Реферат: Биосфера

Реферат: Биосфера

Биосфера

Биосфера - оболочка Земли,

населенная живыми организмами. В

процессе эволюции на Земле

образовалась особая оболочка (или

сфера) населенная живыми

организмами. Впервые это название

было использовано еще Ж. Б.

Ламарком. Термин “биосфера” (греч.

“биос” - жизнь, “сфера” - шар) ввел в

1875 г. геолог Э.Зюсс, но

распространение этого термина

произошло благодаря развитию учения

о биосфере академиком

В.И.Вернадским (в конце 20-х гг. XX

столетия). В. И. Вернадский (1863-1945

гг.), являясь основоположником новой

науки - биогеохимии, первым обратил

внимание на роль живых организмов

как мощного геологического фактора,

установив роль живого вещества в

преобразовании земной поверхности.

На Земле различают несколько

геосфер: литосферу (греч. “литос” -

камень) - внешнюю твердую оболочку

земного шара, состоящую из двух

слоев: верхнего слоя осадочных пород

с гранитом и нижнего базальтового;

гидросферу (океаны, моря, озера,

реки), занимающую 70,8% земной

поверхности; атмосферу,

простирающуюся вверх до 100 км: в

ней различают тропосферу (греч

“тропа” - перемена) высотой 15 км, а

над ней - стратосферу (лат. “стратум” -

слой), высотой до 100 км (у границы

стратосферы возникают северные

сияния. На высоте 45 км вместо

кислорода находится озон,

образующийся из свободного

кислорода под влиянием солнечных

лучей (О2 ® О3), который образует

экран и отражает губительные для

живых организмов космические

излучения и частично

ультрафиолетовые лучи Солнца);

ионосферу, располагающуюся выше

стратосферы и имеющую слой

разреженного газа из ионизированных

атомов.

Биосфера охватывает поверхность

Земли, верхнюю часть литосферы, всю

гидросферу, тропосферу и нижнюю

часть стратосферы. Границы биосферы

определяются наличием условий,

необходимых для жизни различных

организмов. Верхняя граница

биосферы ограничена интенсивной

концентрацией ультрафиолетовых

лучей; нижняя - высокой температурой

земных недр (свыше 100 oС). Крайних

пределов границ биосферы достигают

только бактерии (споры бактерии

попадают на высоту 20 км, а

анаэробные бактерии обнаруживаются

на глубине свыше 3 км в водах

месторождений нефти). Наибольшая

концентрация жизни сосредоточена у

поверхности суши и океана, у границ

соприкосновения литосферы и

атмосферы, гидросферы и атмосферы,

гидросферы и литосферы, т.е. на

границе фаз. Живые организмы в сумме

составляют живое вещество. В составе

биосферы есть и неживое (косное)

вещество, а также сложные по своей

природе биокосные тела (в их состав

входят как живые организмы, так и

видоизмененное неживое вещество).

В.И.Вернадский к биокосным телам

относил почвы, илы, природные воды.

Таким образом, живые организмы могут

существовать в тропосфере и нижних

слоях стратосферы, а в гидросфере

проникают на всю глубину Мирового

океана - до 10-11 км, в литосфере -

иногда до глубины 7,5 км. Величина

биомассы для всей планеты составляет

3·1012 т, при этом более 95% этой

величины приходится на долю

растительных организмов и только 5% -

на долю животных. В целом биомасса

составляет лишь около 0,01% массы

всей биосферы, но ее роль на планете

грандиозна. Основную часть биомассы

растений составляют деревья, поэтому

основное накопление биомассы на

планете определяется

распространением лесов на

континентах. Наибольшее сгущение и

разнообразие растений имеет место во

влажных тропических лесах.

Разнообразие и количество видов

животных зависят от растительной

массы и тоже увеличиваются к

экватору. В биосфере условно

выделяют элементарные целостные

единицы - биогеоценозы -

совокупность популяций разных видов,

обитающих в определенной местности.

