefist: põhjapoolkera pinnavormide põhjanõlvul leidub sellest kohast põhja pool asuvale taimkattevööndile omaseid kooslusi, lõunanõlval lõuna pool asuvale taimkattevööndile omaseid kooslusi.
Valgus Valgus on ökosüsteemis vajalik kiirgusenergiana läbi fotosünteesi.
6CO2 + 6H2O + päike = C6H12O6 + 6O2
Suurem osa energiast ökosüsteemis pärineb päikeselt, osa mullamineraalide keemiliste sidemete energiast. Valguse hulk muutub aasta-ajati ja ööpäeva jooksul. Selle perioodiline muutumine tingib teatud rütmi nii taimede kui ka loomade elutegevuses. Valgusrütm reguleerib taimede puhkeaja algust ja lõppu, ka loomade sigimist ja rändeaega. Osa loomi on aktiivsed päeval, osa öösel. Loomariigis on enamikul liikidel päevatsükkel, mõnedel lunaar - ehk kuutsükkel ning paljudel on ka aastatsükkel. Päevase eluviisiga on näit. sisalik, jänes, metskits jt., öise eluviisiga on öökull, nahkhiir . Vastavalt valgustundlikkusele jagatakse taimed: 1. Pikapäevataimed ­ vajavad normaalseks kasvuks pikka päeva ja lühikest ööd. Näit. nisu, rukis , hernes , lina. 2. Lühipäevataimed ­ lõunapoolseilt aladelt pärinevad taimed, mis parasvöötmes, kus suvel päev on pikem ja öö lühem kui lühipäevataimede päritolumaadel, ei arene normaalselt, nende õitsemine ja viljumine hilineb või jääb ära, aga taime vegetatiivsete osade kasv intensiivistub. Seepärast saadaksegi Eestis maisist ja päevalillest rohkesti haljasmassi. Lühipäevataimed on veel krüsanteem, hirss, sorgo , riis, tubakas , aeduba jt. 3. Päevaneutraalsed taimed Organismide reaktsiooni päeva ja öö pikkuse vahekorrale nimetatakse fotoperiodismiks. Temperatuur Enamiku organismide taluvusala mahub 0ºC ja +50ºC vahele. Katsetingimustes on organismid talunud isegi ­200ºC kuni üle +100ºC. Madalat temperatuuri taluvad kõige paremini puhkeseisundis eosed ja seened. Mõned samblikud ja samblad kannatavad kuni ­70ºC. Kõige rohkem kuuma taluvad sinivetikad ja bakterid (üle +60ºC). Üle +50ºC vees ei ole hulkrakseid loomi ega taimi leitud. Suurtele temp. kõikumisele peavad vastu mäetippude samblad ja samblikud. Kõrgel temp.-l elutähtsad ensüümid ja valkained denatureeruvad, üle +200ºC lagunevad ka aminohapped ja nukleotiidid . Negatiivsetel temp. vesi kristalliseerub. Taluvusalal sõltub kõigusoojaste loomade elutegevus temperatuurist, 10 kraadine temp. tõus tõstab nende aktiivsust keskmiselt 2­4 korda. Kui taimed ja kõigusoojased sõltuvad temperatuurist, siis püsisoojastel loomadel on ühtlane kehatemp . keskkonna temp. vaheldumisest hoolimata. Sõltuvalt liigist on imetajate kehatemp. +36...+39ºC, lindudel tavaliselt +40...+42ºC. Edukas talvitumine sõltub neil liigi füüsilisest (sulg- ja karvkatte vahetus), füsioloogilisest ( talveuni või taliuinak ) või ökoloogilisest kohastumusest (ränne, talvepesad, grupis ööbimine). Taimede kasvuperiood algab temperatuuri tõusuga üle +5ºC, ning Eestis on selle perioodi pikkuseks 170­180 ööpäeva.
Endla Reintam, 2008/2009 23 Rõhk Rõhk on pinnaühikule normaali sihis mõjuv jõud. Õhurõhu põhjustab maapinna kohal oleva õhukihi kaal. Maakera sisemuses oleneb rõhk pealpool pindalaühikut olevate kivimite kaalust ning suureneb sügavuse suurenedes. Rõhumuutusi taluvad rändlinnud, kellest vööthaned võivad rändel lennata 9500 m kõrgusel, sinikaelpart 6400 m kõrgusel. Samuti taluvad rõhumuutusi süvamereliigid. Vees suureneb rõhk iga 10 m veekihi kohta 1 atm võrra. Rõhu alampiiri elu eksisteerimiseks ei ole määratud, kuid kõige suuremat rõhku 1070 atm taluvad süvaveeorganismid. Tuli Metsatulekahjude harvenemine tekitab probleeme põlengutest sõltuvatele liikidele, kellest osa satub väljasuremisohtu. Vesi Kogu rakkude elutegevus toimub vesilahuses, vesi on lähteaineks fotosünteesile. 1 tonni kuivaine moodustamiseks on taimel vaja 200­600 t omastatavat vett. Kõrbetaimedel on harunenud või sügavale ulatuv juurestik , et kiiresti vett koguda või seda sügavamatest kihtidest kätte saada. Kõrbetaimedel on paksud, vahased lehed või on nende vars muutunud veereservuaariks (kaktused). Organismid elavad veekogudes erinevates sügavustes vastavalt oma nõuetele. Taimi võib leida tavaliselt kuni 100 m sügavuseni, sest sügavamal pole enam valgust nende eluks. Süvaveeloomi, kes on kohastunud valguse puudumise, suure rõhu ja madala temperatuuriga, võib leida isegi üle 10 000 meetri sügavuses. Muld Muld ja selles leiduv orgaanilis-mineraalne kompleks e. huumus on produktsiooniprotsessi saadus ja eeltingimus. Taime ei ole mullata ja mulda taimeta. Erinevatel muldadel kujunevad erinevad taimekooslused ja sellega seoses ka loomakooslused. Hapnikusisaldus Atmosfääris on hapnikku ca 21%. Hapnik on vajalik enamusele elusorganismidele, nii taimedele kui ka loomadele, hingamiseks. Külmas vees lahustub hapnik paremini kui soojas ning omakorda magedas vees paremini kui soolases. Seetõttu on kõige hapnikurikkam külm mage vesi. Vees on hapniku 0­6 ml/l. Reostuse või veetaimede vohamise tõttu võivad osa veekogude põhjakihte jääda pikaks ajaks ilma hapnikuta ning seetõttu ei saa seal elada mereloomad . Tekivad elutud tühikud. Biokeemiline (bioloogiline) hapnikutarve (BHT) ­ veekogu ökoloogilist seisundit , eeskätt vees olevate orgaaniliste ainete hulka iseloomustav näitaja. BHT on mg-des väljendatud hapniku hulk, mis adapteerunud (kohanenud) mikroobidel kulub ühes liitris oleva org. aine lagundamiseks kindlates katsetingimustes. BHT kaudu hinnatakse vee reostatust biokeemiliselt lagundatava orgaanilise ainega. Enamasti määratakse täielik, 5 või 7-päevane BHT (vastavalt BHTt , BHT5 ja BHT7 ). Olmereovee BHT5 on keskmiselt 200 mg/l, puhta veekogu BHT5 0,5-l. Toitained Looduses olemasolevast 92 elemendist kasutavad organismid oma ehituseks ja elutegevuseks ca 40-t. Neist makroelemente (C, H, O2, N, P, K, S) vajavad organismid elutegevuseks suurtes kogustes, mikroelemente (Co, Cu, Mn, Zn, B, Mo) väikesel hulgal, kuid nad on eluks vajalikud. N ­ valkainete ja nukleotiidide struktuuriosa; P ­ nukleiinhapete, fosfolipiidide ja luu struktuuri osa; K ­ rakuvedelikus; S ­ valkude struktuuris; Ca ­ rakukestas, luus ja taimede rakukestas, mõjutab varre ja juure kasvukuhiku rakkude jagunemist; Mg ­ klorofülli struktuuri osa, mõjutab ensüümide tööd; Fe ­ hemoglobiini ja mitmete ensüümide struktuuris; Na ­ loomade rakuvälistes vedelikes . Siseveekogud võivad olla, kas vähetoitelised e. oligotroofsed, rohketoitelised e. eutroofsed ja keskmisetoitelised e. mesotroofsed. Eutroofne ­ rohketoiteline (veekogu). E-sed järved on harilikult elustikult rikkalikud ja mitmekesised ning väga produktiivsed . Kalastikus ei ole hapnikunõudlikke liike.
Endla Reintam, 2008/2009 24 Mesotroofne ­ kesktoiteline, on taimedele omastatavaid toitaineid mõõdukal hulgal sisaldav veekogu või muld. Oligotroofne ­ vähetoiteline, toitevaene (veekogu või soo). Kalastikus on hapnikunõudlikud liigid. Eutrofikatsioon ­ eutrofeerumine , veekogu rikastumine toitainetega . See toimub taimede toiteelementide (eriti P ja N), detriidi ja lahustunud orgaaniliste ainete lisandumise ja akumuleerumise tagajärjel. Kaasnevad vee läbipaistvuse vähenemine, hapnikuvaegus ja täielik hapnikukadu sügavais kihtides, planktoni ja bentose rohkenemine, elustiku liigilise koosseisu muutumine, põhjasetete mudastumine. Omane kõigile looduslikele veekogudele ja ilmneb nende vananemisel . Eesti järvedest ligi 40% on rohketoitelised. Soolasisaldus Vees võib soolasid olla 0...20...30% soolajärvedes ja tiikides. Ookeanide soolasisaldus on keskmiselt 3,5 % e. 35. Iga organism sisaldab soolasid. Aga kui rakuvedeliku soolsus ületab ümbritseva vee soolsuse, siis vesi tungib rakku ning tekitab rakkudes pinge. Kui aga ümbritseva keskkonna soolsus on suurem raku omast, siis imetakse rakk veest tühjaks. Sellist nähtust nimetatakse osmoosiks. Osmoos ­ lahusti difusioon poolläbilaskva membraani kaudu väiksema lahustunud aine kontsentratsiooniga lahusest suurema lahustunud aine kontsentratsiooniga lahusesse. Osmoos on organismide veekasutuse olulisimaid tegureid: osmoosi teel rakkudesse tungiv vesi tekitab neis pinguloleku (turgori). Taimelehtede osmootne rõhk küünib 3 baarist (hügrofüütidel) 80 baarini (kserofüütidel). Loomade keharakkudes säilitavad osmootset rõhku erituselundid . Imetajate keharakkude osmootne rõhk on 6...8 baari . Osmoosiprobleem on oluline Läänemere elustiku jaoks. Kui Taani väinade juures on merevee soolsus 1,5%, siis Põhjalahe põhjaosas on soolsus ainult 0,2%. See tähendab, et Läänemeri on riimveeline.
Happelisus pH e. vesinikioonide negatiivne kümnendlogaritm e. vesinikioonide kontsentratsioon. Mida madalam on pH, seda rohkem H+ ioone on. Neutraalseks loetakse pH vahemikku 6,5...7, alla 6,5 on happeline ning üle 7 on leeliseline . Normaalne looduslik sademete pH=5,6, kuid võib kõikuda 4,6...5,6-ni. Kui pH on alla 3 või üle 9, kahjustuvad soontaimede juured otseselt kui ka kaudselt läbi toitainete ja kahjulike ainete liikumise. Kui pH on alla 4,0...4,5 lahustub toksiline Al3+ ja liigub taimejuurtesse, ka Mn2+ ja Fe3+. Probleem on selles, et siis uhutakse Ca, Mg ja K mullast välja. Leeliselises keskkonnas on vastupidi ning Al, Mn ja Fe on taimedele kättesaamatud. Seetõttu on enamikule taimedest sobilik mõõdukalt happeline keskkond (pH=6). Veekogudes on hapestumisele tundlikud vähid, teod, karbid, karpkalalised ja lõhelised. pH 1,7 juures kasvavad vaid ränivetikad (Pinnularia) ja pH 12,0 juures sinivetikad Keenia järvedes.
Kohanemine , kohastumine Iga organismi kohanemist või kohastumist ümbritseva keskkonna teguritega nimetatakse adaptatsiooniks. Eristatakse: Adaptatsioon , adapteerumine ­ organismide või nende osade ehituse või talitluse kujunemine selliseks , st see tagab paremini isendi või liigi säilimise ja populatsiooni arvukuse suurenemise. A. tagajärjel suureneb organismi ja keskkonna kooskõla, tekib võimalus uut tüüpi toidu, uute elupaikade, signaalide jms. kasutuselevõtuks, suureneb organismi elutegevuse tõhusus. A. võib toimuda nii organismi elu jooksul (kohanemine e. isendiline a.) kui ka paljude põlvkondade kestel (kohastumine e. evolutsiooniline a.). A-ks nimet. ka kohastumise tulemust ­ kohastumust . Evolutsioonilist adaptatsiooni e. pärilikku kohastumist ­ põhineb geeni pärilikel omadustel ja püsib isendi elu jooksul. Muutused esinevad kõigil liigi isenditel. Keskkonnatingimuste muutudes jäävad ellu tugevamad või sellele uuele tingimusele vastavad isendid. Sellist valikut nimetatakse looduslikuks valikuks. Sugupõlvede jooksul vähehaaval toimuvat pärilike omaduste pöördumatut muutust nimetatakse evolutsiooniks. Kunstlik valik ­ inimese sihipärane tegevus meeldivate või kasulike omaduste väljaarendamiseks. Väljasuremine ­ taksoni kõigi isendite hävimine.
Bioindikatsioon
Endla Reintam, 2008/2009 25 Bioindikatsiooniks nimetatakse keskkonnamuutuste avastamist ja jälgimist organismide abil. Bioindikaatorid ­ väljendavad keskkonnas toimuvaid muutusi ning aitavad selgitada füüsikaliste ja keemiliste keskkonnamuutuste tähendust ökosüsteemidele. Nad täiendavad keemiliste ja füüsikaliste mõõtmistega saadud pilti ja selliste uuringute eeliseks on, et teatud piirkonda haarava analüüsi saab teha kiiresti ja odavalt. Bioindikaatoriks võivad olla keskkonnatingimuste muutustele tundlikud liigid, näit. samblad, samblikud, põhjaloomastik, ränivetikad, makrofüüdid ­ suured veetaimed, kooslused, puude okkakahjustused. Nõuded bioindikaatorile ­ indikaatorliigi bioloogia ja keskkonnanõuded peavad olema hästi tuntud; ­ laialt levinud, paikne, kergesti äratuntav ja loendatav või mõõdetav; ­ selgelt positiivne või negatiivne sõltuvus teatud füüsikalistest või keemilistest keskkonnatingimustest, mida inimene mõjutab; ­ kitsas või kindel taluvusala antud keskkonnatingimuste suhtes; ­ reageerib keskkonnatingimuse muutusele kiiresti ja alati ühtmoodi ning ainult uuritav keskkonnatingimus võib põhjustada teatud reaktsiooni. On vaja võimalikult standardiseeritud ja korratavaid proovivõtu ja analüüsimeetodeid erinevate piirkondade uuringute võrdlemiseks. Organismide reaktsioone keskkonnamuutustele iseloomustab pigem muutlikkus kui püsivus. Erinevus 2 uurimisala indikaatororganismide ohtruses võivad peale uurijat huvitava keskkonnatingimuse johtuda muuhulgas veel järgmistest asjaoludest: ­ fenoloogilistest (aastaaegade vaheldumisest tingitud) erinevustest. ­ populatsioonide erinevast vanuselisest struktuurist. ­ populatsioonide pärilikust erinevusest. ­ vastastikuste bioloogiliste mõjutuste erinevustest alade vahel (näit., mingi tähtis sümbiont või konkurent võib teises piirkonnas puududa) ­ keemilise või füüsikalise keskkonna muudest erinevustest piirkondade vahel (näit., taimed võivad ühes piirkonnas kannatada krooniliselt mingi mikroelemendi puudust). Osaliselt on need puudused välditavad, kui laboritingimustes kasvatatud isendid viiakse erinevatele uurimisaladele. Õhusaaste indikaatorid : Õhusaaste kindlaks tegemisel on oluline roll samblikel, mis on väga tundlikud SO2 ja tolmu suhtes. Samblike tundlikkust märgati juba 19. sajandi keskpaigas. Soome uurija William Nylander nimetas 1866.a.-l samblikke hügieenimeetriteks. Ning juba 20. saj. tehti mitmete suurlinnade kohta samblike levikul põhinevaid õhusaastekaarte. Samblikud võtavad vett ja toitaineid otse õhust ning on seetõttu väga tundlikud. Neil ei ole kaitsvaid rakukihte ja õhulõhesid, nad on pikaealised ning vanad ja saastunud osad ei pudene küljest ära. Head indikaatorid on puude tüvedel kasvavad e. epifüütsamblikud. Samblike tundlikkus sõltub kasvuvormist, vähem tundlikumad on kooriksamblikud, siis lehtsamblikud ning kõige tundlikumad on põõsassamblikud (näit., habe- ja narmassamblikud. Liudsamblik (Lecanora conizaeoides) kasvab ainult väävliühenditega saastatud õhus. Geoloogilisi indikaatoreid kasutatakse maavarade otsingul ­ vaselill ­ tõrvalill; huulõieline maitsetaim Becium homblei Sambias ja Zimbabwes. Muldade happesust näitavad: väike oblikas (Rumex atsetosella), harilik nälghein (Spergula arvensis), põldkannike põldudel (Viola arvensis). looduslikes ökosüsteemides: punane ristik (Trifolium arvense), lambaaruhein (Festuca ovina), mustikas (Vaccinum myrtillus), pohl (Rhodococcum vitis-idaea), harilik jõhvikas (Oxycoccus quadripetalus). Selliseid taimi nimetatakse atsidofiilseteks e. happelembesteks. Neutraalsetel ja kaltsiumi poolest rikastel muldadel kasvavad: põldudel sirplutsern (Medicago falcata), valge mesikas (Melilotus albus), põldsinep (Sinapis arvensis), põld-kukekannus (Consolida regalis). Looduslikel kasvukohtadel harilik lubikas (Sesleria coerulea), mägiristik (Trifolium montanum), harilik nurmenukk (Primula veris), metsülane (Anemone sylvestris ) jt. Selliseid liike nimetatakse kaltsifiilsesteks e. lubjalembesteks.
Endla Reintam, 2008/2009 26 Stenotoopne ­ elupaigatruu, kindlatüübilist elupaika valiv, kindlas biotoobis elutsev (organism) e. stenobiont. Eurütoopne ­ elupaika vähevaliv (organism) e. eurübiont või ka kosmopoliit. Kosmopoliit, kosmopolitism ­ väga laialdase levikuga (vähemalt kolmel mandril) liik. Kosmopolitismi eeldused on suur ökoamplituud ja tõhus levi, paljudel juhtudel ka kiire aktiivsete elujärkude läbimine. Rohkesti inimikaaslejaid liike: vesihein, rändrott, toakärbes.
Energia ökosüsteemides
Energia (kr. energeia ­ tegevus) on võime teha tööd. Energia kasutamisel põhinevad kogu elusloodus ja inimtegevus: a) Maale langev Päikese kiirgusenergia loob oma otsese toime ja loodusliku muundumisega elusoodsa kliima; b) orgaanilise aine sünteesiks vajaliku energia saavad esimesel troofilisel tasemel asuvad autotroofid Päikese valguskiirguse fotosünteesil. Tavaliselt eristatakse kaks energia kategooriat: 1) kineetilist energiat ­ väljendub mingis konkreetses tegevuses, reaalselt eksisteeriv ja toimiv ­ valgusenergia, soojusenergia, elektrienergia, mehhaanilise liikumise energia; 2) potentsiaalset energiat ­ kasutamata töövaru ­ bensiin, pingul kumm jne.
Energia omadusi kirjeldavad järgmised seadused: 1. Termodünaamika I printsiip (energia jäävuse seadus) ­ energia võib minna ühest vormist teise, aga ei kao ja teda ei saa uuesti luua. 2. Termodünaamika II printsiip ( entroopia seadus) ­ protsessid, mis on seotud energia muundumisega võivad iseseisvalt toimuda ainult sel tingimusel, kui energia läheb kontsentreeritud vormist hajutatud vormi (degradeerub) e. igasugune korrastatud liikumine püüab spontaanselt muutuda korrastamata liikumiseks. Kõige degradeerunum energia termodünaamika seisukohalt on soojusenergia. Termodünaamika II seaduse võib sõnastada ka nii: kuna osa energiast hajub alati niimoodi, et teda pole võimalik kasutada soojusenergia saamiseks, siis kineetilise ( liikumis -) energia (näit. valguse) iseeneslik muundumine potentsiaalseks energiaks ( näit. protoplasma keemiliste sidemete energiaks) ei ole kunagi 100%. Entroopia on kasutamiseks kättesaamatu energiahulga määr e. süsteemi korrastamatuse määr. Organismide, ökosüsteemide ja biosfääri kui terviku tähtsaim termodünaamiline omadus on võime luua (tekitada) ja hoida sisemise korrastatuse kõrget taset, st. madalat entroopia seisundit. Madal entroopia saavutatakse kergestikasutatava energia (näi. toidu- või päikeseenergia) pideva ja efektiivse muundamisega energiaks, mida on võimalik kasutada tööks (näit. soojusenergiaks). Ökosüsteemi korrastatus, st. biomassi keeruline struktuur saavutatakse kogu koosluse hingamise arvelt, mis pidevalt eemaldab kooslusest korrastamatust (vähendab entroopiat). Seega kujutavad ökosüsteemid endast avatud tasakaalustamata termodünaamilisi süsteeme, mis vahetavad pidevalt ümbritseva keskkonnaga energiat ja ainet ning vähendavad niimoodi entroopiat enda sees, kuid suurendavad seda vastavalt termodünaamika seadustele endast väljaspool. Eluga kogu tema mitmekesisuses kaasneb energia muundumine, kuigi selle käigus teda ei saa luua juurde ega hävitada. Energia, mis saabub maale päikesevalguse näol on võrreldav (mitte võrdne) soojusenergia kogusega, mis maalt lahkub . Osa energiast deponeeritakse (kütused, puittaimed). Elu olemus seisneb sellistes protsessides, nagu kasv, iseenese taastootmine ja keeruliste keemiliste ühendite süntees. Ilma energia ülekandeta, mis kõiku neid muutusi saadab , poleks ei elu ega ökoloogilisi süsteeme. Seega sõltub ka inimtsivilisatsioon pidevast energia juurdetulekust, kusjuures see energia peab olema kontsentreeritud vormis. Järelikult on suhted taimede (tootjate) ja loomade (tarbijate) vahel limiteeritud ja juhitud energiahulga poolt, mis läheb kontsentreeritud vormist üle hajusasse vormi. Seega juhivad ökosüsteeme needsamad seadused, mis juhivad ka eluta süsteeme (näit. elektrimootoreid ja autosid).
Endla Reintam, 2008/2009 27 Kuna enamus energiast lõppkokkuvõttes läheb üle soojusenergiaks ning hajub, ei saa me rääkida energiaringest vaid energiavoost. Energiavoog ­ Päikese kiirgusenergia järk-järguline hajumine (degradeerumine ) ökosüsteemis taimse ja loomse biomassi keemiliseks energiaks (fotosünteesis) ning biomassi keemilisest energiast omakorda soojusenergiaks (biooksüdatsioonis), vähesel määral võib energia väärinduda (tekivad energiarohked ühendid).
Keskkonna energeetiline iseloomustus
Organismid, mis elavad maapinnal või selle lähedal, kasutavad energiavoogu, mis moodustub: a) päikesekiirgusest ja b) lähedalasuvate kehade (pikalainelisest) soojuskiirgusest. Need mõlemad faktorid määravad kindlaks keskkonna klimaatilised tingimused (temperatuuri, vee aurumise, õhu ja vee liikumise), kuid ainult väike osa päikesekiirgusest kasutatakse ära fotosünteesis. Biosfäärile kosmosest langeva päikeseenergia hulk on 2 cal cm­2 min­1 (100%), kuid läbi atmosfääri tulles see väheneb ja selgel suvisel päeval võib maapinnale jõuda mitte üle 67% esialgsest energiahulgast (1,34 cal cm­2 min­1). Tungides läbi pilvede ja taimkatte nõrgeneb päikesevalgus veelgi ja päikeseenergia hulk, mis jõuab ühe päeva jooksul ökosüsteemi autotroofse kihini varieerub 100­800 cal cm­2 (parasvöötmes). 1 k(k)alor on soojushulk , mis on vajalik 1 g (l) vee soojendamiseks 1ºC võrra. Biosfääri jõudnud päikeseenergiast: a) 30% peegeldub; b) 46% muundub otseselt soojuseks; c) 23% kulub aurumisele ja sademetele; d) 0,2% läheb üle tuule- ja lainete energiaks; e) 0,8% tarvitatakse fotosünteesi käigus.
Mõningate pindade peegeldustegur Pinnas Peegelduste Lumi Peegeldustegur gur Niiske muld, hall 0,09 Jää 0,50 liiv Vaba veepind 0,10 Paakunud 0,60 sõmerlumi Kuiv muld 0,14 Vana lumi 0,70 Kuiv hall liiv 0,18 Värske 0,82 helveslumi Kuiv valge liiv 0,40 Värske 0,88 küberlumi
Kuigi ainult umbes 1% energiat läheb üle biomassi koostisse, ei kao ka ülejäänud 69% Maale jäävast energiast asjatult, kuna ta osaleb biosfääri eksisteerimiseks vajalike klimaatiliste tingimuste loomisel, on aluseks veeringele jne. Maapinna või vee võimet päikesekiirgust tagasi peegeldada nimetatakse albeedoks. Inimese silm eristab päikesekiirgust lainepikkusega 380 kuni 750 nm. Taimede poolt kasutatav kiirguspiirkond on 380­710 nm-ni. Seda spektri osa, mis peaaegu langeb kokku nähtava valgusega , nimetatakse fotosünteetiliselt aktiivseks radiatsiooniks või kiirguseks (FAR või FAK). Fotosünteetiliselt on tähtsamad punakas-oranzid kiired (600­700 nm) ja violetsed-helesinised (400­500 nm), vähem kollased -rohelised (500­600 nm).
