Биосфера
Биосфера
О Г Л А В Л Е Н И Е
1. Введение
2. Аналитическая часть
2.1. Структура биосферы. 4
2.2. Эволюция биосферы. 6
2.3. Природные ресурсы и их использование. 8
2.4. Устойчивость биосферы. 10
2.5. Биопродуктивность экосистем. 12
2.6. Биосфера и человек. Ноосфера. 15
2.7. Роль человеческого фактора в развитии биосферы. 16
2.8. Экологические проблемы биосферы. 17
2.9. Охрана природы и перспективы рационального природопользования.
17
3. Заключение
В В Е Д Е Н И Е.
В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в
таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и
палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под
другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы",
"живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими
другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только
совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и
указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими
процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой
природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина
"биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти
тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного
воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов,
ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".
Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых
организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он
подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и
образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых
организмов.
Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли,
содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты,
которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть
литосферы.
Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по
себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия.
Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и
приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность
существования всевозможных форм организмов и самого различного образования
их жизни.
Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную
систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи.
1.Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне
взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот,
полисахаридов, а также других важных органических веществ.
2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица
размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле.
Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это
правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.
3.Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную
или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному
существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и
органов, специализированных для выполнения различных функций.
4.Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей,
сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый
кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания,
свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство,
характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с
другими видами и факторами неживой природы.
Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим
местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В
этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные
преобразования.
5.Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность
организмов разных видов и различной сложности организации со всеми
факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы
и литосферы.
6.Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на
нашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых
организмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва).
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
1. Структура биосферы.
Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью
организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе
жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф,
известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых
организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат
жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).
Косное вещество биосферы.
Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают
невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит
примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона,
который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть
ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут
существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной
коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В
литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено
температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.
Атмосфера.
Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2
(21%), CO2 (0,03%). Состояние атмосферы оказывает большое влияние на
физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в
водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют:
кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического
вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий
земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид
углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря
вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.
Гидросфера.
Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+,
Ca2+, Cl-, S, С. Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых
факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится
в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и
содержит 1300 млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего
0,182 млн. км3, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001
млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое
значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их
количество широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов.
Диоксида углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере.
Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение
геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.
Литосфера.
Преобладающие элементы химического состава гидросферы: O, Si, Al, Fe,
Ca, Mg, Na, K. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы,
находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких
метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении
горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности
организмов.
Живые организмы (живое вещество).
Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах
распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы
и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена
главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое
океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса
организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и
0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений
приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей
биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса
океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,
обитающих на Земле.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается
важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но
их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -
беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -
млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного
вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических
процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы
черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи
воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря
жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.
2. Эволюция биосферы.
Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя
целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним
законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного
излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных
тел)
По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е.
оболочки, образованной веществом Земли, происходило на ранних стадиях
существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли
были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на
поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях
вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие
процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и
их спутниках - Марсе, Венере, Луне.
С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала
медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться
влияние живой материи на геологические процессы Земли.
Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты,
привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно
взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и
процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований,
осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно
видоизменив облик и эволюцию Земли.
Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности
зеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней
появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно
влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.
Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в
косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату,
топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.
Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени
относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в
постоянном динамическом равновесии и развитии.
В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды,
планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,
характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находящихся
одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью -
количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу
времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический
круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость
миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов
в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой.
Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в
биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные
(местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем
(биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.
Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по
безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для
жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние
времена различные жизненные формы и виды растений, животных,
микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество,
можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в
вечных снегах приполярья, и в горячих водах источников вулканических
районов.
Такую способность к распространению живого вещества В.И.Вернадский
назвал «всюдностью жизни».
Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических
сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости.
Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования
энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями,
сообществами.
Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как
биологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не только
сознание (совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность
изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.
Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически
искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты
питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в
новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.
3. Природные ресурсы и их использование.
Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают
возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат
основой материального производства человеческого общества. Среди природных
богатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы.
Неисчерпаемые ресурсы.
Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические и
водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом
огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают
атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную
воду уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый, поскольку во многих
регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о
неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за
загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом.
Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне
технологии использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно
рассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализации
крупномасштабных программ, направленных на восстановление их качества.
Исчерпаемые ресурсы.
Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые.
К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие
почв. Из числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни
человека играет лес. Лес имеет немаловажное значение как географический и
экологический фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают
поверхностные воды, т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержанию
уровня грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную
и эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. В
нашей стране леса занимают около 30% всей ее суши и являются одним из
природных богатств.
К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. Их
использование человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами,
которые нашли применение, были самородные золото и медь. Добывать руды,
содержащие медь, олово, серебро, свинец умели уже за 4000 лет до н.э. В
настоящее время человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности
преобладающую часть известных минеральных ресурсов. Если на заре
цивилизации человек использовал для своих нужд всего около 20 химических
элементов, в начале XX века - около 60, то сейчас более 100 - почти всю
таблицу Менделеева. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100
млрд. т руды, топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этих
ресурсов[2]. Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменного
угля, нефти и газа. В современных условиях значительная часть поверхности
Земли распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные
пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельского
хозяйства потребовало больших площадей для строительства городов,
промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения
коммуникаций. Таким образом, к настоящему времени человеком преобразовано
около 20% суши.
Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственной
деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и
невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча
полезных ископаемых.
Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник
ресурсов, однако, в течение очень длительного времени его деятельность не
оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия
изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя
внимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились на
человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни,
человечество постоянно наращивает темпы материального производства, не
задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от
природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или не
пригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, и
самого человека.
4. Устойчивость биосферы.
Какова устойчивость биосферы, то есть ее способность возвращаться в
исходное состояние после любых возмущающих воздействий? Она очень велика.
Биосфера существует уже около 3,8 миллиардов лет (Солнце и планеты – около
4,6 миллиарда) и за это время ее эволюция не прерывалась: это следует из
того, что все живые организмы, от вирусов до человека, имеют один и тот же
генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20
аминокислот, одинаковых у всех организмов. И как бы не были велики
возмущающие воздействия, а некоторые из них можно отнести к разряду
глобальных катастроф, приводивших к исчезновению многих видов, в биосфере
всегда находились внутренние резервы для восстановления и развития.
Страницы: 1, 2
|