Биоценоз объединяет сообщества

растительных и животных организмов,

населяющих участок биосферы с

однородными условиями

существования. Взаимные связи внутри

биогеоценоза поддерживаются в

процессе круговорота веществ.

Основное условие поддержания жизни

в биосфере определяют живые

организмы, осуществляя круговорот

неорганических и органических

веществ.

Биогеохимические циклы - это

циркуляция химических элементов

абиотического происхождения,

которые попадают из окружающей

среды в организмы и из организмов в

окружающую среду. В биосфере все

время совершаются круговороты воды и

всех элементов, входящих в состав

живых организмов. Процесс этот длится

десятки миллионов лет. “На земной

поверхности нет химической силы,

более постоянно действующей, а

поэтому и более могущественной по

своим конечным последствиям, чем

живые организмы, взятые в целом” -

утверждал В. И. Вернадский.

Неорганические элементы вносятся в

ткани растений и животных в процессе

их роста и развития и входят в состав

органических веществ. После смерти

организма эти элементы подвергаются

сложным превращениям, после чего

снова попадают в новые организмы. К

главным циклам относятся

биохимические циклы углерода, азота,

воды, фосфора и серы.

Кругооборот углерода и кислорода

осуществляется в близко идущих

процессах. При дыхании

высвобождается углерод в виде СО2, а

в процессе фотосинтеза СО2 снова

превращается в органические

соединения. Всего за 7-8 лет живые

организмы пропускают через свои тела

весь углерод, содержащийся в

атмосфере. В океане (в основном в

составе фитопланктона) 40·1012 кг

углерода в год фиксируется в процессе

фотосинтеза в виде СО2. Большая его

часть потом высвобождается при

дыхании. На суше фиксируется в год

35·1012 кг углерода при фотосинтезе в

виде СО2; 10·1012 кг углерода

выделяется при дыхании растений и

животных; 25·1012 кг углерода

выделяется при дыхании редуцентов;

5·1012 кг углерода в год

высвобождается при сжигании

ископаемого топлива. Этого количества

вполне достаточно для постепенного

увеличения концентрации двуокиси

углерода в атмосфере и в океанах.

Большая доля углерода содержится в

осадочных породах. В последние годы

поступление углерода в атмосферу

вследствие деятельности человека

резко возросло, что может привести к

серьезным последствиям для биосферы.

Кругооборот азота имеет свое

своеобразие. Известно, что в

атмосфере содержится 79% азота, но

сам азот как элемент очень инертен и

поэтому редко встречается в связанном

состоянии. Он входит в состав

аминокислот и белков. В биологический

круговорот азот атмосферы

вовлекается в основном благодаря

биологической фиксации

микроорганизмами (азотфиксация). В

атмосферу азот возвращается в

результате денитрификации, которая

осуществляется как при участии

бактерий, так и в ходе химических

реакций без участия организмов.

Важно, что никакой другой элемент

так не ограничивает ресурсы

питательных веществ в экосистемах,

как азот. Круговорот азота в

большинстве сообществ замкнутый,

лишь небольшие количества этого

элемента выносятся из наземных

сообществ со стоком (в масштабах

биосферы реки выносят в океан около

30 млн т азота в год).

Земная кора содержит много серы,

растения ее получают в основном в

виде сульфатов. Сера является

необходимым компонентом почти всех

белков. Животные восполняют

потребности в сере, получая ее от

растений. В годы интенсификации

хозяйственной деятельности человека

поступление серы в атмосферу все

время возрастает (в виде, например,

окислов серы - сернистого газа SO2).

Растворяясь в воде, окислы образуют

кислоты. Имеет место выпадение

кислотных дождей, приводящих к

изменению экологической обстановки,

часто с негативными последствиями.

Кругооборот фосфора менее сложен,

поскольку его в газообразном

состоянии нет. Миграция фосфора

осуществляется за счет живых

организмов, а значительная часть

попадает в конечном счете в океан и

откладывается в осадочных породах.

