Name: measuring ecosystem health
Uploaded: 2019-01-29T11:04:46.000Z
Duration: 5 min 49 s
Channel: JoVE

K12 Standards

north-carolina-k-12-science-standard-course-of-study

North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Earth and Environmental Science

Earth and Human Activity

ESS.EES.5.6

Community Diversity

Экосистема — это сообщество живых и неживых компонентов, которые взаимодействуют на территории. Он может быть таким же большим, как сама земля или лес, полный растений и животных, или маленьким, как желудок с его множеством микробных обитателей. Здоровье экосистемы можно измерить по-разному, но одним из хороших показателей является биоразнообразие, которое измеряет разнообразие биологических видов в экосистеме. 

Мы можем оценить биоразнообразие с помощью показателя, называемого индексом Шеннона-Винера, предложенным Клодом Шенноном и Норбертом Винером в 1940-х годах. Индекс Шеннона-Винера — это безединицное измерение, вычисляемое как H. В индексе используются две переменные: видовое богатство, или количество присутствующих видов, обозначенное буквой K, и равномерность видов, или доля каждого вида, обозначенная PI. Видовое богатство – это количество уникальных видов в экосистеме. В этом примере их семь. Равномерность видов измеряет распределение видов в экосистеме. Это означает, что экосистема, в которой разные виды имеют одинаковую численность, более равномерна, чем та, в которой один или два вида составляют большую часть организмов, как эта, относительно переполненная зайцами. 

Теперь, когда мы знаем, что измерять, давайте узнаем, как измерять биоразнообразие. Поскольку экосистемы могут быть огромными, экологам пришлось быстро найти способы случайного отбора проб на больших площадях. Простейшим из них является квадрат, который представляет собой рамку фиксированного размера, обычно размещаемую случайным образом в пределах места отбора проб. Ученые обследуют территорию внутри квадрата, регистрируя видовое богатство, а также их равномерность. Используя эти маленькие окна, расположенные в нескольких точках по всей экосистеме, они могут экстраполировать свои выводы, чтобы дать оценки разнообразия для всей исследуемой территории. Но хотя этот метод позволяет легко оценить большую территорию, он не идеален. При случайном размещении квадрантов отдельные особи могут быть пропущены, что приводит к недопредставленности видов и неверно низким оценкам биоразнообразия. 

Это ограничение означает, что некоторые сообщества, особенно неоднородные или неоднородные, лучше отбираются с помощью более структурированного подхода. Здесь наша поляна граничит с лесом и, в действительности, состоит из разных участков обитания. Чтобы справедливо охватить это сообщество, мы можем разделить ландшафт на основные места обитания и, что важно, периферийные места обитания. Часто приграничные районы имеют большее биоразнообразие, потому что там могут обитать виды из обоих типов местообитаний. Но это может быть упущено при традиционной случайной выборке. Вместо этого, чтобы измерить биоразнообразие в таком сообществе, хорошей стратегией может быть сначала случайный отбор проб из основных областей с использованием квадратов. Собранные данные затем могут быть использованы для расчета значения H для каждого основного местообитания. Затем через каждую основную среду обитания может быть проложен разрез или линия отбора проб, простирающаяся в краевую зону. Затем богатство и равномерность видов могут быть зарегистрированы с помощью квадратов, размещенных в заданных точках вдоль этих линий. Теперь, используя формулу Шеннона-Винера, можно рассчитать индекс разнесения для каждого расстояния вдоль разреза, и их можно сравнить. Область с большим значением H обычно более разнообразна, чем область с меньшим значением H. Этот комбинированный метод случайных квадратов и трансект дает разностороннюю и более справедливую оценку того, как различные места обитания в одном и том же сообществе соотносятся с точки зрения разнообразия. 

