Каталог :: Биология

Реферат: Биосфера

Биосфера
Биосфера - оболочка Земли,
населенная живыми организмами. В
процессе эволюции на Земле
образовалась особая оболочка (или
сфера) населенная живыми
организмами. Впервые это название
было использовано еще Ж. Б.
Ламарком. Термин “биосфера” (греч.
“биос” - жизнь, “сфера” - шар) ввел в
1875 г. геолог Э.Зюсс, но
распространение этого термина
произошло благодаря развитию учения
о биосфере академиком
В.И.Вернадским (в конце 20-х гг. XX
столетия). В. И. Вернадский (1863-1945
гг.), являясь основоположником новой
науки - биогеохимии, первым обратил
внимание на роль живых организмов
как мощного геологического фактора,
установив роль живого вещества в
преобразовании земной поверхности.
На Земле различают несколько
геосфер: литосферу (греч. “литос” -
камень) - внешнюю твердую оболочку
земного шара, состоящую из двух
слоев: верхнего слоя осадочных пород
с гранитом и нижнего базальтового;
гидросферу (океаны, моря, озера,
реки), занимающую 70,8% земной
поверхности; атмосферу,
простирающуюся вверх до 100 км: в
ней различают тропосферу (греч
“тропа” - перемена) высотой 15 км, а
над ней - стратосферу (лат. “стратум” -
слой), высотой до 100 км (у границы
стратосферы возникают северные
сияния. На высоте 45 км вместо
кислорода находится озон,
образующийся из свободного
кислорода под влиянием солнечных
лучей (О2 ® О3), который образует
экран и отражает губительные для
живых организмов космические
излучения и частично
ультрафиолетовые лучи Солнца);
ионосферу, располагающуюся выше
стратосферы и имеющую слой
разреженного газа из ионизированных
атомов.
Биосфера охватывает поверхность
Земли, верхнюю часть литосферы, всю
гидросферу, тропосферу и нижнюю
часть стратосферы. Границы биосферы
определяются наличием условий,
необходимых для жизни различных
организмов. Верхняя граница
биосферы ограничена интенсивной
концентрацией ультрафиолетовых
лучей; нижняя - высокой температурой
земных недр (свыше 100 oС). Крайних
пределов границ биосферы достигают
только бактерии (споры бактерии
попадают на высоту 20 км, а
анаэробные бактерии обнаруживаются
на глубине свыше 3 км в водах
месторождений нефти). Наибольшая
концентрация жизни сосредоточена у
поверхности суши и океана, у границ
соприкосновения литосферы и
атмосферы, гидросферы и атмосферы,
гидросферы и литосферы, т.е. на
границе фаз. Живые организмы в сумме
составляют живое вещество. В составе
биосферы есть и неживое (косное)
вещество, а также сложные по своей
природе биокосные тела (в их состав
входят как живые организмы, так и
видоизмененное неживое вещество).
В.И.Вернадский к биокосным телам
относил почвы, илы, природные воды.
Таким образом, живые организмы могут
существовать в тропосфере и нижних
слоях стратосферы, а в гидросфере
проникают на всю глубину Мирового
океана - до 10-11 км, в литосфере -
иногда до глубины 7,5 км. Величина
биомассы для всей планеты составляет
3·1012 т, при этом более 95% этой
величины приходится на долю
растительных организмов и только 5% -
на долю животных. В целом биомасса
составляет лишь около 0,01% массы
всей биосферы, но ее роль на планете
грандиозна. Основную часть биомассы
растений составляют деревья, поэтому
основное накопление биомассы на
планете определяется
распространением лесов на
континентах. Наибольшее сгущение и
разнообразие растений имеет место во
влажных тропических лесах.
Разнообразие и количество видов
животных зависят от растительной
массы и тоже увеличиваются к
экватору. В биосфере условно
выделяют элементарные целостные
единицы - биогеоценозы -
совокупность популяций разных видов,
обитающих в определенной местности.
Биоценоз объединяет сообщества
растительных и животных организмов,
населяющих участок биосферы с
однородными условиями
существования. Взаимные связи внутри
биогеоценоза поддерживаются в
процессе круговорота веществ.
Основное условие поддержания жизни
в биосфере определяют живые
организмы, осуществляя круговорот
неорганических и органических
веществ.
