Экология биосферы

Цель занятия – изучить биосферу как среду жизни человека, её структуру, динамику. Развитие ноосферы – сферы разума.

Биосфера (греч. Bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека. В биосферу входят часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км.

Атмосфера (греч. «атмос» - пар) – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20-25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов. Атмосфера физически, химически и механически воздействует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги. Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. Атмосфера поддерживает различные формы жизни на Земле.

Гидросфера ( греч. «гидор» - вода) – водная оболочка Земли.

Поверхностная гидросфера – водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8%.

Подземная гидросфера – включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет и на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой, и т.д.).

Литосфера ( греч. «литое» - камень) – каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы). Земная кора – важнейший ресурс для человечества. Она содержит горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, горючие сланцы), рудные (железо, алюминий, медь, олово и др.) и нерудные (фосфориты, апатиты и др.), полезные ископаемые, естественные строительные материалы (известняки, пески, гравий и др.).

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них есть еще живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой парового пространства; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь – биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы.

Учение В.И. Вернадского о биосфере – это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.

По представлениям В.И. Вернадского, биосфера включает:

- живое вещество (т.е. все живые организмы);

- биогенное (уголь, известняки, нефть и др.);

- косное (в его образовании живое не участвует, например, магматические горные породы);

- биокосное (создается с помощью живых организмов);

- радиоактивное вещество,

- вещество космического происхождения (метеориты и др.);

- рассеянные атомы.

Все эти семь различных типов веществ геологически связаны между собой.

Сущность учения В.И. Вернадского заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Под живым веществом В.И. Вернадский понимал все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы – он состоит из тех же элементов, что неживая природа, только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное.

Вторым главнейшим аспектом учения В.И. Вернадского является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды.

В трудах В.И. Вернадского перечислен ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы:

1. Заселение человеком всей планеты.

2. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами.

3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли.

4. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.

5. Расширение границ биосферы и выход в космос.

6. Открытие новых источников энергии.

7. Равенство людей всех рас и религий.

8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.

9. Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли.

10. Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни.

11. Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и другие потребности человека.

Круговорот веществ и энергии в биосфере. В природе выделяют два круговорота веществ: большой (геологический) и малый (биохимический). Большой круговорот веществ (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Символом круговорота является спираль, это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что приводит к значительным изменениям. Большой круговорот – это круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Весь запас воды распадается и восстанавливается за 2 млн. лет.

Малый круговорот веществ (биогеохимический) совершается только в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация. В малом круговороте участвуют вещества атмосферы, гидросферы, литосферы и живые организмы (продуценты, консументы, редуценты). Если круговорот веществ осуществляется только посредством пищевых цепей его называют биологическим.

Практические задания

Задание 1. Составьте таблицу «Границы жизни в биосфере», укажите лимитирующие факторы.

Задание 2. Укажите роль живых организмов, их функции в биосфере и этапы развития жизни на Земле.

Задание 3. Изучите процессы круговорота веществ в биосфере. Отметьте особенности большого (геологического) и малого (биохимического) круговорота веществ.

Вопросы для самоконтроля

1. Понятие биосферы и ее структура.

2. Характеристика основных сфер и их взаимодействие между собой:

а) границы биосферы;

б) состав биосферы;

в) живое вещество в биосфере;

г) лимитирующие факторы в биосфере.

3. Биосфера как глобальная экосистема. Круговорот веществ и энергии в биосфере. Круговорот кислорода, углекислого газа, воды, азота, фосфора.

4. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере.

5. Эволюция в биосфере.

6. Развитие ноосферы – сферы разума. Пути перехода в ноосферу.