Понятие о биосфере и её структура (см. презентацию «Биосфера»)

Факультет ЗАОЧНОГО обучения

Л.В. Ширнина

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Экология»

Воронеж 2014

Тема 1 Биосфера

Понятие о биосфере и её структура (см. презентацию «Биосфера»)

Биосфера – «область жизни» - пространство на поверхности Земли, в котором распространены живые существа. Этот термин впервые был обнародован австрийским геологом Э.Зюссом в 1875 г., но без формулировки.

Биосфера – это глобальная экосистема (иначе – экосфера), состоящая из двух частей - абиотической и биотической. Абиотическая часть представлена: а) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород (литосфера); б) атмосферным воздухом до высот, на которых еще возможны проявления жизни (атмосфера); в) водной средой океанов, морей, рек, озер и т.п. (гидросфера). Биотическая часть состоит из живых организмов всех видов и форм, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь – биогенный ток атомов, возникающий при дыхании, питании, размножении и обеспечивающий обмен веществом и энергией между всеми частями биосферы.

Абиотическая составляющая биосферы имеет три оболочки – атмосферу, гидросферу и литосферу.

Атмосфера – это необходимое условие существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует её тепловой режим, способствует перераспределению тепла у её поверхности, защищает все живые организмы от ультрафиолетовых лучей. Атмосфера предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоёмов температура поверхности Земли в течение суток могла бы достичь 200 ^оС.

Атмосфера имеет определенный состав, сложившийся в результате длительных многообразных геологических и биологических процессов, которые продолжаются и в настоящее время. Состав основных компонентов атмосферного воздуха различен на разной высоте от земной поверхности (таблица 1).

Таблица 1 - Процентный состав атмосферного воздуха (основные компоненты)

Высота, км	Кисло- род	Азот	Аргон	Гелий	Водо- род	Давление, мм рт. ст.
	20,93	78,09	0,93		0,01
	20,93	78,08	0,94		0,01
	20,99	78,02	0,94		0,01
	18,10	81,24	0,59		0,04
	0,11	2,97		0,56	96,31	0,0067

Кроме того, в состав воздуха входят углекислый газ (диоксид углерода, СО₂ – 0,03%), оксид углерода (угарный газ СО), инертные газы, большое число веществ природного и антропогенного происхождения (водяные пары, пыль, химические и органические вещества в виде пара или аэрозолей). Наибольшая плотность атмосферы - у земной поверхности, где 1 м³ воздуха весит 1290 г.

Строение атмосферы можно представить в виде схемы:

Любой физический, химический или биологический агент, попадающий в атмосферу в количествах выше естественных, может оказаться загрязнителем.

По массе основным загрязнителем атмосферы является углекислый газ (диоксид углерода – СО₂), доля которого в составе атмосферы к 90-м годам прошлого века увеличилась почти на 25%, в том числе за последние 10 лет – на 13%. Повышенное содержание загрязнений приводит к изменению температурного режима и, следовательно, к серьёзным изменения климата. В частности, по подсчетам учёных, существующая тенденция повышения температуры может привести к таянию ледников и поднятию уровня мирового океана на 10 см.

От загрязнения атмосферы страдают все живые существа, населяющие биосферу, вдыхая или поглощая воздух, в котором содержатся вещества небезопасные для них. В процессе трудовой деятельности человек создает источники и сам подвергается воздействию различных негативных факторов. К их разряду относятся вредные и опасные вещества, а также различные физические, химические, биологические, психофизиологические факторы

Гидросфера – составная часть биосферы, от которой зависит состояние животного и растительного мира. На поверхности планеты она занимает 76% территории. Природные воды (гидросфера) – это пресные воды различных внутриконтинентальных водоёмов, морские воды Мирового океана и подземные воды. Преобладают воды мирового океана (71%), в то время как внутренние водоёмы составляют лишь 5% гидросферы. При этом особенно важно знать и помнить, что пресная вода, которая доступна человеку и может им использоваться для жизнедеятельности составляет всего 2,5 %.

Поскольку вода потребляется человеком, её физиологическое и гигиеническое значение огромно. Она играет исключительную роль в нормальном течении сложнейших физиологических процессов в человеческом организме, в создании людям наиболее благоприятных условий жизни. Ситуация с питьевой водой в России характеризуется как критическая – это прямая угроза здоровью населения. Принятый Госдумой закон «О питьевой воде» существует для правового регулирования в сфере питьевого водоснабжения.

Наибольшее количество загрязнений вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесоперерабатывающей промышленности, а также предприятиями сельского и коммунального хозяйства. Состояние водных объектов РФ представлено на таблице 2.