В дополнение к измерениям видов, ученые также могут проводить измерения химических компонентов экосистемы для оценки ее здоровья. Например, они могут проверить загрязнение или проверить качество почвы, измерив присутствующие питательные вещества. Эта информация также может быть полезна для объяснения изменений в моделях биоразнообразия в различных регионах сообщества. Так, в нашем примере, если на лугу почва более низкого качества, чем на лесу и опушке, на нем может произрастать меньше видов. 

В этой лабораторной работе вы измерите биоразнообразие и качество почвы в двух разных основных регионах, а затем изучите, как это влияет на биоразнообразие вдоль краевой среды обитания.

Разнообразие сообщества

Популяции не живут изолированно, таким образом, каждая популяция взаимодействует с другими определенным образом. Эти взаимодействия порождают сеть популяций. Следовательно, экологическое сообщество состоит из таких популяционных сетей различных видов, взаимодействующих друг с другом в пределах одной и той же территории. Эти биологические, или биотические, компоненты могут также тесно взаимодействовать с неживыми, или абиотическими, компонентами, образуя экосистему. Экосистемы могут быть такими же маленькими, как микробные сообщества внутри пищеварительного тракта человека, структурированными по pH и питательным веществам окружающей среды, или такими же большими, как лес, содержащий деревья и насекомых, тесно связанных через круговорот углерода. Экологи и защитники природы проявляют все больший интерес к экосистемам, поскольку люди продолжают вносить в них серьезные изменения во всем мире из-за урбанизации и изменения климата. Изменения в каком-либо отдельном компоненте экосистемы могут повлиять на другие тесно связанные компоненты, что может привести к радикальным изменениям во всей системе. По этим причинам количественная оценка и прогнозирование текущего и будущего «здоровья» экосистем стали одной из основных тем экологических исследований.

<h4>Биоразнообразие</h4>

Термин «здоровье экосистемы» является метафорическим, потому что трудно сравнивать здоровье очень разных экосистем, и не существует единой ценности, которую можно было бы использовать для количественной оценки того, насколько здорова экосистема. Например, пустыни и леса имеют очень разное видовое разнообразие, но одно не обязательно здоровее другого. Таким образом, было сформулировано множество показателей, отражающих состояние экосистемы, и их использование зависит от целей исследования. Следовательно, «здоровье экосистемы» может относиться к тому, насколько ценна экосистема для человека. Например, ценность экосистемных услуг, таких как связывание углерода деревьями или опыление пчелами, используется для количественной оценки здоровья экосистем. Другие метрики могут измерять количество редких видов, обнаруженных в экосистеме, насколько экосистема устойчива к огню, или некоторые другие измерения биотических и абиотических факторов. Для экологов одним из очень популярных показателей здоровья является биологическое разнообразие, или «биоразнообразие». Биоразнообразие – это мера разнообразия биологических видов, встречающихся в районе, и может быть рассчитана с использованием индекса биоразнообразия Шеннона-Винера.

Индекс Шеннона-Винера требует двух измерений от местного сообщества: видового богатства и равномерности. Видовое богатство – это общее количество различных видов в местном сообществе. Область, где нет видов, например, свежевымощенная автостоянка, будет иметь значение богатства, равное 0. Тропические леса, известные тем, что поддерживают некоторые из самых разнообразных сообществ на Земле, имеют гораздо большее видовое богатство. В то время как наличие большого количества видов обычно совпадает с наличием разнообразной и здоровой экосистемы, равномерность также необходимо учитывать. Например, когда один вид доминирует в этом районе, в то время как другие встречаются очень редко, биоразнообразие в этом районе ниже, чем в районе с видами с одинаковой численностью. Таким образом, районы с большим количеством видов, которые относительно равны по численности, имеют самые высокие показатели биоразнообразия.

Шеннон-Винер — не единственный показатель биоразнообразия и здоровья экосистемы. Например, популярный индекс, называемый индексом EPT, используется для определения качества воды в речных системах путем присвоения значений полезности отдельным организмам. В частности, этот индекс учитывает три чувствительных к загрязнителям отряда беспозвоночных, обнаруженных в реках: Ephemeroptera (поденки), Plecoptera (веснянки) и Trichoptera (ручейники). Присутствие этих непереносимых к загрязнителям видов в водном пути используется в качестве показателя хорошего качества воды, и рассматриваемая экосистема считается здоровой.

