Геоэкология оболочек Земли

В тетради иметь записи - https://docs.google.com/folder/d/0B7QgXZoa_bBFZFlBbWZTcFlqYWs/edit

Билеты:

В каждом билете по 2 вопроса, вопросы идут по-порядку, например 5 и 6 вопросы – 3 билет.

1. Представления о геосферах в классической науке. Зюссовская таксономия геосфер как итог и основа дальнейшего развития наук о Земле.

2. Приходная и расходная части теплового баланса подстилающей поверхности. Значение анализа теплового баланса подстилающей поверхности для геоэкологии.

1. Понятие о биосфере. Категории «живое вещество» и «свойства жизни».
2. Сокращение площади тропических лесов. Причины и следствия: наблюдаемые и предполагаемые.
3. Важнейшие биогеохимические свойства жизни: «всюдность», «растекание» и «давление» (по В.И.Вернадскому). Закон геохимической роли живого вещества (закон В.И.Вернадского).
4. Парниковый эффект. Причины и предполагаемые следствия.
5. Учение о геологической роли организмов, созданное В.И.Вернадским. Книги “Биосфера” и “Очерки геохимии”. Зарождение новой науки – биогеохимии.
6. Озоновая "дыра". Причины и предполагаемые следствия.
7. Три аспекта геологической деятельности организмов (по А.И.Перельману, 1975): 1. Организмы как непосредственные концентраторы элементов. 2. Живое вещество как фактор, определяющий физико-химические условия миграции элементов 3. Суммарный эффект деятельности живого вещества.

10. Факторы загрязнения Мирового океана. Авария в Мексиканском заливе на нефтяной платформе ВР и ее последствия.

1. Представления о геосферах в классической науке. Новый синтез оболочечной концепции Земли В.И.Вернадского.
2. Факторы загрязнения водных объектов на суше. Проблема оз. Байкал. Загрязнение р. Ангары в результате утечки нефтепродуктов весной 2012 г.
3. Современное понимание биосферы. Главные отличия от предыдущих определений.
4. Изменение кислотности атмосферных осадков. Причины и предполагаемые следствия.
5. Закон биологического круговорота атомов (по А.И.Перельману). Звенья биологического круговорота.

16. Отличие географической оболочки от частных оболочек Земли. Частные оболочки Земли, входящие в географическую оболочку.

1. Механизм образования кислых осадков. Влияние кислых осадков на ландшафты Среднего Урала. Примеры.
2. Понятие ПДК. Изменение ПДК во времени, причины.
3. Верхняя и нижняя границы географической оболочки. Разные точки зрения и их обоснование.

20. Методы географических исследований. Ландшафтно-геохимический подход к изучению ПТК.

1. Теория В.И. Вернадского о Ноосфере, ее актуальность и востребованность. Отличительные черты Ноосферы, перспективы дальнейшего развития теории.
2. Общее и различие между понятиями «географическая оболочка» и «биосфера»

23. Функционирование географической оболочки. Механизм саморегуляции, действующий в географической оболочке. Примеры саморегуляции.

1. «Качественное истощение» водных ресурсов. Обеспеченность пресной водой в Свердловской области и других областях Урала.
2. Отрицательные последствия горно-технической и инженерно-строительной деятельности на Урале и других регионах.
3. Свойства воды, определяющие ее уникальность как компонента географической оболочки. Значение свойств воды для геоэкологии.
4. Роль тектонических процессов в рельефообразовании. Современные возможности человечества воздействия на тектонические процессы.

28. Воздействия человека (целенаправленные и иные) на круговорот воды в географической оболочке. Тренд возможностей воздействия человечества на круговорот воды в ХХ и ХХI веке.

Ответы на вопросы:

Билет №1

Вопрос №2

Тепловой баланс Земли — баланс энергии процессов теплопередачи и излучения в атмосфере и на поверхности Земли. Основной приток энергии в систему атмосфера—Земля обеспечивается излучением Солнца в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм. Плотность потока энергии от Солнца на расстоянии 1 астрономической единицы равен около 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Радиационный баланс земной поверхности - разность между суммарной солнечной радиацией, поглощенной земной поверхностью, и ее эффективным излучением. Для земной поверхности

- приходная часть есть поглощенная прямая и рассеянная солнечная радиация, а также поглощенное встречное излучение атмосферы;

- расходная часть состоит из потери тепла за счет собственного излучения земной поверхности.

Радиационный баланс может быть положительным (днем, летом) и отрицательным (ночью, зимой); измеряется в кВт/кв.м/мин.

Радиационный баланс земной поверхности - важнейший компонент теплового баланса земной поверхности; один из основных климатообразующих факторов

определяет области прогрева или охлаждения воздуха над подстилающей поверхностью, что может влиять на режим атм. циркуляции. На Земле радиационный баланс колеблется в широких пределах: наибольшие его значения – в тропических океанах (до 1000 Вт/м²), наименьшие – в центр. р-нах Антарктиды, где они круглый год отрицательны.