Ökoloogiline efektiivsus, ökosüsteemide produktiivsus
Endla Reintam, 2008/2009 28 Troofiliste tasemete (toitumisel saadud energia muundumise järkude) puhul vaadeldakse toitumist kui toidus sisalduva energia kasutamist elutegevuseks (R) ja salvestamist biomassienergiana (P) ning seeläbi edasikandumist mööda toiduahelat järgmistele organismidele. Energia ülekannet troofiliste tasemete vahel iseloomustab produktsioonienergia (P) ja toiduenergia (R+P) suhe P/(R+P), mida nimetatakse troofiliste tasemete energeetiliseks efektiivsuseks. Taimede esmase produktsiooni efektiivsus on 75­85%. See on seletatav sellega, et taimed on autotroofsed paigalpüsivad organismid ja ei raiska seega energiat toidu otsimisele ja püüdmisele ega ka kehatemperatuuri hoidmiseks. Seetõttu lähebki enamus energiast kasvuks. Neil on ka kõrge assimileerimise efektiivsus, kuid väikene energia kasutamise efektiivsus (ainult 1,6% päikeseenergiast). Loomadel on assimilatsiooni efektiivsus 60% putuktoidulistel kuni 90% liha- ja kalatoidulistel. Taimetoidulistel oleneb assimilatsiooni efektiivsus toidust, ulatudes 80­-ni seemnete söömisel, 60% noorte lehtede, 30­40% vanade lehtede ja 10­20% puidu söömisel. Produktsiooni efektiivsus on loomadel vastupidises seoses nende liikumise aktiivsusega. Nii on see lindudel 1%, väikestel imetajatel 6%, suurel veisel 11%, külmaverelistel mereloomadel kuni 75%. Sellised energia ja toitainete kaod ületavad sageli 50% ja on alati väiksemad kui 100%. Paljudel juhtudel on see ainult 1­10%. Nii on taimse toiduga võimalik sama põllumajandusliku pinna juures ära toita märksa suurem hulk inimesi kui loomse toiduga. 1 kg liha saamiseks on vaja 90 kg taimset massi. 1 kg liha on taimedest küll toitvam, kuid seda ainult 1,5­3 korda, mitte 90 korda. Bioproduktsioon ­ mingi aja jooksul akumuleerunud orgaanilise aine hulk (elusaine, organismidesse salvestunud toit, ainevahetuse jääkproduktid ning tarbijate kasutatud aine) või selle kuivaine-, süsiniku- või energiaekvivalent. Autotroofide (produtsentide) salvestatud energia on esmane (primaarne) koguproduktsioon. Esmasest koguproduktsioonist produtsentide endi elutegevuseks kuluvat osa nim. hingamisenergiaks. Esmase koguproduktsiooni ja hingamisenergia vahe moodustab esmase (primaarse) puhastoodangu. Heterotroofide ( sekundaarne , tertsiaalne jne.) puhastoodang sõltub võrdeliselt esmasest puhastoodangust. Bioproduktsiooniga seonduvad järgmised mõisted. Saak ­ osa bioproduktsioonist, mida kasutab kindel tarbija. Biomass ­ mingi organismiliigi, liikide rühma või biotsönoosi isendite elusaine hulk, väljendatuna toor - või kuivmassiühikuis isendite elupaiga pinna- või mahuühiku kohta (g/m2, kg/ha, t/ha, mg/l, g/m3). Maakera summaarseks biomassiks hinnatakse 85­100 miljardit tonni. Fütomass ­ kõikide taimsete organismide kogumass. Maakera biomassist 97­99% on fütomass; Zoomass ­ kõikide loomade biomass (10 miljardit t kokku, mis moodustab ainult 3% biosfääri kogu biomassist ja sellest omakorda 90% kuulub putukatele); Bakterimass ­ kõigi bakterite kogumass; Mortmass ­ surnud orgaanilise aine mass, nekromass, taimede, seente ja loomade msg. lagunemisastmes jäänused, sh. varisenud lehed, viljad , oksad, surnud juureosad ja ekskremendid. Mortmass moodustab veekogudes detriidi ja ladestub aeglase lagunemise puhul põhjasetteisse, soodes tekitab turbalasundi ning parasniiskeis tingimustes koguneb maapinnale kulu- ja kõdukihti. Huumus ­ pruun või must amorfne keeruka koostisega orgaaniliste ühendite kompleks, mis moodustab mulla orgaanilise aine põhiosa ja on keemilises seoses mulla mineraalosaga. Huumus tekib taimejäänuste muundumise ja mulla mikroobide lagusaadustest, kui need hapenduvad, liituvad ja tihkestuvad. Huumuses on keskmiselt 58% süsinikku ja 3­8% lämmastikku. Et huumuse tekkes osaleb mikroobne valk, on lämmastikusisaldus huumuses suurem kui selle lähteaineks olnud orgaanilistes jäänustes. Nii maismaa- kui veebiotsönoosides eristatakse produtsentide, konsumentide ja redutsentide biomassi. Biomass on tähtis ökoloogiline mõiste, mis võimaldab hinnata maismaa-alade ja veekogude tootlikkust ning töönduslike organismide varusid. Olenevalt floora ja fauna liigilisest koostisest ning elutingimustest on biomass eri aladel erisugune ja aasta vältel muutuv.
Juurdekasv ­ s.o. taimeökoloogias taimede massi, kõrguse, varre läbimõõdu, summaarse lehepinna vm. suurenemine produktsiooniprotsessi tulemusena mingi kindla ajavahemiku vältel. Juurdekasvu iseloomustatakse näit. esmase puhastoodangu kaudu.
Endla Reintam, 2008/2009 29 Loodusliku taimkatte (maapealse ja maaaluse biomassi) juurdekasv aastas on maakeral keskmisena 9,5 t/ha. Troopikas võib metsa juurdekasv olla 30 t/ha. Energiavõsal 25 t/ha.
Ökoloogilised püramiidid
Katseandmete kohaselt on energeetiline efektiivsus enamasti 10% piires ja seega järgmise troofilise taseme energiavaru umbes 10 korda väiksem kui eelmise oma: moodustab nn. energeetiline püramiid. Energeetiline püramiid on ökoloogilise püramiidi üks variant. Ökoloogiline püramiid e. Eltoni püramiid ­ ökosüsteemi troofilise struktuuri kujutis: astmikpüramiid, mille astmed on troofilised tasemed. Ökoloogilise püramiidi alumise astme moodustavad produtsendid, selle peal asetsevad esimese astme konsumendid, siis teise astme konsumendid jne. Astme maht (pindala, laius) on võrdeline troofilise taseme organismide summaarse massi, arvu, energiasisalduse v. mingi muu näitajaga. Ökoloogilise püramiidi ülemine aste on alumisest väiksem ainult juhul, kui vaadeldav suurus on troofilisi tasemeid läbiv energiavoog. Merelahe ökosüsteemi ökoloogiline püramiid:
Merelahe ökosüsteemi ökoloogiline püramiid: Energiavoog (kcal/m2 ööpäevas) Biomass 3 loomtoidulised 20 8 taimtoidulised 110 16 produtsendid 50
Arvukus
Energiavoog (kcal/m2 ööpäevas) Biomass 3 loomtoidulised 20 8 taimtoidulised 110 16 produtsendid 50
Parasiteerivate bakterite ja putukate arvukus on metsas alati suurem, kui organismidel, kellest nad toituvad.
Keskkonnakaitseliselt on kogu püramiid ohustatud, kui kahjustub esimene troofiline tase (rohelised taimed). Mis tahes troofilise taseme häirimine ohustab enim kõrgeima astme asukaid, nn. tippkiskjaid. Kõrgemate troofiliste tasemete kahjustamine võib madalamatel troofilistel tasemetel põhjustada: a) vohamise ja seejärel b) isekahjustumise. Toiduahelad ja toiduvõrk
Toiduahel ­ jada organisme, keda seovad järjestikku toitumine ja toiduobjektiks olemine. Toiduahelad jaotatakse: 1) karjamaa toiduahel (selle lõpus kiskahel ); 2) laguahel e. detriitahel; 3) nugiahel e. parasiittoiduahel. Toiduahelad ökosüsteemides põimuvad omavahel ja moodustavad nn. toiduvõrgu e. toitumissuhete võrgu e. konneksi. Konsortsium ­ katenaarium, kogum organisme (konsorte), keda toit (trofokonsordid) või elupaik (topokonsordid) seostab mingi kindla taimega (determinandiga). Taim on neile orgaanilise aine lähe või Toiduahelad ökosüsteemides põimuvad omavahel ja substraat . moodustavad nn. toiduvõrgu e. toitumissuhete võrgu e. konneksi
Endla Reintam, 2008/2009 30 Konsortsium ­ katenaarium, kogum organisme (konsorte), keda toit (trofokonsordid) või elupaik (topokonsordid) seostab mingi kindla taimega (determinandiga). Taim on neile orgaanilise aine lähe või substraat. Individuaalse konsordi moodustavad ühe isendi (nt. puu), populatsioonilise konsortsiumi ühe liigi, sünusiaalse konsortsiumi lähedaste liikide kõik tarbijad ja asutajad . Vahetult taimset materjali kasutavad fütofaagid ja saprofaagid moodustavad konsortsiumi esimese ringi (kontsentri), neist toituvad zoofaagid teise, neist toituvad karnivoorid ja parasiidid kolmanda jne. Konsortsium on konneksi osa, mis ühendab kõiki ühest produtsendist algavaid toiduahelaid. Darwini poolt toodud näide ristiku ja kasside (vanatüdrukute) seotusest: ristik paljuneb seemnetega, seemned moodustuvad tänu kimalaste tolmeldamisele, hiired hävitavad kimalaste pesi, kassid söövad hiiri , (vanatüdrukud peavad kasse ).
Toksiliste ühendite kontsentratsioon toiduahela erinevates osades Toksiline e. mürgine; kr. toxikon ­ noolemürk
Ökotoksikoloogia 20. sajandi alguses ja keskel valitses uute kemikaalide suhtes suur optimism . Võimalikele negatiivsetele kõrvalnähtudele suuremat tähelepanu ei pööratud. Alles 60. aastate algul, suurelt osalt Rachel Carsoni tuntud raamatu "Hääletu kevad" ilmumise järel, hakati tõsiselt arutama kemikaalide kasutamise külgi. Debatt käis peamiselt elavhõbedat. Debatt käis peamiselt elavhõbedat sisaldavate ainete kasutamise üle viljaseemnete kaitseks seenkahjustuste eest. See tabas raskelt seemnetoidulisi linde, näiteks talvikuid, kes sõid elavhõbedat sisaldavat seemet, samuti seemnetoidulistest elatuvaid röövlinde. Mitme linnuliigi arvukus vähenes tunduvalt. 60. aastate lõpus piirati elavhõbedaühendite kasutamist viljaseemnete töötlemisel ja lindude arvukus on taas tõusnud. Teadust, mis tegeleb mürkide muutumise ja mõjuga, kutsutakse toksikoloogiaks. Et aru saada, kuidas mürgid looduses muutuvad ja levivad, on vaja ökoloogilisi teadmisi. Ökotoksikoloogia on nende küsimustega tegelev toksikoloogia haru. Toksikoloogias on oluline tees, et tegelikult pole olemas mürgiseid ja mittemürgiseid aineid, on erinevate ainete ohtlikud ja ohutud kombinatsioonid. Paljud neist ainetest, mida varem oleme nimetanud toitaineteks, on liiga kõrge kontsentratsiooni või suure annuse korral mürgised. Seleen on aine, mida meie keha vajab ja millest võib tekkida puudus, aga see muutub kontsentratsiooni kasvades kiiresti mürgiseks. Erinevad organismid on mürkide suhtes erineva tundlikkusega. Taimed on teatud õhusaaste suhtes arvatavasti tundlikumad kui inimesed. Mürgid jõuavad looma või inimese kudedeni erinevaid teid pidi. Suurema osa saame toidu kaudu, aga mürgid võivad kopsudeni ja sealt verre jõuda ka sissehingatud õhuga või pääseda organismi läbi naha. Loodet koormavad mürgid emakoogi kaudu. Kui mürk on organismi jõudnud, võib sellest lahti saada kahel viisil Üks moodus on seda lagundada, ent see on võimalik vaid keemiliste ühenditega, elemente ju keemiliselt lagundada ei saa. Mitmed ühendid lagunevad ka väga aeglaselt. Need on tihti keskkonnamürgid. Teine moodus on eritus , mis loomadel toimub peamiselt neerude kaudu. Seal pressib veri vastu filtrit ja tekib uriin. Uriin eemaldabki mürke, näiteks nikotiini, mida suitsetajad endasse ahmivad. Uriin on vesilahus ja suudab seepärast hästi transportida vees lahustuvaid aineid, mis lahkuvad kehast üsna kiiresti. Kehtib keemiline reegel, mis ütleb, et rasvades lahustuvad ained tavaliselt vees ei lahustu ja vastupidi. Kuna keha eritussüsteem toimub vee baasil, on rasvades lahustuvatest ainetest, mida ei saa lagundada, väga raske vabaneda. Neil on tendents kehasse koguneda. Mitmed tuntud keskkonnamürgid, nagu DDT, PCB, kloordioksiinid, metüülelavhõbe ja plii on rasvas lahustuvad ained ja samas raskesti lagundatavad. Need kogunevad organitesse ja rasvastesse kehavedelikesse, nagu aju või emapiim . Naise piim sisaldab 3­4% rasva, emahülge oma umbes 30%. Hülged on loomad, keda keskkonnamürgid on tabanud eriti rängalt. Läänemere hallhülge ja viigri populatsioonid on keskkonnamürkide tõttu oluliselt vähenenud. Emasloomade viljakus ja poegade ellujäämisvõime on väga madalad. Mürkide üleminek emast lootesse või poegadesse on ilmekas näide sellest, kuidas mürgid ühelt isendilt teisele võivad kanduda. Toiduahelas toimub ülekanne igal tasandil. Oletame, et rebane sööb aasta jooksul kümme korda enam jäneseid, kui ise kaalub. Toitu kasutab ta energia saamiseks ja oma keha ehitamiseks.
Endla Reintam, 2008/2009 31 Jäägid kaovad väljaheidete ja uriiniga. Aga keskkonnamürgid, mida ei saa eritada ega lagundada, jäävad suuresti kehasse. Tulemusena tõuseb mürkide sisaldus kehas vanusega, samuti on rebases rohkem mürke kui jäneses. See on näide akumulatsioonist. Maismaaökosüsteemides tõuseb mürkide sisaldus iga sammuga toiduahelas umbes 10 korda, vees 3­5 korda. Üks akumuleerumise tagajärgesid on, et mürgid tabavad röövloomi märksa rängemalt. Paljudel juhtudel ei sure loomad mürkidest otsekohe. Tekivad närvisüsteemi kahjustused, mis vähendavad looma ellujäämisvõimalusi. Steriilsus on teine tavaline tagajärg. Letaalannus (DL, LD, lad. dosis letalis) ­ s. o. mürkkemikaali (v. kiirguse) surmapõhjustav annus . Pestitsiide iseloomustatakse poolletaalannusega ( DL50 ), so. mürkkemikaali annus mg-s 1 kg kehamassi kohta, mis surmab 50% katseloomade isendeist. Pestitsiidid jaotatakse nelja mürgisuskategooriasse: 1) ülimürgised (DL50 alla 50 mg/kg); 2) väga mürgised (DL50 50­200 mg/kg); 3) mürgised (DL50 200­1000 mg/kg); 4) vähe mürgised (DL50 üle 1000 mg/kg); Näited: Granstar ­ 5000 mg/kg Roundup ­ 5400 mg/kg
Biogeokeemiline aineringe Aineringe on ainete pidevalt korduv ringlemine Maa pinnal (atmo-, hüdro-, lito - ja biosfääris) või ühest Maa sfäärist teise. Aineringete põhilised energiaallikad on Päikese kiirgus ja Maa sisejõud. Ulatuse ja kestuse järgi eristatakse mitmesuguseid aineringeid: 1) väike geoloogiline aineringe hõlmab: a) Maa pinna kivimite murenemise; b) murenemissaaduste (liiva, savi) kandumise tuule ja veega veekogudesse ning c) settimise, tihenemise ja kivistumine settekivimeiks, mis hiljem geoloogiliste välisjõudude mõjul uuesti murenevad. 2) suures geoloogilises aineringes satuvad Maa pinnal murenenud tard - ja moondekivimeist moodustunud settekivimid maakoore liikuvates osades suurde sügavusse ja moonduvad seal (metamorfism), aga moondekivimid satuvad hiljem jälle Maa pinnale ja murenevad. Bioloogilises aineringes tekitavad rohelised taimed orgaanilist ainet, muud organismid kasutavad seda ja lagundavad selle mineraalaineteks, süsinikdioksiidiks, veeks jm. aineteks , millest hiljem tekib uus elusaine. Et ainete algseisund aineringetes täpselt ei taastu, on õigem võrrelda aineringet mitte ringjoone vaid tsükloidiga. Siit tuleb mõiste biogeokeemiline tsükkel ­ ainete (peamiselt keemiliste elementide) liikumine anorgaanilisest loodusest läbi organismide tagasi anorgaanilisse loodusesse . Eristatakse kahte peamist biogeokeemilist tsüklit: 1) gaasiline tsükkel; 2) setteline tsükkel. Peamine protsess, mille tagajärjel keemilised elemendid lülituvad nii geoloogilistesse kui ka bioloogilisse aineringesse on migratsioon (lad. migratio ­ ränne) ­ so. keemilise elemendi või aine liikumine mingis aineringe faasis. Eristatakse viis keemiliste elementide migratsioonitüüpi: 1) mehhaaniline migratsioon ; 2) migratsioon vee abil ehk veemigratsioon ­ keemiliste elementide migratsioon lahustunud kujul; 3) migratsioon õhu abil ehk õhumigratsioon; 4) biogeenne migratsioon ­ keemiliste elementide osalemine bioloogilises aineringes; 5) tehnogeenne migratsioon ­ keemiliste elementide migratsioon inimtegevuse tagajärjel.
Endla Reintam, 2008/2009 32 Biogeenid ­ biogeensed ühendid, taimede toiteelementide mineraalsed ühendid, mis on sattunud keskkonda. Tähtsaimad biogeenid on fosfori- ja lämmastikuühendid (fosfaadid, nitraadid , nitritid, ammooniumsoolad ). Biogeensed elemendid on C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Cl, Br, I. Tähtsaimad neist on C, H, O, N, P, K ja S. Tuhaelemendid (mis põlemisel ei lendu, ei muutu gaasiliseks, vaid jäävad tuha koosseisu) on P, K, Ca, Fe. Lenduvad elemendid on C, H, O, N, S. Elemendid võib aineringes jagada liikuvateks ja passiivseteks. Liikuvad on Cl, S, B, Br, F, väheliikuvad aga Si, K, P, Cu, Ni ning päris passiivsed on Al ja Fe. Ainete liikumine aineringetes toimub erineva kiirusega, nii kasutatakse elusorganismide poolt kogu atmosfääri CO2 ära 300 aastaga, hapnik 2000 aastaga ja vesinik vee koostises 2 000 000 aastaga.
Süsinikuringe Süsinikuringe ­ so. atmosfääri ja veekogude vaba süsinikdioksiidi (CO2) ning mulla, kivimite ja veekogude karbonaatide ja vesinikkarbonaatide süsiniku tsükliline muutumine orgaaniliste ühendite redutseerunud (taandunud) süsinikuks ja tagasi. Kuni biosfääri moodustumiseni oli atmosfääris CO2-sisaldus 91% (ilma veeaure arvestamata). Praegusel ajal ei ületa atmosfääri CO2-e % 0,03-e. Maakoores on süsinikku 0,35% (peamiselt karbonaatidena + grafiit ), elusaines on teda ligi 18%. Atmosfääris on süsinikku 0,4x1012 t, vees 38,2x1012 t ning elusas ja surnud orgaanilises aines kokku 4,9x1012 t, ehk siis kõik kokku 43,5x1012 t. Atmosfääris ja hüdrosfääris olev süsinik on biosfääri olemasolu ajal palju kordi läbinud elusorganisme. Maismaataimestik omastab kogu atmosfääris oleva süsiniku 3­4 aasta jooksul. Tänapäeval on süsinikuringe tugevasti mõjutatud inimtegevuse poolt (kasvuhoonegaas). Süsinikuringe tähtsamad etapid: 1) rohelised taimed (+mõningad mikroobid ) muudavad CO2 foto- (ja kemo-) sünteesil sahhariidideks ja edasisel biosünteesil proteiidideks, lipiidideks jm., mis on toit loomadele ja energiaallikaks mikroobidele; 2) kõik organismid eritavad hingamisel CO2; 3) surnud orgaanilisest ainest lagundajate toimel vabanev CO2 satub uuesti ringesse mullahingamise tagajärjel; 4) CO2-te vabaneb huumuse lagunemisel; 5) CO2-e lisandumine inimtegevuse tagajärjel ­ turba, kivisöe, põlevkivi, maagaasi, nafta põletamine; 6) CO2-te vabaneb vulkaanipursetel jm. seesuguse loodusliku tegevuse tagajärjel (metsatulekahjud äikesest jne.); 7) vees settib CO2 karbonaatidena; 8) kivimite murenemisel, mullatekkes ja produktsiooniprotsessis lülitub CO2 uuesti ringesse. Süsiniku sidumine on enam-vähem tasakaalus tema vabanemisega, kuid inimtegevuse tagajärjel kasvab süsiniku vabanemine pidevalt. Aastas põletatakse 5­6 miljardit tonni C-d. Viimase 100 aastaga on CO2 sisaldus tõusnud 0,029%-lt 0,035%-ni.
Lämmastikuringe Lämmastikuringe ­ so. lämmastiku liikumine eluta loodusest elusasse ja tagasi elutusse. Lämmastik on samasugune eluliselt vajalik element nagu ka süsinik ja lämmastikuringe ongi peamiselt organismide elutegevuse tagajärg. 75% kogu lämmastikust asub atmosfääris (78,09 mahu%), kus ta on valdavalt molekulaarsel kujul, st. N2- na. See ongi lämmastikuringe üks iseärasusi. Ringes muutub lämmastiku oksüdatsiooniaste ning moodustub orgaanilisi ja anorgaanilisi ühendeid. Lämmastikuringe etapid: 1) õhkkonnas olev vaba molekulaarne lämmastik (N2) on vahetult kättesaadav ainult vähestele bakteritele (mügar- ja azotobakterid jne.), kes redutseerivad (taandavad) N2-e ammooniumiks (NH4+) ja sisestavad selle orgaanilistesse ühenditesse; Äikesega tuuakse atm.-st alla kuni 15 kg/ha N-i. 2) taimed ja suur osa mikroobe toituvad mineraalsete lämmastikuühendite (ammooniumisoolade, nitraatide) lämmastikust; 3) loomad vajavad orgaaniliste ühendite, peamiselt valkude lämmastikku;
Endla Reintam, 2008/2009 33 4) orgaanilise aine lagunedes vabanevat ammoniaaki (NH3) võivad jälle kasutada taimed ja mikroobid; 5) suurem osa vabanevast ammoniaagist allub nitrifikatsioonile, oksüdeerudes algul nitrititeni (NO2-) ja teises järgus nitraatideni (NO3-); 6) nitraadid on taimedele kasutatavad lämmastikuallikad, nende varal toimub lämmastikutsüklit sulgev mikrobiaalne protsess ­ denitrifikatsioon .
Viimasel ajal on täheldatud nitraatide kuhjumist, sest neid tekib ka inimese tootmistegevuses. Samal ajal looduse saastumise tulemusena denitrifikatsioon väheneb. Hästi lahustuvaina kogunevad nitraadid peamiselt veekogudesse. Nii kujuneb ringedefitsiit ­ üha rohkem lämmastikku väljub ringest.
Fosforiringe Fosfori oksüdatsiooniaste ringes ei muutu, fosfor jääb kõigil fosforiringe astmeil fosfaatrühma osaks. Sellisena võivad fosforit omastada peaaegu kõik organismid. Kõrgemad loomad, ka inimene, saavad vajalikku fosforit orgaanilistest ühenditest. Fosfor mängib nagu C ja N-gi organismide elus suurt rolli. Valkude moodustumine näiteks on fosforita võimatu. Praktiliselt pole fosforit gaasilisel kujul ja ta on madala migratsioonivõimega. Fosfori peamiseks allikaks on kivimid. Keskmine fosforisisaldus maakoores on 0,085% (apatiit, vivianiit, fosforiit ). Kuigi fosfori migratsioonivõime on madal, uhtuvad fosforiühendid mullast küllalt kergesti välja ja võivad reostada veekogusid. Peamisteks fosfori akumuleerijateks on mered ja ookeanid. Veekogudesse sattudes väljuvad fosforiühendid pikaks ajaks bioloogilisest ringest ja ainult väike osa temast läheb inimese abil (kalapüük) uuesti ringesse. Inimtegevuse tagajärjel on fosforisisaldus keskkonnas viimasel ajal tõusnud (fosforirikaste mereorganismide püük ja fosforväetiste tootmine).
Kaltsiumiringe Bioloogilisse aineringesse sattuva kaltsiumi allikaks on litosfäär. Kaltsium , omades kõrget migratsioonivõimet, käitub geokeemilistes situatsioonides erinevalt. Humiidses (niiske) kliimaga piirkondades allub kaltsium kergesti leostumisele ja kantakse veekogudesse, kus ta lõpuks settib ( vahepeal tarvitavad teda organismid). Ariidses (kuivas) kliimas sadeneb kaltsium lahustest karbonaatidena välja ja jääb mulda. Kaltsiumi bioloogiline ja geoloogiline ringe on tänapäeval tugevasti inimese poolt mõjutatud. Inimene kasutab karbonaatseid kivimeid aktiivselt metallurgias, ehituses ja põllumajanduses.
Väävliringe Väävliringe ­ so. väävli tsükliline liikumine elutust loodusest elusasse ja tagasi, kusjuures muutub väävli oksüdatsiooniaste. Väävliringes on olulised elusolendid, eriti bakterid, kes muundavad nii oksüdeerunud (nt. sulfaat , SO42-) kui ka redutseerunud (nt. vesiniksulfiid, H2S) väävlit. Taimed ja mõningad mikroobid võivad väävlit omastada ka sulfaadina, kuid orgaanilistesse ühenditesse läheb väävel redutseeritult (H2S; S2). Loomad (inimene) ja suur osa mikroobe peavad normaalseks elutegevuseks saama redutseeritud väävlit aminohapete (tsüsteiin, tsüstiin ja metioniini) koostises. Neljavalentset väävlit esineb looduses peamiselt happeliste ühendite koostises. Ta esineb rohkem kui 800 mineraalis . Temperatuuril 10­20ºC ja pH vahemikus 6­8 lahustub väävel väga hästi nii soolases kui ka magevees . Samas on väävlisisaldus merevees madalam, kuna mereorganismid kasutavad teda oma skeleti ehitamiseks. Ookeanis on suurem osa väävlist (9/10­99/100) pidevalt seotud bioloogilisse ringesse ja ainult väike osa temast settib. Hapnikuringe
Endla Reintam, 2008/2009 34 Põhiliselt on hapnik atmosfääris molekulaarsel kujul (O2), kuid teda leidub ka osoonina (O3) ja atomaarsel kujul (O). Vaba molekulaarse hapniku (O2) teke ja kogunemine atmosfääri on seotud roheliste fotosünteesivõimeliste taimede elutegevusega ­ taimed saavad süsiniku redutseerimiseks vajalikku vesinikku veest (2H2O=2H+½O2+H2O). Atmosfäärset O2-e kasutavad hingamiseks kõik aeroobsed organismid ­ hapnik viiakse selles protsessis uuesti veemolekuli koostisse, veeaur vabaneb hingamisel. Kuna hingamisel vabaneva vee hulk on väiksem fotosünteesis lagundatava vee hulgast, on O2 sisaldus õhus ajastute kestel suurenenud. Suurlinnade õhus O2 sisaldus väheneb.
Veeringe Veeringe ­ s.o. vee pidev ringlemine Maal Päikeselt saadava energia ja raskusjõu mõjul ning organismide vahendusel. Enamik maailmamere pinnalt aurunud vett kondenseerub ja langeb sademena merre tagasi ­ see on väike (okeaaniline) veeringe. Ülejäänu kannab atmosfääri üldine tsirkulatsioon mandritele. Seal sademeina maha langevast veest moodustab osa pindmise äravoolu, osa infiltreerub mulda. Mullast satub osa vett põhjavette, osa aurub (evapotranspiratsioon), olulise osa kasutab taimestik ( transpiratsioon ). Äravooluna maailmamerre naasev vesi suleb suure (globaalse) veeringe. Evapotranspiratsioon ­ taimkattega maapinna üldaurumine. Veeringe koosneb kolmest põhilisest osast: 1. pinnavool ­ vesi saab osaks pinnavetest; 2. aurumine , transpiratsioon ­ vesi imendub mulda, kus teda hoitakse kapillaarjõudude poolt kinni, seejärel satub aga mulla pinnalt aurudes atmosfääri tagasi, või siis imetakse vesi taimede poolt ning seejärel aurub taimede pinnalt; 3. põhjaveed ­ vesi satub maa alla vett kandvale kihile, kus ta edasi liigub ning toidab allikaid ja lätteid ning satub niiviisi uuesti maa peale. Vesi satub atmosfääri põhiliselt maa ja veekogude pinnalt, aga ka teistelt niisketelt pindadelt aurudes. Suur osa veest satub atmosfääri just taimede pinnalt aurudes. Aurumist ja transpiratsiooni koos nimetatakse evapotranspiratsiooniks. Veeauru õhus nimetatakse õhuniiskuseks. Atmosfääris veeaur kondenseerub tolmuosakestel ning moodustub udu ja pilved. Kui need veetilgad või jääkristallid (temp. alla 0ºC) saavutavad piisava suuruse, sajavad nad vihma või lumena alla. Kui vesi satub maa peale, võib ta edasi liikuda kahte teed. Vesi infiltreerub mulda või siis voolab mööda mulla pinda mõnda veekogusse. Kõiki veekogusid (ojad, järved, jõed, ookeanid, mered jne.) nimetatakse kokku pinnaveteks. Mulda imendunud vesi, kas aurub mulla pinnalt tagasi atmosfääri või liigub edasi vett kandvale kihile ja moodustab põhjavee. Põhjavesi satub maapinnale allikatena ning saab seega jälle osaks pinnaveest. Veeringe muutumine on esmane, milles ilmneb inimmõju loodusele ning mis vahendab lokaalseid ja globaalseid inimmõjusid. Bioloogiline veeringe ­ selle iseärasuseks on veemolekulide lagunemine ja moodustumine organismide elutegevuses (fotosüntees, hingamine) ja vabanemine orgaaniliste jäänuste lagunedes.