Часто экологически значимые районы слишком велики, чтобы их можно было отобрать полностью. Чтобы решить эту проблему, экологи отбирают образцы на нескольких небольших участках по всей исследуемой территории с помощью квадратов, которые представляют собой небольшие рамки заданного размера, размещенные в точках по всему исследуемому участку, в которых исследователь идентифицирует и записывает всех особей интересующих видов. Когда учтено достаточное количество квадратных выборок, ученые могут экстраполировать, чтобы сделать точные оценки экологических сообществ.

<h4>Последствия экологических изменений</h4>

Большинство естественных экологических изменений происходят в течение длительного периода времени. Кроме того, человек продолжает изменять экосистемы. Для оценки долгосрочных изменений в экосистемах ученые создали участки долгосрочных экологических исследований (LTER). Одним из старейших LTER является экспериментальный лес Хаббард-Брук, расположенный в штате Нью-Гэмпшир, США. Этот и другие участки расширили знания о масштабах экосистем в результате обезлесения, изменений в гидрологических режимах и других долгосрочных экологических нарушений1.

Когда серьезное изменение происходит очень быстро, это называется экологическим нарушением. Пожары, ураганы и наводнения являются примерами экологических нарушений. Нарушения могут изменить экосистему, уничтожая питательные вещества и изменяя состав биологического сообщества. После нарушения выживанию отдается предпочтение наиболее устойчивым и выносливым видам. Устойчивый вид или сообщество — это вид или сообщество, которое может пережить серьезные нарушения с минимальными последствиями и быстро восстановиться после нарушений, например, одуванчики после стрижки газона. Отбор проб на участке в течение многих лет до и после возмущений невозможен, но сравнение различных участков с разными режимами возмущений предлагает частичное решение этой проблемы.

Нарушенные места обитания обычно неоднородны, поэтому использование случайно расположенных квадратов может привести к недопредставленности видов и неправильным оценкам биоразнообразия. По этой причине важно учитывать окружающую среду и некоторые характеристики изучаемой среды обитания. Это достигается в ландшафтной экологии путем изучения как основных, так и краевых местообитаний. Основная среда обитания расположена в центре участка, окруженная средой обитания того же типа. Напротив, краевая среда обитания, также известная как пограничная среда обитания, граничит с другим типом среды обитания. Краевые местообитания, такие как место, где лесная среда обитания встречается с луговой средой обитания, могут иметь увеличенное биоразнообразие, поскольку в них могут быть обнаружены виды из обоих типов местообитаний. Такие различия в биоразнообразии на границах местообитаний называются краевыми эффектами. Чтобы оценить эти переходные зоны, экологи используют тропы вдоль мест обитания, называемые разрезами, и регистрируют биоразнообразие небольших участков отбора проб через определенные промежутки времени вдоль тропы. Тем не менее, не все места обитания будут иметь краевые эффекты, и иногда пограничные виды являются инвазивными и могут расти в более широком диапазоне мест обитания, что не свидетельствует о «здоровой» экосистеме.

В дополнение к мерам по видам, ученые могут также проводить измерения химических компонентов экосистемы для оценки ее здоровья. Например, они могут проверить загрязнение или проверить качество почвы, измерив присутствующие питательные вещества. Эта информация также может быть полезна для объяснения изменений в моделях биоразнообразия в различных регионах сообщества. Существует также множество переменных, включая температуру, количество осадков в течение определенного периода времени и функциональные особенности вида, которые трудно измерить и которые требуют расширенного статистического анализа. Экологи постоянно работают над новыми способами регистрации этих переменных в больших масштабах времени и пространства. Это привело к появлению новых методов, таких как дистанционное зондирование экосистем, в котором спутниковые снимки используются для оценки переменных, представляющих интерес по всему земномушару2. Эти данные требуют использования многомерной статистики и других сложных математических инструментов, которые постоянно совершенствуются.

