Vides sistēmas

ModeļiTerminu “modelis” ikdienā lieto ar vairākām nozīmēm:• paraugs vai etalons;• veidojums ar kura palīdzību kaut ko attēlo samazinātā veidā;• objekts, ko veido, lai aizstātu pētāmo objektu un kam ar to irzināma līdzība;• attēlojamais objekts tēlotājā mākslā;• cilvēks, kas pozē māksliniekam.Lai vienkāršotu vides sistēmas, tās aizvieto ar modeļiem, bet, laimodeļi būtu noderīgi, tiem jāidealizē sistēmas, kā arīpietiekami skaidri jāparāda sistēmas struktūru un darbībasmehānismu.7

• Saules sistēmaradusies pirmsapmēram 4,6 mljrd.gadu,kondensējotiesstarpzvaigžņu telpāesošajam gāzu unputekļu mākonim.• Dzīvība aizsākāsapmēram 1,6 mljrd.gadu pēc Zemesizveidošanās.Zeme no kosmosa

• Zeme funkcionē kā noteiktassistēmas (sfēras):– atmosfēra,– hidrosfēra,– litosfēra,starp kurām pastāv vielu unenerģijas plūsmas.• Zemes sfēras atšķiras pēc:– sastāva,– masas,– noritošajiem procesiem, kururezultātā notiek attiecīgo sfēruveidojošās vielas apmaiņa.

• Zemes galveno sastāvdaļu masa, vielu aprites laiks unstruktūras galvenie elementi:Aprites laiks,VielasMasa, kgVeidojošie ķīmiskie elementigadistāvoklisAtmosfēra 5,2 10 18 0,2 N 2 , O 2 , H 2 O, CO 2 , Ar gāzveidaHidrosfēra 1,4 10 21 1600H 2 O (ūdens, ledus), ūdenīizšķīdušas vielas (Na + , Ca +2 , Cl - )šķidrs, cietsBiosfēra 4,2 10 15 60 organiskas vielas, H 2 O šķidrs, cietsLitosfēra:Garoza2,4 10 22>3 10 7silikāti, karbonāti, sulfīdi, oksīdicietsMantija4,0 10 24>10 8silikāti (olivīns, piroksēns)cietsKodols1,9 10 24nemaināsdzelzs un niķelisšķidrs(kodolacentrs - ciets)

• Sistēmas var iedalīt:– atvērtās (kur vielas un enerģijas plūsmas netiek ierobežotas,piem., okeāns attiecībā pret hidrosfēru vai Zeme attiecībā pretenerģijas plūsmām),– slēgtās (piem., Zeme attiecībā pret vielu plūsmām).• Sistēmas raksturo to spēja reaģēt uz ietekmēm jebatgriezeniskā saite – pašregulējoša vai sistēmas stāvoklistabilizējoša, nodrošina sistēmas uzturēšanu relatīvikonstantos apstākļos.• Atgriezeniskā saite var būt:– pozitīva (ja iedarbība uz sistēmu noved pie tālākas sistēmasdarbības pieauguma),– negatīva.

Negatīvas atgriezeniskās saites piemērs:Vata regulators regulē tvaika padevi uz tvaika mašīnu. Jo intensīvākdarbojas tvaika mašīna, jo ātrāk griežas centrbēdzes mehānisms kārezultātā tvaika padeves vārsts aizvien ciešāk noslēdz tvaika padevi.

• Zemes atmosfēras un temperatūras mainība atkarībāno attāluma līdz Zemes virsmai:Zemes atmosfēra atrodasdinamiskā līdzsvara stāvoklī.Ja atmosfēras spiediensmainās vienmērīgi, tadtemperatūras izmaiņasnotiek lēcienveidīgi,atkarībā no attāluma līdzZemei.

• Hidrosfēra ir Zemes virsmas un tai tuvējās Zemesgarozas daļas ūdeņu kopums, kurā lielāko daļu aizņemPasaules okeāns.• Hidrosfēras kopplatība (okeāns + ledāji + ezeri + upes +purvi + mitrzemes) ir 383 milj. km 2 , un tā aizņem 75 %no Zemes virsmas kopplatības.• Vielu aprite lielā mērā saistās ar ūdens apriti uz Zemes.Ūdens nosaka dzīvības procesu norisi un raksturu uzZemes, kā arī ir galvenā augstākos dzīvos organismusveidojošā viela.

