Ökoloogia konspekt (0)

Ökoloogia

Ökoloogia on teadus organismide ja nende populatsioonide ning koosluste
keskkonnatingimuste vastastikusest suhtest .. ( Antud teema
võttis käsitlemisse esimesena Ernst Haeckel 1866.a.)
Ökoloogia jaguneb: a) autoökoloogia ehk isendiökoloogia mis uurib üksisk
organisme.
b) demökoloogia ehk populatsiooniökoloogia.
c) sünökoloogia ehkkooseluökoloogia (elusorganismide
kooslused ).
d) geoökoloogia ehk maastikuökoloogia ( maastik koos
elustikuga).
e) globaalökoloogia ehk biosfääriökoloogia.
f) üldökoloogia ( looduse ja keskkonna vastasmõju).
Populatsioon – asurkond, rühm, ühe liigi isendeid, kes elavad koos samal ajal samas
paigas.
Ökosüsteem - funksuaalne süsteem , milles aine- ja energiaülekande kaudu seostunud
organismid koos keskkonnatingimuste kompleksiga moodustuvad isereguleeriva areneva terviku. (biosfääri elementaarosa).
Ökosüsteem vajab energiat, milleks on päike. Täielik ökosüsteem hõlmab kolme tasemet:

esimese taseme tarbijad – autodroofid (seovad energiat fotosünteesi kaudu , peamiselt rohelised taimed)

tesise taseme tarbijad – heterodroofid.

lagundajad (viivad surnud orgaanika uuesti ringlusesse).
Ökosüsteem on ökoloogia peamine funksionaalneühik (A.G.Tansly 1933.a.)
Ökosüsteemis vajalik energiasisend ja toiteainete sisend (teatud ainetel ). Süsteemis peavad olema autodroofid ,heterodroofid ja lagundajad. Ökosüsteemi sees toimub pidev energia ringe . Energia kadu on peamiselt soojusvoona.
Ökosüsteeme uuritakse kahel viisil:

holistiline ( terviklik uuring)

heroloogiline ( osaline uuring ehk millegi osa millegist)
Gaia hüpotees – geogeemilise keskkonna bioloogiline reguleerimine. Biosfääri eluks sobivust põhjendav kontseptsioon , mille kohaselt elu olemasolu maal tagab ise eluks vajalikke füüsikalise ja keemilise stabiilsuse maa pinnal, õhkkonna asja maailmameres. (J.E.Lovelock 1979.a.).
Emergentsus – süsteemiteoorias süsteemi terviklikkust tagav omadus, mida ei ole
süsteemi elementidel eraldi võetuna.
Emergentsuse printsiip – terviku omadusi ei saa taandada selle komponentide
omadustele.
Stabiilne seisund – võime taastada esialgne seisund pärast teatud mõjutusi. Mõjud
võivad kumeleerida ja ökosüsteem ei suuda ennast enam taastada.

Energia ökosüsteemis

Termodünaamika seadused:
Esimene seadus;

Energia võib muunduda ühest süsteemist teise kuid ei teki ega kao
ehk energia koguhulk suletud süsteemison jääv suurus (maakera tervikuna ).