По мере того, как население планеты продолжает расти и изменять экосистемы во всем мире, ученые и заинтересованные граждане работают над сохранением и сохранением экосистем, находящихся под угрозой исчезновения. Одним из способов восстановления сильно измененных экосистем является биоремедиация, которая включает в себя высвобождение биологических организмов, обычно микроорганизмов, для расщепления загрязняющих веществ и восстановления благоприятных характеристик экосистемы. Одним из примеров этого является выброс микроорганизмов в сточные воды для устранения загрязнения и восстановления воды до пригодного для жизни состояния рыб4. Таким образом, изобретательные способы восстановления экосистем будут приобретать все большее значение для устранения антропогенного воздействия на экосистемы.

<h4>Ссылки</h4>

<ol class="ссылки">
	<li>Лайкенс, Джин Э. Пятьдесят лет непрерывных данных об осадках и химическом составе водотоков из исследования экосистемы Хаббард-Брук (1963–2013 гг.). экология. Т. 98 , 8: 2224.</li>
	<li>Чжаоцинь Ли, Даньдань Сюй, Сюйлинь Го. Дистанционное зондирование здоровья экосистем: возможности, проблемы и перспективы на будущее. Сенсоры (Базель). 2014, Том 14(11): 21117–21139.</li>
	<li>Garbisu, Itziar Alkorta Lur Epelde Carlos. Параметры окружающей среды, измененные изменением климата, влияют на деятельность почвенных микроорганизмов, участвующих в биоремедиации. Письма по микробиологии FEMS. 2017, Том 364, 19.</li>
	<li>. Падмавати, К. Сунита, К. Вирайя. Эффективность пробиотиков в улучшении качества воды и бактериальной флоры в рыбных прудах. Afr. J. Microbiol. Res. 2012, 6(49). 7471-7478.</li>
</ol>

Население не живет изолированно; Таким образом, каждая популяция взаимодействует с другими определенным образом. Эти взаимодействия порождают сеть...

Education

JoVE Lab Manual

Biology

Биология

Ecology

Экология

measuring ecosystem health

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle.

Ecologists study ecosystem health because urbanization and climate change are changing ecosystems around the world. A change in one part of an ecosystem can affect other connected parts. That can lead to major shifts in the whole system. Because of this, scientists want to measure and predict the current and future health of ecosystems.

There is no single way to measure ecosystem health. The term is metaphorical, and different ecosystems are not easy to compare directly. A desert and a forest may have very different species diversity, but one is not automatically healthier than the other. Researchers use different metrics based on the goal of the study. Some look at ecosystem services, such as carbon sequestration by trees or pollination by bees. Others measure rare species, fire resistance, or other biotic and abiotic factors.

One common measure is biodiversity, or biological diversity. Biodiversity describes the variety of species in an area and can be calculated with the Shannon-Wiener biodiversity index. This index uses two measurements: species richness and evenness. Species richness is the total number of different species in a local community. A freshly paved parking lot would have a richness of 0, while a rainforest would have a much higher richness. Evenness matters too. If one species dominates and the others are rare, biodiversity is lower than in a community where species are more evenly abundant.

Another health measure is the EPT index, which is used in river systems to check water quality. EPT stands for Ephemeroptera, Plecoptera, and Trichoptera, which are mayflies, stoneflies, and caddisflies. These invertebrates are sensitive to pollution, so finding them in a waterway is a sign of good water quality. In that case, the ecosystem is considered healthy.

Ecologists often cannot sample a large habitat all at once. To solve this, they use quadrats, which are small frames of a set size placed at different points in the study area. Inside each quadrat, a researcher identifies and records the species of interest. With enough samples, scientists can estimate the ecological community more accurately.