Avatud ja suletud ringe On leitud, et kultuurökosüsteemide rajamisega suureneb tähtsate makroelementide P ja K ringe intensiivsus, samal ajal kõigi elementide ringe maht väheneb. Ringe muutub avatuks, s.t. rohkem elemente eemaldatakse ringest ja seda tuleb kompenseerida nende juurdeandmisega väljastpoolt (väetisena). Vaja on korraldada suletum ringe loodusliku süsteemi (näi. metsa) eeskujul. Ringet aitab suletumana hoida sisseküntava varise hulga suurendamine põllul.
Aineringed biosfääris on tasakaalulised protsessid. Väljakujunenud tasakaal võib saada rikutud kahel juhul: 1) keskkonnatingimuste muutudes (geoloogilised, klimaatilised jt. protsessid, näit. jääaeg),
Endla Reintam, 2008/2009 35 2) antropogeense mõjutuse tagajärjel.
Kooslused ökosüsteemis
Kooslus (tsönoos) ­ mingi piirkonna kõigi elusolendite populatsioonidest koosnev kogum. Uurides kooslust, uurime tegelikult koosluse struktuuri. Struktuur on ökosüsteemi ja koosluse iseloomulik omadus, mis avaldub: 1) koosseisuna (eluvormiline ja liigiline struktuur); 2) paigutusena e. ruumilise struktuurina (näit. jaotumus , taimekoosluse vertikaal - ja horisontaalstruktuur); 3) talitusliku e. funktsionaalstruktuurina (toiduahel, toiduvõrk, infovahetus ); 4) ajalise struktuurina (öö-, päeva-, aasta jm. rütmid).
Kooslusi jagatakse järgmiselt: 1) Taimekooslus e. fütotsönoos Inimese loodud taimekooslus ­ agrofütotsönoos. Taimekooslused koos moodustavad taimkatte. Taimekoosluse iseloomustamisel kirjeldatakse järgmisi näitajaid: a) liigiline koosseis ja katvus e. horisontaalstruktuur b) rindelisus. c) kasvukoht; Kasvukohaolenevuse tõttu on taimekooslused keskkonnaindikaatorid.
Rinne on taimekoosluse vertikaalstruktuuri osa ja moodustub taimedest, millede lehestik on enam- vähem ühel kõrgusel. Eristatakse puu-, põõsa-, puhma -, rohu- ja samblarinnet. Puurindel võidakse eristada esimest ja teist rinnet . Rinde kõrgus mõõdetakse mullapinnast kuni rinnet moodustavate taimede ülemise pinnani ja nii kõikide rinnete puhul. Taimede rindelise esinemise tingib nende erinev nõudlus päikesevalguse osas, mis põhjustab erinevused taimede kõrguses ning määrab nende kasvu iseloomu. Taimede rindeline kasvamine võimaldab ka kasvupinna palju ratsionaalsemat kasutust . Kui kõigil taimedel oleks ühesugune kõrgus ja nende juured tungiksid samale sügavusele, siis mahuks pinnaühikule palju vähem taimi. Maapealsele rindelisusele vastandub maa-alune. Ka seal eristatakse mitu rinnet: I ­ puude juured, II ­ põõsaste juured, III ­ rohttaimede ja puhmaste juured, IV ­ kõdu. Rinnete ulatus mõõdetakse maa pinnast kuni juurte maksimaalse sügavuseni. Puude juured tungivad 150­200 cm sügavuseni, II rinde moodustavad puude suured juured, sügavale ulatuvad rohttaimede juured ja põõsaste juured 30­40(50) cm sügavuseni. III rinne hõlmab endas nii rohttaimede, põõsaste kui ka puude juuri. Osa teadlasi ei pea õigeks maa-aluste rinnete eristamist, kuna suurem osa juuri asub küllaltki maapinnalähedases kihis.
Liigilise koosseisu iseloomustamiseks määratakse kindlaks dominantliik. Dominant ­ mingis koosluse organismirühmas ülekaalus olev ja selle aineringes tähtsaim liik. Taimekoosluse dominandid leitakse katvuse või biomassi järgi, harilikult rinnete kaupa eraldi. Peamise rinde dominanti nimetatakse edifikaatoriks. Katvus e. dominantsus ­ s.o. ühe taimeliigi isendite maapealsete elusate osadega hõivatud pindala ja prooviruudu pindala suhe väljendatuna protsentides.
Horisontaalstruktuuri tähtsamateks osadeks on mikrotsönoosid ja mikrorühmitused. Mikrotsönoos ­ taimekoosluse väikesepinnaline osa (osakooslus), mis moodustub koosluse mitmest (kuid mitte tingimata kõigist) omavahel ökoloogiliselt tihedas seoses olevast sünuusist. Mikrotsönoos on näiteks turbasammalde jm. rabataimedega rabastumiskolle siirdesoometsas. Suurem osa metsa- ja niidukooslustest koosneb mikrotsönoosidest. Mikrotsönooside esinemine on seotud erinevustest nende vertikaalstruktuuris. Mikrogrupeering ­ horisontaalstruktuuri osad ühe rinde piirides. Näit. ühes ja samas tammemetsas on taimkate erinev.
Endla Reintam, 2008/2009 36 Mikrotsönoosid ja mikrogrupeeringud moodustavad taimkatte mosaiiksuse. Mosaiiksus ­ taimekoosluse osakoosluste (mikrotsönooside, fragmentide) koosesinemine ja ruumiline vaheldumine taimkattes. Nt. moodustavad niidu-, madalsoo - ja metsakoosluse fragmendid puisniite. Viimasel ajal käsitatakse mosaiiksust ka komplekssuse tähenduses. Fragment ­ fütotsönoloogias tsönofragment, mingil põhjusel (enamasti ruumipuudusel) taimekoosluses kujunemata jäänud väikeosa (nt. madalsookoosluse laik puisniidul). Fragmendid võivad olla vähe muutuvad, püsivad, hääbuvad või püsikoosluse kujunemise suunas arenevad.
2) Loomakooslus e. zootsönoos 3) Seenekooslus e. mükotsönoos
4) Tekiskooslus e. sekundaartsönoos ­ inimmõjul (raie, põlengu vms. tagajärjel) põliskooslusest tekkinud taimekooslus. 5) Järgkooslus ­ s.o. koosluse arenguaste. Üksteisele suhteliselt kiiresti järgnevad järgkooslused moodustavad suktsessioonirea (koosluste vahetumise rea). Vastand järgkooslusele on püsikooslus. 6) Püsikooslus ­ stabiilne pikaealine kooslus, mida võib käsitleda kui kliimaksit (koosluste arengurea suhteliselt püsivat lõppjärku). 7) Põliskooslus ­ s.o. isetekkiv (loomulik) fütotsönoos, st. taimekooslus looduslikus põlistaimkattes. 8) Vaegkooslus ­ äärmuslikes toitetingimusis kujunev liigivaene, kuid hästi kohastunud liikidega kooslus (näit. raba ). Milliseid organismirühmi kooslusse haaratakse, oleneb uurimise eesmärgist. Looduses esinevad kooslused erinevad üksteisest liigilise koosseisu, erinevate liikide arvukuse ja selle poolest, kuidas nad funktsioneerivad. Koosluste omadused moodustuvad nendesse kuuluvate organismide omadustest ja vastastikustest suhetest. Nimelt nende vastastikuste suhete pärast on kooslus midagi enamat kui lihtsalt organismide summa. Liikide arv kooslustes Üks moodus koosluste iseloomustamiseks on loetleda üles temasse kuuluvad liigid. See lubab võrrelda kooslusi omavahel liigirikkuse seisukohalt. Kuna aga enamasti mitte kunagi ei suudeta kirjeldada tervet kooslust, siis sõltub loetletud liikide arv sellest, kui palju võeti proove ja mis meetodil seda tehti. Kõige sagedasemad e. dominantliigid esinevad tavaliselt juba esimestest proovides. Ökoloogilisest seisukohast ei ole oluline mitte ainult liikide arv koosluses, vaid ka isendite hulk ja biomass erinevates liikides.
Koosluste ruumiline jaotumine
Täpsete piiridega kooslusi, kui neid eksisteerib, on väga vähe. Täpsena võib paista piir maismaa ja veekeskkonna vahel, kuid tegelikult see nii ei ole ­ osa organisme liigub üle selle kindlana paistva piiri. Samuti toimub pidev veetaseme muutumine. Kui me aga vaatleksime ökosüsteemi, siis saaksime lisaks vaadelda ka ainete migratsiooni ühe koosluse piiridest teise koosluse piiridesse. Üheks meetodiks , kuidas uurida koosluste jaotumist ruumis, on gradientanalüüs. Gradientanalüüs ­ meetodite kogum, mille eesmärk on tuvastada populatsioonide või taimekoosluste karakteristikute seos keskkonnateguritega. Otsese gradientanalüüsi korral reastatakse (ordineeritakse) liigid või kooslused kasvukohategurite mõõtmise tulemuse alusel; kaudse gradientanalüüsi puhul reastatakse nad indeksite järgi, mis väljendavad kas nende asendit vaadeldava gradiendi piires või nende omavahelisi sarnasussuhteid. Gradient ­ ökotoobi või koosluse mingi tunnuse muutlikkuse rida. Ordinatsioon ­ tunnuste (r-analüüs) või objektide järjestamine (Q-analüüs) nende muutlikkust kirjeldavaid telgi pidi. Olenevalt telgede arvust võib ordinatsioon olla ühe- või mitmemõõtmeline. Sellest olenevalt, kas teljed vastavad reaalseile tegureile (või nende kompleksidele; kompleksgradient) või abstraktseile arvulistele suhetele, on ordinatsioon otsene või kaudne.
Endla Reintam, 2008/2009 37 Kui peamine keskkonnafaktor muutub mööda gradienti, siis peavad ilmselt olemas olema punktid, kus toimub liikide konkurentsivõime järsk muutus ja seeläbi üks dominant asendub teisega . Sellisel juhul viib liikide omavaheline mõju selleni , et tekivad piirid nende levimispiirkondade vahele. Gradientanalüüsi puudujääk seisneb selles, et gradiendi valik on alati subjektiivne. Uurija otsib keskkonnaparameetreid, mis on tema arvates organismile vajalikud ja seetõttu on alati palju võimalusi vigade tegemiseks. Mõni faktor, mille mõju paistab olevat ilmne, võib lihtsalt korreleeruda mõne tegelikult vajaliku keskkonnaparameetriga. Erinevate uurimismeetodite kasutamisel on jõutud järeldusele, et liigiline koosseis mingis kindlas kohas on küll küllaltki ettearvatav, aga üks kindel liik võib seal samahästi nii esineda kui ka mitte esineda. Sellel on järgmised põhjused: 1) organismid on vastupidavad mingis kindlas keskkonnafaktori diapasoonis (ökoamplituudis); 2) erinevatel liikidel on erinev ökoamplituud; 3) isendid iga liigi piires erinevad üksteisest ökoloogilise nõudluse poolest; 4) keskkonnatingimused ise muutuvad pidevalt mööda gradienti. Seetõttu on selgeid piire koosluste vahel võimatu eristada. Koosluste ülemineku iseloomustamiseks kasutatakse mõistet kontiinum. Kontiinum ­ (lad. continum ­ pidev, katkematu ) pidevus. Taimkattel eristatakse topograafilist, taksonoomilist ja ajalist kontiinumit. 1) Topograafiline kontiinum ­ taimekoosluse piirid on looduses hajusad, kooslusi eraldab alati kitsam või laiem siirdeala (ökoton). 2) Taksonoomiline kontiinum ­ kõik taimekooslused ei jaotu kindlaisse tüüpidesse (klassidesse, kasvukohatüüpidesse), osal kooslustest on mitme tüübi (vahepealsed) tunnused; 3) Ajaline kontiinum ­ nii topograafiline kui taksonoomiline kontiinum muutuvad ajas ja võivad moodustada ajalise kontiinumi. Vastand on diskreetsus ­ taimkatte katkendlikkus. Ökoton ­ kahe järsult erineva maastikuosise või koosluse siirdevöönd, mis sisaldab mõlema elemente ja on seepärast keskkonnalt liigirikkam kui kumbki neist (servaefekt). Kultuurmaistus on ökotonid (metsaservad, veekogude kaldad, põlluääred) liikide kontsentreerumiskohad, kompensatsioonialad ja ühtlasi ka geoökoloogilised barjäärid. Looduslik tsonaalsus e. vööndilisus ­ nähtuste või asjade paiknemine tsooniti ­ vöötmetena, vöönditena või vöödena. Laiusvööndilisus e. horisontaalne tsonaalsus on maastikusfääri põhilisi seaduspärasusi, mis avaldub Maa mullastiku-, taimkatte- jm. vööndite korrapärase meridionaalse järgnevusena. Laiusvööndilisus tuleneb põhiliselt päikesekiirguse erisugusest jaotumisest, mis johtub Maa kerakujulisusest, telje kallakusest ekliptika tasandi suhtes ja tiirlemisest ümber Päikese. Kõrgusvööndilisus ­ vertikaalne tsonaalsus, kliima-, muldkatte- ja taimkattevööndite seaduspärane absoluutkõrgustest olenev vaheldumine mäestikes ja mägismaade nõlvul. Kõrgusvööndilisuse korrapärasust komplitseerivad nõlva ekspositsioon, kallakus ja lähtekivim. Kesk-Euroopas eristatakse järgmisi kõrgusvööndeid (näide Alpide kohta): kolliinne (eelmäestike lehtmetsad), submontaanne (pöögi- mägimetsad), montaanne (pöögi-, nulu- ja kuuse-mägimetsad), subalpiinne (ülalpool metsapiiri , kõverdikud, alpikarjamaad), alpiinne (ülalpool puupiiri, puhmastikud ja alpiniidud), subnivaalne (hajus padjandtaimestu) ja nivaalne (ülalpool lumepiiri). Laiusvööndist, kliima merelisusest ja nõlva ekspositsioonist olenevalt erineb kõrgusvööndite taimkate mäestikuti. Vöönd ­ maismaavöötme alljaotis. Vöötme piires eristatakse muldkatte- ja taimkattevööndeid.
Ökoloogiline tasakaal
Sageli räägitakse ökosüsteemide või looduse tasakaalust, mis muutub inimtegevuse tagajärjel. Ent tasakaalu mõiste ise ei ole ökoloogias selge. 1960. aastate lõpus ja 1970. aastatel vaieldu selle üle, kas liigiline mitmekesisus lisab elukooslusele tasakaalu või ei. Vaidlustes ilmnes , et "tasakaalu" all võib mõista vähemalt kolme erinevat asja: 1) Koosluse võimet muutustele vastu seista ­ ei kehti suurte keskkonnamuutuste puhul. 2) Püsivus e. populatsioonide võime püsida teatud suuruses.
Endla Reintam, 2008/2009 38 3) Taastumine e. koosluse võime saavutada endine tase pärast mingit kahjustust. Mida tasakaalukam kooslus seda kiiremini ta toibub. Praegu ollakse seisukohal, et loodus on pidevas muutumises ning selles mõttes "püsivaid süsteeme" ei ole. Täiesti loomulikud on suktsessioon ja evolutsioon (populatsioonide järk-järguline geneetiline muutumine). Liigilise mitmekesisuse ja koosluse püsivuse suhet ei saa võtta mingi üldise seaduspärasusena. Lihtsad süsteemid on tõenäoliselt püsivamad kui keerulised, kuid ka siin võib leida erandeid . Stabiilsus populatsioonis tähendab, et sündivus ja suremus on võrdsed st. valitseb dünaamiline tasakaal kõigi koosluse komponentide vahel. Tasakaalu bioloogilistes süsteemides nimetatakse homöostaasiks. Homöostaas ­ bioloogiliste süsteemide omadus säilitada neis toimuvate protsesside tasakaalu ning vältida süsteemi põhiomaduste liigset hälbimist. Nt. enamikule imetajaile ja lindudele on tavalistes tingimustes omased kehatemperatuuri ja vere pH h. Ökosüsteemides avaldub pinnaühiku klorofüllihulga h., kliimaksökosüsteemides biomassi h. Kõik muutused ökosüsteemides jagatakse 4 gruppi: 1. fluktuatsioonid 2. suktsessioonid 3. evolutsioon 4. kahjustused Evolutsioon ­ populatsioonide järk-järguline geneetiline muutumine, pöördumatu ajalooline areng. Suktsessioon Suktsessioon e. koosluste vahetus (lad. successio ­ järgnevus) ­ ökosüsteemide muutumine sadade kuni tuhandete aastate jooksul; Dominant ­ koosluse valitsev liik. Kahjustamine ­ täielik biotsönoosi koostise ja struktuuri rikkumine väliste faktorite mõjul.
Koosluse struktuuri (ehituse) ajaline aspekt ­ suktsessioon
Nii nagu ruumiliselt on liikide levik erinev, nii on ta erinev ka ajaliselt. Igal juhul suudab liik koosluses esineda ainult siis, 1) kui ta on võimeline hõivama endale koha koosluses; 2) kui selle koha tingimused ja ressursid talle sobivad; 3) kui ta peab vastu konkurentsile teiste liikidega (ja ärasöömisele). Järelikult nõuab liikide ajaline vaheldumine seda, et keskkonnatingimused ajas muutuksid. Suktsessioon e. koosluste vahetus ­ s.o. ökosüsteemide muutumine sadade kuni tuhandete aastate jooksul; pöördumatud või tsükliliselt pöörduvad muutused, mille pikkus ületab 10 aastat; üks kooslus asendub teisega. Autogeense s-i puhul põhjustavad muutusi ökosüsteemi sisetegurid. Autogeenne s. algab esimeste organismide saabumisega asustamata elupaika ja kestab mitme järgkoosluse vahetudes suhteliselt püsiva oleku ­ kliimaksi ­ kujunemiseni. See on seaduspärane protsess, mille vältel koosluse liigiline koosseis teiseneb ja areneb keerukas ruumiline struktuur, biomass enamasti kasvab, kuni koosluse produktiivsus saab võrdseks respiratsiooniga. S-i tõukejõuks (eelkõige selle kesk- ja lõppjärkudes) peetakse organismide keskkonda muutvat toimet: muutunud tingimustes osutuvad konkurentsivõimelisemaks uued liigid ja hakkavad vanu välja tõrjuma. Varajastes s-ijärkudes on organismide asustustihedus väike ja koosluse kujunemine sõltub eelkõige organismide levist, olemasolevate tingimuste vastavusest organismide keskkonnanõudlusele ning taimede kasvukiirusest. Allogeense s-i puhul põhjustavad muutusi välistegurid ­ nii looduslikud kui inimtekkelised . Primaarseks s-ks nimet. kasvukoha (ka eelmise koosluse hävimise tagajärjel vabanenud koha) hõivamist. Sekundaarne s. on mingil põhjusel osalt hävinud elustikuga kasvukoha varasema koosluse taastumine ja koha taasasustamine. S-ga põimuvad ökosüsteemi muutumise muud vormid (lühemad fluktuatsioonid ja kliimakõikumised ning pikaajalised kliimamuutused ). Suktsessioonirida ­ koosluste rida kliimaksi kujunemiseni.
Endla Reintam, 2008/2009 39 Kliimaks (F. Clements) ­ koosluse või ökosüsteemide arengurea suhtelisel püsiv lõppjärk, kus suktsessiooni enam ei toimu, ehkki fluktuatsioonid ning klimaatilised ja evolutsioonilised muutused jätkuvad. Maismaaökosüsteemide kliimakseid iseloomustavad suhteliselt keerukas ruumiline struktuur, pindala kohta tuleva biomassi (ka energia) suur väärtus, produktiivsuse ja koguhingamise ligikaudne tasakaal ning kindlaks kujunenud mullaprofiil. Alaliike ­ klimaatiline k., valdav k. (klimaatilise regiooni tavalisim k., Eestis näit. laanekuusik), edaafiline k. (erilaadsete mullastikuteguritega iseloomustatav k., Eestis näit. kuivendamata raba), pre- ja postk. (vastavalt eelmisele ja järgmisele klimaatilisele regioonile omane, antud klimaatilisele regioonile võõras k.), subk. (välistegurite mõjul enne kliimaksini jõudmist stabiliseerunud ökosüsteem), plagiok. ja disk . (pidevas häirituses kujunenud k-d, näit. heina- ja karjamaad). F. Clements väidab, et mingis klimaatilises regioonis kujuneb ainult üks kliimaks, kuhu koonduvad kõik suktsessioonide seeriad. Fluktuatsioon (lad. fluktuatio) ­ lühiajalised pöörduvad muutused, mille pikkus ei ületa 10 aastat. ­ 1. demökoloogias populatsiooni arvukuse järsk aastatine muutumine. 2. sünökoloogias koosluse (ökosüsteemi) muutumine mõne aasta kuni kümnete aastate jooksul. Muutub eelkõige liikide (isegi dominantide) arvukus, koosluse üldine koosseis jääb endiseks. F-e põhjustavad koosluse (ökosüsteemi) sisemised regulatsioonimehhanismid (nt. paljunemistsüklid, seemneaastad) ja keskkonnatingimuste pisimuutused (eelkõige ilmastikumuutused). Eesti looduses ilmnevad f-d eriti lamminiitudel (olenevalt üleujutuse kestusest eri aastail). Fluktuatsioonide põhjusteks võivad olla ilma muutus, konsumentide muutus, inimtegevus. Konvergents ­ sarnaste tunnuste kujunemine päritolult kaugete organismide evolutsioonis. Darvinism peab konvergentsi põhjuseks loodusliku valiku tõttu toimuvat kohastumist sarnaste elutingimustega. Divergents e. lahknemine ­ organismide tunnuste lahknemine, evolutsiooniline mitmekesistumine , mille tulemusena tekivad uued rassid, liigid, perekonnad jt. organismirühmad. Divergentsi alus on organismide kohastumine erinevate elutingimustega (näit. imetajate kohastumine eluks maapinnal, maa sees, puudel, õhus või vees) loodusliku valiku toimel. C. Darwini järgi osutuvad olelusvõitluses edukaimateks need isendid, kes omavahel kõige rohkem erinevad ja järelikult ka kõige vähem konkureerivad; sarnaste isendite sagedasem hävimine igas põlvkonnas suurendabki aja jooksul divergentsi.
Koaktsioonid, Koaktsiad
Koaktsioonid, interaktsioonid ­ organismide suhted (lad. co ­ koos, actio ­ tegevus). Jaotuvad: 1) liigisisesed suhted ­ s. o. ühe liigi isendirühmade suhted. a) ruumilised e. territoriaalsed suhted; b) funktsionaalsed suhted ­ nt. tööjaotus, konkurents , kannibalism; c) sugulussuhted jm. 2) liikidevahelised suhted; a) otsesed (biootilised) b) keskkonnakaudsed (transabiootilised suhted). Liikidevahelised suhted ­ eri eluvormide ja eri liikide isendite vahelised suhted, tsönootiliste suhete peamine rühm. Kahe liigi suhte ­ koaktsiooni e. interaktsiooni ­ eritlemisel vaadeldakse olukorda mõlema osalise seisukohast ( kas suhe on positiivne, negatiivne või indiferentne). Kommensalism ­ kahe organismi (ka liigi, populatsiooni) suhe, mis on kasulik ühele osalisele ­ kommansaalile, kuid kasutu ja kahjutu teisele. Kommensalism on looduses tavaline ja ökoloogiliselt oluline, see väldib nt. ühe populatsiooni ainevahetussaaduste või toidujäänuste kogunemist. Evolutsioonis võib kommensalism olla sümbioosi või parasitismi eelaste. Kommensalismi püsimine on seaduspärane toitaineterohkes keskkonnas. Eristatakse ekto- ja endokommensalismi; esimesel juhul puutuvad kokku organismide välispinnad (puudel elavad epifüüdid ­ orhideed, samblikud), teisel juhul elavad kommensaalid peremeesorganismis (bakterid ja algloomad , kes elavad mere- ja maismaaloomade seedekulglas ). Antibioos ­ organismide (pms.) mikroobide suhe, mille puhul üks liik mõjub teisele pärssivalt eritiste või laguainete vahendusel. Laiemas, vähem kasutatavas tähenduses on antibioos sama mis antagonism.
Endla Reintam, 2008/2009 40 Näit. seen Penicillum bakteritega. Esimene eritab antibiootikume, mis tapab baktereid. Üks antibioosi vorm on allelopaatia ­ eri liikide taimede vastastikune mõjutamine keemiliste ühenditega. Allelopaatia võib mõjutada taimekoosluste liigilist koosseisu ning suktsessiooni kulgu. On oluline
Koaktsioonid Tähtsamad suhtetüübid Kokkusaamise Lahus elu korral korral A B A B Ainult ühele osalisele kasulikud või kahjulikud suhted kommensalism + 0 - 0 antibioos (B eritab A-le - 0 0 0 ohtlikke aineid) epistism e. kisklus e. röövlus + - - 0 (A on kiskja, B on saak) parasitism e. nugilisus (A on + - - 0 parasiit , B on peremees) Mõlemale osalisele kasulikud suhted protokooperatsioon e. ajutine + + 0 0 koostegevus sümbioos, mutualism + + - - Mõlemale osalisele kahjulikud suhted konkurents - - 0 0 Mõlemale osalisele indiferentsed suhted neutralism 0 0 0 0 segakultuuride puhul taimekasvatuses. Kisklus ­ röövlus, epistism, predatsioon. Antagonismi iseloomulik juht; üks loom (röövloom, predaator) sööb teisi (saakloom). Kisklus reguleerib saakloomade arvukust, haigete loomade ärasöömine parandab saaklooma populatsiooni tervislikku seisundit. Nõrkade ja väikse kohanemisvõimega isendite hävitamine tagab loodusliku valiku tõhususe. Kiskja ja saaklooma areng (kohastumine) on vastandlikud. Kiskja kohastumine lähendab neid saakloomaga ­ terav nägemine, kuulmine , haistmine, reageerimiskiirus. Saaklooma kohastumine viib kiskja võimalikule vältimisele ­ peitevärv, hoiatav ning ehmatav värv, mimikri , väledad jalad. Kiskjaid klassifitseeritakse tihti nende toiteallika järgi ja ka selle põhjal kui lai on nende toiduvalik. Liha söövaid loomi nimetatakse lihasööjaiks ehk karnivoorideks. Ainult ühte saagitüüpi või toitainete kasutavat liiki nimetatakse spetsialistiks (ehk monofaagiks). Kui liik on peamiselt segatoiduline, nimetatakse teda generalistiks (ehk polüfaagiks). Nende äärmuslike tüüpide vahel on rohkesti vahepealseid vorme. Paljud parasiidid ja taimtoidulised putukad on spetsialistid , st spetsialiseerunud ainult ühele peremeesliigile. Selge generalist on rott, kellele kõlbab peaaegu igasugune toit. Parasitism e. nugilisus ­ eri liiki organismide toitumissuhe, mille puhul üks organism ­ parasiit e. nugiline ­ toitub teise organismi ­ peremehe ­ kehavedelikest, kudedest või seedinud toidust. Parasiit kasutab peremeest kas ajutiselt (voodilutikas, kirp ), perioodiliselt või kogu elu vältel (nt. laiuss) ning kahjustab teda, põhjustab nakkushaigusi (infektsioon- ja invasioonhaigusi) ja vaevusi. Parasiit võib olla fakultatiivne või obligaatne, viimasel juhul on kumbki organism sellele kohastunud: parasiit liikumis-, seede - ja meeleelundite taandarenguga, suure viljakusega, antiensüümide
Endla Reintam, 2008/2009 41 tootmisega (sooleussid), peremees tõrjeviisidega (linnud liivavannidega, suslikud pujude söömisega). On ka ruumi, pesa- ja transpordiparasiidid. Ektoparasiidid ­ parasiit toitub või eluneb peremehe keha pinnal (peatäi, voodilutikas). Endoparasiidid ­ parasiit elutseb peremehe kehas (liimuksolge, tuberkuloosibakter inimeses, bakteriofaag bakteris). Protokooperatsioon ­ kahe organismi ajutine koostegevus, mis annab mõlemale eelise, kuid pole obligaatne. Mikroobidel põhineb protokooperatsioon metabolismiseostel või avaldub mingi erilise ainevahetusprotsessi käivitumises (vähk ja aktiinia). Sümbioos, mutualism ­ mõlemale kasulik või vajalik kooselu. Eristatakse ektosümbioosi ­ puiduüraskid ja ambroosia sümbioos, endosümbioosi ­ üks organism elab teise kehas, nt. tselluloosi seediv mikroob putuka ja imetaja seedekulglas ja mütsetoomides. Sümbioos esineb ka samblikes ­ see on seene ja vetika partnerlus . Mükoriisa e. seenjuur ­ kõrgemate taimede ja seente kooselu ­ seen varustab taime vee ja mineraalidega, vastu saab taimelt süsivesikuid. Konkurents ­ isendite negatiivne koaktsioon, ilmneb juhul, kui nad kasutavad üht väikest ressurssi. Populatsioonitiheduse suurenedes konkurentsi surve kasvab. Konkurents väheneb iseenese toimel, kas ühe osalise hävimise või osaliste erinevuste suurenemise tagajärjel. Taimedel eristatakse võsu ja juurekonkurentsi. Loomadel täheldatakse konkurentsi toidu pärast, ka territoriaal- e. ruumikonkurentsi.