Билет №2

Живое вещество

Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности.Это понятие не следует путать с понятием «биомасса», которое является частью биогенного вещества.

Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:

а) химической (биохимической) – I род геологической деятельности; б) механической – II род транспортной деятельности.

Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.

Свойства жизни. в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования[1][2][3]; совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации

Вопррос №2

Занимают 7% площади суши. Общая площадь тропических лесов составляла когда-то 1,6 миллиарда гектар. Cейчас она сократилась до 800 миллионов гектар и продолжает сокращаться со скоростью 17-20 миллионов гектар в год и деградировать на 16 миллионах гектар. Для простоты можно сказать, что каждые 3 секунды полностью вырубается площадь равная футбольному полю и столько же прореживается на 30%. Леса в тропиках вырубают по нескольким причинам:

1. Расчистка леса под пашни и пастбища.

2. Промышленные рубки для экспорта древесины в развитые страны.

3. Заготовка топлива.

99% всех рубок леса производится в 42 развивающихся странах. 50% этих площадей приходится на Индонезию, Колумбию, Мексику и Бразилию. При современных темпах сведения и деградации тропические леса исчезнут через 30 лет.

Последствия уничтожения тропических лесов. Эрозия почв.

В дождливом климате тропических лесов почва смывается водой очень быстро. При этом возникают овраги, мелеют реки, уничтожаются посевы.

Засухи и наводнения. Деревья действуют как губки, впитывая воду во время дождей, и медленно отдавая ее, подпитывая ручьи, реки и подземные водные горизонты. Без деревьев дождевая вода сразу скатывается в реки, вызывая наводнения. За наводнениями наступают засухи. В последние годы такое чередование наводнений и засух убивает в тропических странах тысячи людей и если не прекратить истребление тропических лесов, то в ближайшие 30 лет в тропических странах от голода умрет около 1 миллиарда человек.

Увеличение выбросов углекислого газа в атмосферу

и усиление парникового эффекта. Благодаря процессу фотосинтеза деревья очищают воздух, поглощая углекислый газ и выделяя кислород. Когда деревья вырубают и сжигают, содержащийся в них углерод поступает обратно в атмосферу в виде того же самого углекислого газа (СО2). Углерод, накопившийся в лесной подстилке также окисляется и поступает в атмосферу.

Исчезновение видов живых организмов сокращение биоразнообразия)

В тропических лесах обитает 2/3 всех видов нашей планеты. Уже сегодня, из-за вырубок тропических лесов, каждый день исчезает несколько видов животных и растений (по некоторым подсчетам исчезает 1 вид за 30 минут). При современных темпах сведения лесов, уже в следующем столетии каждый год будет вымирать несколько десятков тысяч видов.

Билет № 3

1«Всюдность» (жизнь есть практически везде на Земле.

«Растекание жизни — движение, — писал Вернадский в книге «Биосфера», — выражающееся во всюдности жизни, — есть проявление ее внутренней энергии, производимой ею химической работы. Оно подобно растеканию газа, которое не есть следствие тяготения, но есть проявление отдельных движений частиц, совокупность которых представляет газ. Так и растекание по поверхности планеты живого вещества есть проявление его энергии, неизбежного движения, занятия нового места в биосфере новыми, созданными размножением, организмами. Оно есть проявление прежде всего автономной энергии жизни в биосфере. Эта энергия проявляется в работе, производимой ж изнью, в переносе химических элементов и в создании из них новых тел. Я буду называть ее геохимической энергией жизни в биосфере».

1. Закон геохимической роли живого вещества (закон В.И.Вернадского).

согласно В.И. Вернадскому, "совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженная в элементарном химическом составе, в весе, энергии". Ж.в. неотделимо от биосферы, являясь одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты, и обладает целым рядом уникальных свойств (напр., поляризовать свет в отличие от косного вещества - закон Пастера-Кюри). Общая масса живого вещества (в сухом виде) оценивается величиной 2,4-3,6*1012 тонн.

№2 Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы, влияние других газов гораздо менее существенно по причине их малой концентрации.

Вместе с тем, концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению влажности и парникового эффекта, который в свою очередь приведет к увеличению приповерхностной температуры.

При понижении приповерхностной температуры концентрация водяных паров падает, что ведет к уменьшению парникового эффекта, и, одновременно с этим при снижении температуры в приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и, совместно, с уменьшением парникового эффектом, вызывающим понижение средней приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле может переходить в стадии потепления и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля - атмосфера и парникового эффекта.

Климатические циклы коррелируют с концентрацией углекислого газа в атмосфере: в течение среднего и позднего плейстоцена, предшествующих современному времени, концентрация атмосферного углекислого газа снижалась во время длительных ледниковых периодов и резко повышалась во время кратких межледниковий

В течение последних десятилетий наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере, считается, что этот рост в значительной степени имеет антропогенный характер.