Фосфор - сравнительно мало

распространенный элемент и, подобно

азоту и калию, часто бывает фактором,

лимитирующим продуктивность

экосистем. Фосфор - необходимый

компонент нуклеиновых кислот, АТФ,

белков и ряда жизненно важных

органических веществ.

Кругооборот воды осуществляется в

основном за счет энергии Солнца, но

организмы оказывают на него свое

регулирующее действие. Вода является

источником водорода, в которой

водород химически связан с

кислородом, а также донором водорода

при фотосинтезе, а сама по себе она

является составной частью живых

клеток. Роль ее заключается также в

том, что она - важный климатический

фактор и среда для водных организмов.

Круговорот воды называется

гидрологическим циклом, и в этом

цикле вода может находиться в

газообразном, жидком и твердом

состояниях. С поверхности океанов

испаряется больше воды, чем выпадает

над океанами в виде осадков. “Лишняя”

испарившаяся вода переносится в виде

пара атмосферными потоками,

выпадает в виде осадков над сушей и

поступает снова в океаны с

поверхностным речным стоком и через

грунтовые воды.

Доступная для наземных животных вода

составляет ничтожную часть от ее

общего количества - всего около

0.01%. Незначительная часть воды,

проходящей через тела растений,

разлагается при фотолизе воды на

кислород, выделяемый в атмосферу, и

водород, включаемый в состав

органических веществ. Много больше

воды растения расходуют на

транспирацию (поглощают воду из

почвы и испаряют в атмосферу).

Главнейшую роль в жизни на Земле

играет непрерывно поступающий

поток энергии Солнца: 10.5·1029

кДж/год (2.5·1020 ккал/год). 42%

солнечной энергии отражается Землей

в мировое пространство, 58%

поглощается атмосферой и почвой. Из

этого количества Землей излучается

более 20%, а 10% расходуется на

испарение воды с поверхности

Мирового океана. Падающая на Землю

солнечная энергия аккумулируется

зелеными растениями и поступает с

ними в другие организмы. Зеленые

растения образуют в год около 100

млрд т органического вещества,

содержащего около 1800·1015 кДж

(450·1015 ккал) энергии. Одновременно

они поглощают около 170 млрд т СО2,

выделяют около 115 млрд т О2 и

испаряют 16·1012 т воды (цифры

примерные, так как разные расчеты

дают различающиеся данные).

Образование органических веществ за

счет энергии Солнца -

эндотермический процесс, а окисление

- экзотермический процесс. Окисление

органических веществ в процессах

дыхания, брожения, гниения с

выделением тепла, Н2О и СО2 имеет

почти такие же масштабы, как и

процесс фотосинтеза.

Солнечная энергия определяет

масштабные климатические,

геологические и биологические

процессы. Под влиянием биосферы она

преобразуется в различные формы

энергии, вызывающие огромные по

масштабам и скорости превращения,

миграции и круговороты веществ,

увеличение и распространение

биомассы.

Человечество представляет собой

часть биомассы биосферы. Если на заре

своего становления человек полностью

зависел от окружающей среды, то с

развитием мозга человек сам

становится мощным фактором

дальнейшей эволюции на Земле.