Neutralism ­ koaktsioonide puudumine koos elavate eri liikide populatsioonide vahel.
Populatsioon ja tema omadused
Populatsioon ­ rühm ühe liigi isendeid, kes elavad samal ajal samas paigas. Populatsiooni defineerimisel võib lähtuda. a) funktsionaalsest aspektist ­ populatsioon on liigi eksisteerimise elementaarvorm, st. isendite rühm, mis suudab pidevalt muutuvates keskkonnatingimustes pikka aega (põlvkondade rea vältel) säilitada oma arvukust; b) geneetilis-evolutsioonilisest aspektist ­ populatsioon on omavahel vabalt ristuvate ühe liigi isendite kogum, mis on teisest samasugustest isendikogumitest sel määral isoleerunud, et nad võivad geneetiliselt lahkneda; c) territoriaalsest aspektist ­ populatsioon on ühe liigi isendite rühm, mis on teistest rühmadest ruumiliselt eraldunud. looduses on populatsioone tavaliselt raske piiritleda, sest isendid võivad liikuda ühest populatsioonist teise. Mõnede vegetatiivselt paljunevate taimede puhul on populatsiooni mõiste üsna ebamäärane ­ terve haavamets võib tegelikult koosneda ainsa geneetilise isendi järglastest.
Populatsiooni omadused Populatsioonil on olemas: 1) bioloogilised omadused, mis on omased nii populatsioonile kui ka teda moodustavatele organismidele. a) populatsioon nagu iga üksik organism kasvab, diferentseerub ja kaitseb ennast; b) populatsioon omab kindlat organiseerituse astet ja struktuuri, mida on võimalik kirjeldada. 2) grupilised omadused, mis on omased ainult grupile (populatsioonile) kui tervikule. Nendeks on näiteks sündivus, suremus ja vanuseline struktuur. Seega üksikorganism sünnib, vananeb ja sureb, aga tema puhul ei saa rääkida sündimusest, suremusest jne. Populatsiooni tihedus ­ populatsiooni suurus teatud maa-alal. Harilikult väljendatakse seda isendite arvuna, aga võib väljendada ka biomassina või mahuna (näit. 500 puud/ha). Populatsiooni tiheduse väljaselgitamiseks kasutatakse peamiselt järgmisi meetodeid : 1) kõikide isendite loendus ­ mõeldav ühes kohas elavate loomade ja suurekasvuliste taimede puhul (põdrad, hundid, karud, puud). 2) väljapüük ­ populatsiooni tiheduse selgitamiseks püütakse kinni kõik selle isendid. Näit. tiigi kalastiku uurimine.
Endla Reintam, 2008/2009 42 3) erinevad proovialade meetodid. Tihti ei ole tähtis teada populatsiooni suurust sellel või teisel ajamomendil, vaid just populatsiooni dünaamikat, st. kas populatsioon ajas kasvab või väheneb. Eristatakse: a) keskmine tihedus ­ isendite arv kogu uuritava ruumala kohta; b) ökoloogiline tihedus ­ isendite arv selles ruumis, mis on isendite poolt faktiliselt hõivatud. Sündimus ­ ajaühikus sündinud isendite arv. teisiti öeldes, sündimus on populatsiooni võime suurendada oma isendite arvukust. Sündimus jaguneb: 1) maksimaalne sündimus ­ uute isendite juurdetuleku teoreetiline maksimumkiirus ideaalsetes tingimustes, s.t. siis. kui puuduvad limiteerivad ökoloogilised faktorid ja sündimust piiravad ainult füsioloogilised faktorid. Üks emane toakärbes võib muneda 120 muna. Kui kõigist neist saaksid kärbsed, kes jääksid ellu ja sigiksid, oleks sel kärbsel neljandas sugupõlves üle 25 miljoni järglase. 2) ökoloogiline e. realiseerunud sündimus ­ uute isendite juurdetuleku kiirus konkreetsetes keskkonnatingimustes. Populatsiooni arvukuse suurenemine toimub lisaks sündivusele ka immigratsiooni teel st. isendite sisseränne teistest populatsioonidest. Sisseränne suureneb eriti taimedel seemnete levimise ajal ja loomadel noorloomade pesast või vanematest lahkumise ajal. Suremus ­ ajaühikus hukkunud isendite arv. Nagu sündimuski, nii võib ka suremust iseloomustada ajaühikus surnud isendite arvuga. 1) ökoloogiline suremus ­ isendite suremus konkreetsetes keskkonnatingimustes. See ei ole kindel suurus ja muutub pidevalt sõltuvalt keskkonnatingimustest ja populatsiooni enda seisundist. 2) teoreetiline minimaalne suremus ­ hukkunud isendite arv ideaalsetes tingimustes, kus populatsiooni ei mõjuta mingid limiteerivad faktorid. See on kindel suurus. Ka kõige ideaalsemates tingimustes surevad populatsiooni isendid vanuse tõttu. Seda vanust nimetatakse füsioloogiliseks (maksimaalseks) elueaks, mis kindlasti ületab keskmist e. ökoloogilist e. looduslikku eluiga. Lisaks suremusele väheneb populatsiooni arvukus ka emigratsiooni e. väljarände teel. Väljaränne on intensiivse paljunemise ja kõrge arvukuse tagajärg, kui populatsioonis tõuseb isenditevaheline konkurents nii toidu kui ka elupaiga pärast. Tihti pakub suremusest suuremat huvi ellejäämus e. elumus ­ mingi taksoni isendite määr kas pärast kahjustavate tegurite toimet või pärast mingit ajavahemikku. Populatsiooni ellujäämus määratakse harilikult sugude või vanuserühmade kaupa, so. populatsioonis pärast mingit kindlat ajavahemikku (harilikult pärast ebasoodsat aastaaega ) ellu jäänud isendite hulk protsentides. Erinevate populatsioonide ellujäämust uurides on koostatud ellujäämuse tabelid, mis peegeldavad Elumuskõverad
äädikakärbes ellujäämus, %
inimene
hüdra (mõned linnud ja imetajad) putukad (olenevalt arengujärgust)
auster , taimed, kalad, linnud
vanus
erineva vanusega isendirühmade ellujäämust. Ellujäämuse põhjal on võimalik välja joonistada ellujäämuskõverad. Sooline struktuur ­ selle all mõistetakse sugude vahekorda populatsioonis. See mõiste on kasutatav ainult kahesuguliste taimede ja loomade puhul. Tavaliselt on suguküpseid isendeid enam-vähem võrdselt. Kuid emaste- isaste vahekord oleneb populatsioonis ka sellest kummad on populatsiooni seisukohast tähtsamad. Nii on parasiitsetel ussidel ja ühiskondlikel putukatel , kus isa roll on ainult emast viljastada, ülekaalus emasisendid. Sama kehtib ka polügaamsetel liikidel ( veised ). Monogaamsetel loomadel ja lindudel osalevad isased toidu hankimisel ja järglaste kasvatamisel. Inimesel on 114 isasraku kohta 100 emasrakku. 106 poisi kohta sünnib 100 tüdrukut, kuid 10. eluaastaks on arv võrdsustunud.
Endla Reintam, 2008/2009 43 Geneetiline polümorfism Geneetilis-evolutsioonilisest aspektist moodustab populatsiooni omavahel vabalt ristuvate isendite kogum, mis on teistest sarnastest kogumitest sel määral isoleeritud, et nad võivad lahkneda. Selline geneetiline erinevus eristab ühe liigi populatsioone. Populatsioonile endale on iseloomulik aga polümorfism. Polümorfism ­ 1. vormide olemasolu liigis või liikide rohkus perekonnas; paljukujulisus. 2. mingi geeni erinevate alleelide püsiv kooseksisteerimine populatsioonis. Iga ristumine viib uute geneetiliste variantide tekkeni. Geneetiline polümorfism viib sageli fenotüübilise polümorfismini e. väliselt erinevate isendite kujunemiseni. Erinevatel isenditel on ka mõnevõrra erinevad nõuded keskkonnatingimuste suhtes. See teeb populatsiooni palju vastupidavamaks väliste tegurite muutustele e. populatsioon on ökoloogiliselt plastilisem.
Populatsiooni vanuseline koosseis, vanusepüramiid Populatsioonis eristatakse kolm ökoloogilist vanusegruppi (perioodi): a) preproduktiivne, b) reproduktiivne (taastav, taastekitav) ja c) postreproduktiivne vanusegrupp. Erinevatel organismidel kõigub nende kolme grupi suhteline kestvus suurtes piirides. Inimesel on tänapäeval need kolm vanusegruppi enam-vähem ühepikkused, vanasti oli postreproduktiivne periood tunduvalt lühem. Populatsiooni arvukus ajas muutub seaduspäraselt. On kolm erinevat võimalust: 1) kasvav e. invasiooniline populatsioon ­ sellise populatsiooni iive (arvukuse muutumine ajaühikus) on positiivne. Tavaliselt on kasvavateks populatsioonideks noored ja kiiresti arenevad populatsioonid. Suurema osa isenditest moodustavad noored. Kui iive ei sõltu populatsiooni tihedusest, kasvab populatsioon eksponentsiaalselt. Kui iive sõltub populatsiooni tihedusest, kasvab populatsioon logistiliselt. Eksponentsiaalne kasv iseloomustab organismi maksimaalset võimet oma arvukust suurendada kui puuduvad igasugused piiravad tegurid. Looduses võib eksp. kasvu täheldada lühikestel perioodidel , kui toitu on külluses ning puuduvad konkurendid ning vaenlased. Sellisel juhul toimub populatsiooni arvukuse kiire kasv, kuigi iga konkreetse isendi paljunemine ei toimu kiiremini kui tavaliselt. Näiteks vete õitsemine e. sinivetikate kiire arvukuse kasv soojadel suvepäevadel toitaineterikkas (reostatud) vees.
eksponentsiaalne logistiline
1859. a. viidi ühte Austraalia farmi 12 küülikupaari. Kuue aasta jooksul suurenes küülikute populatsioon sedavõrd, et üheainsa suure jahi jooksul tapeti 20 000 looma. Tagasihoidliku kalkulatsiooni kohaselt oli Austraalia küülikute arv nende aastatega suurenenud 10 000-kordseks. 1930. aastatel arvati Austraalias elavat 750 miljonit küülikut. Eksponentsiaalselt toimub ka rändtirtsude arvukuse kasv. Logistilise kasvu korral toimub populatsiooni arvukuse kasv alguses aeglaselt, seejärel kiiremini. Edasi tänu ebasoodsatele faktoritele, mis on tingitud keskkonna vastupanust, populatsiooni kasv hakkab aeglustuma vähenenud sündivuse ja suurenenud suremuse tõttu. Seejärel mingil kindlal tasandil saavutatakse juurdekasvu ja keskkonnatingimuse vahel tasakaal ning populatsiooni arvukus jääb kõikuma mingi kindla tasandi ümber. See saavutatakse momendil kui populatsiooni arvukus saab vastavusse keskkonna ressurssidega. Suurimat populatsiooni tihedust , mida keskkond suudab kanda, nimetatakse biotoobi kandevõimeks. Logistiline kasv on harva ühtlane, sest kiiresti suurenevates populatsioonides on tihti kõrvalekaldeid ja ka biotoobi kandevõime võib muutuda. Kõige selgemini näeb kandevõime muutust nende liikide puhul,
Endla Reintam, 2008/2009 44 kel sünnib mitu sugupõlve aastas. Näiteks niidu-uruhiirel sünnib aastas 3­7 pesakonda ja populatsiooni kasvueeldused olenevad toidu hulgast keskkonnas: kandevõime on suurim suvel, kui haljastoitu on piisavalt. Sügisel toidu vähenedes, võib uruhiire populatsioonitihedus kergesti ületada kandevõime ning suurenevad suremus ja väljaränne. Populatsiooni kasvukiirust mõjutavad rohkem sugupõlve kestus ja suguküpsusiga. Kui naine sünnitab esimese lapse 13-aastasena ja peres sünnib keskmiselt 3,5 last, on populatsiooni kasvukiirus sama suur, kui juhul, mil naine sünnitaks esimese lapse 20-aastasena ja saaks keskmiselt 4,5 last. Isegi kui pere loodaks alles 25-aastaselt ja lapsi sünniks keskmiselt 6,0, oleks populatsiooni kasvukiirus sama. 2) normaalne e. stabiliseerunud populatsioon ­ sellise populatsiooni arvukus on dünaamilises (muutuvas) tasakaalus ­ võivad esineda populatsioonilained . Noorte, keskmises elueas ja vanade isendite arvukus on enam-vähem võrdne Populatsioonilained ­ populatsiooni arvukuse suured kõikumised keskmise taseme ümber keskkonnategurite ja populatsioonisisese regulatsiooni koosmõjul.
kasvav stabiilne kahanev
3) kahanev e. regressiivne populatsioon ­ sellise populatsiooni iive on negatiivne. Vanade isendite arvukus populatsioonis ületab noorte isendite arvukuse.
Keskkonnamahutavus e. kandevõime ­ populatsiooni arvukus, mille puhul populatsioon kasutab keskkonna varusid samal määral, kui need looduslikult uuenevad. Vanusepüramiid ­ populatsiooni vanuselise koosseisu graafiline kujutis. Vanusepüramiidi kõrgus vastab maksimaalsele elueale ja laius näitab vanuserühmade osatähtsust.
Populatsiooni struktuur ­ organismide jaotumine ruumis Populatsiooni srtuktuur Isendite jaotumine (levikutüüp e. dispersioon) populatsioonis võib olla: Isendite jaotumine (levikutüüp e. dispersioon) populatsioonis võib olla: 1) Ühtlane 2) Rühmaline 3) Juhuslik
1) juhuslik 2) ühtlane 3) rühmaline.
Juhuslikku jaotumist esineb siis, kui ümbritsev keskkond on ühesugune ja üksikisendid ei püüa elada grupis, kuid on looduses harv, sest keskkond ja liigikaaslased mõjutavad ikka mingil määral. Ühtlane jagunemine esineb siis, kui isendite vahel on väga tugev konkurents. Kõige sagedamini esineb rühmaline levikutüüp. Kui aga isenditel on tendents moodustada kindla suurusega rühmi (näit. paare ), siis need rühmad omakorda võivad paikneda: a) juhuslikult, b) ühtlaselt või c) koguneda suurematesse asunditesse. Isendite arvukust populatsioonis reguleerivad liigisisene ja liikidevaheline konkurents, sümbioos, kisklus ja parasiitlus aga ka kliima, valgus, temp. niiskus, kasvukoht või elukoht. Normaalses ökosüsteemis on dünaamiline tasakaal ­ st. sündivus ja suremus on võrdsed. Populatsiooni arvukuse muutusi nimetatakse fluktuatsioonideks (tsükli kestvus alla 10 aasta). Fluktuatsioonid jaotatakse :
Endla Reintam, 2008/2009 45 a) perioodilised: sesoonsed ­ paljunemine kevadeti aastased ­ kuusel 5­7 aasta järel on seemneaastad; 3­4 aastased tsüklid on lemmingutel ja teistel närilistel. Lemmingutel esineb ka kord 12 aasta jooksul arvukuse plahvatuslik kasv kuni 100 korda; 9­10 aastased fluktuatsioonid on jänesel­ ilvesel . b) periooditud: jänesed Austraaliasse, kartulimardikas meile.
Ökoloogiline niss
Ökoloogiline niss on: 1) populatsiooni püsimiseks tarvilike keskkonnategurite olemasolu. 2) liigi koht ökosüsteemis (ökoamplituudide vahemik), mis on määratud tema biootilise potentsiaali ja ümbritsevate keskkonnategurite koosmõju poolt. Eristatakse: a) fundamentaalset põhinissi ­ tarvilike abiootiliste tingimuste kompleks ellujäämiseks ja sigimiseks; b) realiseerunud e. tegelik niss ­ reaalses biootilises keskkonnas konkurentide, kiskjate, parasiitide jne. olemasolul kujunev tingimuste kompleks; piirid, milles liik reaalselt elab. Mände on ainult osal neist aladest , kus ta veetagavara poolest kasvada saaks. Veetagavara on oluline aspekt männi nisis, ent kuuskede ja teiste puude konkurents jätab talle võimaluse kasutada ainult osa oma põhinisist. Oma nisis leiab populatsioon kõik püsimiseks tarvilikud keskkonnavarud. Kõrvuti saavad elada populatsioonid, mille nisid on piisavalt erinevad. Ökoloogiline reegel ütleb, et kui kahel liigil on väga sarnased nisid, ei saa nad koos elada. Antud oludes efektiivsem liik tõrjub teise välja. See arutlus eeldab, et konkurents on liikide suhtes määrav tegur. Alati pole see tõsi, näit. väga tugeva tarbimissurve korral. Loomad ökonissides Esimesel pilgul tundub, et loomad peavad ökosüsteemides konkureerima toidu ja elukoha pärast. Seda nad ka teevad, aga tunduvalt harvemini kui arvata võiks, sest nad hõlmavad erinevaid nisse. Teisiti öeldes: nad on spetsialiseerunud sööma erinevat toitu erineval ajal ja erinevates kohtades. Kuna igal loomal on oma niss (võrdle turunissiga majanduses), siis see viib konkurentsi teiste liikidega miinimumi. Seepärast tasakaalustatud ökosüsteemis ühe liigi esinemine ei kujuta tavaliselt ohtu teise liigi olemasolule. Loomade kohastumine erinevate nissidega on seotud limiteerivate faktorite seadusega: "Isegi üks faktor, mis on väljaspool oma optimumpiirkonda, viib organismi stressiseisundisse". Kui loom püüab tarbida mingit ressurssi, mis asub tema nissi piiridest väljaspool, siis puutub kokku keskkonna vastupanuvõime kasvuga, mis põhjustabki stressi. Teisiti öeldes, oma nisis on looma konkurentsivõime suur, väljaspool nissi piire aga nõrgeneb tunduvalt või kaob üldse. Erinevate liikide kohastumine oma nissidega on kestnud miljoneid aastaid ja on kulgenud erinevates ökosüsteemides erinevalt. Sissetoodud liigid võivad põhjustada kohalike liikide väljasuremise seetõttu, et nad on selles konkreetses nisis olevate tingimustega paremini kohastunud. Taimed ökonissides Kuna abiootilised tingimused on paikkonniti erinevad, siis on ka taimed jaotunud oma väljakujunenud nissidesse. Osad eelistavad niisket , teised aga kuivemat mulda; osad kasvavad paremini varjus ja jahedas, teised jällegi otsese päikesevalguse käes. Nagu loomadel, nii on ka taimede konkurentsivõime kõrge ainult kindlates tingimustes, milledest väljaspool hakkab tugevnema stress .
Liik ja indiviid (organism) ökosüsteemis
Liik ­ looduses tegelikult olemasolev organismirühm, keda iseloomustab ühine ja ühtlasi unikaalne geenifond ja üldine sarnasus tunnustes ning kellel on ühine levila ja ühtne põlvnemine. Liik on ühelt poolt terviklik ja püsiv, teiselt poolt muutuv ja arenev biosüsteem. Ökoloogia uurib organisme ja nende toitekeskkonda, nii et on tähtis mõista sidet nende vahel. On jõutud järeldusele, et erinevad organismid on jagunenud erinevatesse toitekeskkondadesse korrapäraselt ­ st. organismide ja keskkonna vahel valitseb ühtsus.
Endla Reintam, 2008/2009 46 Darwini poolt tehtud järeldused (1859): 1) indiviidid , kes moodustavad (liigilise) populatsiooni, ei ole identsed (samased), nad erinevad, olgu kas või vähesel määral oma mõõtmete, arengukiiruse, temperatuuritaluvuse jms. poolest. 2) need erinevused, olgu kasvõi osaliselt, pärandatakse järglastele; 3) potentsiaalselt võib iga populatsioon "täita maa" oma isenditega. Tegelikult seda kunagi ei juhtu. 4) erinevatel isenditel on erinev arv järglasi. 5) isendi järglaste arv sõltub vastastikustest suhetest selle isendi ja ümbritseva keskkonna vahel. Eelnevast järeldub, et ühtedes tingimustes jääb organism ellu, teistes mitte. Kuna ühed isendid jätavad rohkem järglasi kui teised, võivad populatsiooni päritavad omadused ajapikku muutuda. Sel juhul öeldakse, et toimub evolutsioon loodusliku valiku teel. Evolutsioon ­ so. Maa elusa looduse pöördumatu ajalooline areng. Evolutsiooni vältel tõrjuvad ühed organismid teisi välja, osa sureb välja kliima jm. keskkonnamuutuste tagajärjel, asemele tekib uusi organisme (taksoneid). Seega, ühelt poolt toimub organismide (liikide) taandumine ja teiselt poolt uute organismide (liikide) ilmumine. Miks on olemas erinevad liigid? 1) Ühte tüüpi organismid (nt. mõni õistaim) saaksid levida vaid teatud tingimustega piiratud aladel. Aineringe puudumisel kujuneks varem või hiljem olukord, kus millestki tuleb puudu ja midagi jääb üle. Selle näiteks on kivisüsi ­ osa kivisöeajastul kasvanud sõnajalgtaimedest jäi mikroorganismide poolt lagundamata. 2) Täiesti ühte tüüpi organisme ähvardaks elukeskkonna muutumisel kergesti väljasuremine. 3) erisuguste omaduste ja vajadustega organismiliigid võivad asustada erinevaid elupaiku, tagades sel viisil elu leviku ja üldhulga suurenemise Maal. 4) liigiline mitmekesistumine ise loob uusi elupaiku ja järelikult ka eeldusi uute liikide tekkimiseks. 5) vabade alade asustamise kõrval aitab liigiline mitmekesisus ühtlasi tihendada elu juba asustatud piirkondade kooslustes. 6) mida erinevamad on organismid ja nende vajadused, seda väiksem on ka nendevaheline konkurents ja seda suurem on võimalus asustada ühte ja sama keskkonda.
Liikide püsimise ja muutumise peamised tegurid: 1) tegurid, mis tingivad liikide püsimise muutumatuna ­ liigiomaste tunnuste püsimise aluseks on suhteliselt püsiv geenifond. Liigi genofondi püsimine enam-vähem muutumatuna on seletatav kahe asjaoluga: a) stabiliseeriv valik ­ kõrvaldab normist kõrvalekalduvate tunnustega isendeid; b) isolatsioonimehhanismid ­ takistavad liikidevahelist ristumist. 2) tegurid, mis mõjutavad organismide taandumist (väljasuremist) a) valik ­ so. mingi valikuteguri mõjul toimuv geneetiliselt eritüübiliste paljunevate süsteemide arvukuse suhteline muutus e. genotüüpide diferentseeritud paljunemine. Kunstlik valik, looduslik valik Loodusliku valiku peategurid: 1) abiootilise keskkonna tegurid; 2) teiste organismide otsene kahjulik või soodne mõju (vaenlased, sümbiondid); 3) teiste organismide mõju ühiste ressursside kasutamise kaudu (konkurents); 4) organismi komponentide vastastikused mõjud ontogeneesis; 5) sugupoolte suhted e. suguline valik. Keskkonnas hea kohanemisvõime tagavate omadustega isenditel on suurem tõenäosus anda hea ja rikkalik järglaskond. Halvemad (vähem kohased) omadused kaovad ajaga , kuna nende kandjad ei ole paljunemises edukad. Head pärilikud omadused saavad selle passiivse valiku kaudu iga põlvkonnaga tavalisemaks, halvad aga kaovad. Kuna geenides toimub kogu aeg väikesi juhuslikke muutusi ­ mutatsioone , saab looduslik valik aeg- ajalt uusi omadusi edasi töötamiseks. Suurem osa uuendustest pole organismidele head ja kaovad valiku kaudu. Mõni üksik geneetiline muutus võib aga olla positiivne ja saab looduselt eelistuse. Iga põlvkonnaga muutuvad need omadused tavalisemaks. Kohastumine toimub selle läbi, et paljud väikesed positiivsed muutused kogunevad.
Endla Reintam, 2008/2009 47 Kunstlik valik e. selektsioon ­ valiku teeb inimene kas teadlikult või enese teadmata. Teadlik valik tehakse omale meelepäraste tunnustega taimede või loomade välja valimisega ning nende ristamisega samaväärsetega suurema saagi või toodangu saamiseks. Pidev kunstlik valik käib sordi- ja tõuaretuses. Saavutatud muutusi saab säilitada kloonimise teel, kus siis järglane on täpselt vanema koopia, või taimi ka pistokstega, tütartaimedega jne. e. vegetatiivselt. Genofondi võib muuta ka lähisugulasliikide ristamise teel. Seda meetodit nimetatakse hübridisatsiooniks, kuid saadud tulemusi hübriidideks. Edasi kasutatakse jällegi kunstlikku valikut. Näit. võib ristata kultuurnisu oma eellastega , et tõsta kultuuri haiguskindlust. Tänapäevane geenitehnoloogia võimaldab viia üle ühte tunnust kandvat geeni, ilma, et oleks vajadust ristata. See võimaldab aega kokku hoida, kuid viia mingit tunnust üle ka mittesugulasliikidelt. Näiteks: hiljuti viidi seale üle edukalt spinati geen, mis väidetavalt tegi sea liha maitse paremaks ja õrnemaks. Ka on tomatite külmakindluse tõstmiseks neisse viidud kala geen. Sama tehnoloogia järgi saab tõsta ka taimede haigus- ja kahjurikindlust. Ebateadlik valik toimus ennem teadlikku sordiaretust, kui kasvatamiseks valiti välja viljakamad taimed. Ebateadlik kunstlik valik toimub ka näit. looduslike rohumaade niitmisel, kus säilivad niitmist taluvad liigid, mis õitsevad ja viljuvad, kas ennem niitmist või pärast niitmist (karjatamist). b) mitmesugused juhuslikud protsessid.
Missugused protsessid mõjutavad uute organismide ilmumist? 1) mutatsioonid Mutatsioon ­ s.o. kromosoomide struktuuri või arvu muutumisest tulenev genotüübi muutus. Mutatsioonid võivad olla: a) iseeneslikud (spontaansed) ­ muutused DNA struktuuris on toimunud sisemistel põhjustel; b) mutageenide toimel tekkinud. Mutageenid ­ mutatsioone tekitavad või nende ilmumise sagedust suurendavad organismivälised tegurid ­ gamma- ja röntgenkiirgus, keemilised ühendid ( alkaloidid ), viirused . 2) geneetilise ainese rekombineerumine. 3) sümbiontsete organismide (näit. samblike) moodustumine. Seega, möödunud aegade tingimused on filtriks , läbi mille on mingisugune tunnuste kombinatsioon imbunud tänapäeva. Siit järeldub, et praeguste tingimuste suhtes on organismid adapteerunud (kohastunud) ainult sedavõrd, kuivõrd praegused tingimused sarnanevad möödunud aegade tingimustega.