Таблица 2 – Характеристика состояния водных объектов РФ

Загрязнители	Доля проб воды, загрязненных выше ПДК,%	Масса сброшенных загрязняющих продуктов, тыс.т
Нефтепродукты	40-45	30,3
Органические вещества	30-35	-
Взвешенные вещества	-
Фенолы	45-60	0,3
Анион-активные детергенты	6-8
Аммонийный азот	25-40	190,7
Соединения: меди цинка железа	70-75 30-35 -	0,8 2,1 49,2

Изменение химического состава вод приводит к появлению нарушений здоровья и ряда заболеваний человека.

Очень велика возможность переноса с водой носителей острых кишечных инфекций, что грозит нарушением здоровья и вызывает, как правило, массовые заболевания. Через воду можно заразиться холерой, брюшным тифом и сальмонеллёзом, дизентерией, туляремией, бруцеллёзом, вирусным гепатитом (болезнь Боткина) и ротавирусным энтеритом и животными – паразитами (глистами). Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн. случаев в год. Поэтому качество воды и ее чистота являются важнейшими составляющими в обеспечении безопасности жизнедеятельности человека и всей биоты (совокупности всех живых организмов) Земли.

Литосфера - является третьим важнейшим природным образованием. Верхний слой литосферы – почва - основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Почвы формировались в течение многих тысячелетий, в результате изменений материнской породы и под влиянием растений, животных, микроорганизмов, климата, рельефа. Однако хозяйственная деятельность человека стала доминирующим фактором в разрушении почв, изменений её плодородия под действием осушения, ирригации, технической эрозии, защиты растений от вредителей и болезней.

Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и рельефа местности. Наиболее богаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро, а минерализация идет медленно. Наименее богаты гумусом лесные почвы, где минерализация по скорости опережает гумификацию.

Время формирования почв очень велико (таблица 3).

Таблица 3 – Скорость формирования гумусового горизонта почв \русской равнины (по А.Н.Геннадиеву и др., 1987)

Группа почв	Скорость, мм/год
Горно-луговые, горные лесо-луговые	0,80-1,00
Торфяно-глеевые, болотно-подзолистые	0,50-0,80
Дерново0карбонатные, оподзоленные	0,45-0,50
Черноземы оподзоленные, типичные	0,40-0,45
Серые лесные, черноземы обыкновенные	0,35-0,40
Черноземы южные, темно-каштановые, дерновоподзолистые	0,20-0,30
Подзолы т типичные подзолистые	0,10-0,20
Солонцы, светло-каштановые	менее 0,10

На Русской равнине черноземы образовались за 2500-3000 лет, серые бурые лесные почвы – за 800-1000 лет, подзолистые примерно за 1500 лет.

Эти цифры свидетельствуют о том, насколько тонок плодородный слой, благодаря которому мы можем выращивать растительную продукцию для пищевых и технических целей, как долго нарастает эта «коричневая пленка» на поверхности Земли, как легко его разрушить и как много времени необходимо, чтобы дождаться ее восстановления! Почва является пограничным слоем между атмосферой и биосферной частью литосферы, где наблюдается не только смешение живого и неживого компонентов биосферы, но и их взаимодействие. Главное назначение этого слоя биосферы – обеспечение и поддержание круговорота веществ и энергии, необходимого для жизни.

Техногенная интенсификация производства способствует загрязнению и дегумификации (уменьшение объема гумуса, потер плодородия), вторичному засолению почв. Основными загрязнителями почвы являются пестициды, применяемые для борьбы с сорняками, патогенными грибами и насекомыми-вредителями. Наиболее загрязнены почвы Московской и Курганской областей, в средней степени - Центрально-Чернозёмный район, Приморский край и Сев. Кавказ. Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения, ТЭС на расстоянии нескольких десятков километров загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, соединениями свинца, серы, и другими токсичными веществами. Сильное загрязнение почвы тяжелыми металлами вместе с зонами сернистых загрязнений, образующихся при сжигании каменного угля, приводит к изменению состава микроэлементов и возникновению техногенных пустынь.

Изменение содержания микроэлементов в почве отражается на здоровье травоядных животных и человека, приводит к нарушению обмена веществ, вызывает различные эндемические заболевания местного характера. Например, недостаток йода в почве, что характерно для нашего региона, вызывает болезнь щитовидной железы, недостаток кальция в питьевой воде и продуктах питания – к поражению суставов, их деформации, задержке роста.

Присутствие в почве канцерогенных (химических, физических, биологических) веществ, вызывает опухолевые заболевания у живых организмов, в том числе и раковые. Основные источники регионального загрязнения почвы канцерогенными веществами – выхлопы автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, продукты нефтепереработки. Вывоз промышленных и бытовых отходов на свалки приводит к загрязнению и нерациональному использованию земельных угодий, создает реальную угрозу значительных загрязнений атмосферы, поверхностных и грунтовых вод.

Таким образом становится очевидным, что если на заре человечества людям угрожали только опасные, но естественные природные явления, а также представители биологического мира, то с течением времени появились опасности, творцом и жертвой которых стал сам человек.