Полный текст:
Содержание
1.
Содержание………………………………………………………………………………2
2.
Введение………………………………………………………………………………….3
3.
Общая характеристика биосферы………………………………………………………4
4.
Учение Вернадского о биосфере………………………………………………………..7
5.
Влияние человека на биосферу…………………………………………………………9
6.
Заключение……………………………………………………………………………...12
Список
литературы……………………………………………………………………..13
Введение
Биосфера (от др.греч.|????}} — жизнь и ?????? — сфера, шар) —
оболочка Земли, заселённая живыми организмами,
находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности.
Впервые термин «биосфера» ввел
в 1875 г. австрийский геолог Э.
Зюсс. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни земной поверхности. Роль и
значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказались настолько
велики, что уже в первой трети XX в. возникло новое научное направление в
естествознании – учение о биосфере. Основоположником этого
учения был В.И. Вернадский. Его «биосфера не есть только так называемая область
жизни». Это единство живого и косного вещества планеты. Но не только. Это еще и
связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыми нашей планетой,
строящими ее биосферу. Биосфера составляет верхнюю оболочку одной из больших
концентрических областей нашей планеты Земли.
Если с понятием «биосферы» по Зюссу связывалось
только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной)
живых организмов, то по В.И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей
геохимической силы.
В таком случае под понятием биосферы понимается все
пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где
встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.
Общая характеристика биосферы
Биосфера – самая большая экосистема Земли, истоки
представлений о ней уходят в работы А. Лавуазье, Ж.Б. Ламарка и А. Гумбольдта
(см. 1.1), однако термин «биосфера» предложил австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 г. Этим термином он
обозначил одну из оболочек Земли – пространство, в котором есть жизнь.
Целостное учение о биосфере создал русский ученый В.И. Вернадский (1926),
обосновавший геологическую преобразующую роль живых организмов. Они являются
основной геологической силой, которая создала биосферу и поддерживает ее
состояние в настоящее время.
В настоящее время биосфера
– это область существования и
функционирования живых организмов, которая охватывает нижнюю часть атмосферы,
всю гидросферу, поверхность суши и верхние слои литосферы. Понятие
«биосфера» включает в себя как живые организмы, так и среду их обитания. При
этом организмы, сложно взаимодействуя между собой, составляют органически
единую, целостною и динамическую систему, объединенную в единое целое с
абиотическими сферами их веществом и пространством
Биосфера имеет некоторые особенности, без которых невозможно ее существование:
1) Наличие в ней значительных количеств жидкой воды. Вода является
основным растворителем всех необходимых для существования живых организмов
веществ, а также средой для протекания биохимических реакций.
2) Поступление на границу мощного потока энергии от Солнца, которое
является единственным источником энергии для всей биосферы.
3) В биосфере имеются поверхности раздела между веществами, находящимися
в твердом, жидком и газообразном состояниях. Благодаря этому могла
сформироваться клеточная структура организмов.
По сравнению с диаметром Земли (13000 км) биосфера – это тонкая
пленка на ее поверхности. Однако основная жизнь в биосфере сконцентрирована в
гидросфере, литосфере и атмосфере (рис. 1).
Каждый организм имеет свои пределы жизни. Но в целом в биосфере
можно выделить верхний и нижний пределы жизни. Верхний предел определяется
наличием кислорода и высотой озонового экрана. Он находится на высоте 10-30 км и защищает все живое от
губительного ультрафиолетового излучения. Таким образом, жизнь не может выйти
за пределы стратосферы (за исключением человека, вылетающего в космос). Из-за
недостатка кислорода граница обитания человека составляет около 5 км, высших растений и
наземных животных – 6 км.
Еще выше, в тгорах жизнь представлена лишь мелкими организмами – бактериями
грибами, лишайниками, для существования которых приемлемы достаточно суровые
условия высокогорий. До 10 км
потоками воздуха могут подниматься в атмосферу мельчайшие споры и организмы – аэропланктон.
Из птиц только кондор поднимается на высоту до 7 км. В целом же основная
масса живых организмов находится лишь в тонком слое атмосферы, исчисляемом
десятками метров.