В конце восьмидесятых — начале девяностых годов XX века несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения, что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 — 0,6 градусов Цельсия. Существует научный консенсус, что жизнедеятельность человека является основным фактором, который влияет на текущее повышение температуры на земле[

Биоет № 4

1 В. И. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс – миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера по вертикали разделяется на две четко обособленные области: верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу, в которой происходит фотосинтез, и нижнюю, «темную», - меланобиосферу, в которой фотосинтез невозможен. На суше граница между ними проходит по поверхности Земли. (14)

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни»

В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую биосферы, которые отличаются геологическими, географическими, биологическими, физическими и другими условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или изотермой в 100 град. C в литосфере (по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км. Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может быть более широким

Вещественный состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

• живое вещество;

• биогенное вещество – рождаемое и перерабатываемое живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и т. д.);

• косное вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое и газообразное);

• биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);

• вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);

• рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

• вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др. (2)

В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):

• слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

• педосфера, или почвенный покров;

• ландшафтно-экологические системы – функциональные системы, включающие живые организмы и среду их обитания;

• кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования горных пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной коры под воздействием различных факторов;

• древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко используемые в промышленности;

• многочисленные минералы верхней части земной коры и биосферы: глины, известняки, бокситы и т. д.;

• природные воды осадочной оболочки;

• миллионы органических и органоминеральных соединений: уголь, графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;

• минеральные ресурсы биосферы и земной коры, распространенные в форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута, платины и т. д. Все они – главный источник сырья для металлургии, химической промышленности и многих других отраслей. Их добыча и использование в экономике растут год от года.

Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом сложнейшего механизма геологического и биологического развития косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой – результат жизнедеятельности. Главная специфика современной биосферы – это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ.

2 Озо́новая дыра́ — локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя, см. например доклад Всемирной метеорологической организации:[1]

Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» может быть в значительной мере естественным и не связан исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации.

Механизм образовани

Схема реакции галогенов в стратосфере включающая реакции галогенов с озоном

К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее в виду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород, моноксид азота) и органические соединения (метан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводород. Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон, так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона приведены в статье про озоновый слой.

Последствия

Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.

Билет№ 5

1Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов - это характерная особенность живого вещества. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Например, в продуктах жизнедеятельности некоторых из них по сравнению с природной средой содержание марганца увеличено в 1 200 000 раз, железа - в 65 000, ванадия - в 420 000, серебра - в 240 000 раз.

Для построения своих скелетов или покровов активно концентрируют рассеянные минералы морские организмы. Так, существуют кальциевые организмы - известковые водоросли, моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие, и т. п., и кремниевые - диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии.

На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс – миграция химических элементов в биосфере. Жизнь на Земле – самый выдающийся процесс на её поверхности, получающий живительную энергия Солнца и приводящий в движение (круговорот веществ) едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева. Жизнь сводится к непрерывной последовательности роста, самовоспроизведения и синтеза сложных химических соединений. Без переноса энергии, сопровождающего эти процессы, невозможно было бы ни существование самой жизни, ни образование надорганизменных систем всех уровней организации. Если бы солнечная энергия на планете только рассеивалась, то жизнь на Земле была бы невозможной. Чтобы биосфера существовала, она должна получать и накапливать энергию извне. И эта работа выполняется живыми организмами.

2 Сушу и океан связывают реки, впадающие в моря и несущие различные загрязнители. Не распадающиеся при контакте с почвой химические вещества, такие как нефтепродукты, нефть, удобрения (особенно нитраты и фосфаты), инсектициды и гербициды в результате выщелачивания попадают в реки, а затем в океан. В итоге океан превращается в место сброса этого «коктейля» из питательных веществ и ядов.

Нефть и нефтепродукты — основные загрязнители океанов, но наносимый ими вред значительно усугубляют сточные воды, бытовой мусор и загрязнение воздуха. Выносимые на пляжи пластмассовые предметы и нефть остаются вдоль отметки уровня прилива, свидетельствуя о загрязнении морей и о том, что многие отходы не разлагаются микроорганизмами.

Исследование Северного моря показало, что около 65 % обнаруженных там загрязняющих веществ были принесены реками. Ещё 25 % загрязнителей поступили из атмосферы (включая 7000 т свинца от выхлопов автомобилей), 10 % — от прямых сбросов (в основном сточные воды), а остальное — от сливов и сбросов отходов с судов.

Все серьёзные случаи загрязнения океана связаны с нефтью. В результате широко распространённой практики мытья трюмов танкеров, в океан ежегодно сознательно сбрасывается от 8 до 20 млн баррелей нефти. Раньше такие нарушения часто оставались безнаказанными, но сегодня спутники позволяют собрать необходимые улики и привлечь виновных к ответственности.