Adaptatsioon
Organismid on pidevalt sunnitud kohanema nende elukeskkonnas toimuvate muutustega, millest osa, näiteks aastaaegade vaheldumine, on seotud looduslike protsessidega, teine osa aga põhjustatud inimtegevusest. Kui keskkond muutub organismile ebasoodsaks, on kolm võimalust: 1) liikuda mujale soodsamasse keskkonda, kui see on olemas; 2) kohaneda eluks uues keskkonnas või 3) hukkuda (välja surra). Üldiselt suudavad keskkonda vahetada vaid loomad (sh. putukad), kasvukohta juurdunud taimede võimalused on kas kohapeal toime tulla või hukkuda. Hea näide keskkonna muutumisele reageerivatest loomadest on rändlinnud, kes lähevad sügisel talvitumisaladele ja tulevad järgmisel kevadel tagasi pesitsuspaika.
Adaptatsioon ­ organismide või nende osade ehituse või talitluse kujunemine selliseks, et see tagab paremini isendi või liigi säilimise ja populatsiooni arvukuse suurenemise.
Adaptatsioon võib toimuda: a) organismi elu jooksul ­ kohanemine e. isendiline adaptatsioon, toimub ontogeneesi jooksul e. fenotüüpne kohanemine e. aklimatisatsioon.
Endla Reintam, 2008/2009 48 Fenotüüp tähendab isendi ehituslike ja talitluslike omaduste kogumit. Fenotüüpsed muutused tekivad isendi eluajal, näiteks uutele tingimustele vastuvõtlikkuse tõttu, ja on üldiselt taanduvad. Neid ei saa järglastele pärandada, kuigi fenotüüpne kohanemisvõime ja selle piir sõltuvad pärilikkusteguritest. Fenotüüpse kohanemise tõttu võivad geneetiliselt täiesti sarnased isendid areneda fenotüübilt erinevateks. Tuntud näide on mäestikes elavate inimeste kohanemine madala hapnikusisaldusega, nii et nende vere hemoglobiinisisaldus suureneb. Näit. võilill kasvab niitmata alal kuni poole meetri kõrguseks, kuid niidetaval alal on tiheda rosetina vastu maapinda, ning kiire kasvu tõttu õitseb uuesti juba päev pärast niitmist. Kohanemisele üsna sarnane on õppimine. Kõrgematel loomadel võivad mälu ja õppimine olla tähtsaimad kohanemise kandjad, näiteks sotsiaalse keskkonna suhtes. On palju näiteid selle kohta, kuidas loomad õpivad elama inimese poolt muudetud keskkonnas. Harjumine inimese läheduse ja liiklusega peegeldub näit. lindude põgenemiskauguse vähenemisega tihedalt asustatud aladel. Asustamata laidudel võib vares inimese eest põgeneda juba sadade meetrite kaugusel, samal ajal kui linnades laseb ta endale läheneda kuni paari meetrini. Kesk-Euroopas linnades on kivinugis õppinud ööbima auto kapoti all ja teinud seal pahandust elektrijuhtmestikku närides. Ka Eestis on küllaltki sage, et pikemaks ajaks seisma jäetud auto kapoti alla teevad hiired pesa. b) paljude põlvkondade kestel ­ kohastumine e. evolutsiooniline adaptatsioon. Põhineb geenipärilikel omadustel ja püsib isendi elu jooksul. Näit. põhjamaa taimede võime taluda külma või kõrbetaimede võime püsida pea-aegu vihmatutel kasvukohtadel. Evolutsiooniline adaptatsioon tekib tänu pidevalt toimivale looduslikule valikule. Organismid võivad pärilikult kohastuda ka inimtegevuses muutunud keskkonnaga. Sugupõlvede jooksul vähehaaval toimuvat pärilike omaduste pöördumatut muutumist nimetatakse evolutsiooniks.
Adaptatsiooni näiteid 1) kaitsekohastumus 1.1.) kaitse( hoiatus -)värv: a) valge b) triibuline c) mimikri ­ s.o. mittesugulaslikel loomadel looduslikus valikus kujunenud kaitsekohastumuslik sarnasus: c1) nn. Batesi mimikri ­ üks kaitsetu liik (imitaator) sarnaneb teisele kujult, värvuselt või käitumiselt sarnasele liigile, kes on röövlooma jaoks vähemaitsev või ohtlik. Nt. kollane-must (sfekoidne) herilasmuster kaitseb mitmeid liblikaid (lottsuru), kärbseid (sirelased) ja mardikaid (kirev löövlane); maosisinataoline häälitsus kaitseb väänkaela, puuõõnes pesitsevat kaitsetut lindu . Mimikri on tõhus, kui jäljendatav loom kuulub kooslusse ja tema ohtlikkuses veendub vaenlase iga põlvkond. Näit. on Ameerika piimamadu sarnane surmavalt mürgisele korallmaole. Piimamadu on aga ohutu järeleaimaja. c2) nn. Mülleri mimikri ­ mitmel söödamatul loomal on ühesugune hoiatusvärvus; neil kõigil on sellest tulu, kui vaenlane kogeb , et üks neist on söödamatu või ohtlik. d) mimees ­ organismi kaitsekohastumuslik sarnanemine mittesöödava esemega (kiviga), kuivanud lehega või muu taimeosaga või väljaheitega. Taimedest kõige paremini maskeeruvate liikide hulka kuulub Aafrika lõunaosas leiduv kivilehine (Lithops karasmontana). Kivislehised kasvavad kuivades kohtades ning on kõigest mõne sentimeetri kõrgused. Nende väikesed ümarad lehed säilitavad toitu ja vett ning näivad kividena, mis on maapinnale laiali puistatud. Hoiatusvärvus ­ s.o. kehakatte ere muster, mis teeb mittesöödava looma ( lepatriinu ) või hästi kaitstud looma ( herilane , okassiga) eriti silmapaistvaks, et vältida zoofaagide juhuslikke kallaletunge. Hoiatusvärvusega kaasnevad mõnikord hoiatuskuju ja ähvardav käitumine. e) värvivahetus ­ Mõni loom on võimeline muutma oma värvi, et olla sarnane erinevate taustadega. Muutus võib võtta tunde või isegi päevi. Kameeleonide puhul võtab see tavaliselt aega mõni minut, kuid kalmaari puhul koguni vähem kui sekund. Värv sõltub väikesi pigmenditerakesi sisalduvate
Endla Reintam, 2008/2009 49 kromatofooride suurusest . Kromatofoorid paiknevad nahas, kameeleon on võimeline neid kas suurendama või kokku tõmbama. 1.2.) kehaosa loovutamine ­ Kui sisalikku tabatakse sabast, murdub sabaots ära ja vingerdab edasi. See teeb kallaletungija nõutuks, ning sisalik jõuab põgeneda. Järgnevate nädalate jooksul kasvab saba uuesti, enam-vähem niisama pikaks, kui see oli enne. Paljud teisedki loomad kasutavad sama moodust põgenemiseks. Putukad ja ämblikud loovutavad tihti oma jalgu . 1.3.) ogad ja soomused ­ Üks parim viis rünnakule vastu panna on olla raskesti ära söödav. Siilidel ja okassigadel on see võimalik tänu okastele (viis, mis on omane paljudele taimedele). Teised loomad, nende hulgas vööloomad ja soomusloomad, loodavad kaitsekilpidele. Vööloomade puhul koosneb turvis paksenenud nahast , kuid soomusloomade puhul aga üksteisest üleulatuvatest soomustest. Soomusloom rullub tihedalt kokku, et kaitsta oma pead ja jalgu. Soomuste teravad servad teevad ta raskesti rünnatavaks. Taimed kasutavad astlaid ja ogasid, et kaitsta oma lehti näljaste loomade eest. Ogad on tihti keerdunud ja torkavad looma naha sisse, kui see on taime puudutanud. Ogad võivad torgata looma suud ning murduda, jäädes sügavalt loomasse ja tekitades kaua valusid. Need kaitsevahendid on eriti tähtsad noortele taimedele, mis on väikesed ja kergesti kättesaadavad. Paljud taimtoidulised putukad on nii väikesed, et nad võivad liikuda ogade ja astelde vahel. Et neid eemal hoida, on taimedel mikroskoopilisi karvakesi. Hariliku salvei (Salvia officinalis) lehed on kaetud tuhandete peente karvadega, mis segavad putukat sattumast lehe pinnale. Mõnel karvakesel on kleepuv ots, mis ei lase putukal ringi liikuda. 1.3.) kõrvetamine ­ kõrvenõgesed on kaetud kõrvekarvakestega, mis läbivad teda puudutava looma naha. Igal karvakesel on alusel kõrvekarva rakk, mis sisaldab vakuoole kõrvetava ainega. Kui karvaots murdub, süstitakse mürk haava, mis tekitab kohest valu. 2) hoiatuskuju, ähvardav käitumine. 3) anabioos (kr. anabiosis ­ taaselustumine) ­ organismi seisund, milles eluprotsessid on sedavõrd aeglustunud, et nähtavaid eluavaldusi ei ole. Anabioosis on sageli mikroobid ja ainuraksed , nad elavad nõnda üle ebasoodsaid elutingimusi. Paljudel organismidel kuulub anabioos normaalsesse arengutsüklisse (seemned, eosed). Anabioosis (peamiselt tugevasti jahtununa) säilitatakse ka elusvaktsiine, bakteri- ja seenekultuure. Anabioosiga on palju ühist loomade talve- ja suveunel, ainult et anabioosile on omasem elutegevuse tugevam pidurdumine. Kui ebasoodsad olud on möödas, anabioos lõpeb ja normaalne elutegevus jätkub. 4) taliuinak ­ püsisoojase looma (nt. pruunkaru , mägra, kähriku) puhkeseisund, et elada ületalve. Kehatemperatuur ei lange oluliselt, ainevahetus ei ole nii loid kui talveune korral. Ebasoodus aeg elatakse üle talletunud rasvavaru arvel. 5) talveuni ­ loomade talvine unetaoline tardumusseisund, toiduvaese ja külma aastaaja üleelamise viise. Talveune ajal on organismi ainevahetus aeglane ja kehatemperatuur on enamasti langenud keskkonnatemperatuuri tasemele; loomad saavad energiat varem talletunud rasvavarust. Eesti selgroogsetest viibivad talveunes kahepaiksed, roomajad ja nahkhiired. Talveuni on sage imetajate, roomajate ja kahepaiksete hulgas, kuid haruldane lindudel. Ainus lind, kellel esineb talveuni, on uni- öösorr (Phalaenoptilus nuttallii). Ta elab Põhja-Ameerikas ja peitub kaljulõhedes. 6) tarduni ­ loomadel letargia (haigusliku unisuse ) erijuht, mille puhul tekib unetaoline seisund, ainevahetus aeglustub tunduvalt ja kehatemperatuur langeb. Tarduni on kaitsereaktsioon järsult halvenenud keskkonnatingimuste vastu (nt. langevad pääsukesed ja piiritajad tardunne kevadiste külmade aegu) ning on tavaliselt lühiajaline. Tardund võib täheldada ka talvel aktiivselt tegutsevatel loomadel (karihiirtel, oravatel), kui ilmastikuolud karmistuvad. 7) suveuni ­ loomade tardumusseisund, toiduvaese ja kuuma aastaaja üleelamiseks. Suveune ajaks organismi ainevahetus aeglustub ja kehatemperatuur alaneb. Suveuni on omane paljudele stepi- ja kõrbeloomadele (närilised). Näit. kui Aafrika ürguimede (Protopterus sp.) märg elupaik ära kuivab, kaevuvad nad sügavasse mudasse ja ümbritsevad end limatupega. Nad on võimelised tupes üle aasta olema, kuni vihm nad üles äratab. Erinevalt kaladest on neil kopsud ja nad saavad hingata õhuhapnikku. Putukatel on talveune üleelamiseks mitmesuguseid kohastumusi: a) arengutsüklis ­ kõigil liikidel talvitub külmakindlaim arengujärk, enamasti muna või valmik;
Endla Reintam, 2008/2009 50 b) füsioloogias ­ varuainete kogunemine, vee hulga vähenemine kehas, külmakindluse suurenemine. Suur talvine glütseroolisisaldus võimaldab parasvöötme putukail kohastumuslikult külma taluda kuni - 40ºC; c) käitumises ­ õigeaegne asumine liigiomasesse talvituskohta ­ talvitusränne (lepatriinudel). 8) migratsioon ­ loomade ulatuslik liikumine, mida ajendab elutingimuste muutumine või loomade vajaduste muutumine elu jooksul. Migratsioon võib olla: a) ööpäevane ­ näit. harilik kärnkonn ületab öösel maanteed ; b) aastaajaline ­ kulgeb piki evolutsioonis kujunenud rändeteed. Näit. sinignuud jt. antiloobid ja veised rändavad kuival aastaajal, kui napib toitu ja vett, parematele aladele. Kui saabub vihmaperiood, koonduvad nad tohututesse karjadesse ning rändavad üle tasandike, et leida värsket rohtu. Kui gnuud parajasti ei rända, kogunevad emased ja noorloomad kuni 1000-isendilistesse karjadesse ning isased võistlevad, et emastega paarituda Linnud sooritavad loomariigi pikimaid rändeid. Kui põhjapoolkeral on kevad, lendavad linnud suurte parvedena põhja, et kasutada sealset külluslikku toiduvaru. Paljud, sealhulgas lumehani, lõpetavad oma teekonna Arktika tundras, kus pikenevad päevad loovad ideaalseid tingimusi sigimiseks. Pikaks lennuks saavad linnud energiat oma keha rasvavarudest. Osa linde hoiab energiat kokku, kui nende parv lendab V- kujulises rivis . Liikuma löödud õhk, mida tekitavad eespool lendava linnu lehvivad tiivad, aitab tagatulevat lindu edasi liikuda. Rändavad linnud kasutavad mitmeid mooduseid õige rännutee leidmiseks. Arvatakse, et nad orienteeruvad nn. juhtjoonte järgi (näiteks jõed ja rannajooned). Enne mere ületamist kogunevad maismaalinnud tihti teatud kindlatesse kohtadesse . Mõned linnud kasutavad sisemist kompassi, mis töötab päikese ja tähtede järgi. Kui lind lendab oma marsruudil, arvestab ta päikese ja tähtede liikumist taevavõlvil. c) passiivne ­ kalade rändamine allavoolu või hoovusega kaasa; d) kalade kudemisränne ­ Angerjad elavad ja toituvad Põhja-Ameerika ja Euroopa jõgedes, kuid nad ei sigi seal. Sigimiseks rändavad nad kuni 5000 km, et kudeda Atlandi ookeani lääneosas Sargasso meres. Nende marjateradest kooruvad lehekujulised vastsed , mis on alla 5 cm pikad. Kasvavatel angerjatel kulub umbes kolm aastat, et ujuda tagasi jõgedesse toituma. 9) bioluminestsents ­ helendamine, organismide valgusekiirgamine. Maismaal helendavad mõned bakterid, seened ja putukad, magevees vähesed bakterid ja teod, meres leidub helendavaid liike bakterite, ainuraksete, ainuõõssete, hulkharjasusside, vähkide, limuste ja kalade seas. Bioluminestsents põhineb lutsiferiini hapendumisel ensüüm lutsiferaasi toimel dehüdrolutsiferiiniks: seejuures vabanev energia eraldub valgusena. Bioluminestsents võib olla rakuväline (helendava sekreedi eritamine ) või rakusisene. Viimasel juhul võivad helendavad rakud moodustada erilisi, paljudel juhtudel keeruka ehitusega helenduselundeid ­ fotofoore, kus võivad asuda sümbiontsed bakterid. Süvameres aitab bioluminestsents leida vastassugupoolt, peibutada saaklooma ning pimestada vaenlast . 10) aklimatiseerumine a) inimorganismi kohanemine uute elutingimustega; b) võõrliikide (taimede ja loomade) kohanemine keskkonnaoludega uues kasvukohas väljaspool nende looduslikku levilat. Aklimatiseerumine põhjustab pika aja vältel populatsioonide adaptatsiooni ja naturalisatsiooni. 11) naturalisatsioon ­ võõrliikide aklimatsiooni kõrgeim aste. Naturaliseerunud liikidel pole ebasoodsate aegade üleelamiseks, elutsükli läbimiseks ega populatsiooni uuenemiseks uues olustikus vaja inimese abi. Eestisse sissetoodud liikidest on aklimatiseerunud need, mis suudavad üle elada talve ( karpkala , ondatra , punane leeder , ameerika naarits ). 12) tööstusmelanism ­ loomade pärilik kohastumine inimese põhjustatud keskkonnamuutustega: tööstuse ja linnade õhusaaste mõjul suureneb tumeda värvusega isendite hulk populatsioonis normaalsete heledate vormide arvel. Esimesed tähelepanekud ilmsest tööstuse põhjustatud liblikate melanismist pärinevad 19. sajandi keskpaigast. Siis muutusid tumedad liblikad Lääne-Euroopas kiiresti tavaliseks. Tööstusmelanismi on täheldatud rohkem kui 200 liblikaliigil, teistel putukatel, ämblikel ja isegi lindudel ( kodutuvi ). Tumedate vormide tekke põhjused liigiti on erinevad. Kase-kedrikvaksiku puhul
Endla Reintam, 2008/2009 51 peetakse oluliseks, kui mitte ainupõhjuseks nähtavust saaki jahtivaile väikelindudele: saastunud piirkondade nõest tumestatud ja samblikuvabadel puutüvedel on tume liblikas halvast nähtav, seega paremini kaitstud kui selgelt eristuv hele vorm. Heleda samblikuga kaetud okste vahel on tume vaksik seevastu lindudele palju kergemini tabatav kui hele liblikas. 13) taimede saastetolerantsus ­ taimede kohastumine saastunud elukeskkonnaga. Palju on uuritud raskmetallide suurt sisaldust taluvaid taimepopulatsioone kaevandusaladel ja erinevate reostusallikate läheduses. Tavaliselt on tegemist vase, tsingi, tina, nikli või arseeniga. Kuigi metallitolerantsust teatakse rohkem sootaimedel, on seda täheldatud ka mere- ja magevee vetikatel ning sammaldel. Taimed võivad kohastuda ka õhusaastega, näiteks vääveldioksiidi ja osooniga. Vääveldioksiidi taluvad Ameerika kurereha (Geranium carolinianum), tömbilehine oblikas (Rumex obtusifolius) ja mitmed teised rohttaimed. Teatakse sibulaliiki, mis sulgeb osooni mõjul õhulõhed ja vähendab nii mürgistusohtu. See omadus põhineb ainult ühel geenil. Tihti on mürki taluvatel taimeisenditel juurtes suhteliselt rohkem metalle kui normaalsetel taimedel. Ilmselt on kasulik takistada raskmetallide liikumist juurtest lehtedesse. On avastatud taimi, mis koguvad mürgiseid metalli-ioone rakuseintesse, kus need ei saa kahjustada rakkude elutegevust. Taluvusvõime sõltub ka metallist. Vase suhtes on tolerantsed: harilik põisrohi, punane pusurohi, hapuoblikas , kollane pärdiklill, paiseleht , võilill, punane aruhein , harilik kerahein, võnk- kastevars , harilik ja valge kastehein. Tina suhtes on tolerantsed: lamba-aruhein, soo-kastehein, valge kastehein. Tsinki taluvad: kevadmenuartsia, harilik põisrohi, hapuoblikas, harilik merikann , alpi litterhein, aaslina, süstlehine teeleht, ümaralehine kellukas, punane aruhein, lõhnav maarjahein, lamba-aruhein, vill - mesihein, soo-kastehein, harilik ja valge kastehein.
Konvergents ­ organismirühmade erinevuse vähenemine evolutsioonis organismide tunnuste sarnastumise tagajärjel. Näiteks troopilises piirkonnas elav koolibri ja liblikas. Vastandiks on : Divergents ­ populatsioonide erinevuse suurenemine evolutsioonis. Divergentsi põhjustab erinevate tunnuste ilmumine organismidel. Ökoloogiline divergents ­ ühe taksoni kohastumine väga erinevate elutingimustega. Nt. tulika perekond.
Adaptatsiooni puudutavad seaduspärasused
Aljohhini reegel e. ennetamisreegel ­ Seaduspärasus, mille kohaselt taimkatte liigiline koosseis oleneb mesoreljeefist: põhjapoolkera pinnavormide põhjanõlvul leidub sellest kohast põhja pool asuvale taimkattevööndile omaseid kooslusi, lõunanõlval lõuna pool asuvale taimkattevööndile omaseid kooslusi. Alleni reegel ­ Seaduspärasus, mille kohaselt imetajate kehast eemale ulatuvad kehaosad (kõrvad, saba, jäsemed) on külmas kliimas elavail liikidel või alamliikidel või alamliikidel suhteliselt lühemad kui soojas kliimas elavail (siilid, rebased ). Nähtus seisneb termoregulatsiooniga ­ kahandab külmas keskkonnas soojuskadu ja soodustab soojas keskkonnas soojuse äraandmist. A. r. on erijuht üldisemast kehapinnaökonoomsuse põhimõttest, mille kohaselt külmade alade loomadel on suhteline kehapindala väiksem kui soojade alade loomadel. Seepärast on arktilistel imetajatel (nt. obi lemmingul) kompaktne kehakuju . Vrd. Bergmanni reegel. Bergmanni reegel ­ Seaduspärasus, mille kohaselt püsisoojaste loomade perekondades ja sugukondades on külmade alade liikidel (karu, tiiger , metssiga) kehamõõtmed suuremad kui soojade alade liikidel, sest kehamahu suurenedes suureneb keha soojust loovutav välispindala suhteliselt vähem. Mõned muud põhjused piiravad B. r-i avaldumist (nt. Arktikas on soodsamas olukorras väiksemakasvulised liigid, kes jõuavad saavutada täiskasvanu kehasuuruse suve jooksul). Vrd. Alleni r. Glogeri reegel ­ Ökoloogiline reegel, mille kohaselt soojas ja niiskes kliimas elavad püsisoojased loomad on enamasti tumedamat värvi (pigmendiohtramad) kui nende külmas ja kuivas kliimas elavad sugulased. Tüüpiline pigmendivärvus on soojal ja niiskel alal must, kuival alal punane ja kollane, külmi piirkondi iseloomustab pigmendi vähesus (valge värvus).
Organismide levik ja levimine
Endla Reintam, 2008/2009 52 Levik ­ liigi territoriaalne paiknemine. Levimine ­ populatsiooni asula või liigi levila avardumine liigiomaste levimisviisidega. Liigi levikuvõime sõltub kahest faktorist: a) paljunemise kiirus; b) levimisviisid. Organismide levimine Lindudel ja imetajatel soodustavad levimist : a) invasioon ­ loomapopulatsiooni rohkete isendite korrapäratu, tihti ulatuslik liikumine, mida põhjustavad lähteala üleasustus ja toiduvähesus. Eestisse on toimunud näit. lumekaku sissetung tundravööndist; b) migratsioon (ränne) ­ loomade ulatuslik liikumine, mida ajendab elutingimuste muutumine või loomade vajaduste muutumine elu jooksul. Levimine võib olla: 1) passiivne, näit. inimese abil. Inimene on kujunenud üheks efektiivsemaks levimist soodustavaks agendiks: a) inimene võib liigi areaali teadlikult laiendada ­ kultuurtaimed , koduloomad ; b) inimene võib liikide levimist tahtmatult soodustada ­ umbrohud, ameerika naarits. 2) aktiivne ­ liik kindlustab oma levimise mingi liikumisviisiga. Areaal e. levila ­ s. o. mingi taksoni esinemisala Maal. Liigid ei ole areaali piires lausaliselt, vaid neile sobivais elupaikades või kasvukohtades: hajulevila lauslevila. Primaarne areaal ­ looduslik, inimtegevusest enam-vähem mõjutamata areaal; Sekundaarne areaal ­ otsese või kaudse inimtegevuse mõjul muutunud areaal; Potentsiaalne areaal ­ elutingimustelt sarnased alad, kuhu võiks liiki introdutseerida (sisse tuua); Areaal võib suureneda ( progresseeruv areaal) või aheneda (regresseeruv areaal). Suuruse järgi jaotatakse areaalid järgmiselt: 1) kosmopoliitsed areaalid ­ areaalid, mis katavad suurema osa elamiskõlblikest maakera osadest. 2) tsirkumkontinentaalsed ja tsirkumokeaansed areaalid ­ areaalid, mis hõlmavad konkreetse geograafilise vööndiga seotud territooriume. Liikudes põhjast lõunasse võib eraldada: a) tsirkumpolaarsed areaalid ­ pooluse lähedal asetsevad, seda ümbritsevad areaalid (hülged, pingviinid); b) põhjapooluse parasvöötme tsirkumkontinentaalsed areaalid (sõstar) jne. 3) endeemsed areaalid ­ piiratud territooriumil asuvad areaalid. Endeem ­ liik või muu takson, mille levik piirdub mingi suhteliselt väikese maa-alaga. Väikese leviku põhjus võib olla: a) taksoni noorus (neoendeemidel) ­ pole veel jõutud levida kõikjale, kus on sobivaid elutingimusi; b) reliktsus (paleoendeemidel e. reliktidel) ­ levila on ahenenud. Relikt (jäänuk) ­ liik või muu takson, mis on säilinud varasema levilaga võrreldes väiksemal alal. Relikte liigitatakse vanuse, levila vähenemise põhjuse jms. järgi. Vanimad reliktid pärinevad vanaaegkonnast ­ näit. käsijalgne Lingula. Keskkaegkonna reliktid ­ näit. hõlmikpuu (Ginkgo biloba ), mis on hõlmikpuulaste seltsi ainus säilinud liik. Atlantilise kliimastaadiumi relikt ­ näit. jugapuu ja luuderohi Saaremaal. 4) vikarieerivad areaalid Vikarieerivad liigid ­ lähedased taime- ja loomaliigid, mis vaid vähe üksteisest erinedes esinevad eri areaalides (levilates) või sama areaali piires erinevates ökoloogilistes tingimustes. 5) katkelised (mitmeosalised) areaalid ­ kaugus või levimistõkked on põhjustanud osaareaalide populatsioonide pikaajalise isoleerituse. Areaali katkelisuse võivad olla tekitanud erakordne kauglevi või inimtegevus, aga enamasti on see põhjustatud lauslevila kliima muutumisest.
Areaalide piiratuse põhjused:
Endla Reintam, 2008/2009 53 a) geograafilised barjäärid ­ meri, reljeef; b) klimaatilised tingimused; c) mullastikulised tingimused; d) biootilised faktorid ­ konkurents jne. e) ajaloolised tingimused.