• Litosfēra ir Zemes ārējācietā daļa.• Astenosfēru unaugšējo mantiju veidodaļēji izkusuši ieži unšķidrs materiāls.• Zemes ārējais kodols iršķidrs un veido ~ 30 %no Zemes masas.• Iekšējais kodols ir cietsun sastāv galvenokārtno Fe un Ni.

• Biosfēra ir Zemes daļa, kurā ir izplatīti dzīvie organismi.Biosfēra ietver:– apakšējo atmosfēras daļu (troposfēru),– visu hidrosfēru,– augšējo litosfēras daļu.• Biosfēra ir gan dzīvo būtņu kopums, ko sauc parbiomasu, gan arī organismu dzīves vide.• Dzīvos organismus iedala:– autotrofos – primāro biomasu radīt spējīgie,– heterotrofos – primārās biomasas patērētāji.• Dzīvās vielas masā dominē fitomasa, bet zoomasasapjoms ir ap 2-10 % no kopīgā biomasas daudzuma.

• Dzīvā viela sastāda 0,01 % no Zemes garozas masas.Biomasas koncentrācija ir atšķirīga:– tropu mežos – vidēji 65 kg/m 3 ,– taigā 20-25 kg/m 3 ,– melnzemes joslas stepēs 1 kg/m 3 ,– tuksnešos 0,25 kg/m 3 .• Pasaules okeāns pēc biomasas koncentrācijas lielākotiesir tuvs tuksnešiem, tomēr jūras organismi ātrāk vairojasun arī sadalās, bioloģiskā aprite ir daudz intensīvāka.Tādējādi planktons ir lielākā un nozīmīgākā planētasdzīvo organismu kopa (biocenoze).

• Dzīvās sistēmas atšķirībā no nedzīvajām, aktīvi apmaināsar apkārtējo vidi, nemitīgi uzņemot no tās vielu unenerģiju un izdalot vidē dzīvības procesuatkritumproduktus.• Galvenās dzīvo sistēmu kategorijas ir:– šūna,– organisms,– populācija,– biocenoze.• Šūnām un organismiem piemīt kairināmība – tie aktīvireaģē uz izmaiņām vidē, aug, attīstās un vairojas.

• Nedzīvās dabas elementu kopums, ko sauc par biotopuun dzīvo organismu kopums jeb biocenoze, veidovienotu sistēmu – ekosistēmu.

• Ekosistēmas dzīvais komponents ir sugu sabiedrības –biokopas.• Biokopu raksturo sugu daudzveidība (sugu skaits).• Visas uz Zemes dzīvojošās organismu sugas iedala četroslielos nodalījumos – valstīs – baktērijas, sēnes, augi,dzīvnieki.• Dzīvie organismi ir biokopu pamatvienības. Šie organismiir atkarīgi no vides faktoriem (piem., temperatūras,mitruma, augsnes auglības) un vienlaikus arī paši tospārveido.

• Ekosistēmas ir atvērtas sistēmas: tās nepārtraukti uzņemun izvada enerģiju un vielas, kā arī ir saistītas savā starpāun veido ekosistēmu pakārtotību jeb hierarhiju.

• Ekosistēmas galvenā funkcija ir dzīvības nepārtrauktībasnodrošināšana.• Starp ekosistēmām nav iespējams novilkt precīzasrobežas, ja vien tās nav iezīmējusi pati daba (piem., līnijastarp sauszemi un ūdeni). Visbiežāk starp ekosistēmāmir izteikta pārejas zona – ekotons.

• Dažādu suguorganismi ekosistēmāparasti mijiedarbojassavā starpā un veidoekoloģisko barībasķēdi jeb trofisko ķēdi.• Trofiskā ķēdeneatspoguļo attiecībasstarp sugām, bet ganraksturo organismubarošanās hierarhijuekosistēmā, kā arīvielu un enerģijasplūsmu tajā.

• Enerģijas deficīts un zudumi trofiskajā barības ķēdē ircēlonis tam, ka ekosistēmā parasti augēdāju ir mazāknekā augu un plēsēju mazāk nekā upuru.

• Trofiskais tīkls atspoguļo barības attiecības starpatsevišķām sugām.Sugas ar daudzveidīgubarošanos veido tīkla mezglupunktus, bet sugas, kasspecializējušās tikai vienabarības objekta patērēšanā,tīklam ir piesaistītas tikai arvienu pavedienu.