Помимо нефти к наиболее вредным отходам относятся сточные воды. В малых количествах они обогащают воду и способствуют росту растений и рыб, а в больших — разрушают экосистемы

В последние годы уменьшилось содержание в водах океанов металлов, ДДТ и ПХД (полихлордифенилов), а вот количество мышьяка необъяснимо возросло. ДДТ (долго сохраняющийся в природе токсичный пестицид на основе хлорорганического соединения) запрещён в большинстве развитых стран, но по-прежнему используется в некоторых районах Африки.

К опасным химическим веществам, способным нарушить экологический баланс, относятся и такие тяжёлые металлы, как кадмий, никель, мышьяк, медь, свинец, цинк и хром.

Скопления отходов из пластмасс образуют в Мировом океане под воздействием течений особые мусорные пятна. На данный момент известны пять больших скоплений мусорных пятен — по два в Тихом и Атлантическом океанах, и одно — в Индийском океане. Данные мусорные круговороты в основном состоят из пластиковых отходов, образующихся в результате сбросов из густонаселённых прибрежных зон континентов.

Взрыв нефтяной платформы Deepwater Horizon — авария (взрыв и пожар), произошедшая 20 апреля 2010 года в 80 километрах от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе на нефтяной платформе Deepwater Horizon на месторождении Макондо Последовавший после аварии разлив нефти стал крупнейшим в истории США и превратил аварию в одну из крупнейших техногенных катастроф по негативному влиянию на экологическую обстановку.Через повреждения труб скважины на глубине 1500 метров в Мексиканский залив за 152 дня вылилось около 5 миллионов баррелей нефти, нефтяное пятно достигло площади 75 тысяч квадратных километров

Билет № 6

1 первый вопр 1 билет

2 Загрязнение пресных вод — попадание различных загрязнителей в воды рек, озер, подземные воды. Происходит при прямом или непрямом попадании загрязнителей в воду в отсутствие адекватных мер по очистке и удалению вредных веществ.

В большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций. Паводки вымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам. Однако объём естественных загрязняющих веществ ничтожен по сравнению с производимыми человеком. Ежегодно в водные бассейны попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием, многие из которых представляют собой новые химические соединения. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных тяжелых металлов (как кадмия, ртути, свинца, хрома), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВы). Как известно, ежегодно в моря и океаны попадает до 12 млн тонн нефти. Определенный вклад в повышение концентрации тяжелых металлов в воде вносят и кислотные дожди. Они способны растворять в грунте минералы, что приводит к увеличению содержания в воде ионов тяжелых металлов. С атомных электростанций в круговорот воды в природе попадают радиоактивные отходы. Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) 80 % заболеваний в мире вызваны неподобающим качеством и антисанитарным состоянием воды. В сельской местности проблема качества воды стоит особенно остро — около 90 % всех сельских жителей в мире постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой.

Напомним, что авария произошла на реке Ангаре Иркутской области 25 апреля в результате незаконной врезки в нефтепровод. Дизельное топливо спустилось вниз по реке и попало в Черемховский водозабор, от которого поступает вода в города Черемхово, Свирск и поселок Михайловка. Около недели более 77,5 тысяч человек оставались без водоснабжения, а многие и без отопления. Режим чрезвычайного положения был снят только 2 мая, после того, как удалось восстановить водозабор, однако пить водопроводную воду до сих пор нельзя, передает. Согласно последним сведениям, в результате незаконной врезки в воду реки попало не менее 316,4 тонны топлива. Концентрация загрязнений превышает норму от 20 до 120 раз, в зависимости от удаленности от источника загрязнения. Сейчас по акватории и берегу реки ведется рейд специалистов, который будет окончен только к воскресенью.

Билет №7

1 Биосфера – оболочка планеты, населенная живым веществом. Живое вещество одно из самых древних известных на Земле природных тел. В химическом строении биосферы главная роль принадлежит кислороду, углероду и водороду, составляющим по весу 96,5% живого вещества, а также азоту, фосфору и сере, которые называются биофильными.

Понятие биосферы появилось в биологии в 18 в., однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине 19 ст., в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин «биосфера» утрачивает свой прежний смысл. К идее биосферы в ее современной трактовке пришел Ж.-Б. Ламарк (1744-1829), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смысле понятие «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс, который в книге «Происхождение Альп» (1875) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее время для обозначения этой оболочки используются понятия «биота», «биос», «живое вещество», а понятие «биосфера» трактуется так, как его толковал академик В.И. Вернадский (1863-1945). Основной труд В.И. Вернадского «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» был опубликован после его смерти.

Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе «Биосфера» (1926). В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе биосферы В.И. Вернадский выделяет следующие компоненты:

-живое вещество – совокупность всех живых организмов;

-косное вещество – неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.);

-биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.д.);

-биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

-радиоактивное вещество (образуется в результате распада радиоактивных элементов радия, урана, тория и т. д.);

-рассеянные атомы (химические элементы, находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии);

-вещество органического происхождения (космическая пыль метеориты).