Ecological change can happen slowly over many years or quickly as a disturbance. Fires, hurricanes, and floods are examples of disturbances. They can remove nutrients and change the makeup of the biological community. Afterward, the most resistant and resilient species are more likely to survive. A resistant species can handle major disturbance with little harm and recover quickly, like dandelions after a lawn is mowed.

To study long-term change, scientists use Long Term Ecological Research sites, or LTERs. The Hubbard Brook Experimental Forest in New Hampshire is one of the longest running examples. These sites have helped scientists understand long-term patterns linked to deforestation, changes in water flow, and other major disturbances. Since it is not practical to sample the same site for many years before and after every event, researchers also compare areas with different disturbance histories.

Disturbed habitats are often patchy, so random quadrats can miss important species and give poor biodiversity estimates. Ecologists also study landscape patterns by comparing core habitats and edge habitats. A core habitat is found in the middle of a patch. An edge habitat, or boundary habitat, borders a different habitat type. For example, where a forest meets a meadow, biodiversity may be higher because species from both habitats can be present. These changes are called edge effects, and they are often measured with transects, or paths across the habitat, where small sampling sites are recorded at set intervals.

Not every edge shows an edge effect. Some edge species are invasive and can live in many habitat types, so they may not indicate a healthy ecosystem. Scientists also measure chemical features of ecosystems, such as pollution levels or soil nutrients. These data help explain biodiversity patterns in different parts of a community. Other variables, including temperature, precipitation over time, and species traits, can be harder to measure and may require advanced statistical analysis.

To study ecosystems across large areas and long time scales, ecologists are using remote sensing. This method uses satellite images to estimate variables across the globe. The data often require multivariate statistics and other complex math tools that are still being improved. As people continue to change ecosystems worldwide, conservation and restoration have become increasingly important. One restoration method is bioremediation, which uses biological organisms, usually microorganisms, to break down pollutants and restore favorable ecosystem traits. In wastewater, for example, microorganisms can help remove pollution and make the water habitable for fish.

Measuring Ecosystem Health

animal behavior

Drosophila Taxis in Animal Behavior

Drosophila taxis behavior is a key part of animal behavior studies. The common fruit fly, Drosophila melanogaster, is a widely used model organism in biology. It is easy to keep in small tubes, it has a short generation time of about two weeks, and males and females are easy to tell apart because males have black coloration toward the posterior and females have banded abdomens. Scientists have used Drosophila for more than a century. Thomas Hunt Morgan and his students studied mutant flies in...

energy dynamics

Food Chain Energy Flow and Biomass

Food chain energy flow shows how energy moves through ecosystems from one organism to the next. Energy cannot be created or destroyed, so it can only change form or be passed along to another organism. When a cow grazes on grass or an osprey eats fish, energy moves to the consumer. Each transfer is part of a trophic level, and these links help explain how ecosystems stay balanced. Primary producers sit at the base of the food chain. They are autotrophs, or self-feeding organisms, because they...

measuring biodiversity

Why Biodiversity Matters in Ecosystems

Biodiversity matters because it helps keep ecosystems healthy and stable. Biodiversity is the variety of living organisms in an ecosystem, and it can be measured at the genetic, species, community, and ecosystem levels. Ecologists often focus on species richness, which is the total number of different species in a local community. They also consider evenness, which describes how similar the abundances of those species are. A community with many species is not always the most diverse if one...

extinction

Mass Extinction and the Fossil Record

Mass extinction is a major loss of species, and the fossil record shows how these events changed life on Earth. Fossils from different rock layers helped scientists see that life has a long history. In the early 19th century, that idea helped launch paleontology, the study of fossils and ancient life. At first, many scientists did not fully accept that a species could disappear forever. They thought unknown organisms seen only in fossils might still live in unexplored places on Earth. By 1859,...