Рисунок 1 – Границы жизни в биосфере
Каждый организм имеет свои пределы жизни. Но в целом в
биосфере можно выделить верхний и нижний пределы жизни. Верхний предел
определяется наличием кислорода и высотой озонового экрана. Он находится на
высоте 10-30 км
и защищает все живое от губительного ультрафиолетового излучения. Таким
образом, жизнь не может выйти за пределы стратосферы (за исключением человека,
вылетающего в космос). Из-за недостатка кислорода граница обитания человека
составляет около 5 км,
высших растений и наземных животных – 6 км. Еще выше, в горах жизнь представлена лишь
мелкими организмами – бактериями грибами, лишайниками, для существования
которых приемлемы достаточно суровые условия высокогорий. До 10 км потоками воздуха могут
подниматься в атмосферу мельчайшие споры и организмы – аэропланктон. Из птиц
только кондор поднимается на высоту до 7 км. Но все же основная масса живых организмов
находится лишь в тонком слое атмосферы, исчисляемом десятками метров.
Нижняя граница жизни также определяется наличием кислорода и
температурными условиями Земли. Температурная граница для живых существ не
превышает 100оС. В среднем можно считать, что глубже 3 км от земной поверхности
живые существа в их современном виде по этой причине существовать не могут. В
океане, по результатам глубоководных исследований, жизнь зафиксирована на
глубине свыше 10 км.
В почвах граница жизни определяется глубиной, на которую проникает свободный
кислород – около 10 м,
а на болотах – только 50 см.
По В.И. Вернадскому, биосфера состоит из следующих основных
компонентов:
1) Живое вещество –
совокупность организмов, существующих в конкретный отрезок времени. Основной
отличительной особенностью живого вещества является его способность
использовать энергию. Живые организмы способны накапливать энергию в виде
сложных органических соединений, передавать ее, преобразовывать в другую
энергию. Неживые же тела не только не способны к столь сложным преобразованиям,
но и преимущественно рассеивают энергию.
Химический состав живого вещества в среднем может быть
представлен следующим образом: на долю кислорода приходится около 70 %,
углерода – около 18 %, водорода – 10 %, порядка 1,5 % приходится на N, Na, Mg,
Ca, Fe, K, Si, P, Cl, а также микроэлементы Zn, Mn, Co, I и др. Большая часть
кислорода и водорода входит в состав воды, из которой состоит основная масса
живых организмов.
Живое вещество биосферы представлено примерно десятком миллионов
видов различных организмов. Особое положение занимают производители
органического вещества – зеленые растения. Их около 300 тысяч видов. Общий вес
сухого вещества зеленых растений оценивается в 2,42?1012 тонн, что примерно в
две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки земли – атмосферы. Эта
величина составляет 99 процентов всего живого вещества на Земле. Оставшийся
процент приходится на гетеротрофные (животные) организмы.
2) Биогенное вещество –
создано непосредственно живыми организмами и состоящее из растительных и
животных остатков. Это все горючие ископаемые (нефть, каменный уголь, торф),
известняк др.
3) Косное вещество –
горные породы минерального происхождения (граниты, глины, пески). Фактически
планета Земля до распространения на ней жизни состояла только из косного
вещества.
4) Биокосное вещество –
продукты переработки горных осадочных пород живыми организмами. К биокосному
веществу относят приземную часть атмосферы, поверхностные воды, почву.
Учение
Вернадского о биосфере
Академик Владимир Иванович Вернадский является одним из
выдающихся ученых-естествоиспытателей. Он изучал процессы, которые протекают в
биосфере, является основоположником биогеохимии, которая легла в основу
современного учения о биосфере.
В 1926 г.
В.И. Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу «Биосфера». Здесь биосфера впервые показана как единая
динамическая система, которая населена и управляема жизнью, живым веществом
планеты. В работах по биосфере Вернадский показал, что взаимодействие живого
вещества с костным веществом это часть большого механизма земной коры,
благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные
процессы, миграции атомов, а так же осуществляется их участие в геологических
и биологических циклах.
Основа концепции биосферы - представление о живом веществе. Более
90 % всего живого вещества приходится на наземную растительность. Живое вещество
является ведущей силой планетарного
развития. Основной источник биохимической активности организмов - это солнечная
энергия, которая используется в процессе фотосинтеза зелеными растениями и
некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества. Это вещество
обеспечивает пищей и энергией остальные организмы. Жизнь на Земле всегда
существовала в форме сложно организованных комплексов разнообразных
организмов. Эти комплексы называются биоценозами. Вместе с тем живые организмы
и среда их обитания образуют целостные системы - биогеоценозы. Питание,
дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания,
накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот
вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов химических
элементов через живое вещество. Благодаря живому веществу на планете
образовались почвы и органическое минеральное топливо (торф, уголь, возможно,
нефть).
