S třední škola stavební J i h l a v a Základy ekologie 03. Ekosystém, jeho složky a vývoj Digitální učební materiál projektu: SŠS Jihlava šablony registrační číslo projektu:cz.1.09/1.5.00/34.0284 Tomáš Krásenský Šablona: III/2 - inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Teorie systémů Samostatný obor kybernetiky nauky o řízení využívá matematiku Studuje společné znaky různých systémů Operační systém počítače Politické systémy Ekonomické systémy Bezpečnostní systémy Ekosystémy, orgánové systémy,.
Rovnováha - stabilita Rovnováha (stabilita) je pojem z různých oblastí života: fyzika, politika, ekonomie Vyjadřuje určitou stálost neměnnost sledovaného objektu Lze ji popsat matematickými vztahy Statická rovnováha: nic se neděje (například hrnek stojí na stole jen tak ) Dynamická rovnováha: aby vše zůstalo při starém, musí se stále něco odehrávat
Rovnováha a stabilita Systém: prvky a vztahy Statická rovnováha: nic se neděje Prvek 1 Prvek 2 Prvek 3 Prvek 4 Prvek 5 Dynamická rovnováha: Aby systém zůstal stálý, musí se s ním stále něco dít
Dynamická rovnováha Aby bylo vše při starém, musí se něco dít: Člověk musí dýchat, pít, jíst, učit se, pracovat, Řekou musí protékat voda Oheň musí stravovat palivo Ekosystém: koloběh života a smrti Princip červené královny: v knize LewiseCarollaAlenka v říši za zrcadlem vystupuje šachová figurka ve viktoriánské Anglii užívané barvě (namísto černé), která Alence vysvětluje, že musí běžet ze všech sil, aby zůstala na místě; často užívané přirovnání
Systém a jeho vlastnosti Systém se skládá z prvků a vztahů Vztahy vazby propojují prvky navzájem a vytvářejí tak síť, ve které se prvky vzájemně ovlivňují Vazby mohou být různých typů; Jednoduchá vazba: jednosměrná Zpětná vazba: obousměrná Pozitivní negativní
Vazby v systému, zpětné vazby Vztahy mezi prvky se řídí určitými pravidly Lze je popsat matematicky či kyberneticky Vzniklá síť vztahů bývá velmi složitá a je téměř nemožné přesně popsat, jak se systém bude chovat při určitých zásazích (počasí, ekonomika, ) Jednoduchá vazba Prvek A Prvek B Zpětná vazba Prvek I Prvek II
Jednoduchá a zpětná vazba Jednoduchá vazba: jeden prvek pouze ovlivní druhý (například vypínač zapne žárovku; žárovka však neovlivňuje vypínač) Zpětná vazba: prvky se ovlivňují vzájemně Pozitivní zpětná vazba: Změna jednoho prvku vyvolá odezvu, která tuto změnu ještě posílí (konkurent získá malou výhodu, která se ale časem zesiluje až vzniká monopol) Negativní zpětná vazba Změna jednoho prvku vyvolá odezvu, která tuto změnu potlačí (predace: lovec x kořist)
Složky ekosystémů Abiotické neživé: prostor, čas, energie (Slunce, geotermální, ), země, voda, vzduch: souhrnně biotop Biotické živé: souhrn organismů na daném místě, tak zvaná biocenóza Antropické lidské zásahy: dodatečný vklad energie (hnojení, orba, ), potlačení či podpora některých organismů
Typy ekosystémů Ekosystém je relativně samostatná jednotka, která může delší dobu trvat ve stejném stavu Přirozené ekosystémy se obejdou bez zásahu člověka: řeka, izolované horské údolí, ostrov, močál, Umělé ekosystémy vyžadují dodávku hmoty a energie člověkem: pole, rybník, louka, akvárium, ; bez působení člověka rychle přecházejí do některého přirozeného ekosystému
Energie a hmota Ekosystémy vyžadují protékání hmoty a energie (dynamická rovnováha) Zdrojem energie bývá skoro výhradně Slunce (zanedbatelně geotermální energie) Potřebná hmota: Vzduch prouděním atmosféry Voda - proudění vody, poháněné Sluncem Minerály, humus,... více méně koluje na místě
Sukcese Počet druhů růst, vyzrávání 1primitivní rostliny (lišejníky, mechy, ) 2nenáročné byliny 3odolné a agresivní keře (často trnité) Vrcholové stádium stabilita - klimax růst, vyzrávání katastrofa, Zmlazení zásadní změna podmínek katastrofa, zmlazení čas
Sukcese ekosystémů Sukcese: vývoj Stabilita ekosystémů je iluze, plynoucí z krátkosti lidského života Podmínky na Zemi se stále měnily a tomu se přizpůsobují a proměňují se i ekosystémy Poznání vývoje a fungování ekosystémů může přinést značný prospěch (umělé ekosystémy na vesmírných lodích,.)