Entroopia kasvuseadus: Energia iseeneslik muundumine ühest
vormist teise on võimalik vaid juhul kui üleminek toimub kontserteeritumalt energiavormilt hajutamine ehk energia muundumise käigus energia organiseeritus väheneb ehk kineetilise energia potensiaalseks muutmise efektiivsus on alati alla 100%.
Entroopia – süsteemi korrapäratuse, määramatuse määr ka kasutamiseks kättesaamatu
energiahulga määr. Mida rohkem energiat kasutatakse seda suuremaks
entroopia muutub.
Neoentroopia – süsteemi korrastumise korrapärane määr.
Energeetiliselt on ökosüsteemid avatud mittetasakaalilised süsteemid.
Fotosüntees – klorofilli siseldavas aineosades lühiajalise kiirguse energia toimel
kluges protsess, milles anorgaanilistes ühendites moodustub orgaani-
line aine ja eraldub hapnik. (enamasti süsinikdioksiidist ja veest)
6C O 6H O energja – C H O 6H O 6O
Fotosünteesi vastandiks on hingamine:
Netofotosüntees – mõõdetav fotosüntees süsinikdioksiidi vahetus (hingamine).
Brutofotosüntees – süsinikdioksiidi assimilatsiooni kiirgus.
Bioproduksioon – mingi aja jooksul kogunenud orgaanilise aine hulk.
Autodroofid – organismid, mis eluks vajalikke orgaanilisi aineid võivad ise lihtsalt
ühendeist sünteesida. Ainevahetuse üldtüübilt on autodroofid kas
kemo- või fotolidroofid st. saavad energiat kas mineraalühenditest või
päikesekiirgusest.
Heterodroofid – kes kehasisese lähtematerjalina kasutavad organismivälist orgaanilist
ainet. Ainevahetuse üldtüübilt on nad kas kemo- või fotoorgandroofsed
Organismi suurusega kasutegur suureneb, kasvab organismi vastupanuvõime keskonnaäiretele. Organismi suurusega kasutegur kahaneb , kasvavad keha suurusega seotud kulutused.
Ökosüsteemi kogumassi ja keerukuse kasvades kasvavad selle omakulud (hingamiskuluda osatähtsus). Hingamiskulu on energeetiline kulu. Biomassi koguhulka mis võib antud tingimustes ………………….(mida teha), nimetatakse keskkonna mahutavuseks. Igal keskkonnal on oma teattud mahutavus. Optimaalne mahutavus, milline võib säilida kestvalt on maksimaalselt kuni 50% väiksem.

Troofoline struktuur ja ökoloogiline püramiid

Troofiline struktuur on toidusuhete võrk mis kujuneb tulenevalt energiaülekandest toiduahelates ja metabolismi (ainevahetuses) ning isendi suuruse vahelisest sõltuvusest. Troofiline struktuur iseloomustab ökosüsteemi tüüpi. Toiduvõrk on biosfääris põimuvad toiduahelad.
Ökoloogiline püramiid: jaguneb omakorda:

arvukuse püramiidiks (mingi tükk hektari kohta)
Biomassi püramiid. Biomassi püramiid väljendub kohta. (Produksioon on mingi ajaühiku orgaanilise aine tootmine). Biomass on alati suurem näitaja kui produksioon. Ttroopilise pinnase puhul on ka lagundajate ehk laguahel . Seal on äärmiselt pimitiivne produksioon, kõik on kiires ringluses.
Energia püramiid: väljendub . Laguahel on suurem seal kus on soe ja troopiline olukord. (Näide: taimestik (biomassi osas on aine hulk suur)