В.И. Вернадский впервые показал, что химическое состояние
наружной коры нашей планеты определяется живыми организмами, с деятельностью
которых связан такой процесс как миграция химических элементов в биосфере.
Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в
биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.
Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни,
которая населена организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это
самая крупная экосистема Земли.
Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу,
что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество
растений. Только растения способны поглощать энергию солнечного излучения и
синтезировать первичные органические соединения. Для объяснения большой
суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты, которые действительно
показали огромное значение фотосинтезирующих растений в создании общей
органической массы.
В природе нет никаких переходов от неживого к живому: они
настолько противоречивы, что живое ни при каких условиях не может происходить
из неживого.
Влияние человека на биосферу
Биосфера испытывает все формы влияния человека, которые уже
рассматривались при обсуждении влияния человека на географические оболочки.
Кроме того, под влиянием человека в биосфере происходят изменения ее биоты:
снижение биологического разнообразия, уменьшение площади лесов, опустынивание,
а также разрушение почв.
Обезлесивание. Процесс сведения лесов под влиянием
хозяйственной деятельности человека имеет глобальный характер и способствует
усилению парникового эффекта, отрицательно влияет на круговороты воды и
кислорода. Около 10 тыс. лет назад, еще до того как человек стал заниматься
сельским хозяйством, на земном шаре существовали обширные массивы лесов, общая
площадь которых составляла примерно 62 млн. км2. Однако в настоящее время их
площадь сократилась приблизительно до 42 млн. км2, т.е. почти на одну треть по
сравнению с досельскохозяйственным периодом. В некоторых районах мира ситуация
много хуже. Так, во Франции леса, некогда покрывавшие 80 % территории, уже в 1789 г. занимали лишь 14 %
площади. Исследования в бассейне Амазонки показали, что при сведении
тропических влажных лесов произошли существенные изменения климата: на 2,5-3,5о
С возросла температура воздуха, на 26 % уменьшилось количество атмосферных
осадков, активизировались процессы эрозии почвы, увеличилось количество
катастрофических паводков и др. Аналогичные процессы наблюдаются и в других
странах, где на значительных площадях сводятся леса. В Китае в бассейне реки
Янцзы было сведено 85 % лесов, что привело в 1998 г. к наводнению
невиданной разрушительной силы.
Мировое сообщество осознает опасность утери лесов. В Европе
в последние десятилетия посадка леса ведется столь активно, что доля
лесопокрытой территории неуклонно возрастает. Китай, чтобы ограничить наступление
пустыни с северо-запада на центральные земледельческие районы, создает «Великую
зеленую стену», которая будет иметь длину 4500 км и ширину несколько
сот километров. К числу лидеров по посадке леса, относятся также Россия, США,
Индия и Япония. Однако рукотворные леса значительно уступают естественным лесам
по богатству биологического разнообразия. В 2006 г. ЮНЕП (межправительственная
программа ООН по окружающей среде) успешно провел акцию по посадке 1 млрд
деревьев.
Опустынивание. Под влиянием хозяйственной деятельности человека
появляются ландшафты, близкие к пустыням, с редким растительным покровом. При
этом резко снижаются биологическая продукция и биологическое разнообразие,
разрушаются почвы. Опустынивание сопровождало сельскохозяйственное освоение
территорий в «плодородном полумесяце» (от юга Палестины через север Сирии и Месопотамии
до восточной части современного Ирана). В настоящее время в этом некогда
процветающем крае простираются бесплодные__ пустыни. Особенно быстро процессы
опустынивания развивались в ХХ в. В мире только за последние 50 лет подверглось
опустыниванию свыше 800 млн. га земли, основная часть этой площади приходится
на районы, расположенные южнее пустыни Сахара.
На рубеже тысячелетий основным фактором, вызывающим опустынивание,
является пастбищная дигрессия, связанная с быстрым ростом поголовья скота.
Ослабление дерна стало причиной ветровой эрозии и возникновения пыльных бурь.