Учение В.И. Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.

2 Чистая дождевая вода имеет слабокислый показатель водорода, так как в ней присутствуют катионы щелочных элементов (Na+, K+) и анионы, такие как HCO, CO, Cl– и др. В дождевой воде практически нет щелочноземельных элементов (Ca+2, Mg+2), поэтому она мягкая (требуется большое количество этой воды, чтобы смыть мыло или шампунь).

Таким образом, можем сделать следующий вывод, о том, что согласно учению о кислотности, широко распространенный термин «кислотные дожди» обозначает осадки с pH меньше 5,7.

Виной таким изменениям — оксиды серы и азота, в промышленных масштабах выбрасываемые в атмосферу автомобилями, электростанциями, металлургическими заводами. В воздушной среде на частицах сульфатов и нитратов конденсируются молекулы воды, образуются облачные капельки, которые при определенных погодных условиях становятся частью дождевых капель или снежинок. Если концентрация сульфатов и нитратов в атмосфере велика, то дождь или снег получается значительно закисленным

II. Механизм образования и выпадения кислотных осадков

По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы [1, с. 129]

Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот. Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО3, который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты: 2SО2 + О2 = 2SО3, SО3 + Н2О=Н2SО4. Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО2 o nН2О, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н2SО3: SО2 + Н2О=Н2SО3. Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной: 2Н2S03 + 02= 2Н2S04.

Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы. Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы: 2NО2 + Н2О=НNО3 + НNО2.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы не беспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Билет №8

1 Противоположные и взаимообусловленные процессы образования живого вещества и разложения образуют единый биологический круговорот атомов (или сокращенно бик). Часть органических веществ минерализуется не полностью и захороняется в почвах и илах. В озерных илах, грунтовых водах фотосинтез отсутствует, однако образование живого вещества происходит и там, но уже не из СО2 и Н2О, а за счет органических соединений или тел других организмов. В отличие от земной поверхности здесь минерализация преобладает над образованием живого вещества, расходуются те органические вещества, которые были накоплены в верхних ярусах ландшафта.

История любого химического элемента в ландшафте складывается из круговоротов, различных по масштабу и продолжительности. Так, в качестве примера можно привести бик в пределах почвенного горизонта. Здесь микроорганизмы поглощают из раствора минеральные соединения, которые возвращаются снова в раствор в процессе обмена веществ или после смерти организмов в результате разложения из остатков. Более крупные круговороты осуществляются во всей толще почвы, в биоценозе, охватывая почвы и различные ярусы растительности (почва – ярус мхов, почва – ярус деревьев и т.д.), наконец во всем ландшафте, когда в круговорот вовлекается также кора выветривания и грунтовые воды. В результате каждого цикла часть вещества надолго изымается из круговорота, закрепляясь в почве в форме труднорастворимых соединений или поступая в реки и уже не участвует в миграции веществ данного ландшафта. Поэтому для миграции химических элементов в ландшафте характерна не только цикличность (бик), но и определенная направленность. В результате круговороты являются одной из форм поступательного развития, они – конкретное выражение развития по спирали. Это одна из форм обратной связи. Приведенное положение является одним из основных законов геохимии ландшафта – законом биологического круговорота химических элементов в ландшафте. Он был установлен благодаря работам В.И.Вернадского, Б.Б.Полынова, В.Р. Вильямса. Суть этого закона (по А.И.Перельману) сводится к следующему: химические элементы в ландшафте совершают круговороты, в ходе которых многократно поступают в живые организмы («организуются») и выходят из них («минерализуются»). При этом происходит поглощение и выделение энергии, совершается химическая работа, изменяется степень разнообразия. Поступательное развитие ландшафта осуществляется через систему таких круговоротов, в ходе которых закономерно изменяется также информация.

По Л.Е.Родину и Н.И.Базилевич (1965), полный цикл бика слагается из следующих составляющих. 1). Поглощение ассимилирующей поверхностью растений из атмосферы углерода, а корневыми системами из почвы – азота, зольных элементов и воды, закрепление их в телах растительных организмов, поступление в почву с отмершими растениями или их частями, разложение опада и высвобождение заключенных в них элементов. 2). Отчуждение частей растений питающими ими животными, превращение их в телах животных в новые органические соединения и закрепление части из них в животных организмах, последующее поступление их в почву с экскрементами животных или с их трупами, разложение и тех и других и высвобождение заключенных в них элементов. 3). Газообмен между ассимилирующей поверхностью растений и атмосферой, между корневой системой и почвенным воздухом. 4). Прижизненные выделения надземными органами растений и в особенности корневыми системами некоторых элементов непосредственно в почву.