species distribution and biogeography

Island Biogeography and Species Richness

Island biogeography explains why species are found in some places and not others. It looks at how biotic factors, like competition and predation, and abiotic factors, like habitat size and distance, shape birth, death, immigration, and emigration rates. For a species to avoid local extinction, births and immigration must match or exceed deaths and emigration. Edward O. Wilson and Robert MacArthur helped define this field in 1967 by studying isolated oceanic islands. Islands gave early...

population growth

Population Models and Carrying Capacity

Population ecology examines how a species population changes over time. A population is a group of individuals of the same species living in the same area at the same time. To persist, a population must grow or at least stay about the same size. Ecologists study birth rate, death rate, and age distribution to understand whether a population is increasing, declining, or at risk of extinction. Population ecologists use models to predict how population size changes. Two simple models are...

community diversity

Ecosystem health is measured by looking at how species, habitats, and nonliving conditions interact in the same area. An ecological community includes many populations that live together and affect one another. When biotic parts, or living parts, also interact with abiotic parts, or nonliving parts, they form an ecosystem. These systems can be very small, like microbes in the human digestive tract, or very large, like a forest linked by the carbon cycle. Ecologists study ecosystem health...

climate change

Climate Change Effects on Sea Level and Species

Climate change affects Earth’s average temperature, sea level, and living things. Scientists distinguish climate from weather by time scale. Weather describes short-term conditions in one place, such as temperature and precipitation. Climate describes those same conditions over long periods, and global climate is measured using data from across the entire Earth. Researchers track climate change with help from meteorology, geography, oceanography, and computer models. Much of this work focuses...

group behavior

Hawk-Dove Strategy in Animal Populations

Hawk-dove strategy helps explain how animals compete and cooperate in populations. Organisms often face costs when they try to get food, shelter, or mates. Because of that, individuals can use different behavioral strategies to gain an advantage. This is clear in polymorphic mating systems, where one sex, usually males, uses more than one mating strategy. For example, dominant male sea lions defend groups of females on the beach. Non-dominant males stay in or near the water and try to mate...

optimal foraging

Patch Use in Optimal Foraging

Patch use in optimal foraging explains how organisms balance food gain against the time and energy needed to search for it. Foraging is not limited to food. Animals also search for habitats, shelter, and mates. Each choice has costs and benefits. A resource provides a benefit, but finding and capturing it takes effort. Optimal Foraging Theory models how organisms reach the best balance between those costs and gains. A key idea in this theory is that resources are often clumped into patches...

sexual selection and mate choice

Mate Competition and Fitness Traits

Mate competition and fitness traits shape how organisms choose partners and pass genes to the next generation. Evolutionary fitness depends on surviving and producing offspring, and sexual selection is a major part of that process. It creates pressure on traits used in courtship and mating, such as bright colors, ornamentation, and other features that help attract a mate. These traits can also create sexual dimorphism, which means males and females of the same species look different. Sexual...

eusociality and division of labor

Honeybee Altruism and Inclusive Fitness

Eusociality is a highly organized form of animal social life. It includes division of labor, where different individuals take on different roles in the group. In these systems, some animals help others even when it comes at a cost to their own survival or reproduction. That self-sacrificing behavior is called altruism. Early evolutionary biologists used to explain fitness only at the level of the individual. Observations of eusocial species, such as honeybees, challenged that idea. W. D.

ecology

Learn how ecologists measure ecosystem health with biodiversity, quadrats, EPT index, disturbance studies, remote sensing, and bioremediation.

Measuring Ecosystem Health | JoVE K12

ESS.EES.6.1

ESS.EES.6.3

Earth's Systems

ESS.EES.4.1

ESS.EES.4.2

Louisiana Student Standards for Science

High School

Earth Science

Human Sustainability

HS-ESS3-3

HS-ESS3-4

Environmental Science

Resources And Resource Management

HS-EVS1-1

ecosystems-interactions-energy-and-dynamics

Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-1

HS-LS2-6

HS-LS2-7

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

ES.8

ES.8.b

Alabama Course of Study Science

Unity and Diversity

9-12.EVS.2.3.a

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Life Science

interdependent-relationships-in-ecosystems

Interdependent Relationships in Ecosystems

HS-LS2-2.