Овладение человеком различными

формами энергии - механической,

электрической и атомной -

способствовало значительному

изменению земной коры и биогенной

миграции атомов. В.И.Вернадский

подчеркивал в своих трудах, что

воздействие человека на остальную

биосферу усилилось после появления

науки, что человечество стало

главнейшей силой, изменяющей

процессы в биосфере. Понятие о

ноосфере (греч. “ноос” - разум,

“сфера” - шар) впервые появилось в

начале XX в. Ноосфера первоначально

представлялась как своеобразная

“мыслящая” оболочка Земли, которая,

зародившись в конце третичного

периода, разворачивается над

растительным и животным миром - вне

биосферы. Ноосфера, по Вернадскому,

- это биосфера, преобразованная

трудом человека и измененная научной

мыслью. В.И.Вернадский рассматривает

переход от биосферы к ноосфере

(“сфере разума”) как естественный

процесс. Он писал: “...Все

человечество, вместе взятое,

представляет ничтожную массу

вещества планеты. Мощь его связана

не с его материей, но с его мозгом, с

его разумом и направленным этим

разумом его трудом. В геологической

истории биосферы перед человеком

открывается огромное будущее, если

он поймет это и не будет употреблять

свой разум и свой труд на

самоистребление... Человечество,

взятое в целом, становится мощной

геологической силой. И перед ним,

перед его мыслью и трудом, становится

вопрос о перестройке биосферы в

интересах свободно мыслящего

человечества как единого целого. Это

новое состояние биосферы, к которому

мы, не замечая этого, приближаемся, и

есть “ноосфера”...”.

Человечество, осознав огромную

ценность жизни, катастрофические

последствия преобразования пророды

(создание каналов, водохранилищ,

изменения русла рек, хищническое

использование природных ресурсов,

истребление лесов и т.п.), должно

проникнуться пониманием

экологических проблем и перейти к

равноправному сотрудничеству с ней.

Возникает необходимость создания

высокопродуктивных экологических

систем, поддерживаемых человеком,

наряду с сохранением и поддержанием

уже существующих. Необходимо вести

борьбу с хищническим использованием

природных ресурсов, загрязнениями

атмосферы, почвы и воды.

Охрана природы - совокупность

международных, государственных и

региональных мероприятий,

направленных на поддержание

природы в состоянии, соответствующем

эволюционному уровню современной

биосферы. Природоохранные

мероприятия должны быть

многоцелевыми и включать все

возможные пути ее реализации. На

первый план выступают мероприятия

по защите природной среды от

различного рода загрязнений:

устранение или снижение выбросов

ядовитых газов промышленными

предприятиями в атмосферу, спуска

загрязненных сточных и коммунальных

вод, загрязнения почвы и вод

пестицидами, радиоактивными

веществами, тяжелыми металлами,

снижение шумов и т.д. Для сохранения

флоры и фауны необходимо создание

охраняемых территорий: заповедников

- участков территории суши или

акватории со всеми природными

объектами, полностью исключенных из

всех видов хозяйственного

использования (на территории бывшего

СССР было более 150 заповедников);

заказников - участков территории суши

или акватории, где одновременно

запрещается использование отдельных

видов природных ресурсов;

национальных парков - территорий,

исключенных из промышленной и

сельскохозяйственной эксплуатации с

целью сохранения природных

комплексов, имеющих особую

экологическую, историческую и

эстетическую ценность и используемых

для отдыха. Система природоохранных

мероприятий включает введение

постоянного контроля за видовым

составом и численностью флоры и

фауны с публикацией данных о редких

и исчезающих видах растений и

животных в специальной литературе

(составление, например, Красной

книги). В 1983 г. в СССР была

выпущена Красная книга, в которую

внесено 94 вида и подвида

млекопитающих, 80 видов птиц, 9

видов земноводных, 37 видов

пресмыкающихся, 9 видов рыб, 250

видов беспозвоночных, 681 вид высших

растений, 29 видов лишайников, 26

видов грибов. 5 томов Красной книги

издано Международным союзом охраны

природы (МСОП) издано пять томов

Красной книги, в которые внесено 1182

вида животных и 20 тыс видов

растений, находящихся на грани

исчезновения или требующих охраны.

Распространение и усвоение

биологических знаний не только

повлияет на охрану природы, но и

станет необходимой основой

правильного природопользования.

Биологические знания позволят

каждому человеку разумно относиться

к природе и понять свое место и

значимость в природе, а по

возможности - принять участие и в

воспроизводстве природных богатств.