2 Географическая оболочка – сложное комплексное образование, состоящее из ряда компонентных оболочек (литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы), между которыми происходит обмен веществом и энергией, объединяющий эти разнокачественные оболочки в новое целостное единство, в особую планетарную систему. Продуктом взаимодействия компонентных оболочек, точнее, следствием этого взаимодействия являются разнообразные формы рельефа, осадочные породы и почвы, возникновение и развитие живых организмов, в том числе человека.

Важнейшими интегральными свойствами географической оболочки являются:

1. Способность аккумулировать и трансформировать солнечную энергию.

2. Насыщенность различными видами свободной энергии, обеспечивающими многообразие протекающих в ее пределах природных процессов.

3. Способность продуцировать биомассу и служить природной средой для существования и развития человеческого общества.

Частными свойствами географической оболочки являются:

-пребывание вещества в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном;

-присутствие всех химических элементов, существующих на планете Земля;

-разнообразие форм движения вещества;

-усвоение и преобразование материи и энергии, поступающих как из внутренних частей планеты Земля, так и из Космоса, преимущественно от Солнца;

-наличие феномена жизни – живых организмов и их колоссальной энергии;

-наличие условий, делающих возможным существования человека и развитие общества.

Географическая оболочка характеризуется также определенными законами и закономерностями.

В философии и географии принято четко различать понятия «закон» и «закономерность». Закон – это, как известно, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями в природе и обществе. Закономерность – совокупность законов. В географии мы имеем дело преимущественно с закономерностями, имеющими системную обусловленность.

Основными закономерностями географической оболочки являются: целостность, ритмичность, круговорот веществ и широтная зональность (высотная поясность), развитие (нарастание сложности структуры).

Остановимся на развитии географической оболочки более подробно. С философской точки зрения, развитие – это необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта – его состава и структуры. Различают следующие две формы развития: 1) эволюционное развитие (постепенность) и 2) революционное развитие (скачок). Выделяют также две линии развития: а) прогрессивное (восходящее) развитие и б) регрессивное (нисходящее) развитие.

История развития географической оболочки насчитывает несколько миллиардов лет. Возраст планеты Земля определяется величиной в 4,5 – 5 млрд. лет.

Отмеченные свойства и закономерности географической оболочки характеризуют ее как самостоятельную целостную систему, свойства которой не сводятся к сумме свойств слагающих ее частей. Однако целостность этой системы отнюдь не означает ее внутреннего однообразия. Напротив, она характеризуется чрезвычайно сложной структурой, являясь неоднородной как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении.

В вертикальном направлении географическая оболочка распадается на ряд компонентных (частных) оболочек, в каждой из которых преобладает вещество в определенном агрегатном состоянии или форме ее организации. Эта дифференциация вещества произошла в процессе развития Земли как одной из планет Солнечной системы. Вещество частных оболочек формирует различные компоненты природы: рельеф с образующими его горными породами, почвы с корой выветривания, сообщества растений и животных (биоценозы), водные и воздушные массы и т.д

Билет № 9

1 По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы [1, с. 129]

Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот. Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО3, который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты: 2SО2 + О2 = 2SО3, SО3 + Н2О=Н2SО4. Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО2 o nН2О, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н2SО3: SО2 + Н2О=Н2SО3. Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной: 2Н2S03 + 02= 2Н2S04.

Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы. Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы: 2NО2 + Н2О=НNО3 + НNО2.

Существуют еще два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы [1, с. 129].

Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном (источники поступления метана в атмосферу: антропогенный – рисовые поля, а также результат таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образует хлоро-водород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:

СL. + СН4 =СH.3 + НС1, СH3. + С12= СН3С1 + СL.

Поступление в атмосферу больших количеств SO2 и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот – серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:

2SO2 + О2 + 2Н2О ѕ® 2H2SO4;

4NO2 + 2Н2O + О2 ѕ®4HNO3.

В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указанных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей».

Показатель рН осадков в ряде случаев снижается на 2 – 2,5 единицы, то есть, вместо, нормальных 5,6 – 5,7 до 3,2 – 3,7 [1, с. 130].

Следует напомнить, что рН – это отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН = 3,7 в сто раз «кислее» воды с рН = 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5 [1, с. 130].

Впервые кислотные дожди были отмечены в Западной Европе, в частности в Скандинавии, и Северной Америке в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире, и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота. За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, а отрицательные последствия столь велики, что в 1982 г. В Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций [6, с. 53].

До сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в центре внимания национальных правительств и международных природоохранных организаций. В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. км2, составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3-2,5. В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. Например, в Восточном Трансваале (ЮАР), где вырабатывается 4/5 электроэнергии страны, на 1 км2 выпадает около 60 т серы в год в виде кислотных осадков [5, с. 49].