HS-LS2-7.

Georgia Standards of Excellence

SEC1.

SEC1.a

Botany

SBO1.

coevolution-plant-morphological-anatomical-structures-with-animals-ie

Coevolution of plant morphological and anatomical structures with animals (i.e., pollination), Rhizobium (i.e., nitrogen fixation), and Mycorrhiza (i.e., fungi in rhizosphere).

Подготовьтесь к преподаванию Разнообразие сообщества с помощью этого 1-минутного руководства для преподавателей. Охватывает ключевые этапы подготовки для лаборатории Biology на JoVE Lab Manual.

Подготовка преподавателя по Разнообразие сообщества в Biology - Более 1.3K просмотров | JoVE Lab Manual

Следуйте пошаговым процедурам Разнообразие сообщества в этом 13-минутном видео студенческого протокола. Часть коллекции Biology на JoVE Lab Manual.

Студенческий протокол по Разнообразие сообщества в Biology - Более 2.3K просмотров | JoVE Lab Manual

Threats to Biodiversity

There have been five major extinction events throughout geological history, resulting in the elimination of biodiversity, followed by a rebound of species ...

The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

Energy Dynamics

The Food Chain
Energy is one of the most important abiotic factors in an ecosystem and organisms in an ecosystem are connected by the flow of energy and ...

What is Climate?

Climate refers to the prevailing weather conditions in a specific area over an extended period. As the saying goes, &#8220;Climate is what you expect. ...

Sustainable Development

As the human population continues to grow and use resources, we must be mindful of our planet&rsquo;s natural limits. Sustainable development provides a ...

Global Climate Change

Throughout its ~4.5 billion year history, the Earth has experienced periods of warming and cooling. However, the current drastic increase in global ...

Extinction

The History of Life on Earth
Fossils of organisms that were different from anything alive today had been documented as early as the 17th century, but it ...

Ecological Disturbance

An ecological disturbance is a temporary disruption in the environment resulting from abiotic, biotic, or anthropogenic factors, causing a pronounced ...

Climate Change

The certainty of climate change remains a public controversy despite the consensus among approximately 97% of active climate researchers, who not only ...

Habitat Fragmentation

Habitat fragmentation describes the division of a more extensive, continuous habitat into smaller, discontinuous areas. Human activities such as land ...

Analyze and interpret data to explain the impacts of land use on Earth's systems.

ESS.EES.5.1

water-quality-analysis-via-indicator-organisms

Water Quality Analysis via Indicator Organisms

Source: Laboratories of Dr. Ian Pepper and Dr. Charles Gerba -The University of Arizona
Demonstrating Author: Luisa Ikner
Water quality analysis monitors ...

Nutrients in Aquatic Ecosystems

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Nitrogen and phosphorus are essential plant nutrients found in aquatic ...

turbidity-and-total-solids-in-surface-water

Turbidity and Total Solids in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Turbidity and total solids are related measurements addressing clarity of ...

environmental-applications-of-microorganisms

Environmental Applications of Microorganisms

Microorganisms play a pivotal role in maintaining ecosystem balance by recycling essential elements such as carbon, nitrogen, and phosphorus, as well as ...

Dissolved Oxygen in Surface Water

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Dissolved oxygen (DO) measurements calculate the amount of gaseous oxygen ...

The Water Cycle

The Earth&rsquo;s hydrosphere includes all of the areas where the storage and movement of water occurs. Since water is the basis of all living processes, ...

Biodiversity and Human Values

Human civilization relies on biodiversity in many ways. Sudden changes in species biodiversity result in environmental changes that can modify weather ...

Analyze and interpret data to evaluate how human use of ground and surface waters impacts water quality and availability in river basins, wetlands, estuaries, and aquifers.