Vznik ekosystému Počátkem nového ekosystému bývá nějaká radikální změna podmínek katastrofa: Požár Sopečný výbuch Povodeň Zorání pole Vybudování hráze rybníka Založení skládky odpadů nebo důlní výsypky Smrt organismu (mrtvé stromy, forenzní kriminalistická entomologie na mrtvolách, )
Počáteční stádium Sesuv půdy jako vznik nového prostředí nastartování sukcese
Počáteční stádium Období prudkého exponenciálního růstu Má své zákonitosti: Pionýrské organismy jsou schopny osídlit rychle i nehostinné prostředí (lišejníky, některé houby a mechy, ze stromů například bříza, borovice, ) podmínkou je nejen odolnost a nenáročnost, ale i pasivní či aktivní pohyblivost (lehká semena, ) Na odumřelých tělech nebo na částech živých těl první generace pionýrských organismů žijí a rostou stále náročnější druhy dalších generací migrantů
Stádium rozvoje a růstu Pionýrské organismy vytvoří podmínky pro uchycení se celého společenstva organismů, typických pro dané prostředí Nakonec jsou obsazeny všechny dostupné zdroje v daném prostředí (energie, voda, živiny, prostor,.) Následuje klimaxové stádium
Období stability - klimax Ekosystém dosáhne podoby, která je pro dané prostředí typická V této podobně může setrvávat velmi dlouho zdánlivě beze změny - v dynamické rovnováze Jsou využívány všechny zdroje a tvorba živé hmoty je na svém maximu úživnost biotopu jede naplno
Zánik katastrofa restart ale nic netrvá věčně, ani klimax Následuje nová katastrofa, dříve či později Ukazuje se, že řada organismů na katastrofy čeká a bez nich nemůže žít (záplavy, déšť v pouších, požáry v pralesích, sesuvy půdy, --) Toto je poznání poměrně nové. Proto v některých národních parcích už požáry nehasí, někdy naopak uměle a kontrolovaně vyvolávají
Umělé ekosystémy Člověk nedokáže ekosystémy dobře vytvářet Zatím vždy musí dodávat mnoho hmoty a energie zvenčí (akvárium, voliéra, pole, rybník, ) Pokus o vytvoření umělého ekosystému v Kalifornii (několikahektarový skleník s názvem BIOSPHERE I a BIOSPHERE II) skončil nezdarem nepodařilo se udržet složení vzduchu ani další charakteristiky
Umělý ekosystém Nutnost dodávat hmotu a energii, případně potlačovat či podporovat různé druhy
Umělý ekosystém: BIOSPHERE Skupina dobrovolníků mnoho měsíců žila ve skleníku izolovaném prostředí, jen s dodávkou sluneční energie; nepodařilo se však udržet stálé prostředí
Materiál je určen k bezplatnému používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je : Tomáš Krásenský Pokud není uvedeno jinak, byly při tvorbě použity volně přístupné internetové zdroje. Autor souhlasí se sdílením vytvořených materiálů a jejich umístěním na www.ssstavji.cz.