Looduse mitmekesisus
Kui tõdetakse, et mingi liik on ohus, siis on juba liiga hilja teda päästa ( Ehrlich , 1990). Mitmekesisuse all mõeldakse erinevate elukeskkondade üldist muutlikkust või siis teatud keskkonnas elavate ja seda omalt poolt mõjutavate erinevate organismide paljusust ­ kogu elukeskkonna rikkust. Bioloogiline mitmekesisus on looduses nii suur, et senini oleme maakera asustavatest liikidest tundma õppinud vaid murdosa (putukad) kohta. Bioloogilist mitmekesisust käsitletakse kui üht loodusvara , mida tuleb kaitsta ja kasutada säästva arengu põhimõttel: 1. pärilikkuse kandjate e. geenide paljusus . 2. teatud ala liikide mitmekesisus e. liigirikkus , 3. ökosüsteemide (elukoosluste ja elupaikade või kasvukohtade) mitmekesisus. 1) Pärilikkuse tegurite muutlikkust võib uurida liikide, alamliikide või varieteetide sees või vahel. Lõppkokkuvõttes koosneb see muutlikkus geenide ehitusüksuste kombineeritud muutlikkusest (nukleiinhapete DNA- või RNA-nukleotiidid). Isendite tasemel tekib täiendav muutlikkus mutatsiooni tagajärjel, millest osa antakse edasi järgnevatele sugupõlvedele. Sugulisel paljunemisel suurendab pärilikku mitmekesisust veel geneetiliste tegurite kombineerumine uuel tasemel (rekombinatiivne muutlikkus). Kõrgematel organismidel avaldub väliste tunnustena või talitluslike ilmingutena vaid väga väikese osa, tavaliselt alla 1% geneetilisest materjalist ja praeguseni on ebaselge, missugust ülesannet täidab ülejäänud DNA. Maailmas ei leidu kaht täpselt samasuguse pärilikkusega isendit (erandid on ühemunakaksikud ja kloonid). Eluvõimelise populatsiooni eeldus on suur isendite arv ja sellest tulenev avar geneetiline muutlikkus, mis toimib puhvrina keskkonnamuutuste ja populatsiooni kohanemisvõime vahel. Üksikuid aretatud sorte kasutav tänapäeva metsa- ja põllumajandus vähendab liigisisest pärilikku mitmekesisust ja koos sellega nende sortide eluvõimet muutuvas keskkonnas. 2) Liigirikkus ­ organismide rühmitamine erinevatesse klassidesse (taksonoomia, üks bioloogia haru) teeb looduses toimuvad muutused (evolutsiooni) mõõdetavaks. See on bioloogilise mitmekesisuse uurimisel peetud kõige sobilikumaks liigi taset. Liigirikkus ­ näitab erinevate liikide arvu antud alal. Liigierisus ­ näitab. kuidas antud ala isendite koguarv jaotub erinevate liikide vahel. Kõneldes kogu maailma bioloogilisest mitmekesisusest, mõeldakse tavaliselt liikide arvu erinevates taksonoomilistes rühmades, näiteks hõimkondades või klassides. Kogu maailma maakera loodusliku mitmekesisuse taustal sõltub antud liigi väärtus ka tema ökoloogilisest tähtsusest. Näiteks üks troopika vihmametsas kasvav puuliik , millel elab sadu vaid sellele kohastunud putukaliike, mõjutab maailma liigirikkust rohkem kui mistahes taimeliik parasvöötmes. 3) Ökosüsteemide mitmekesisus. Ökosüsteemide mitmekesisuse kirjeldamine ei ole nii selgepiiriline kui geeni või liigi tasandil. Piirkondlikul või kohalikul tasandil rajaneb ta enamlevinud taimekoosluste omadustele. Mõnikord määratakse ökosüsteemide mitmekesisust liigirikkuse alusel. Mida rohkem on teatud alal liike, seda rohkem peaks seal olema erinevaid kasvukohti e. eri tüüpi elukeskkondi. Sellise lähenemise kohaselt suureneb ala mitmekesisus sedamööda, kuivõrd seal elab koos erinevate toiduahelate (troofiliste tasemete) liike, näit. taimed, taimtoidulised loomad ja kiskjad. Ökosüsteemi peetakse mitmekesiseks, kui liigid kuuluvad erinevatesse taksonoomilistesse rühmadesse või kui nad ei ole omavahel lähisuguluses. Oluline on ka see, kas liigid on kohaliku päritoluga (endeemsed), või väga laia levilaga (kosmopoliitsed). Nendel aladel, kus taimestikku ja loomastikku tuntakse halvasti, võib mitmekesisuse mõõdupuuna kasutada ala biogeograafilisi või maastikulisi näitajaid.
Endla Reintam, 2008/2009 54 Ökoloogia ühe vanema väite kohaselt on taimkatte takistusteta kulgeva arengurea (suktsessiooni) viimane aste, nn. kliimakskooslus liigirikkam veel arenevast e. suktsessioonijärgus olevast kooslusest. Areneva koosluse algjärgus on tavaliselt mõned valitsevad nn. avakoosluse ( pioneer -) liigid, küpsemates arengujärkudes võib leida rohkem samaväärseid liike. Alad, mida iseloomustab segavate tegurite ( torm , niitmine , tulekahju) tagajärjel tekkinud arengurea algjärku kuuluvate koosluste mosaiik , on osutunud eriti liigirikasteks (Lääne-Eesti puisniidud).
Mitu liiki elab Maal
Praegu tuntakse maakeral umbes 1,6 miljonit liiki. Arvatakse, et liike võib olla 5 kuni 50 miljoni vahel. Tegelik arv peaks olema paljude uurijate arvates 10...13 miljonit. Tänaseks tuntud liikidest on putukaid 750 000, selgroogseid ca 42 500 ja taimi 400 000. Valdava osa maakera liikidest moodustavad selgrootud, vetikad, seened ja mikroorganismid. Maakera kogu liigirikkust haaravad mahukad arvutused põhinevad Kesk- ja Lõuna-Ameerika vihmametsade uurimisel. Vaid üksikute taksonoomiliste rühmade kohta saab öelda, et neid tuntakse hästi. Selgroogsete loomade tundjad arvavad, et teame 87...99% kõigist selgroogsetest. Veel üsna hiljuti avastati Vietnamis mitu teadusele uut imetajaliiki. Viimase 5 aasta jooksul on Lõuna-Ameerikas leitud 300 uut kalaliiki ja 4 uut ahviliiki. Arvatakse, et Neotroopises (Kesk- ja Lõuna-Ameerika + Lääne-India saared) leidub veel 15 00...20 000 teadusele uut taimeliiki. Vihmametsade kõrval on vähetuntud veel korallrahud ( korallrifid ), ookeanide põhjad ja metsamulla mikroobikooslused. Üldiselt on soojemad alad liigirikkamad , liikide arv väheneb troopilisest vöötmest parasvöötme suunas ja mägedes kõrguse suurenedes. Üleminek liigirikastelt aladelt vaesema suunas ilmneb ka mandritel, kui liikuda niiskematelt kuivematele aladele. Troopilistes vihmametsades, mis katavad vaid 7% maakera pindalast, asub praegu 90% kõikidest liikidest. Liigirikkaimad on veel korallrahud. Inimtegevuse tagajärjel väheneb bioloogiline mitmekesisus pidevalt. Algpõhjus on loodusvarade pillav tarbimine, mida rahvastiku kasv üha suurendab. Troopiliste alade vaesema rahva siirdumine metsadesse on aasta-aastalt kahjustanud looduslikke elukooslusi sadadel tuhandetel hektaritel. Loodusliku elukeskkonna muutumine ja kahjustamine suurtel aladel võib viia liikide otsesele või kaudsele hävimisele. Aastaraamatus "Maailma seisund 1994" (Worldwatch-Institute´i väljaanne) väidetakse, et maakera taluvusvõime on juba ületatud. Rahvastiku kasvu, tarbimisharjumuste ja uue töökorralduse mõjul on kogu harimiskõlbulik maa juba põllustatud, karjamaad ja kalavarud kurnatud . Mageveevarud on vähenenud või saastunud, maakera metsapind aga kahanes ajavahemikus 1980...1990 ligi 130 miljoni ha võrra, mis vastab ligikaudu 6-kordsele Soome või 66-kordsele Eesti metsamaa suurusele (Eesti pindala on ca 45 000 km2, metsa 47%). Loodusvarade ülekasutamisest kõnelevad ka osoonikihi õhenemine ja nn. kasvuhoonenähtus. Aastaraamatu hinnangu kohaselt väheneb (arvutatuna ühe inimese kohta) karjatatava maa pindala 2010. aasta lõpuks 22%, kalasaak 10%, niisutatav kultuurmaa 12% ja muu põllumaa 21%. Samaks ajaks hinnatakse maakera elanike arvu seitsmele miljardile. Ootuspäraselt suureneb ebavõrdsus inimeste vahel. Kui 1960. aastal haaras maakera kõige rikkam viiendik 70% maailmatulust, siis 1989. a. juba 80%. Rahvastiku kasvu piiravate abinõude rakendamine tekitab teravaid vastuolusid tööstus- ja arengumaade vahel. Tööstusmaades valitseb sageli arusaam, et rahvastiku kasvu ja selle piiramise kiirus puudutab vaid arengumaid, sest peamine osa (üle 90%) rahvastiku kasvust tuleb nimelt sealt. Arengumaade meelest on aga rahvastiku kasv inimkonna tulevikule ohutum kui loodusvarade pillav tarbimine rikastes tööstusmaades. Tööstusmaade keskmine kodanik kulutab maailma loodusvarasid 40 korda rohkem kui arengumaade kodanik. Tööstusmaade rahvastiku osatähtsus on alla 25% maakera rahvastikust (World Conservation Strategy , 1984). Tööstusmaade areng on pikka aega tuginenud asumaade loodusvarade pillavale kasutamisele. Paljude arengumaade majanduskasv on aga paratamatult rajatud kohalikele loodusvaradele. Tihti jääb arengumaade "hüveks" keskkonnareostus. Tööstusrevolutsioonile aitas kaasa orjade tööjõu kasutamine koloniaalmaades.
Endla Reintam, 2008/2009 55 Inimtegevus on maakera liikide arvu kurvastavalt vähendanud. Pärast 1950. aastat on hävinud juba 10 000 taime- ja loomaliiki. Arvatakse, et päev-päevalt on hävimise piiril 50...100 liiki. Vihmametsas hävivad nüüd liigid 1000, isegi kuni 10000 korda kiiremini kui ajal, mil inimest veel maakeral ei olnud. Praegune liikide kadu vaesustab eluslooduse arengut, sest hävitatakse liikide tekkeks vajalikke erinevaid keskkondi. Selgroogsete liikide põhirühmad on tekkinud ja arenenud peamiselt troopilistel aladel. Arvatakse, et 2000. oli hävinud 1/5 kõigist maakera liikidest. Loodusvarade säästlik tarbimine on eeldus bioloogilise mitmekesisuse hoidmisele nii, et seda jätkuks ka tulevastele põlvedele. Kõige üldisemalt võib eluslooduse mitmekesisust tähtsustada biosfääri kui terviku talitluse alalhoidjana. Mikroorganismid, taimed ja loomad pakuvad tasuta ökosüsteemiteenuseid, ilma milleta ei oleks olemas meie elurikast maailma või vähemalt inimühiskonda oma praegusel kujul. Loodusliku mitmekesisusega võib lahendada ka söögiprobleemid jm. Inimkond tarvitab või on tarvitanud oma ajaloo vältel toiduks tarvitanud taimi umbes 700 liigist, ehkki maakeral kasvavatest taimedest on söödavad vähemalt 75 000 liiki, milledest mõned on praegu kasutatavatega võrreldes täiesti samaväärsed. Ka teraviljaliikide looduslikud e. metsikud eellased võivad olla abiks nüüdissortide parandamisel. Taimed on oluliseks allikaks ravimite valmistamisel. Pärastsõjajärgsel ajal, mil kartulit , juurvilja ja liha oli jaopärast või polnud üldse, kasutati supilisandina või salatina kõrvenõgest, võilille ja hanemaltsa. Toiduainetena kasutati ka linnukapsast, kärnoblikat, põldohakat ja põld-lõosilma. Tuntumate ravimtaimede kõrval omavad raviomadusi ka hanijalg , harilik hiirekõrv, roomav madar , põldosi ja harilik orashein.
Vee globaalne olukord
Üht veekraani kasutavad 1 soomlane , 130 liibüalast, 300 maltalast ja üle 1000 kuveitlase. Märgatav osa maakera territooriumist kannatab kasutuskõlbuliku vee puuduse all nii kliimatingimuste tõttu (pidev kuivus ja vähe sademeid) kui ka inimtegevusest johtuvatest põhjustest: kunstliku niisutamise suurenemine ja vihmametsade raie. Olmevee tarbimine on kasvanud märgatavalt kiiremini kui rahvastik : kolme viimase sajandi jooksul on rahvaarv seitsmekordistunud, kuid magevee tarbimine on suurenenud umbes 30 korda. Tööstusmaades tarbitakse aastas keskmiselt umbes 500 m3 vett ühe inimese kohta (USA-s 2000 m3), arenguriikides aga tavaliselt 20...50 m3. Vee kättesaadavuse kõrval on probleemiks vee kvaliteet ja selle seos inimese tervisega . Märkimisväärne osa nendes maades tarbitavast veest on reovetest, tööstuse jääkidest, põllumajandusega seotud jäätmetest ning mõnedes maades kaevandustest või naftast saastatud. Vee kõrge nitraadisisaldus on probleemiks ka tööstusriikides. Näiteks 5%-s Euroopa jälgitavaist jõgedest on nitraadisisaldus enam kui 200-kordne saastamata veega võrreldes (nitraadid põhjustavad vähki). India 3119-st linnast ainult 209-l on mingisugunegi heitvete puhastus ja näiteks Gangesesse lastakse enam kui saja 50 000 elanikuga linna puhastamata reoveed. Arengumaades pannakse 90% väikelaste suremusest reostatud vee arvele. USA keskkonnaministeeriumi EPA (Environmental Protection Agency ) uurimustes on olmevees eristatud üle 1000 orgaanilise ühendi, millest ligi 90% keemilist struktuuri ei teata.
Ookeanide reostumine Mered on olnud alati inimese tekitatud jääkide lõpplaoks. Seda nähtust nimetatakse "downhill tendency", st teatavaks allamäge libisemiseks ­ lõpuks satuvad kõik jäätmed merre. Kohati on merede reostumine juba sajandeid olnud probleemiks tervisele, näiteks Niiluse deltad ja Bosporuse väinas. Tänapäeval on reostumine suureks probleemiks maakera mitmete piirkondade rannavetes ning on levimas isegi ookeanide avavetesse. Suurim oht ähvardab suletud merepiirkondi, millel on ookeaniga vaid kitsas ühendus. Nii on Vahemeri , Must meri ja Läänemeri teistest kergemini haavatavamad ning nende reostus on pigem suurenemas kui vähenemas. Rannavee reostumine on tunduvam sadamais ja jõesuudmetes. Kõige puhtam
Endla Reintam, 2008/2009 56 on vesi avamerel, ehkki naftat, laevaliikluse jäätmeid ja mitmeid kemikaale on leitud ka kõige kaugemalt avamerelt. Arvestuste kohaselt tuleb umbes 45% merereostusest vahetu reoveena või jõgede poolt kantuna. 1/3 jõuab meredesse õhu kaudu, 12% laevaliiklusega ja 10% on uputatud merre tahtlikult ( dumping ). Dumping ­ heitmete kaadamine merre. Merre on uputatud ka radioaktiivseid jäätmeid, tööstusmürke, veekogu süvendamisel tekkinud jääke. Radioaktiivsete jäätmete uputamist keelustav leping sõlmiti 1983. aastal. Praegu moodustavad 90% kogu dumpingust süvendamise jäätmed. Igal aastal satub kalurite plastmassvahenditest merre umbes 150 000 tonni plastikut ning peale selle heidetakse suures koguses plastmassi merre ka laevadelt. Kuna plastmass laguneb väga aeglaselt, on see ohuks mereloomadele. Tagajärjeks on miljonite merelindude ja umbes 100 000 vaala , hülge ja delfiini hukkumine kas seeläbi, et plastmassi satub seedetrakti või siis takerdub loom plastmassi ja hukkub. 1974. a. sõlmitud Läänemere Konventsioon keelab dumpingu . Viimastel aastatel on mere puhtusele suurimaks ohuks muutunud ulatuslikud vetikamassid, vetikate "õitsemised". Näit. 1988. a. suvel levis 10 m paksune ja 10 km laiune mürgine vetikalaam Kattegani ja Shagerakki randadele. See saastas üle 200 km rannikut, hukkus miljoneid kalu. 1988. ja 1989. a. koormasid massiivsed vetikalaamad Aadria mere põhjaosa. Põhjuseks reovee väävli-, lämmastiku- ja fosforiühendid. Reostuse tagajärjeks võib olla hapnikuta, surnud piirkondade tekkimine süvikutes. Nii on Läänemere süvikuis umbes 100 000 km2 hapnikuvaba, praktiliselt surnud merepõhja. Reoained kogunevad mereandidesse. Tuntuim juhtum on Minamata lahe õnnetus Jaapanis , kui kohaliku tehase elavhõbedareostus põhjustas enam kui 400 inimese surma ja paari tuhande inimese ajukahjustuse, sest kohalik rahvas sõi metüülelavhõbedaga saastunud kalu ja karploomi. Näit. umbes 2/3 Vahemerre jõudvast reoveest on puhastamata. Selle tagajärjel ei vasta suured turismipiirkonnad Euroopa Komisjoni poolt püstitatud ohutusnormidele. Reostatud randades ujumine võib põhjustada seedetraktihaigusi, eriti alla 5 a. lastel, kuid ka silma-, hingamisteede- või nahahaigusi. Mõned kemikaalid , näit. DDT ja PCB on levinud ülemaailmselt ning neid võib leida nii Põhja- kui Lõuna- Jäämere loomadest. DDT ja PCB moodustavad ülemaailmselt 5% kalade keemilisest reostusest.
Nafta Igal aastal satub merre rohkem kui 3 miljonit tonni naftat. 1/3 maailmas tarvitatavast naftast transporditakse ühelt mandrilt teisele meritsi . Tähtsaim lastimispiirkond on Pärsia laht, kust naftat viiakse peamiselt Euroopasse, Jaapanisse ja Ameerika Ühendriikidesse. Lisaks tankeriõnnetustele satub naftat merre ka mööda jõgesid (pool) või laevatsisternide pesemisvee või nn. pilsiveega (u. 1 milj. tonni). Kuigi Läänemeri, nagu ka paljud teised on nn. keelatud tsoon, kus pilsivett ei tohi merre lasta, juhtub siin igal aastal korduvaid reostusi. Läänemerre satub 50 000 ...100 000 t naftat peamiselt maalt või lekkivatelt laevadelt. Suurimad naftaõnnetused Läänemerel on olnud: " Antonio Gramsci" ­ 1979, 6000 t; " Globe Asimi" ­ 1981, 10 000 t; "Antonio Gramsci ­ 1987, 570 t; "Alambra" 6.sept. 2000, 500 t Muuga sadamas. Rahvusvahelised katastroofid: Inglise kanalis "Torrey Canyon" ­ 1967, 120 000 t; "Amoco Cadizi" ­ 1978, 230 000 t. Alaska rannikul "Exxon Valdezi" ­1989, 400 000 t. Mehhiko lahel nafta puurimisega voolas 10 kuuga merre 400 000 t naftat. Veekogude naftareostus kahjustab randade puhkealasid, kalapüüki ja mere- elustikku . Isegi väike naftalaik linnu sulestikus võib linnu hukutada kui ta tuleb maale ja lõpetab toidu otsingud. Vähem kui 200 t reostus Waddeni meres Hollandis hävitas 40 000 merelindu. Nafta rikub kalade maitse, kuid võib hävitada ka kalamarja ja kalamaime, võib põhjustada väärarenguid ja häireid luustiku arengus. Naftareostuse tagajärjel hävib suur osa mere planktonist. Kuid osa baktereid kasutab naftat toiduks ning neid saab kasutada seetõttu naftareostuse tõrjel. Kui merevee temperatuur on pidevalt alla +5ºC, võib merre sattunud naftat pidada " igaveseks saastaks", kuna nafta lagunemine lendumise, oksüdeerumise või muude keemiliste protsesside kaudu on peaaegu olematu.
Keskkond ja toit
Endla Reintam, 2008/2009 57 Tervet maakera puudutavatest probleemidest võib pidada tähtsaimaks rahvastiku kiiret juurdekasvu ning sellega kaasnevat maakera ökoloogiat ähvardavaid muutusi. Keskseimaks probleemiks on tõusnud rahvastiku toiduga kindlustamine. Juba 1994. a. hinnati keskkonnamuutustest tingitud iga-aastaseks viljasaagi kaoks 14 miljonit tonni. "Roheline revolutsioon", kemikaalid, niisutamine ei ole andnud loodetud tulemusi. Kemikaalide kasutamist piiravad nende ohtlikkus ja kallidus. Näit. Mehhikos kaotatakse viirushaiguste tõttu 30...50% kartulisaagist. * Kasvuhooneefekti kahjulikkus avaldub liigse kuumuse ja kuivuse kaudu. * Kõrbestumine ja erosioon laienevad ning igal aastal kaotatakse põllumajandusaladelt ligi 24 miljonit tonni huumust. * Vastavalt FAO arvestustele langes 2000. aastaks isegi 65% looduslike sademetega kastetavatest põllumajandusmaadest ning teisalt langeb igal aastal sooldumise tõttu kasutusest välja 1,5 milj. ha kunstniisutusega aladest. * Maaviljeluse tulemusi halvendavad ka maapinna keemiline saastumine õhust langevate ainetega (CO2, NOx) ning osoonikihi hõrenemine. Toit on kõige keerulisem ja tundmatum osa meie keemilisest keskkonnast. Toidus on identifitseeritud rohkem kui 10 000 mitmesugust ühendit, ainult ligikaudu 50 on neist vajalikud. Eestlane sööb aastas keskmiselt (1990. a.) 890 kg toitu, millest teraviljatooteid 77 kg, puu- ja köögivilja 64 kg, kartuleid 103 kg, piimatooteid 487 kg ja lihatooteid 84 kg. Märgataval osal rahvastikust (isegi 40%) võib mõni toiduaine tekitada haigussümptomeid, osal (8...10%= on toiduallergia . Sel juhul reageerib organismi immuunsuskaitse liiga tugevalt toidus olevale võõrainele ja selle väikesestki kogusest piisab haigustunnuste tekkimiseks (sügelus, nahalööve, astma, hingeldus , kõrvetav valu suus ja turse , iiveldus, kõhulahtisus). Sümptomid ilmnevad tavaliselt ühe tunni jooksul. Näit. hästi tuntud piimasuhkru intolerantsi põhjuseks on soole limaskesta piimasuhkrut lagundava ensüümi puudulikkus. Toiduaine suhtes võib areneda ka sõltuvus, mistõttu vastava aine puudus võib põhjustada võõrutusvaevusi ­ kohvis sisalduv kofeiin, mille võõrutusnähtudeks võivad olla peavalu, ahistus, masendus ja väsimus, nn. kohvi võõrutussündroom. Neil, kes töö juures palju kohvi joovad, võib selline sündroom kujuneda nädalalõppudel, kui kohvi juuakse vähem. Söömishäirete hulka kuuluvale buliimiale (hundiisu) on otsitud seletusi toidu eksorfiinide suhtes kujunenud sõltuvusest. Eksorfiinid on -endorfiini (organismis toodetav morfiiniga sarnaselt mõjuv aine) sarnased ained. Neid tekib ka piima kaseiini või nisu valkaine lagunemisel seedetraktis. Võõrutusvaevused võivad põhjustada pidevat sokolaadi või jäätise söömist. Hiljuti on näidatud, et kala maksa rasvhapped pikendavad raseduse kestust n-3 tüüpi prostaglandiinide toimel. N-3 rasvhapped st. kalatoit aitab ära hoida veresoonte seinte vigastuste ning trombide tekkimist. Paljudes taimedes on leitud aineid, mille toime sarnaneb naissuguhormoonide, östrogeenide omaga . Taimseid östrogeene leidub 300-s söödavas taimes . Need östrogeenid võivad toimida hormoonina või ka naissuguhormoonide vastumõjuritena. Näit. ristikhein põhjustab koduloomade viljatust. Inimestel võivad taimsed östrogeenid talitleda organismis antiöstrogeenidena ning vähendavad rinna- ja eesnäärmevähiriski. Näit. taimede flavonoidid reguleerivad juurebakterite tegevust, kuid koos sobivate taimeosadega organismi pääsedes takistavad naissuguhormooni östrogeeni tekkimist. Paljudes epidemioloogilistes uurimustes on märgatud, et rohkesti köögivilja ja kiudaineid sisaldava toiduga kaasneb madal vähirisk. Toidust on leitud mitmeid ühendeid, mis testides on osutunud antikantserogeenseteks. Tuntuimad toidu kemopreventiivsed ühendid on antioksüdandid -karoteen, A- vitamiin , askorbiinhape (C-vitamiin), -tokoferool (E-vitamiin), Se, kiudained, Ca ja D-vitamiin. Eriti palju neid ühendeid on kaunviljades (eriti sojas), kapsas , porgandis, linaseemnetes ja tsitrusviljades. Põllumajanduses kasutatavad tõrjeained põhjustavad Maailma Tervishoiuorganisatsiooni asjatundjate arvates aastas 3 miljonil inimesel tõsise mürgistuse. Neist 220 000 sureb. Enamik mürgistustest leiab aset arengumaades. Eriti ohtlik on 2,3,7,8­TCDD e. dioksiin . Seda on leitud mullast, taimedest, kaladest, loomkudedest, piimast, inimese maksast, neerudest, rasvkoest, verest ja rinnapiimast. Loomkatsete põhjal
Endla Reintam, 2008/2009 58 teatakse, et dioksiin põhjustab pärilikkusaine muutusi e. mutatsioone, kaasasündinud arenguhäireid ja vähki. Dioksiini leidub saastena paljudes kemikaalides. Ta tekib jäätmete hävitamisel (põletamisel).
Keemilised ained toidus
Lisaained - tahtlikult lisatud ained eesmärgiga pidurdada riknemist, parandada toidu välimust, struktuuri, maitset , aroomi või mõnda muud omadust (E-ained). Saasteained - satuvad keskkonda tööstusest ja põllumajandusest ning võivad jõuda toiduainetesse. Tähtsamad nendest on tööstusest pärinevad raskemetallid (elavhõbe ja metüülelavhõbe, kaadmium, plii) ja orgaanilised ühendid (polüklooritud bifenüülid e. PCB, dioksiinid ), põllumajandusest pärinevad pestitsiidide jäägid, väetiste komponendid, karjakasvatusest veterinaarravimite ja kasvustimulaatorite jäägid. Minamata lahe õnnetuses Jaapanis põhjustas kohaliku tehase elavhõbedareostus 400 inimese surma ja paari tuhande inimese ajukahjustuse, sest elanikud sõid saastunud mereande. Põllumajanduses kasutatavad tõrjeained põhjustavad aastas 3 miljonil inimesel tõsise mürgistuse. Neist 220 000 sureb. Eriti ohtlik on 2,3,7,8­TCDD e. dioksiin. Tekib jäätmete hävitamisel (põletamisel) Võõrained - toidu valmistamisel ja säilitamisel moodustuvad või toidu hoidmisel toitu sattuvad ained (polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud suitsutamisest, praadimisest; plii nõudest jm). Rasvaineid ei soovitata kasutada praadimiseks korduvalt ­ tekivad kantserogeensed ühendid. Looduslikud toksiinid - siia kuuluvad esmajoones hallitusseente produtseeritud mükotoksiinid (aflatoksiin jt.), samuti mõnedes taimedes olevad ühendid (flavonoidid, alkaloidid, furaanid) ja vetikate produtseeritud toksiinid. Geneetiliselt muundatud (GM) toiduained - Geenidega manipuleerimise tagajärjel võivad taimes tekkida ettearvamatult uued ained, mis võivad olla toksilised, tekitada allergiat või olla teistmoodi kahjulikud. Enamuse keemiliste ainete sisaldus toidus on reglementeeritud, s.t. neile on kehtestatud lubatud piirsisaldused, mis peaksid kindlustama toidu ohutuse.
Lisaained (E-d) meie toidus Need on keemilised ühendid, mida lisatakse toidusse selle omaduste muutmiseks. Tänapäeval on kasutusel ca 300 nimetust lisaaineid.
Lisaainete abil on võimalik: 1. intensiivistada toote värvust; 2. pikendada säilivust - pidurdada bakterite kasvu; 3. tugevdada maitse- ja lõhnaomadusi; 4. parendada konsistentsi; 5. mõningatel juhtudel säilitada toiduaine raviomadusi. Kõik kasutusloaga lisaained on nende toime põhjal grupeeritud klassidesse. Igale lisaainele on kehtestatud oma kood - täht "E" koos numbriga. Lisaainete põhirühmad on järgmised: toiduvärvid (E 100 - E 199); säilitusained (E 200 - E 299); antioksüdandid (E 300 - E 399); emulgaatorid, stabilisaatorid (E 400- 499) muud (E500-E1500) - happed , alused ja nende soolad , aroomained , aroomi- ja maitsetugevdajad, magusained , paksendajad, zeleerivad ained, vahutekitajad, pakendamisgaasid jne Mõnedel lisaainetel nagu näiteks looduslikud ja sünteetilised aroomained, sh suitsuaroomid, aga ka hiniin, kofeiin jpt. oma E-kood puudub. Lisaained ja ülitundlikkus Arvatakse, et lisaained põhjustavad allergilisi nähtusid vaid 0,01% täiskasvanuil ja 0,23% lastel. Atsetüülsalitsüülhapet sisaldava ravimi suhtes ( aspiriin , reopüriin jt.) ülitundlikud inimesed võivad reageerida ka mõningatele toiduainetes kasutatavatele lisaainetele (bensoe- ja sorbiinhape , nende soolad).