Под влиянием неумеренного выпаса растет площадь пустынь в Китае, в котором
имеется огромное поголовье овец. 18 апреля 2001 г. западные штаты США
от Аризоны до Канады были покрыты слоем пыли, принесенной облаком пыли,
сформировавшимся 5 апреля в Китае и Монголии (облако имело 1200 миль в поперечнике).
Спустя год, над Южной Кореей пронеслась пыльная буря из Китая, были отменены
авиарейсы и занятия в школе. Такие крупные пыльные бури в Северном Китае
повторяются регулярно.
Процессы опустынивания происходят в РФ и соседних странах
СНГ. Например, в Калмыкии в результате выпаса поголовья овец, которое во много
раз превышало пастбищную емкость естественных кормовых угодий, на огромных
площадях сформировались антропогенные пустыни. В Астраханской области «лунные
пейзажи» окружили районы добычи газа, а в Якутии – карьеры добычи золота. В
Туркмении в 100-километровой зоне вдоль Каракумского канала, имеющего
протяженность свыше 1000 км,
произошло вторичное засоление почв, и образовались бесплодные пустыни. Свыше
2,5 млн. га мертвых пустынь, практически лишенных растительности, возникло при
уменьшении площади Аральского моря. В 1995 г. подписана «Международная конвенция по
борьбе с опустыниванием», однако ее реализация задерживается ввиду отсутствия
средств. 58 Сессия Генеральной Ассамблеи ООН объявляла 2006 г. Международным годом
пустынь и опустынивания. Однако существенных результатов в борьбе с опустыниванием
также не было достигнуто.
Разрушение почв. За последнее столетие разрушение почв приобрело
катастрофические масштабы, хотя и в прошлом это явление было причиной крушения
древних цивилизаций – шумеров в Месопотамии, инков и майя – в Америке. Главный
фактор разрушения почв – эрозия. Пахотные почвы загрязняются остатками
пестицидов и тяжелыми металлами, которые содержатся в фосфорных удобрениях;
ухудшаются физические свойства – разрушается структура почвы. Глобальный
характер приняли процессы потери почвами органического вещества (дегумификация)
при внесении высоких доз удобрений и интенсивной обработке. В результате
антропогенных преобразований формируются «агроземы», т. е. почвы, естественные
свойства которых уже утеряны. Особенно большие площади «агроземов» сформировались
в тропическом поясе в 1960-1970-е годы под влиянием зеленой революции (внедрения
интенсивной системы земледелия с высокими дозами минеральных удобрений,
пестицидов и поливом). Под влиянием сельскохозяйственного использования к
настоящему времени разрушено 2 млрд га почвы, т.е. столько же, сколько сегодня
находится в глобальном пахотном фонде.
Огромный ущерб почвам наносит гидромелиорация, вызывающая
вторичное засоление.
Заключение
Биосфера - оболочка Земли, в пределах
которой существует жизнь.
Биосфера состоит из живого и неживого. Жизнь в биосфере зависит от потока
энергии и круговорота веществ между живым и неживым.
Со временем биосфера становится всё более
неустойчивой. Существует несколько отрицательных для человечества
преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с
деятельностью человечества.
Поддержание динамического равновесия между компонентами
биосферы - это необходимое условие существования всех форм жизни. Воздействие
человека на биосферу, которое сопровождается ухудшением качества воды,
сведением лесов или выбросом в атмосферу загрязняющих веществ, может создать
угрозу жизни на Земле.
Список
литературы
Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология :
учебник для вузов / В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. – Изд. 12-е, доп. И
перераб. – Ростов н/Д : Феникс, 2007. – 602, [1] с. –
(Высшее образование).Колесников С. И. Экология: Учебник / С. И.
Колесников –М.: Дашков и К, 2007.Лазуткина Ю.С., Сомин В.А. Общая экология. Учебное
пособие. –Барнаул: Изд-во «Азбука», 2007 - 134 с.Маврищев, В. В. Основы экологии: учебник / В. В.
Маврищев. - 3-е изд., испр. и доп. - Минск : Выш. шк., 2007. - 447 с: ил.Миркин Б. М., Наумова Л.
Г. Краткий курс общей экологии. Часть II: Экология экосистем и биосферы:
Учебник. – Уфа: Изд-во БГПУ, 2011. – 180 с.