• Ekosistēmas nemitīgi mainās, attīstās. Vienu biokopunomaina cita, atšķirīga pēc sugu sastāva. Šo procesudēvē par ekoloģisko sukcesiju.Ekoloģiskāssukcesijas piemērs– tīrumaaizaugšana un egļumeža izveidošanās,kas notiekaptuveni 80-100gadu laikā.

• Sukcesijas var iedalīt laikaziņā:– īsas jeb mikrosukcesijas, kasnotiek dažu nedēļu laikā,– ilgas sukcesijas, piem., ezerapakāpeniska aizaugšana unpārveidošanās par purvuilgst gadu tūkstošus.• Ekosistēma attīstības gaitāvirzās uz noteiktugalamērķi – ekoloģiskoklimaksu, kuru sasniedzottā vairs tālāk nemainās.

Ķērpis ir aļģes un sēnes simbioze34

• Cilvēks ir ekosistēmas sastāvdaļa, kas, atšķirībā nopārējiem organismiem, spēj:– būtiski ietekmēt vides sistēmas,– izmantot tajās saražoto bioloģisko produkciju,– izmainīt sugu sastāvu sev vēlamajā virzienā.• Lai sekmīgi apsaimniekotu ekosistēmas, ir labi jāpārzinato funkcionēšanas likumsakarības un sugu struktūra.• Cilvēks ar savu rīcību spēj planētas ekosistēmas ganuzturēt, gan sagraut.• Gadījumos, kad nav pietiekamas informācijas parsistēmu, iejaukšanās tajā drīkst veikt tikai ievērojotmaksimālās piesardzības principu.

• Uz Zemes notiek pastāvīga elementu, vielu un enerģijas aprite,kas ietver gan ķīmiskās pārvērtības, gan ģeoloģiskos procesus unto veidošanā aktīvu dalību ņem dzīvie organismi. Tādējādi vieluapriti apraksta bioģeoķīmiskie cikli.• Vielu (piem., ūdens) un elementu (piem., skābeklis, sērs, ogleklis)avots ir litosfēra, no kuras vielas var nokļūt atmosfērā unhidrosfērā vulkāniskās darbības rezultātā vai iežiem dēdējot.• Nozīmīgākie elementi vidē – ogleklis un skābeklis. Citi elementi,kas Zemes garozā un ūdeņos atrodami mikrodaudzumos (piem.,fosfors, bors, varš), arī ir nepieciešami dzīvības procesunodrošināšanai.• Vielu un elementu apriti virza enerģijas plūsmas, kas Zemisasniedz no Saules.

• Zemi veidojošā viela ir pakļauta pārvērtību un izmaiņuprocesiem:Daļa minerālu ir stabili,noturīgi, un mainotiesvides apstākļiem irspējuši saglabāties. Citisavukārt ir dinamiskiun aktīvi piedalāsZemes garozas sastāvaun īpašību pārmaiņās.

• Galvenais enerģijas avots uz Zemes ir Saules enerģija.• Galvenie faktori, kas nosaka Saules enerģijas pieplūdi ir:– starojuma veiktais attālums,– leņķis, kādā Saules starojums sasniedz Zemes virsmu,– atmosfēras sastāvs un no Saules un kosmiskās telpas nākošāstarojuma mijiedarbība ar Zemes atmosfēras gāzēm.• Zemi sasniedz:– no Saules nākošais elektromagnētiskais starojums, kasgalvenokārt ietekmē Zemes klimatu,– jonizētu daļiņu plūsma (piem., ūdeņraža vai hēlija atomukodoli) un elementārdaļiņas,– no kosmiskās telpas nākošu daļiņu un starojuma plūsma(kosmiskais starojums).

• Attiecība starp atstaroto un absorbēto enerģiju:~30 % no starojuma, tiek atstarota atpakaļ Visumā (daļu atstaromākoņu sega un smalkās daļiņas, kas atrodas atmosfērā), 51 % noSaules nākošā starojuma absorbē Zemes virsma, un šī enerģija tiekizlietota vides procesos (piem., iztvaikošana).

• No Saules nākošā elektromagnētiskā starojumaabsorbcijas princips Zemes atmosfērā un siltumnīcā:Siltumnīcefekta gāzes (ogļskābā gāze, metāns) un arī ūdens tvaiki ircaurlaidīgas ienākošajam starojumam, bet aiztur no Zemes virsmasatstaroto infrasarkano starojumu. Jo augstāka ir šo gāzu koncentrācijaatmosfērā, jo vairāk starojuma tiek aizturēts Zemes atmosfērā un līdzar to pieaug Zemes virsmas temperatūra.