Endla Reintam, 2008/2009 59 Sageli lisandub atsetüülsalitsüülhappe ülitundlikkusele ka tundlikkus sünteetiliste asovärvide suhtes (tartrasiin, paraoranz, briljantmust , amarant jt.), mis avaldub nõgestõve, hingamishäirete vm. vaevustena.
Loodusvarad Mis on loodusvarad? Kogu inimese tootmistegevus rajaneb loodusvarade kasutamisel. Loodusvarade all mõeldakse üldiselt nii otse loodusest võetavat (vesi, õhk, taimsed ja loomsed saadused ning kaevandatavad maavarad) kui ka põllukultuure. Praegusel ajal kätkeb mõiste endas ka looduse mitmekesisust ja looduse poolt pakutavat silmailu. Suurema osa loodusvarade (energia, tänapäevased põllukultuurid) kasutamine eeldab nii majandustegevuse kui ka vaimsete väärtuste arengut.
Loodusvarade liigitus Laias mastaabis jaotatakse kõik loodusvarad : taastuvad ja taastumatud. I Ärakasutamatud. A. Muutumatud. Nende hulk ja kvaliteet ei muutu eriti inimtegevuse tagajärjel. 1. Aatomienergia ­ suurel hulgal kasutatavaid materjale leidub graniitsetes kivimites. 2. Tuuleenergia ­ tekitatud kliimatingimuste muutustest. 3. Sademed ­ piiramatu reserv. Tõenäoline on aga, et inimene muudab tulevikus nende iseloomu ja langemiskohti. Sademeid põhjustavad ilmastikunähtused. 4. Tõusude ja mõõnade energia ­ päikese, kuu ja maa tegevuse tagajärg. B. Võivad väheneda valel kasutamisel. Neid ei ohusta täielik ärakasutamine, kuid vale kasutamine põhjustab nende kvaliteedi halvenemist. 1. Päikeseenergia ­ üldine maapinnani jõudev kogus väheneb inimese poolt põhjustatud reostuse tagajärjel. 2. Atmosfäär ­ on ühine kogu maakeral. Reostus tahma , heitgaaside, radioaktiivse tolmu jm. mõjul. 3. Ookeanide vesi, jõed, järved ­ tänapäeval reostunud inimtegevuse tagajärjel suuremal või vähemal määral. 4. Vee energia ­ vooluhulkade vähenemine, tammide ja paisude ehitamine. 5. Vaade, maastik ­ esteetilised väärtused hävivad inimtegevuse mõjul. II Ära kasutatavad A. Hoitavad, kaitstavad. Need ressursid, mille hulk sõltub inimese (võimest) võimalusest neid kaitsta. 1. Taastuvad ­ Elavad (biootilised või dünaamilised ressursid, nende taastumine sõltub inimese oskusest nende varusid kasutada ja planeerida . Nende vale kasutamine viib nende hävimisele või kvaliteedi halvenemisele. Tagajärjeks negatiivsed, sotsio -ökonoomilised mõjud inimesele. a) Vesi ­ jõgedes, järvedes, põhjavesi. b) Mullaviljakus ­ mulla võime toota taimset massi, mida inimene soovib. Mullaviljakuse taastamine nõuab palju aega ja energiat. c) Maa produktsioon ­ mullal kasvavad taimed, ressursid. 1) põllumajandustoodang ­ puuviljad , vili, lina jne. 2) metsad ­ puidu ja tselluloosi allikad 3) koduloomad ­ liha, piim, vill, nahk jne. 4) metsloomad ­ hirved, põdrad, hundid, salamandrid jne. d) Ookeanide produktsioon ­ kalad, loomad, molluskid jne. e) Inimressursid ­ füüsilised ja vaimsed 2. Taastumatud a) Metsikute loomade ja taimede liigid b) Puutumatu loodus ­ algset seisu pole võimalik taastada. B. Mittehoitavad. Kasulikud maavarad, nende üldine kogus väheneb. Vaadeldakse kui taastumatuid loodusvarasid. Hävitatutena ja ära kasutatutena ei saa neid uuesti tekkida. 1. Mitmekordselt kasutatavad ­ mineraalid, millede kasutamine mõjutab vähe nende varusid. On võimalik korduvalt kasutada.
Endla Reintam, 2008/2009 60 a) vääriskivid ­ rubiinid, opaal . mäekristall jne. b) metallid, mida saab korduvalt kasutada ­ kuld, plaatina , hõbe, osa rauda ja alumiiniumi. 2. Ei saa korduvalt kasutada ­ suure kasutusalaga või täielikult ära kasutatavad mineraalid (see on vältimatu). a) kütteained ­ nafta, gaas , süsi ­ nende põletamisel tekivad gaasid, soojus ja vesi. b) suurem osa mittemetallilisi mineraale ­ kvartsiliiv, kips, sool jt. c) metallid, mille kasutamine viib nende varude hävimiseni ­ plii kõrgeoktaanilistes bensiinides, värvides, tsink tsingitud rauas , floor hambapastas , raud konservikarpides, alumiinium tetrapakkides jne. See on üks paljudest loodusvarade klassifikatsioonidest.
Maa taastumatud loodusvarad on tekkinud Maa pikaajalise arengu jooksul. Näit. naftat moodustub põhimõtteliselt kogu aeg, aga nii aeglaselt, et see ei kata inimese tarbimisvajadust. Maakera praeguste varude tekkeks on kulunud miljoneid aastaid, kuid need saavad ammendatud arvatavasti selle aastatuhande esimese sajandi lõpuks, seega vaid 200 aastat pärast esimese puuraugu rajamist Pennsylvania õliallikatel Ameerikas. Ehkki uurimiste edenedes leitakse uusi mineraalseid jt. loodusvarasid, mille kasutusviisid võivad olla säästlikumad, ei tule neid kogu maailma ulatuses siiski enam juurde. Taastumatud loodusvarud muutuvad tarbimisel kasutuskõlbmatuks ja jäävad inimesele tüliks, näit. jäätmetena. Kõige suuremat osa taastumatutest jõuvarudest saabki kasutada seetõttu vaid korra. Paljud looduslikud metallid seevastu kõlbavad ka korduvkasutuseks, kuid igal töötlusel läheb osa materjali kaduma. Praeguste kuluarvestuste kohaselt hävib igas kasutusringis umbes 20% metalli. Loodusressursid võib jaotada ka nende esinemispaiga järgi: õhu-, vee-, mulla- ja aluspõhja varad . Sageli jaotatakse neid kasutusviisi (n. toiduained ja jõuvarud), tootmistegevuse (põllum. toodetud hüved) või tootmisastme järgi (põhi e. primaarselt toodetud hüved ja töödeldud e. sekundaarselt toodetud hüved). Leviku ulatusest tulenevalt võime rääkida kohalikest ja piirkondlikest loodusvaradest, samuti erineva päritoluga varadest, nagu näiteks elus- (orgaanilised) ja eluta looduse (anorgaanilised) varad. Majanduslikult jaotatakse põhivarad väärtusteks, mida saab omada ja müüa ning väärtusteks, mis ei saa olla eraomandiks ja millel ei ole rahalist väärtust (näit. looduse ilu). Eri jaotusi saab ühendada vastavalt kasutamise otstarbele.
Maavarad
Maavaradeks nimetatakse looduslikke, oma keemiliselt koostiselt ja ehituselt maakoorde kuuluvaid aineid, millel harilikult on just igale neist iseloomulik kristaljas ehitus. Metallilised maavarad on näiteks raud, vask, alumiinium. Mittemetalliliste mineraalide hulka kuuluvad. sool, fosfaadid ja lubjakivi . Ka maakoore kivimiliigid ja nn. fossiilsed kütteained (kivisüsi, põlevkivi) on moodustunud erinevatest mineraalidest, sest muutused maakoores jätkuvad. Kivimeid sünnib kogu aeg juurde, samas ka vanad hävivad, murenevad või liiguvad erinevates protsesside tõttu ühest kohast teise. Väheseid erandeid arvestamata on praegu kasutatavad mineraalivarud tekkinud kümneid ja sadu miljoneid aastaid tagasi. Erinevates geoloogilistes protsessides tekkisid paiksed rikastumise kohad, maardlad, mida nende suure mineraalisisalduse tõttu kasutatakse edasiseks rikastamiseks. Metallide tootmisel rikastamiseks võetavat mineraali nimetatakse maagiks. Maailmas tuntakse üle 2000 mineraali ja uusi tekib aina juurde. Neist umbes 100 on majandusliku tähtsusega. Mineraalid kuuluvad taastumatute loodusvarade hulka. Piiratud koguse tõttu on paljudest metallidest juba praegu puudus. Kasutatava mineraalivaru kogus ei iseloomusta tavaliselt selle tõelist hulka, vaid pigem inimese tehnilisi ja majanduslikke võimalusi selle kättesaamiseks. Prognooside kohaselt näit. 1974. a. tuntud ja praeguseni kasutatavate varude järgi jätkub vaske veel ainult 56 aastaks ja kulda 30 aastaks. Kui arvesse võtta ka mitte päris kindlad ja korralikult uurimata varud, siis pikeneb mõlema mineraali kasutamis - ja ammendumisaeg tuhande aastani, vase puhul isegi miljoni aastani (joon).
Endla Reintam, 2008/2009 61 Paljude mineraalide varud (nende tuntud suurused) muutuvad kogu aeg vastavalt uutele leidudele ja tarbimise määrale. Kui maardla on väike ja nõudmine suureneb, tõusevad ka hinnad ja laieneb nii vaesemate maardlate kasutamine kui ka uute leiukohtade otsimine. Maailmaturu hinnad sõltuvad mineraali varudest (nii praegu kasutusel olevatest kui ka võimalikest) ja kasutamise eesmärgist.
Keskkonnaseire
Keskkonnaseire (monitooring) on keskkonna seisundi ja seda mõjutavate tegurite järjepidev jälgimine, mille eesmärk on prognoosida keskkonnaseisundit ja saada lähteandmeid programmidele, planeeringutele ja arengukavadele. Eesti riikliku keskkonnaseire programmi ( ERKP ) peamine eesmärk on jälgida kauakestvaid ja ulatuslikke keskkonnamuutusi ning nende alusel välja selgitada probleemid, mille lahendamine nõuab kiirete abinõude rakendamist või edaspidist täiendavat uurimist. Keskkonnaseire on läbi aastate ulatuv tegevus, mille eesmärk on tagada pikaajalised kõrge kvaliteediga andmeread. Andmete kogumisel tuleb tagada nende säilimine ja pidevus, kuid samal ajal peab keskkonnaseire süsteem olema paindlik, arenedes edasi koos teadmiste kasvuga. Et vastu võtta strateegilisi otsuseid, tuleb peale keskkonnaseire, mis annab teavet keskkonna olukorrast, toetuda veel uurimistööle, mis annab teavet keskkonnataluvuse ­ kriitiliste koormuste ja kriitilise taseme ­ kohta. ERKP on peamiselt suunatud keskkonnaohu (kliimamuutused, hapestumine, eutrofeerumine, toidu saastumine, liigirikkuse kaudu jne.) avastamisele, lisaks uuritakse näiteks välismõjusid inimese tervisele.
Keskkonnaekspertiis ja keskkonnaaudit
Inimene mõjutab oma tegevusega ümbritsevat keskkonda ja keskkond mõjutab inimest. Keskkonnaekspertiis uurib nimetatud kahesuunalise mõju tegureid, olulisust ja ulatust, lähtudes inimese tervisest, puhtama elukeskkonna saavutamisest ning liigirikkuse ja ökosüsteemi enesetaastootmise võime säilitamisest. Keskkonnaekspertiis on kavandatava tegevuse, nagu projekti, programmi, planeeringu keskkonnakaitse nõuetele ja säästva arengu põhiseisukohtadele vastavuse kohustuslik hindamine optimaalse lahendusvariandi leidmise huvides. Keskkonnaekspertiis on protsess, mille kaudu selgitatakse inimtegevusega kaasnevaid keskkonnamõjutusi, mis tõenäoliselt (senistele teadmistele tuginedes) mõjutavad keskkonda, sealjuures inimest, oluliselt. Keskkonnaekspertiis selgitab välja, kirjeldab ja hindab kavandatava või käimasoleva tegevuse otseseid või kaudseid mõjusid järgmistele objektidele: 1) inimesele, faunale või floorale 2) mullale, veele , õhule, kliimale ja maastikule 3) mineraalsetele väärtustele ja kultuuripärandile. Keskkonnaekspertiis on osa otsusetegemise protsessist, mis eelneb tegevusloa (looduskasutus- v. tootmislubade) andmisele füüsilisele ja juriidilisele isikule. Keskkonnaaudit on tegutseva ettevõtluse keskkonnaalase juhtimise ja tegevuse vastavuse hindamine keskkonnakaitse nõuetele, heale keskkonnapraktikale ja säästva arengu põhiseisukohtadele. Keskkonnaaudit on kohustuslik ainult seadusega /näit. Jäätmeseadusega) sätestatud juhtudel.
Eesti keskkonnastrateegia
Keskkonnastrateegia on alusdokument, mis määrab ära looduskasutuse ja keskkonnakaitse arengusuunad uues majandusolukorras, arvestades integreerumist Euroopa Liitu. Strateegia on sisuliselt juhend, kuidas säästva arengu seadust maksma panna. Strateegia võtmesõna on haridus .
Endla Reintam, 2008/2009 62 Keskkonnastrateegia põhieesmärgiks on tagada inimesi rahuldav tervislik keskkond ja majanduse arenguks vajalikud ressursid loodust oluliselt kahjustamata, maastikke ja elustikke säilitades ning majanduse arengutaset arvestades. Keskkonnastrateegia põhiprintsiipe: 1) parem ära hoida kui parandada 2) keskkonnamõjud tuleb kõne alla võtta võimalikult varases otsustamisjärgus 3) printsiip: saastaja /tarbija maksab, mis tähendab, et kõik keskkonnakahjude ennetamise ja heastamise kulud kajastuvad toote hinnas ning seega maksab need lõpuks kinni tarbija 4) et keskkonnakaitse peab olema iga inimese hool, siis on oluline rahva haritus 5) keskkonna-abinõusid tuleb rakendada kõige sobivamal tasemel, arvestades reostuse liiki ning selle vältimise (piiramise) meetmeid 6) looduskasutust, mis oluliselt kahjustab ökoloogilist tasakaalu tuleb vältida 7) keskkonnanõuded tuleb lülitada teiste eluvaldkondade ja majandussektorite arengustrateegiatesse 8) mõjutada kogu majanduse arengut keskkonda säästvas suunas, kusjuures eesmärk on rahuldada praeguse põlvkonna vajadused tulevaste põlvkondade huve kahjustamata.
Keskkonnastrateegias tuuakse ära Eesti olulisimad keskkonnaprobleemid: 1) välisõhu saastamine ja linnade õhu saastatus , mis kahjustab inimese tervist, ökosüsteeme ja ehitisi ; 2) tööstus-, põllumajandus- ning sõjaväeobjektide jääkreostus, mis ohustab põhja- ja pinnavett ; rikutud maastikud ; 3) põhjaveevarude vähenemine ja vee kvaliteedi halvenemine; 4) keskkonna saastatus prügiga, prügilate laienemine, jäätmekäitluse (sealhulgas ohtlike jäätmete käitluse) korrastamatus; 5) elustiku ja maastiku mitmekesisuse, sealhulgas ökovõrgustiku, kaitsealade, liikide ja ühisobjektide ohustatus, tulenevalt majandustegevusest ja omandireformi muutustest; 6) tehiskeskkonna sobimatus säästva arengu ja tervisekaitse põhimõtetega.
Keskkonnaprobleemide peamiste põhjustena tuuakse esile: 1) toorme- ja heitmemahukas vananenud tehnoloogia; 2) vähene keskkonnateadlikkus; 3) keskkonna-alase tehnilise infrastruktuuri mahajäämus ning 4) rahapuudus ja keskkonnakorralduse nõrgad toimemehhanismid.
Keskkonnaalastest eesmärkidest on tähtsamad: 1) rahva keskkonnateadlikkuse tõstmine ja 2) keskkonnahoidliku tehnoloogia laialdane kasutuselevõtmine. Eritähelepanu vajab globaalsete ja lokaalsete probleemide suurim põhjustaja ­ energia tootmisest lähtuv keskkonnasaaste .
Tervisliku elukeskkonna tagamiseks tuleb: 1) hoolitseda õhu puhtuse eest; 2) korrastada jäätmemajandus; 3) vähendada jääkreostust; 4) kasutada otstarbekalt põhjaveevarusid; 5) kaitsta pinnaveekogusid ja rannikumerd; 6) säilitada maastikku ja elustikku; 7) muuta tehiskeskkond inimsõbralikumaks.
Keskkonnastrateegia rakendamine tähendab, et 1) taastatakse ja säilitatakse Eestile omane keskkonnahoidlik looduskasutus ja seda tagav elu- ja kultuurikeskkond; 2) loodusvarasid kasutatakse säästvalt;
Endla Reintam, 2008/2009 63 3) säilitatakse elustiku ja maastike mitmekesisus; 4) varade erastamisel ja maareformi läbiviimisel arvestatakse loodushoiu nõudeid; 5) avalikustatakse andmed keskkonnaseisundi kohta, samuti igasugused loodust ja keskkonda puudutavad otsused, projektid ja tööd; 6) välditakse keskkonnakahjusid; 7) keskkonnaprobleemidele püütakse leida lahendus võimalikult tekkekolde lähedal.
Säästev e. jätkusuuteline areng
Säästev e. jätkusuuteline areng ­ looduskeskkonna ja loodusvarade säästlik kasutamine, mille eesmärgiks on tagada inimesi rahuldav elukeskkond ja majanduse arenguks vajalikud ressursid looduskeskkonda oluliselt kahjustamata ning looduslikku mitmekesisust säilitades. Säästva arengu kontseptsiooni väljakujunemine: 1) 1983. aastal moodustati ÜRO juures Keskkonna ja Arengu Maailmakomisjon eesmärgiga a) koostada keskkonnastrateegia, mis tagaks säästva arengu aastani 2000 ja pärast sajandivahetust; b) kaasata rahvusvahelist üldsust keskkonnaküsimuste lahendamisse; c) püüda kindlaks teha kaugemas tulevikus tekkida võivaid keskkonnaprobleeme ning leida võimalikke tegevuskavasid nende lahendamiseks. 2) mitmeaastase töö tulemusena valmis (esialgne) säästva arengu kontseptsioon (Agenda 21). 3) ÜRO Keskkonna- ja Arengukonverentsil Rio de Janeiros 1992. aasta juunis otsustasid maailma 178 riigi juhid aktsepteerida seda tegevuskavana majandus- ja keskkonnapoliitika kujunemisel 21. sajandisse jõudmiseks.
Otsuse vastuvõtmist mõjutasid: * taastumatute loodusvarade (fossiilsed kütused, maagid ) raiskamine; * taastuvate loodusvarade (mets, põllumaa) ületarbimine; * pinnase, vee ja õhu reostumine; * bioloogilise mitmekesisuse vähenemine, taime ja loomaliikide väljasuremine, ökosüsteemide lõhkumine.
Saastumine
Saastumine ­ reostumine, mis tahes tahke, vedela või gaasilise aine, energia (soojus-, heli-, radioaktiivse energia) või mikroobide inimese põhjustatud sattumine keskkonda (õhku, vette, mulda), toiduaineisse või organismidesse hulgal, mis ületab nende pikaajalise keskmise loodusliku sisalduse. Saastamine kaasneb inimtegevusega ja selle tagajärjed ( saastus , reostus) tekitavad loomulikus aineringes hälbeid. vee saastamist nimetatakse eelistavalt reostamiseks. Saasteaine ­ reoaine, pollutant, soovimatu tahke, vedel või gaasiline aine vees, õhus, mullas, toiduaineis vm. Õhusaasteained on ained, mida olulises (või tavalisest suuremas) kontsentratsioonis õhkkonnas püsivalt ei leidu ja mis kahjustavad inimest või muid organisme. Saasteaineid on väga mitmesuguseid, u. 200 kohta on kehtestatud piirkontsentratsioonid (LPK). Tähtsaimad gaasilised saasteained on SO2, NO, NO2, CO, HF, NH3, H2S, O3 ja süsivesinikud, tahked saasteained on nt. tolm, tuhk ja metallide hapendid. Enamiku neist satub atmosfääri ka looduslikest allikaist, kuid tööstusliku tootmise ja liikluse tagajärjel on neid linnade õhus rohkem kui mujal. Saastekoormus ­ heitmetega (sh. radioaktiivsete ainetega) mingi ajavahemiku kestel looduskeskkonda sattuvate ja selle omadusi rikkuvate ainete hulk. Saastumus ­ saastatus, keskkonna, eriti õhkkeskkonna seisund, õhu kogusaastatuse aste. Saastumust ei saa kvantitatiivselt üheselt iseloomustada. Õhu läbipaistvus ja nähtavus näitavad küll tema aerosoolisisaldust, kuid peale saasteainete mõjutab optilisi näite oluliselt atmosfääris sisalduv vesi. Praktikas kasutatavad gaasiliste saasteainete sisalduse summad väljendavad (ligikaudselt) tähtsaimate saasteainete koosmõju. Saastumust suurendavad ka mittetoksilised, kuid ebameeldivalt lõhnavad ained. Reostus ­ reostatus, vee saastatus (saastamine), loodusliku veereziimi või vee kvaliteedi rikutus. Kui vette on lastud orgaanilisi või anorgaanilisi aineid või vee temp. on muudetud, võib ta osutuda mõneks
Endla Reintam, 2008/2009 64 otstarbeks kõlbmatuks. Vett reostavad nt. olme- ja tootmisreovesi, õhusaastet sisaldav sademevesi , naftasaadused, taimekaitsevahendid ja väetised. Eristatakse koldelist, nt. asulais, tootmisettevõtteis ja farmides moodustuvat punktreostust, ja suuri alasid hõlmavat hajureostust, mida põhjustavad põllul, aias ja metsas kasutatavad väetised ja mürkkemikaalid, õhusaaste jms. Reostus põhjustab veeasukate elutingimuste halvenemist, sest O2 hulk väheneb. Kui vee O2-sisaldus langeb alla 5 mg/l pagevad vääriskalad (lõhe, forell ), 2 mg/l piiril kaovad kõik kalad ja keskkond hakkab muutuma anaeroobseks. Väetusained põhjustavad veekogude eutrofeerumist. Reostunud vee puhastamine tarbeveeks on kulukas, kestva reostuse puhul võib vesi muutuda kõlbmatuks paljudeks otstarveteks. Veereostust mõõdetakse kahjulike ainete kontsentratsiooni (mg/l) või orgaanilise aine lagundamiseks kuluva hapniku kadu ­ hapnikutarve ­ BHT. Reostuskoormus ­ reostava aine hulk vees, avaldub ainekontsentratsiooni ja reoveehulga korrutisena. Reostuskoormuse määramiseks mõõdetakse ööpäevas vette lisanduvat ainehulka (nt. N-hulka kg-des). Reostuskoormust võib väljendada ka inimekvivalentides st. ühe inimese tekitatud keskmine reostus ööpäevas. Hindamise alus on harilikult bioloogiline hapnikutarve; 1 ie=54 BHT5/d e. üks inimene põhjustab täieliku hapnikutarbe (BHTt) 75 g/d ning annab ööpäevas reovette keskm. 0,7 g P ja 12 g N. Inimekvivalenti kasutatakse reostuskoormuste võrdlemiseks. Saaste puhul eristatakse saastumist võõraste ainetega ja degradatsiooni. Saasteaine võib olla väärtuslikuks ressursiks, kuid vales kohas asudes saab temast reostaja (nafta tsisternis on väärtuslik ressurss, nafta jões on kahjulik saastaja). Füüsilise faasi järgi jagatakse saasteained: vedelad, tahked, tolmjad, tahmad, gaasilised. Siinjuures tahmad, aurud ja tolm ühendatakse mõiste alla aerosoolsed saastajad, aga kõik mis heidetakse välja korstnatest ja ventilatsiooniaparaatidest nimet. aerosool-gaasilised jäätmed. Toksilisuse järgi jaotatakse saasteained: väga toksilised (kontsentreeritud hape , osoon ), keskmise toksilisusega (SO, nafta), vähetoksilised (DDT) ja mittetoksilised (toidujäätmed). Kirjandusest leiame ka mõiste agressiivsed saastajad. Siin peetakse silmas nende hävitavat mõju metallidele, ehitistele, aga ka kahjulikku mõju silmadele, ninale. Paljud saastajad mõjutavad ehitisi, lagundavad marmorit , tsementi (happed), teid jne. Keskkonnas püsivuse ja vastupidavuse järgi jaotatakse saasteained vastupidavad v. püsivad (DDT, org. üh. keedusool ), keskmiselt püsivad (nafta), vähepüsivad (toidurasvad, klorofoss), püsimatud, vastupidamatud (süsivesikud, valgud ). Kõige ohtlikumateks on saasteained kus püsivus on ühendatud toksilisusega (radioaktiivsed jäägid, kroomi ühendid). Vastupidavatel ainetel on omadus akumuleeruda taimedes ja loomades, liikudes ühelt troofiliselt tasemelt teisele mööda toiduahelat, kusjuures igal sellisel ülekandel suureneb aine kontsentratsioon 10 korda ja rohkem. Seepärast on püsivate ühendite puhul määratud kindlaks nende lubatud piirkontsentratsioon e. LPK, LPH ­ lubatud piirheide. LPK ­ lubatud piirkontsentratsioon ­ vees, õhus, mullas või toiduaineis sisalduva aine riiklikult normitud või rahvusvaheliste lepetega sätestatud kontsentratsioon, mille ületamise korral vesi, õhk, muld või toiduaine loetakse saastatuks (reostatuks). Veekogudes oleneb LPK sellest, milleks vett kasutatakse (olme, kalamajandus). LPH ­ lubatud piirheide ­ heitveega veekogusse või juhtmesse lastava ainehulga normatiividega või rahvusvaheliste lepetega seatud ülempiir. LPH kindlaksmääramisel arvestatakse veekasutuskohas lubatud piirkontsentratsiooni ja veekogu isepuhastumisvõimet. Saastatust peetakse inimtekkeliseks, kuid sellegi poolest leidub ka looduslikke saastajaid. Näit. sügisel täitub tiik või järv puulehtedega. Lehtede lagunemisel tekkivad aktiivsed huumushapped, mille tulemusena väheneb veekogu hapnikusisaldus ja osa veeelustikust hävib. Siin saab eristada veel esmast reostumist ja teisest. Antud näite puhul on puulehed esmasteks ja nende lagusaadused teiseseks reostuseks. N: veekogude reostumine väetistega on esmane, kuid selle tagajärjel vohama hakanud vetikad, teisene. Degradatsioon ­ mullateaduses laiemas tähenduses mulla viljakuse vähenemine orgaanilise ja mineraalosa muundumise ning mõningate ainete eemaldamise tagajärjel. Kitsamas tähenduses viljaka mulla kahjustamine või hävitamine tööstus-, tsiviil-, tee või sideehitusega (ehitusdegradatsioon), olmega (olmedegradatsioon), masinatega ( masindegradatsioon ), ebaõige väetamisega ja mürkainete kasutamisega (keemiline degradatsioon).
Endla Reintam, 2008/2009 65 Maapinna hävimine võib toimuda nii looduslikul kui inimtekkelistel põhjustel. Looduslikud: maavärin, vulkaanipurse , tormid, üleujutused). Tänapäeval toimub suur osa maade hävingust siiski inimese mõjul. Metsade maharaie ­ vähenevad liigid, elupaigad , produktsioon, maapind jääb avatuks tuultele ja vihmale, mille tagajärjel mudavoolud, mullatormid. Saasteallikad jagatakse: paikseteks (punktreostus) ja liikuvateks (hajureostus). Saasteallikad võib jagada ka põllumajanduslikeks ja mittepõllumajanduslikeks, kuna põllumajanduses kasutatakse paljusid keskkonda reostavaid ja maapinda degradeerivaid tehnoloogiaid.
Õhusaastel Põllumajanduslikud Mittepõllumajanduslikud 1. Kemikaalide kasutamine 1. Autode heitgaasid 2. Ebameeldiv lõhn 2. SO2 olmes ja tööstuses 3. Tootmisjäägid 3. Fluoriidid 4. Tolm (põllu harimisel) 4. NOx (oranzid, punased g.) 5. Õietolm 5. Kloriidid (veepuhastuses) 6. Raskmetallid 7. Tolm, põlemisjäägid 8. Aerosoolid Saasteallikad, mis on pärit linnast võivad üle minna maale ja vastupidi.