ESS.EES.5.2

Measuring Tropospheric Ozone

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
Ozone is a form of elemental oxygen (O3), a molecule of three oxygen atoms ...

determination-of-nox-in-automobile-exhaust-using-uv-vis-spectroscopy

Determination Of NOx in Automobile Exhaust Using UV-VIS Spectroscopy

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
In the troposphere, ozone is naturally formed when sunlight splits nitrogen ...

What is Weather?

Overview

Weather refers to the current state of atmospheric conditions at a specific time and place. Weather is temporary and is influenced by the ...

The Sulfur Cycle

Sulfur, an important element in the chemical makeup of proteins, is recycled through the atmosphere and aquatic and terrestrial environments. Found in the ...

design-example-sustainability-in-concrete-building

Design Example: Sustainability in Concrete Building

A construction firm specializing in concrete buildings constructed a sustainable commercial building.&#160;
The various sustainable practices incorporated ...

The Efficient Level of Pollution

Producing goods often results in pollution as a byproduct, but eliminating all pollution isn&#39;t practical. Doing so would mean halting the production ...

Construct an argument to evaluate the ways that human activities influence atmospheric composition.

ESS.EES.5.3

Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
The United States consumes a large amount of energy &#8211; the current ...

Dye-sensitized Solar Cells

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
Today&#39;s modern world requires the use of a large amount of energy. While ...

Energy

The universe is composed of matter in different forms, and all forms of matter contain energy.&#160; The different forms of energy on Earth originate from ...

Construct an argument to evaluate the benefits and trade-offs of using non-renewable or renewable energy sources for electricity production and transportation fuels.

ESS.EES.5.4

Proper Waste Disposal

Robert M. Rioux and Taslima A. Zaman, Pennsylvania State University, Pennsylvania, PA

Users are responsible for the proper disposal of the waste ...

Green Marketing

Green marketing is about promoting products or services by highlighting their environmental advantages.
These products or services are produced and ...

The Efficient Amount of Recycling I

In an imaginary town, Greendale, residents carelessly dispose of recyclable plastics due to minimal additional trash pickup fees, leading to recyclable ...

The Efficient Amount of Recycling II

In the town of Greendale, tackling the recyclable plastic waste issue with price or quantity mechanisms, such as a disposal fee, quota, or disposable ...

Bioremediation

Bioremediation is the use of prokaryotes, fungi, or plants to remove pollutants from the environment. This process has been used to remove harmful toxins ...

Construct an argument to evaluate potential solutions that will ensure sustainable consumption of Earth's resources.

ESS.EES.5.5

Populations do not live in isolation; thus, every population interacts with others in certain ways. These interactions give rise to a network of ...

What is Conservation Biology?

Conservation biology is a scientific field that focuses on the preservation of biodiversity in order to protect ecosystems while meeting the needs of the ...

Construct an argument to evaluate a range of solutions to mitigate impacts of human activities on Earth's systems.

Dimensions of Health and Illness

The factors influencing the health-illness continuum can be internal or external and may or may not be under conscious control. They are related to the ...

The Soil Ecosystem

Plants obtain inorganic minerals and water from the soil, which acts as a natural medium for land plants. The composition and quality of soil depend not ...

Analyze and interpret data to infer how use of natural resources impacts ecosystems and human populations, including human health.

simulating-impacts-of-ice-storms-on-forest-ecosystems

Simulating Impacts of Ice Storms on Forest Ecosystems

Ice storms can have profound and lasting effects on the structure and function of forest ecosystems in regions that experience freezing conditions. ...

Construct an argument to infer how some natural hazards (such as flooding and wildfires) are increasing in frequency and intensity due to human activities.

ESS.EES.6.2

Construct an argument to explain how natural hazards and other environmental problems may impact some human populations more than others.

Evaluate how human consumption patterns impact Earth's systems.

Measuring Ecosystem Health

Description

Transcript

More videos by Standards