• Ūdens ir atjaunojošais dabas resurss un dzīvību uzturošāviela uz Zemes.• Dabas ūdeņus klasificē pēc to mineralizācijas pakāpes:– saldūdeņi (kopējais sāļu daudzums ir līdz 1 g/l),– iesāļūdeņi (sāļu daudzums 1-10 g/l),– sāļūdeņi (sāļu daudzums 10-35 g/l),– sālsūdeņi (sāļu daudzums >35 g/l).• Saldūdens ir neliela visu Zemes ūdeņu daļa (~3 %), no kāapmēram 2/3 saistīta ar ledājiem un sniega segu, bet1/3 ar pazemes ūdeņiem. Upes un ezeri veido niecīgākosaldūdens daļu.

• Ūdens krājumu sadalījums uz Zemes:Ūdeņu veids Tilpums, km 3Okeāni 1 338 000 000Pazemes ūdeņi 23 900 000tsk. saldūdens pazemes ūdeņi 10 530 000Augsnes mitrums 16 500Ledāji un sniega sega 24 064 100Saldūdens ezeri 91 000Sāļie ezeri 85 400Upju ūdeņi 2 120Ūdens atmosfērā 12 900

• Hidroloģiskais cikls apraksta ūdens apriti vidē:

• Cilvēka darbība būtiski ietekmē ūdeņu plūsmas. Jau tuvānākotnē cilvēka ūdens patēriņš varētu pārsniegt dabiskoūdeņu plūsmu iespējas.Arāla jūras platība 2008. gadā (arnepārtrauktu līniju atzīmēta jūrasplatība 1960. gadā).Ūdens patēriņa mainības tendences untās prognozes dažādos tautsaimniecībassektoros.

• Ogleklis ir nozīmīgākais dzīvos organismus veidojošaiselements, tomēr uz Zemes ir relatīvi maz izplatīts (vidēji350 mg/kg).Oglekļa ciklā nozīmīgasfunkcijas ir biosfērasdzīvajiem,fotosintezējošiemorganismiem, kasnepārtraukti saista CO 2no atmosfēras,veidojot organiskussavienojumus.

• Oglekļa oksīdu un metāna emisijas apjoma pieaugumsvar kļūt par faktoru, kas var negatīvi ietekmēt vidēnoritošos procesus un oglekļa aprites ciklu.• Tiek vērtēts, ka pēdējo 100 gadu laikā CO 2 antropogēnāsemisijas apjoms pieaudzis vidēji par 2,5 % gadā. CO 2saturu gaisā ietekmē arī mežu platību samazināšanās.Ogļskābās gāzes emisijas apjomaizmaiņas pēdējo gadsimtu laikā.

• Slāpekļa fiksēšanu (pārvēršanos reaģētspējīgos unbioloģiski pieejamos savienojumos) nodrošina atmosfērānoritošās reakcijas un dzīvo organismu darbība.Slāpekļa savienojumividē sastopamigalvenokārt kā N 2 O,NO, NO 2 , HNO 3 , NH 3 ,amonija sāļi. Slāpekļasavienojumi irsavstarpēji saistīti unvar pārvērsties viensotrā.

• Galvenais process slāpekļa aprites ciklā ir tā asimilācija –reakcijas, kurās mikroorganismi saista atmosfērasslāpekli. Asimilācijas rezultātā veidojas slāpekļaorganiskie savienojumi.Slāpekļa fiksēšanas apjomsdabiskajos un cilvēka darbībasprocesos pasaules mērogā.

• Ņemot vērā slāpekļa savienojumu ražošanasievērojamos apjomus, tie var negatīviietekmēt gan vidē noritošos procesus, gan arīcilvēku un dzīvnieku veselību.• Slāpekļa savienojumi lauksaimniecībā tiekievadīti augsnē, lai nodrošinātu kultivējamoaugu lielāku ražību. Tomēr liela daļa noizmantotajiem slāpekļa savienojumiemnokļūst pazemes un virszemes ūdeņos. Kopāar slāpekļa savienojumiem, kas izkrīt aratmosfēras nokrišņiem tie rada, gan ūdeņu,gan augsnes „pārbarošanu pārsātināšanu”,bet nākošajos etapos – eitrofikāciju.Slāpekļa savienojumu izkrišanas ar atmosfēras nokrišņiemapjomu mainība pēdējo gadsimtu laikā un tā apjomu prognoze.