Veereostusel 1. Töötleva tööstuse jäägid 1. Tööstuse heitveed 2. Talud , farmid (pesu) 2. Olmereoveed 3. Väetised 4. Erosioon Kõik, mis saastab õhku võib sealt sattuda ka vette ja mulda.
Mullasaastel 1. Keemilised elemendid (pestitsiidid) 1. Teede ja majade ehitamine 2. Väetised 2. Jäätmed (prügimäed) 3. Muldade sooldumine 3. Kõik, mis tuleb üle õhust ja veest
Jäätmed Heitmed on käesoleval ajal majanduslike kaalutluste, tootmis-võimsuste või tehnoloogiliste lahenduste puudumise tõttu mittekasutatavad looduskeskkonda suunatavad jäätmed. Püsijäätmed on jäätmed, milles ei toimu olulisi füüsikalisi, keemilisi või bioloogilisi muutusi. Püsijäätmed ei lahustu, põle ning ei reageeri teisiti füüsikaliselt või keemiliselt, ega lagune bioloogiliselt või mõjuta kahjulikult muid nendega kokkupuutesse sattuvaid aineid nii, et see põhjustaks keskkonna reostust või ohtu inimese tervisele. Jäätmete üldleostuvus ja reoainete sisaldus ning nõrgvee ökotoksilisus peavad olema tähtsusetud ja eelkõige ei tohi need kahjustada pinnavee ja põhjavee kvaliteeti. Jäätmed on mis tahes vallasasjad, mille nende valdaja on kasutusest kõrvaldanud, või kavatseb seda teha või on kohustatud seda tegema. Jäätmekäitlus on jäätmete kogumine, vedu, taaskasutamine ja kõrvaldamine. Ohtlikud jäätmed (vedelad, tahked, mudataolised, konteinerisse suletud gaasid) on oma omadustelt (keemiline aktiivsus; toksilisus; plahvatusoht -isesüttivus; korrosiivsus) inimesele ja keskkonnale kahjulikud ja nõuavad erikäitlust. Kodusest majapidamisest kuuluvad siia eelkõige patareid , vananenud ravimid , värvid, lakid . Olmejäätmed on inimeste elutegevuses või elukorralduses oma tarbimisomadused kaotanud esemed, ained või nende jäägid. Kõik koduses majapidamises tekkivad jäätmed, kaasa arvatud ohtlikud jäätmed. Teisene toore, paralleelselt sellega kasutatakse terminit kasusjäätmed, on toodangu valmistamiseks, töö tegemiseks või energia saamiseks kasutatavad jäätmed. Siia alla kuulub: paber ja papp; klaas; värvilised
Endla Reintam, 2008/2009 66 metallid; vanaraud; olmeseadmed-koduelektroonika; tekstiil ; puidujäätmed; puitmööbel; ehituspraht; vanad autod; kasut rehvid ; ohtlikud jäätmed; plast. Tööstusjäätmed on toodangu valmimisel või töö tegemisel tekkinud jäägid, mis oma tekkekohas või antud tehnoloogilises protsessis kaotanud oma algsed tarbimisomadused. Jäätmeseadus sätestab üldnõuded jäätmete tekke ning neist tuleneva tervise- ja keskkonnaohu vältimiseks ning jäätmehoolduse korralduse jäätmete ohtlikkuse ja koguse vähendamiseks, samuti vastutuse kehtestatud nõuete rikkumise korral. Olmejäätmete kasv on seotud nii rahvastiku kasvu kui ka inimese harjumuste muutumisest. Üha rohkem kasutatakse ühekordseid pakendeid. Tänapäeval tuleb tööstusriikides üle 1,6 kg tahkeid jäätmeid päevas, mille äraveoks on USA-s vaja 63 000 prügiveoautot. Aastane prügikogus moodustab 140 milj. t. Linnas jagunevad olmejäätmed: paber 41%, toidujäätmed 21%, klaas 12%, raud ja teised metallid 10%, plastmass 5%, puit 5%, kumm, nahk 3%, tekstiil 2%, alumiinium 1%, teised materjalid 0,3%. Prügi äraveo ja ladustamise peab korraldama asulates või suuremates punktides kohalik omavalitsus , muidu jäätmete valdaja. Kuni 1960. a.-teni enamus jäätmeid põletati avatud prügilates, kuid sellega kaasnes ressursside raiskamine ja õhureostus ( tahm , gaasid, hais ). Kuigi nii oli võimalik pikendada prügila eluiga. Lisaks on avatud prügilad paljunemislavaks hiirtele, kärbestele jne. Oli ka ahjusid kuid ilma puhastusseadmeteta. Rahva nõudmisel ja keskkonnakaitse seaduse kohaselt likvideeriti põlevad prügimäed ja sellised ahjud 1960­70. a-teks. Kõige sagedamini kasutatakse jäätmete matmist ( hauad ). Sellisel juhul prügi lihtsalt kallatakse maa peale ja kaetakse pinnasega. Sellisel juhul on võimalik vältida õhureostust, kuid kaasneb probleem veega, sest ei või täpselt teada, milliseid aineid prügi lagunemisel vabaneb. Taolistel puhkudel kasutatakse prügilatena iga looduslikku süvendit (ovraagid, karjäärid, nõod). Jäätmeid pannakse sinna ilma igasuguste ettevalmistusteta keskkonnakaitseks. Probleemid, mis kaasnevad jäätmete matmisega: 1. ainete väljauhtumine ja põhjavee reostus ­ eriti mürgised filtraadid 2. metaani moodustumine ­ anaeroobse lagunemise tagajärjel, liigub pinnases, võib koguneda keldritesse. 3. maapinna kadu, degradatsioon Eestis on praegu üks euronõuetele vastav prügila Harjumaal (avati 2000. a. lõpus), kuid see seisab tööpuuduses. Ladustamine on ca 2 korda kallim praegu veel avatud teistest prügilatest. Lahendused 1. Taaskasutus ­ klaas, paber, alumiiniumpurgid, juba kasutatakse Probleemid: kas sorteerida kodus või tehases standardite puudumine, mis täpselt kuhu ümbertöötlemine ­ peavad eksisteerima firmad, enamasti riik maksab turg ­ ettevõtted, mis kasutaksid teisest tooret riigi ja erasektori vastuolud ­ riik kogub kuid ei töötle tootjate huvitatus ­ tootjad tahavad puhast tooret peidetud väljaminekud ­ riik toetab, inimene ei tea palju tegelikult maksab Lahendus: riigi ja ärisektori koostöö, kokkulepe firmadega . sorteerimine nii kodus kui ka tehases uuesti kasutusele teisese toormena vanapaber: paber, võib ka jahvatada ja kasutada kui isoleermaterjali või väga peenelt kompostida . klaas: purustatakse, sulatatakse ­ uus taara või kasut. killustiku asemel betoonides ja asfaldis. plastmass: ümbertöötlemisel sünteetiline puit, kaitserinnatised, käsipuud. metallid: sulatatakse kummid: sulatatakse.
Keskkonnakaitse Keskkonnakaitse ­ rahvusvahelised, riiklikud, poliitilis-administratiivsed abinõud inimese elukeskkonna saastamise vähendamiseks ja vältimiseks ning loodusobjektide (kooslused, kaitsealad ) säilitamiseks, tänapäeva looduskaitse olulisim valdkond.
Endla Reintam, 2008/2009 67 Oleluskeskkonna ja loodusvarade järgi eristatakse õhkkonna, pinnase (mullastiku) või maastiku-, vee-, taimestiku ja loomastiku kaitset. Keskkonnakaitse meetmed jagunevad ennetavaiks (nt. alternatiivsed kütused, emissiooni vähendamine puhastusseadme abil) ja saastamise mõju vähendavaiks (kaitseribade, puhvervööndite rajamine maastikel, muldade ja veekogude lupjamine . Tõhus keskkonnakaitse eeldab standardsete instrumentaalsete ja bioindikatiivsete meetoditega tehtavat monitooringut.
Atmosfääri saastumine ja kaitse Atmosfääri saastumise all mõistetakse sinna inimese või looduse tegevuse tagajärjel sattunud või tekkinud aineid, mille kontsentratsioon ületab tavapärase pikaajalise keskmise, või ainetega, mida atmosfääris tavaliselt ei esine. Looduslikest allikatest võib nimetada vulkaanilist tegevust, metsatulekahjusid, liivatorme, tolmutorme (algpõhjus inimtekkeline ). Näit. 1912. a. Katmai (Alaska) vulkaani purskamisel sattus õhku 20 km3 kõikvõimalikke gaase ja tolmu. Maale ulatuva päikesekiirguse hulk vähenes 10...20%, mis kutsus põhjapoolusel esile aasta keskmise õhutemperatuuri languse 0,5ºC võrra. Inimtekkelised saasteallikad on kõikvõimalikud inimese tegevused, mille tulemusena satub õhku midagi liiga palju, muutub õhu koostis või funktsioon. Sellest tulenevalt võib need mõjud jagada kolmeks: 1. Kaudne mõju ­ kliima soojenemine, niiskusreziimi muutus 2. Mõju atmosfääri füüsikalisele koostisele ­ CO2-sisalduse suurenemine, aerosoolid, freoonid jt. 3. Maapinna iseloomu muutmine ­ albeedo muutmine, ookean ­ atmosfäär suhte muutmine. Peamisteks õhusaasteallikateks on tööstus, soojusenergeetika , põllumajandus, metallitööstus jne. Auto, mis aastas sõidab läbi 15 000 km, tarvitab 4,5 t O2, heidab atmosfääri üle 3,5 t CO2 ja CO, 27 kg NO2-t. Eestis moodustab õhusaaste põhiosa elektrienergeetika ja transport. Õhukvaliteeti mõõdetakse Eestis Jõhvis, Kiviõlis, Kohtla-Järvel, Narvas, Kundas ja Tallinnas. Rohkem on aparaate ja kohti Tallinnas ja Kohtla-Järvel. Tänapäevane aparatuur on ka Kiviõlis. Kõige suurem on õhusaaste probleem linnades, kus väiksele maa-alale on koondunud kodud , tööstus, transport. Nii on suurlinnades majad mähitud uttu, õigemini sudusse. Sudu ­ mürgine udu e. suitsudu. Fotokeemilise sudu tekkimiseks on vajalik päikesekiirgus ja soe ilm. Sudu võib tugevneda teatud ilmastikutingimustes, eriti temperatuuri inversioonil (ümberasetus, järjestuse muutumine vastupidiseks). Meteoroloogias seisneb inversioon selles, et mingis õhukihis on temp. ülalpool kõrgem kui allpool (tavaline on vastupidine olukord). Tavaliselt on kõrgemal õhutemperatuur madalam. Sellisel juhul soe õhk tõuseb maapinnalt ja viib endaga kaasa ka saaste ning see hajub kõrguses laiali. Inversioonil on külmem kiht maapinna lähedal kaetud soojemaga. Sellisel juhul on õhu liikumine takistatud ja saasteained ei saa levida kõrgemale vaid kogunevad maapinna lähedale. Kuuma ilmaga tekib Los Angelese sudu, mis sisaldab orgaanilisi peroksiide, mis tekivad pilvitu kuiva ilmaga süsivesinikest ja lämmastikoksiididest. Nimetus pärineb sellest, et vaadeldi esmakordselt Los Angelesis. Niiskes kliimas küttekollete suitsu segunemisel uduga, mis sisaldab vääveloksiide, nimetatakse Londoni suduks (vaadeldi Londonis, kus on palju eraküttel eramaju). Inimestel kutsub sudu esile peavalu, ohustab silmi, kurku , halvendab hingamisteede infektsioone (astma, bronhiit , tuberkuloos ). Sudu kiirendab metallide korrosiooni, kummi väsimist, riide jm. materjalide vananemist . Kahjulik mõju avaldub ka põllumajanduses, looduses metsadele ja niitudele. Siinjuures on taimed palju tundlikumad kui inimene. Õhu saastatuse hindamisel jälgitakse sageli samblikke, sest nad on väga tundlikud vääveldioksiidi ja tolmu suhtes (vt. eestpoolt bioindikatsioon). Happevihmad
Endla Reintam, 2008/2009 68 Happelisteks nimetatakse kõiki sademeid (vihm, udu, lumi), mille pH on normist madalam )isegi 10...100 korda). Nt. pH=5 on happesus 10 korda suurem kui pH on 6, pH 6 ja pH 3 vahe on juba 1000 kordne. Reostajate puudumisel on sademed tavaliselt vähe happelised , pH = 5,6, mis tuleneb sellest, et neis lahustub CO2, mis moodustab nõrga happe. USA põhjaosas, Kanadas, Põhja-Ameerika läänerannikul ja pea terves Euroopas on vihma ja lume pH ~4,5. Mõnedel juhtudel võib pH olla veelgi madalam. Udu happesus on tavaliselt veelgi suurem kui vihmal, sest on vähem vett. Näit. Los Angeleses udu pH = 2,5...3. Happevihmade keemiline analüüs näitab neis väävelhapet H2SO4 ja lämmastikhapet HNO3 . 2/3 juhtudest on happesus põhjustatud H2SO4 ja 1/3 HNO3-st. Kütuse põletamisel tekivad C ja N-dioksiidid, mis õhus veega reageerides annavad happeid . SO2 + H2O = H2SO4 NO2 + H2O = HNO3 Tänapäeval on teada, et happed võivad õhust alla langeda ka ilma veeta ise või tolmukübemetega. Sellised kuivad happeosad võivad koguneda nii taimede ja maa pinnale ning anda vähesegi vee puhul tugevaid kontsentreeritud happeid. Happevihmad mõjuvad kahjulikult taimedele, elusorganismidele, inimesele ja ka ehitistele. Happevihmad ei mõjuta taimestikku nii väga seal kus lähtekivim on karbonaatne (CaCO3 neutraliseerib happeid). SO2 peamiseks allikaks on söe, põlevkivi põletamine, NO2 allikateks heitgaasid jt. tööstusjäätmed. SO2 on ohtlik fotosünteesile.
Kasvuhooneefekt Kasvuhooneefekt ­ temperatuuri ja niiskuse suurenemine läbipaistva katte (klaas, polüetüleenkile) all, mis laseb läbi päikesekiirgust, kuid ei lase tagasi õhkkonda pikalainelist (soojus-) kiirgust ega veeauru. Globaalökoloogias põhjustab samasugust nähtust õhkkonna CO2 hulga suurenemine. Kasvuhooneefekt ­ atmosfääri CO2 jt. gaaside kontsentratsiooni suurenemine, mis viib kliima soojenemisele . Igal aastal põletatakse ~ 2 miljardit tonni fossiilseid kütuseid ja atmosfääri paisatakse 5,5 miljardit tonni CO2. Veel ~ 1,7 miljardit t satub CO2-te atmosfääri metsade põletamisel ja orgaanilise aine lagunemisel troopikas. Kui 20. saj. alguses oli CO2-sisaldus atmosfääris 0,029%, siis nüüd on see 0,035%. Veelgi tugevamalt takistavad (50...100 korda) soojuskiirguse hajumist metaan jt. oksiidid . Kui protsess jätkub, siis 2050. a.-ks on ülemaailmne soojenemine 1,5...4,5ºC. Kusjuures polaaraladel võib olla see kuni 10ºC, ekvatoriaalalal 2ºC. See kutsub esile liustike, igijää sulamise tõstes merepinna 1,5 m. Temperatuuri tõus nõrgendab ka atmosfääri tsirkulatsiooni, mistõttu mõnedes kohtades sademete hulk suureneb, teistes väheneb. Kliima muutuste süüks pannakse ka viimastel aastatel üha ulatuslikumat mõju avaldav El Nio (tähendab last, kuna esineb jõulude aegu) Vaikses ookeanis. Tuule hoovus nõrgeneb ja olemasolev tsirkulatsioon muutub (normaalne tsirkulatsioon on lääne suunas), suletakse külma vee ülestulek ja seega ka toitainete tõus merepõhjast pinnale. Piki kallast tõuseb veetase 50 cm, vastaskaldal langeb veetase ca 14 cm. Toitainete puuduses hukub suur hulk mereloomi.
Osoon Osoon (Kr. oziin ­ lõhnav e. trihapnik) on hapniku O2 allotroopne modifikatsioon O3. Osooni olemasolu atmosfääris oli teada juba 1923 aastast. Suurim osooni kontsentratsioon (kuni 300gg/m3) on 20...26 km kõrgusel. Seal on osooni sisaldus kuni 1000 ppb (osakest miljardi osakese kohta). Osoonikihi paksus on seal 0,2...0,7 cm. Edasisel kõrguse suurenemisel osooni hulk väheneb ja kõrgemal kui 60 km leidub teda väga vähe. Maapinna lähedal on osooni 10...6 mahu%, stratosfääris 5...10 korda rohkem. Osoon moodustub atmosfääris fotodissotsiatsiooni käigus O2 molekulist. O2 molekul laguneb kiirguse mõjul kaheks O aatomiks, mis peatselt liituvad O2 molekuliga ja moodustavad O3. Samal ajal kui UV kiirgus lõhub hapniku molekuli lõhub ta ka osooni molekule.
Endla Reintam, 2008/2009 69 Kõige enam tekib osooni atmosfääris ekvaatori lähedal, kust stratosfääri õhuringlus kannab osoonirikka õhu pooluste suunas. Tsirkulatsioon mõlemal poolkeral on peaaegu sõltumatu. Voolus on tugevam talvel kui temp. erinevused on suuremad. Siis võib ekvaatoril olla osoonikiht kuni poole õhem kui poolustel. Osooni lagundavad lämmastikuühendid N2O, NO ja NO2, NOx gaasid annavad kliima soojenemise kogumõjust 4%. Suurimad allikad on reaktiivlennukid, tahkekütusel töötavad raketid , transport. Eriti ohtlikud on soojad gaasid. Näit. 1000 l bensiini annab 14 kg ja 100 l diiselkütust 27 kg NOx gaase, 1000 l naftat annab 1,5...12 kg. Klooriühendid satuvad inimtegevuse mõjul osoonikihti freoonide koosseisus (CC12F2, CC13F jt.; CFC Euroopas). Freoonid on tavatingimustes ohutud, inertsed ja ei astu reaktsiooni mitte ühegi ainega. Euroopa riikides ja Jaapanis kasutatakse aastas 0,9 kg freoone inimese kohta, USA-s poolteist korda enam. Kloororgaaniliste ühendite hulk suureneb atmosfääris 5% aastas, vaatamata tema kasutamise piiramisele alates 1970-ndatest aastatest . CFC ained kestavad atmosfääris lagunemata 100- kond aastat. Kui 1900. a. oli atmosfääris ca 0,6 ppbv, siis nüüd (1986) on see 3,5 ppbv ja see kasvab iga kümne aastaga rohkem kui 1,0 ppbv. 1986. a. kasutati maailmas ca 1 milj t freoone. Makroflex sisaldab freoone igas pudelis 300 g. Freoonid annavad 17% kliima soojenemise kogumõjust. Eestis tehakse käesoleval ajal osoonikihi uuringuid Tõravere observatooriumis 1993-st aastast. Põhja-Euroopas on üheks osoonikihi õhenemise põhjuseks Narva elektrijaamadest õhku paisatav kloor. Põhja-Euroopas osooniauk asub täpselt Narva elektrijaamade kohal. Iga päev pääses sealt õhku ca 50 t kloori, mis vaikse ja jaheda ilmaga tõusis kiiresti kõrgustesse. 1992. a. 28 jaanuariks oli tekkinud osooniauk, kus normaalse 360 Dü asemel oli selle paksus ainult 200 Dü. 1997. a. algul oli osoonikiht hõrenenud Läti kohal, märtsi keskel avastati suured augud Venemaa kohal. 1997. a. andmeil oli Eesti kohal osooniga kõik korras. 1996. a. oli Antarktika kohal oleva osooniaugu suurus lõpuks 25 milj km2 ja seda 60 päeva. Antarktika pindala (12,5 milj km2) koos liustikega on 14,0 milj km2. Arktika kohal oli 1997. a. märtsis osooni hulk vähenenud 40% võrrelduna 1979...1982. a. keskmisena. On selge, et lähitulevikus ei piisa osoonikihi hävimise pidurdamiseks rahvusvahelistest lepetest. Looduslikud protsessid ei suuda kompenseerida inimtegevuse mõju. Lahendused: lennuk, mis külvaks osooni, kahuriga mürsud, mille iga lasuga viidaks 100 km kõrgusele 100 kg osooni. 1978. a. keelustati Rootsis, USA-s, Norras ja Kanadas freooni kasutamine aerosoolpakendites, kui see ei ole just möödapääsmatu. Hiljem liitusid Belgia ja Soome.
Müra Müra on liigvali, ebameeldiv või sageli segav heli. Heli füüsikaliseks aluseks on mehhaanilised võnked, mis levivad gaasilises, vedelas ja tahkes keskkonnas, vaakumis helilained ei levi. Helilained levivad läbi õhu igas suunas. Müra on liiga vali, kui pead häält tõstma, et kõnelda endast ühe meetri kaugusel oleva inimesega. Vali ja kestev müra põhjustab terviserikkeid, millest kõige otsesem on kahjustav toime kuulmisorganile, täpsemalt sisekõrvale. Müra kahjustav toime oleneb: 1. heli intensiivsusest (dB) 2. sagedusest (Hz) 3. müra kestusest ja jaotusest (müraekspositsioon tüüpilise tööpäeva jooksul) 4. kumulatiivsest müraekspositsioonist (pikema perioodi, näit. aastate vältel) Müra tugevust hinnatakse dB Helitugevused: ­ kuulmislävi 0 dB ­ puulehtede langemine 10 dB ­ sosin 20 dB ­ tavaline kõne 60 dB ­ vali kõne 80 dB ­ müra ohtlik piirnorm 85 dB ­ pneumaatiline puur 100 dB ­ valulävi 120 dB
Endla Reintam, 2008/2009 70 ­ popansambel 140 dB ­ püssipauk 170 dB Kuulmiskahjustuste tekkimise alaks loetakse helitugevuse vahemikku 80...160 dB, sellest valupiirkonna moodustab vahemik 120...160 dB. Inimese kehale ohtlik müra tugevus algab 180 dB või üle selle kui inimese lihaskude laguneb. Müra sagedusvahemikus 2000...6000 Hz kahjustab kuulmist enam kui madalasageduslik. Samuti kahjustab kuulmist rohkem pidev müra, kui sagedaste pausidega ekvivalentse helienergiaga müraekspositsioon. Mürast tingitud üldised tervisehäired on: südameveresoonkonna häired, peavalu, unetus, väsimus, lihaspinge, stress, kontsentratsioonihäired. Akustiline trauma tekib ühe või väheste väga intensiivsete heliekspositsioonide (plahvatus) tagajärjel, sel juhul ületab heliintensiivsus sisekõrva mehhaanilised piirid ja purustatakse Corti organ. Väga intensiivsete helide tagajärjel võib rebeneda ka kuulmekile ja puruneda kuulmeluukesed. Akustilise trauma tagajärjel tekkinud kuulmislangus on enamasti püsiva iseloomuga. Püsiva kuulmisläve tõusu korral ei taastu kuulmine ka siis, kui viibitakse pikka aega müravabas keskkonnas. See staadium kujuneb välja ca 4...10 aastaga. Kõige olulisemalt kahjustab müra kuulmist kõrgetes sagedustes, tüüpiliselt 4000 Hz lähedal, kuid kahjustuse süvenedes laieneb kuulmisläve tõus ka teistele sagedustele. Reeglina on mürast tingitud kuulmislangus kahepoolne ja sümmeetriline. Juba väljakujunenud kuulmiskahjustus püsiva kuulmisläve tõusuga on taaspöördumatu kui see on tekkinud pole kuulmist enam võimalik taastada, küll on seda võimalik ennetada. Müra tekitavad ka kodumasinad ja laste mänguasjad. Kõige suuremat müra tekitavad mängurelvad (isegi kuni 170 dB), kuid ka näiteks täiesti ohutuna näivad patareidega liikuvad pehmed mänguasjad võivad tekitada kuni 100 dB-st müra. Kõrvaklappidest kuulatava muusika intensiivsus võib ulatuda kuulmekäigus 115 dB-ni. Mürarikkad on ka mitmesugused spordialad ja harrastused: motosport , laskmine jms. Inimkõrvale on ohtlik üle 140 dB-ne heli, mis kestab 20 minutit. Linnades püütakse müra levikut tõkestada suuremate teede ääres betoonmüüri, ehitistega või haljasaladega, mille puhul kasutatakse müürina hekki. Atmosfääri kaitse 1. Haljastus ­ õhu isepuhastus, madal haljastus (muru) on haljastamata alaga võrreldes 2...3 korda efektiivsem, kõrghaljastus 8...9 korda, eriti tähtis linnades. 2. Saasteallikate likvideerimine 3. Õhupuhastid 4. Maastiku rajoneerimine ­ tööstuskvartalid magalatest eraldi 5. Juriidiliselt seadustega. Keelatud on ehitada korstnaid saasteainete väljumiskõrgusega üle 25 m maapinnast.
Veekaitse
Õhus liiguvad igasugused gaasid kaugele nende algsest saastekohast. Osa neist satub vette, eriti niisketes ja jahedates oludes. Magedat vett on maailmas ainult 1% kogu veevarust ning sellest peab jätkuma inimestele, loomadele, taimedele ja ka tööstusele. Veeressursse kahjustavad: 1. raiskamine st. ülemäärane tarbimine 2. risustamine tahkete osadega 3. reostamine lahustuvate ühenditega, kas siis gaasilisest või tahkest sfäärist. Raiskamine: 1. igasugune tehnoloogia vajab vähem vett kui kasutatakse - tehnoloogilise protsessi ümberkorraldamine - igapäevaselt vähem tarbida 2. avariilised situatsioonid ­ torud, kraanid tilguvad, jooksevad - remontida - trahvida
Endla Reintam, 2008/2009 71 Vete risustamine: Tahked asjad ja osakesed võivad sattuda vette ka looduslikul teel ­ oksad, kallaste muld jne. Kõik ülejäänud nn. kunstlikud jaotatakse: 1. veele ohutud 2. veele ohtlikud Kui visata klaaspudel vette, siis veele on see ohutu, kuid kujutab endast ohtu viskajale endale kui läheb kildudeks. Veele on ohutud ka mõned metallid nagu raud ja teras kui nende kogus on väike. Mõningatel juhtudel on ohutu ka puit, mis võib vees konserveeruda ja püsida muutumatuna pikki aastaid. Inimkonna ajaloos on sulatatud üle 14 milj. t rauda, millest 40% on kõikvõimalikes seadmetes ja 60% looduses, sealhulgas ka vees. Samas on tahkeid aineid ja asju, mis lahustuvad vees väga kiiresti: osa plastmasse, tahked soolad, paljud metallid, tahked orgaanilised ained. Jäätmete uputamine merre on keelatud, kuid sellegipoolest satub laevadelt mette ca 30 t jäätmeid minutis. Reostus Lahustuvad ained kantakse nimekirjadesse ja neid hinnatakse eri aspektidest: 1. sanitaartoksiline aspekt 2. üldsanitaarne aspekt 3. organoleptiliselt e. tunnetuslikult 4. kalamajanduslikust aspektist. Need neli aspekti ei kattu omavahel. Sanitaar-toksilisest aspektist hinnatakse vett joogiks ja söögiks. Mõningad keemilised elemendid vees kõlbavad inimesele, kuid ei kõlba kalamajanduses. Üldsanitaarsest aspektist hinnatakse vett ujumiseks ja pesemiseks. Organoleptilisest aspektist hinnatakse vee läbipaistvust, lõhna, maitset. Vesi, mis sellest aspektist ei kõlba inimesele võib sobida kaladele . Ei tähenda ilmtingimata toksiliste ainetega reostust. Vett võrreldakse kõigist neist aspektidest etalonidega. Vee kvaliteedi hindamisel on üle 500 aine, mille sisaldus on standardiseeritud. Arvestatakse seaduspärasust, et erinevus reaalse ja lubatud kontsentratsiooni vahel ei tohi summas ületada 1-te.
C1 + C2 + Cn