В тропических районах, где промышленность практически неразвита, кислотные осадки вызваны поступлением в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы. В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота (до 750 кг/км2 в год) на значительных по площади ареалах (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных регионах страны – в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других районах; на локальных ареалах (площадью до 1 тыс. км2) – в ближнем следе металлургических предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов и промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Омск, Норильск, Красноярск, Иркутск и др.), насыщенных энергетическими установками и автотранспортом. Минимальные значения рН осадков в этих местах достигают 3,1-3,4 [5, с. 49].

Специфическая особенность кислотных дождей – их трансграничный характер, обусловленный переносом кислотообразующих выбросов воздушными течениями на большие расстояния – сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени способствует принятая некогда «политика высоких труб» как эффективное средство против загрязнения приземного воздуха.

Почти все страны одновременно являются «экспортерами» своих и «импортерами» чужих выбросов. Наибольший вклад в трансграничное подкисление природной среды России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия.

В свою очередь, из России больше всего окисленной серы направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной – 1:17, с Польшей – 1:32, с Норвегией – 7:1 [5, с. 50].

2Предельно допустимая концентрация (ПДК) — утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

Концепция ПДК

Время расцвета концепции «предельно-допустимых величин» приходится на середину ХХ века. ПДК устанавливались из расчёта, что существует некое предельное значение вредного фактора, ниже которого пребывание в данной зоне (или, например, использование продукта) совершенно безопасно.

Поэтому значения ПДК, устанавливаемые на основании экспериментальных данных о токсичности и иных привходящих обстоятельств, не одинаковы в разных странах и периодически пересматриваются.

Например, в России для свинца и его неорганических соединений ПДК в воде водоёмов хозяйственно-питьевого назначения — 0,1 мг/л, в воздухе производственных помещений — 0,01 мг/м³, в атмосферном воздухе — 0,007 мг/м³.

Билет№10

1 Верхнюю границу географической оболочки проводят по стратопаузе, так как до этого рубежа сказывается тепловое воздействие земной поверхности на атмосферные процессы; границу географической оболочки в литосфере часто совмещают с нижним пределом области гипергенеза (иногда за нижнюю границу географической оболочки принимают подножие стратисферы, среднюю глубину сейсмических или вулканических очагов, подошву земной коры, уровень нулевых годовых амплитуд температуры). Географическая оболочка полностью охватывает гидросферу, опускаясь в океане на 10-11 км ниже уровня моря, верхнюю зону земной коры и нижнюю часть атмосферы (слой мощностью 25-30 км). Наибольшая толщина географической оболочки близка к 40 км. Географическая оболочка является объектом исследования географии и её отраслевых наук.

Компоненты географической оболочки

Земная кора — это верхняя часть твёрдой земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн — границей Мохоровичича. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30-50 км на континентах.[1] Бывает два типа коры — континентальная и океаническая. В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Кинематику этих движений описывает тектоника плит.

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,34 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Верхняя граница — на высоте 50—55 км. Температура с ростом высоты возрастает до уровня около 0 °C. Малая турбулентность, ничтожное содержание водяного пара, повышенное по сравнению с ниже — и вышележащими слоями содержание озона (максимальная концентрация озона на высотах 20-25 км).

Гидросфера — совокупность всех водных запасов Земли. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара.

Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова, и в вечной мерзлоте, слагая криосферу.

Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Стратисфера — верхняя оболочка Земли толщиной до 20 км, имеющая слоистое строение и состоящая из осадочных и осадочно-вулканических пород.

Билет№ 11

1 Ноосфера

Ноосфера (от греч. nóos — разум и сфера), сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития (для обозначения этой сферы употребляют также сходные термины: техносфера, антропосфера, социосфера). Понятие Н. как облекающей земной шар идеальной, "мыслящей" оболочки, формирование которой связано с возникновением и развитием человеческого сознания, ввели в начале 20 в. П. Тейяр де Шарден и Э. Леруа. В. И. Вернадский внёс в термин материалистическое содержание: Н. — новая, высшая стадия биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, становится крупнейшей силой, сопоставимой по масштабам с геологическими, и начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов в охваченной его воздействием сфере Земли (впоследствии и в околоземном пространстве), глубоко изменяя её своим трудом. Становление и развитие человечества как новой преобразующей природу силы выразилось в возникновении новых форм обмена веществом и энергией между обществом и природой, во всё возрастающем биогеохимическом и ином воздействии человека на биосферу.

Зародившись на планете, Н. имеет тенденцию к постоянному расширению, превращаясь, т. о., в особый структурный элемент космоса, выделяемый по социальному охвату природы. В понятии Н. подчёркивается необходимость разумной (т. е. отвечающей потребностям развивающегося человечества) организации взаимодействия общества и природы в противоположность стихийному, хищническому отношению к ней, приводящему к ухудшению окружающей среды. Поскольку характер отношения общества к природе определяется не только научно-техническим уровнем, но и социальным строем, постольку сознательное формирование Н. органически связано со становлением коммунистической общественно-экономической формации, создающей условия для превращения знаний и опыта, накопленных человечеством, в материальную силу, рационально преобразующую природную среду.