• Fosfora aprite ir īpaši nozīmīga tāpēc, ka fosfors bieži irdzīvo organismu attīstību limitējošs elements.Fosfāti nokļūstdzīvniekuorganismospatērējot augus, betar izkārnījumiem undzīvo organismusadalīšanāsrezultātā pēc tobojā ejas, atgriežasaugsnē un ūdeņos.

• Fosfors ir nozīmīgs dzīvo organismu dzīvības procesunodrošināšanā, jo ietilpst ģenētiskās informācijas nesējumolekulu sastāvā (DNS, RNS), daudzu olbaltumvielusastāvā, kā arī molekulu sastāvā, kas nodrošina enerģijaspārnesi šūnās – ATF, ADF.• Fosfora aprites cikls atšķiras no citu elementu apritescikliem ar to, ka tas neietver vielas gāzes fāzē.• Cilvēka darbība ir kardināli izmainījusi fosfora plūsmuraksturu vidē. Praktiski visas fosfora savienojumulietojuma jomas saistās ar to, ka fosfors nokļūsthidrosfērā un iesaistās ūdenstilpju eitrofikācijasprocesos.

CILVĒKS UN VIDE – SISTĒMPIEEJA52

CILVĒKS UN VIDE –SISTĒMPIEEJAMēs esam dzīvas būtnes. Mēs esam līdzīgi citām dzīvām būtnēm pēcanatomijas un fizioloģijas. Līdzīgi citām dzīvām būtnēm mums ir nepieciešamabarība, ūdens un gaiss.Tomēr, mēs esam atšķirīgi un šī atšķirība izpaužas sasniegumos un uzvedībā.Mēs pārmantojam ne tikai ģenētisko vienotību, kas nosaka mūsu dabu, bet arīsaņemam kultūras mantojumu zināšanu un tradīciju veidā, kas nonāk līdz mumsar valodu vai simboliem.Līdzīgi citām dzīvām būtnēm mēs pārņemam arī paradumus, kas pastāv ganlaikā, gan telpā un veido mūsu vidi.Kaut gan vidi mēs vairāk apzināmies kā ir fizikālu, ķīmisku un bioloģisku,tomēr pastāv arī kultūrvide, kas izpaužas sociālā, ekonomiskā untehnoloģiskā dimensijā.Šī īpatnība atspoguļojas pētījumos par cilvēka un vides attiecībām, kaddabas vide asociējas ar fizikas, ķīmijas, ģeoloģijas un bioloģijas zinātnēm, betsociālās un pielietojamās zinātnes mēs uztveram kā kultūrvidi.Reālajā dzīvē vides abas komponentes ir nedalāmas.53

CILVĒKS UN VIDE – SISTĒMPIEEJADabas vide nevar tikt pilnībā izprasta, izolējoties no tās un bez mijiedarbības arto. Tomēr pirms mūsu kultūras attiecības ar dabas vidi kļūtu par kaut ko vērāņemamu, mums ir jāapzina un jāizprot šī vide. Tāpēc ir nepieciešams izprastdabas vides fizikālo, ķīmisko un bioloģisko komponenti, attiecības starp tām un pēctam arī mijiedarbību ar kultūrvidi.Iepazīt dabas vidi un tās komponentes var sākot ar atsevišķiem videsfragmentiem - noskaidrojot kā šie fragmenti ir veidoti un kā tie darbojas. Līdzīgapieeja ir arī mehānikā, kad kādu sistēmu sadala fragmentos un izvērtā katrasdetaļas darbību.Nepieciešams analīzes process un reducēšanas pieeja, kas ir plaši izplatītazinātnē. Kompleksa parādība tiek reducēta līdz atsevišķām komponentēm un tiekizvērtēta katra detaļa.Dažādas zinātnes nozares cenšas atsevišķi nodarboties ar dažādāmkomponentēm un detaļām. Ja šādu pieeju attiecinātu uz vidi, tad izrādītos, kaokeanogrāfijai ir jānodarbojas ar okeāniem un jūrām, meteoroloģijai ar gaisu,hidroloģijai ar ūdeni, ģeoloģijai ar iežiem, bet bioloģijai ar organismiem. Fizika unķīmija arī tiek iekļautas šajā procesā, bet daudz fundamentālākā līmenī.54

Nepieciešama kritiska attieksme56