kalad
röövkalad
kalakotka
Biokeemiliste ainete ringid .
Aineringe – ainete ringkäik looduses, ainete pidev korduv ringlemine maa pinnal või ühest maa sfäärist teise. Aineringe on maa maastikusfääri ja selle osade isloomulikumaid iseärasusi.
Eristatakse suurt ja väikest bioloogilist aineringet:
Väike bioloogiline aineringe hõlmab maa pinna kivimite, murenemise, mure-
nemissaaduste (liiv,savi) kandmine tuule ja veega veekogudesse ning
settimise , tihenemise ja kivistumise settekivimeiks, mis hiljem
geoloogiliste välisjõudude toimel uuesti murenevad. (kestab sadu
aastaid).
Suures bioloogilises aineringes satuvad maa pinnal murenenud tard - ja
moondkivimeist moodustunud settekivimid maakoore liikuvais osades
suurde sügavusse ja moonduvad seal, moondekivimid aga satuvad
hiljem jälle maa pinnale.
Bioloogilise aine ringes tekitavad rohelised taimed orgaanilist ainet , muud organismid kasutavad seda ja lagundavad seda mineraalaineks, süsinikdioksiidiks, veeks ja palju muudeks millest hiljem tekib uus elusaine .
Biokeemiline tsükkel – osa looduse aineringest , ainete liikumine anorgaanilisest loodusest läbi organismide tagasi anorgaanilisse loodusesse .
Ainete ringis eristatakse veel:
Reservfond – suur hulk aeglaselt liikuvaid aineid, peamiselt mittebioloogiline komponent (turmas,mullas ladestunud ained).
Liikuv ehk vahetusfond – vaiksem, aktiivsem osa ainest, mida iseloomustab kiire
ainevahetus organismide ja nende vahetu keskkonna vahel. ( kõige
olulisem osa on väikese ulatusega. Taimed, muld mis laguneb võetakse
koheselt uuesti kasutusele).
Gaasiline tsükkel – reservfond on atmo - ja hüdrosfääris (C, O, N).
Setteline tsükkel – reservfonf on maakoores (P, S).
Aineringe kiirus ja varude suurus.
Käibe:
Käibe kiirus – mingi aja jooksul vabanenud aine osatähtsus kogu ainehulgas.
Käibe kestlus – kogu ainehulga ringe aeg.
Maailmamere tsirkulatsiooni kujundab soojade ja külmade hoovuste liikumisel. Siit tuleneb kõrbete tekkimine ekvaatori läheduses mida põhjustab külm hoovus. Samas liiguvad ka sügavad ja külmad veemassid pinnale.
Atmosfäärides õhumasside liikumine. Ekvaatori suunas liiguvad väiksemad õhumassid tagasi. Sest alaline õhu liikumine on kõige suurem ekvaatoril . Balticumis liigub suunaga läänest- itta õhumassid. Tänu kliima soojenemisele on parasvöötmes muutunud kliima ekstreemsemaks st. pidev vaheldumine õhumasside vahel. Atmosfääride kõrgemates kihtides on ka kindlad liikumissuunad. Parasvöötmes läänest-itta. Neid nimetatakse jugavooludeks. Jugavoolud paiknevad lennukõrgusel.
Olulisemaid ringeid on maakeral veeringe. Koos sellega liigub ka palju aineid. Sademed kas liiguvad pinnavooluga või liiguvad pinnasesse. Pinnaveed aga kasutatakse taimede ja loomade poolt ära. Sõltuvalt reljeefist ja taimedest on veevoolud:

pinnavool

pindmine äravool
Pinnasesse liikuvat voolu nimetatakse infiltratsiooniks (1). Pinnasesse liikumisel tekivad erinevad veed . Kõigepealt mullavesi (A), siis pinnase vesi (B). Vettkandva ja vettpidava pinnase vahel tekib põhjavesi.Infiltreeriv vesi jõuab kas põhjavette või moodustab pinnasevee.Pinnasevee pidev veehorisont on kasutusel kaevudes.
Jõed ja järved moodustavad pinnavee . Veeliigi tähtsus sõltub reljeefist, pinnasest, taimkattest, pinnkaldest. Liivase pinnase puhul on infiltratsioon kõige suurem. Sõltuvalt vee liigist mis formoleerub tekib ka vastav keemia. Infiltreeruv vesi on alati puhtam kui on pindmine äravoolu vesi. Kui on tegemist taimestikuga siis eristatakse ka veel võravoolu. Võravool on alguses alati väiksem kui algetapis. Samuti muutub ka seoses taimestikuga veekeemia.
Kuivdepositsioon – on ladestunud lehteda pinnale st. tolmu ja tahkete osade tekkimine lehe pinnale. On olemas ka tüvevool, mis on erineva keemilise ühendusega.
Jõe iseloom on kas ülem-, kesk- või alamjooks.Ülemjooks on alati suurema langusega, iseloomustab järsk org (puud ja taimestik otse kallastel ja veevool on kiire). Keskjooksul madalam laiem org (on aeglane veevool ja vesitaimestikku rohkem). Alamjooksul terrassidega lai org (jõgi avatud, taimestik tihe vees ja rikkalik)
Alamjooksul on välja kujunenud lamjalad, kuhu vesi pidevalt peale tungib, välja on kujunenud lammikooslused. Pärandkooslused on inimest poolt kujundatud kooslused (puisniidud ja luhaniidud). Lammikooslusi püütakse tänapäeval säilitada.
Vee hauramine maailmaookeanist ületab oliliselt sademete hulga, samas maismaal on olukord vastupidine . Vee hulk mageveekogudes on ca 0.25 10 tonni.
Aastane äravool on ca 0,2 10 tonni / käibeaeg umbes üks aasta. Sademete hulga ca
1 10 tonni ja äravoolu 0.2 10 tonni erinevus on 0.8 10 tonni millega täiendatakse aastas põhjavee horisonte .
Ainete ringid.
Süsiniku ringe on energiaaine ringe (süsinik on energia kandja). Peamiseks resevfondiks on atmosfäär. Osa süsinikdioksiidist lähev hingamise kaudu tagasi (joonisel 1). Sama ka veekeskonnas kus on vceetaimed ja eelkõige vetikad . Surnud orgaanika laguneb maapinnale mida nimetatakse variseks (joonisel 2). Edasi liigub orgaanika mulda. Seal kas aktiviseerub või kasutatakse mikroobidel energiaallikana. Märjema keskkonna puhul on tegemist anaeroobse keskkonnaga (O puudub). Kuiva keskkonna puhul on tegenist aeroobse keskkonnaga (O ). Orgaanika niiskema pinnase puhul ladestub see turbana . Turvas on lagunemata orgaaniline aine. Turba tekkimiseks on vaja anaeroobset kekkonda.
Geoloogilises keskkonnas võib turbast tekkida kivisüsi kuni nafta ja gaasini välja. Antud protsess oleks aga väga pikaajaline. Ka vee keskkonnas võib orgaanika settimine toimuda. Kus osa sellest kasutavad ära mikroorganismid . Ülejäänust võib tekkida põlevkivi, pruunsüsi. Antud süsteemist süsinik ringlusse tagasi ei tule. Küll aga varisest tuleb see tagasi mikroorganismide elamise ja hingamisega. Seega läbi laguahela tuleb läheb süsinik tagasi.
Samas ka metaan on üheks produktikssüsiniku tagasihingamisel (CH ). Metaan kuulub kasvuhoonegaaside hulka. (süsinikdioksiid samuti). Metaan põhjustab 10 korda rohkem kliimasoojenemist kui süsinikdioksiid. Tekib ta aga ainult anaeroobsetes keskkondades (rabid, sood ). Tekib ta spetsiaalsete bakterite tulemusel. (metanodroofid ehkanoroobsed lagundajad). Metaan on ka biogaasi peamine komponent. Tänapäeva küttesüsteemides kasutatavast põlevkivist,naftast ja gaasidest tekib peale polemist CO ja ka väiksemates kogustes ka CO. CO-d tekib palju just transpordist , kus toimub mittetäielik põlemine. Mere keskkonnas süsiniku ringes on oluline osa kus tekib ka lubi CO , mis ladestub mere põhja ja võib ka kivistuda. Seda ei saa energiana enam kasutada aga on ikkagi osa süsiniku ringest. Süsiniku ringes on olulised troopilised metsad kus toimub süsiniku akumuleerimine. Geomassi produksioon on väga aktiivne.
Fosfor ringe.
Fosfor on enamasti setetes , kivimites ja mullas. Mulla või kivimite lagunemisel tekib fosfaat PO . See lahustub vees mida taimed ja mikroobid omastavad. Seda kasutatakse oma kudede ülesehitamisel. Tekib jällega varies kus läbi lagundajate tekib fosfaat mis satub mulla osakestesse. Fosfaadiga püsivaid ühendeid mulles mooduatavad Ca, Fe, Al, Mg. Kui nad lagunevad läheb fosfaat uuesti ringlusesse. Olulisem osa on raud, mis mooduatab raudfosfaadi. Raua valents peab aga olema 3. Kui kekkond muutub anaeroobseks saab raud 2-ks. ja ja vabaneb fosfaat. Aeroobses keskkonnas vabanemist ei toimu. Eriti oluline on see järvedes. Seal setib setetesse fosfaat raudfosfaadina. Kui järve põhjasetted muutuvadanaeroobseteks vabaneb fosfaat vette. See aga võib põhjustada eutrofeerumist, täiendava orgaanika kasvu ja seda rohkem anaeroobsemaks veekogu muutub. Selle tulemusel järv hävitab ennast.Veekogu keskkond peab jääma aeroobseks. Fosforiit võib settida ka veekeskkonnas ja tekib settekivim , mida kasutatakse väetistena põldudel.
Fosfiin ( gaas ) võib tekkida väikestes kogustes anaeroobsetes tingimustes või põlemisel ja on ka biogaasi koostisosa . See on isesüttiv gaas.Ka reovesi sisaldav palju fosfaati (10 15 mg/l).