2 Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил по сути дела концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году[1].

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Существует и другое, более широкое определение: Биосфера — область распространения жизни на космическом теле. При том что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.

Местоположение биосферы

Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает практически всю гидросферу.

Границы биосферы

• Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

• Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

• Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Состав биосферы

Биосферу слагают следующие типы веществ[2]:

1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6•1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной всей биосферы (ок. 3•1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живое вещество не просто населяет биосферу, а преобразует облик Земли. Живое вещество распределено в пределах биосферы очень неравномерно.

2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

3. Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

Слои биосферы[3]

Весь слой воздействия жизни на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой — пространством человекообразной экспансии в околоземном пространстве — панбиосферой.

Аэробиосфера

Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки — атмосферная влага, источником энергии — солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство — более тонкий слой, чем тропосфера). Выше ростирается слой крайне разреженной микробиоты — альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются — парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.

Геобиосфера

Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши — террабиосфера (с террабионтами), разделяемую на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли — литобиосфера (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы — эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов — гипотеррабиосфера и слой, где возможно лишь обитание анаэробов — теллуробиосфера. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже — в гипобиосферу. Метабиосфера — все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.

В глубинах литосферы есть 2 теоретических уровня распространения жизни — изотерма 100 °C, ниже которой вода при нормальном атмосферном давлении вода кипит, и изотерма 460 °C, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии быть не может.

Гидробиосфера

Гидробиосфера — весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами — распадается на слой континентальных вод — аквабиосфера (с аквабионтами) и область морей и океанов — маринобиосфера (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя — относительно ярко освещённую фотосферу, всегда очень сумеречную дисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты — афотосфера.

Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы лежит собственно биосфера — эубиосфера.

Билет № 12

1 Наиболее общие свойства географической оболочки определяются ее массой, энергией и их круговоротом. Функционирование географической оболочки осуществляется посредством большого количества круговоротов веществ и энергий, обеспечивает сохранение основных ее свойств на протяжении значительного времени, обычно носит ритмический (суточный, годовой и т.д.) характер и не сопровождается ее коренным изменением. Успешное взаимодействие человека и природы возможно при понимании сущности этого функционирования, так как управление ими позволит сохранить стабильную географическую оболочку.

Вещество географической оболочки и его энергия имеют земное и солнечно-космическое происхождение. Взаимодействие компонентов географической оболочки происходит путем обмена веществом и энергией в форме круговоротов различного масштаба. Здесь остановимся на балансе вещества и других важных для географической оболочки циклических процессах. Обычно под круговоротом веществ понимают повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества и энергии в природе, имеющие более или менее циклический характер. Эти процессы следует характеризовать как поступательные, поскольку при различных превращениях в природе не происходит полного повторения циклов, всегда присутствуют те или иные изменения в количестве и составе образующихся веществ и энергии.

В связи с неполной замкнутостью круговоротов веществ концентрация тех или иных элементов меняется в масштабах геологического времени, например в атмосфере накапливаются биогенные азот и кислород, в земной коре - биогенные соединения углерода (нефть, уголь, известняки). В разных частях планеты скапливаются (при извержении вулканов или в составе метеоритов и космической пыли) и рассеиваются водород, железо, медь, никель.

Круговорот веществ в природе включает в себя процессы преобразования простейших минеральных и органоминеральных веществ в более сложные соединения, их перемещение, дальнейшую деструкцию с образованием простых форм. Так, ежегодно из Мирового океана испаряется более 450 тыс. км3 воды и примерно столько же возвращается в виде атмосферных осадков и стока. Однако здесь проявляется неполная замкнутость круговорота воды: вода атмосферных осадков может связываться в результате различных реакций или погружения в толщу Земли; часть вещества Земли, в том числе вода, непрерывно уходит в межпланетное пространство из внешних слоев атмосферы, где скорость газов начинает превышать критическую (первую космическую) скорость. В общем случае оценить полный баланс вещества (соотношение между приходом и расходом) географической оболочки достаточно сложно. Но предполагается, что этот баланс положительный, т.е. в географической оболочке вещество накапливается.

Вещество каждой частной оболочки (гидросферы, атмосферы и пр.) присутствует в других частных оболочках. Например, вода пропитывает горные породы, а водяные пары присутствуют в атмосфере. Более того, явления и процессы, происходящие в географической оболочке, осуществляются совместно и неразрывно. Все компоненты географической оболочки взаимодействуют и проникают друг в друга.

Важнейшими круговоротами, осуществляющимися в пределах географической оболочки, считаются круговорот вещества, связанный с круговоротом воды, и круговорот, вызываемый деятельностью живого вещества.

2 С каждым годом все более значительные объем