Биогеохимические циклы - это
циркуляция химических элементов
абиотического происхождения,
которые попадают из окружающей
среды в организмы и из организмов в
окружающую среду. В биосфере все
время совершаются круговороты воды и
всех элементов, входящих в состав
живых организмов. Процесс этот длится
десятки миллионов лет. “На земной
поверхности нет химической силы,
более постоянно действующей, а
поэтому и более могущественной по
своим конечным последствиям, чем
живые организмы, взятые в целом” -
утверждал В. И. Вернадский.
Неорганические элементы вносятся в
ткани растений и животных в процессе
их роста и развития и входят в состав
органических веществ. После смерти
организма эти элементы подвергаются
сложным превращениям, после чего
снова попадают в новые организмы. К
главным циклам относятся
биохимические циклы углерода, азота,
воды, фосфора и серы.
Кругооборот углерода и кислорода
осуществляется в близко идущих
процессах. При дыхании
высвобождается углерод в виде СО2, а
в процессе фотосинтеза СО2 снова
превращается в органические
соединения. Всего за 7-8 лет живые
организмы пропускают через свои тела
весь углерод, содержащийся в
атмосфере. В океане (в основном в
составе фитопланктона) 40·1012 кг
углерода в год фиксируется в процессе
фотосинтеза в виде СО2. Большая его
часть потом высвобождается при
дыхании. На суше фиксируется в год
35·1012 кг углерода при фотосинтезе в
виде СО2; 10·1012 кг углерода
выделяется при дыхании растений и
животных; 25·1012 кг углерода
выделяется при дыхании редуцентов;
5·1012 кг углерода в год
высвобождается при сжигании
ископаемого топлива. Этого количества
вполне достаточно для постепенного
увеличения концентрации двуокиси
углерода в атмосфере и в океанах.
Большая доля углерода содержится в
осадочных породах. В последние годы
поступление углерода в атмосферу
вследствие деятельности человека
резко возросло, что может привести к
серьезным последствиям для биосферы.
Кругооборот азота имеет свое
своеобразие. Известно, что в
атмосфере содержится 79% азота, но
сам азот как элемент очень инертен и
поэтому редко встречается в связанном
состоянии. Он входит в состав
аминокислот и белков. В биологический
круговорот азот атмосферы
вовлекается в основном благодаря
биологической фиксации
микроорганизмами (азотфиксация). В
атмосферу азот возвращается в
результате денитрификации, которая
осуществляется как при участии
бактерий, так и в ходе химических
реакций без участия организмов.
Важно, что никакой другой элемент
так не ограничивает ресурсы
питательных веществ в экосистемах,
как азот. Круговорот азота в
большинстве сообществ замкнутый,
лишь небольшие количества этого
элемента выносятся из наземных
сообществ со стоком (в масштабах
биосферы реки выносят в океан около
30 млн т азота в год).
Земная кора содержит много серы,
растения ее получают в основном в
виде сульфатов. Сера является
необходимым компонентом почти всех
белков. Животные восполняют
потребности в сере, получая ее от
растений. В годы интенсификации
хозяйственной деятельности человека
поступление серы в атмосферу все
время возрастает (в виде, например,
окислов серы - сернистого газа SO2).
Растворяясь в воде, окислы образуют
кислоты. Имеет место выпадение
кислотных дождей, приводящих к
изменению экологической обстановки,
часто с негативными последствиями.
Кругооборот фосфора менее сложен,
поскольку его в газообразном
состоянии нет. Миграция фосфора
осуществляется за счет живых
организмов, а значительная часть
попадает в конечном счете в океан и
откладывается в осадочных породах.
Фосфор - сравнительно мало
распространенный элемент и, подобно
азоту и калию, часто бывает фактором,
лимитирующим продуктивность
экосистем. Фосфор - необходимый
компонент нуклеиновых кислот, АТФ,
белков и ряда жизненно важных
органических веществ.
Кругооборот воды осуществляется в
основном за счет энергии Солнца, но
организмы оказывают на него свое
регулирующее действие. Вода является
источником водорода, в которой
водород химически связан с
кислородом, а также донором водорода
при фотосинтезе, а сама по себе она
является составной частью живых
клеток. Роль ее заключается также в
том, что она - важный климатический
фактор и среда для водных организмов.
Круговорот воды называется
гидрологическим циклом, и в этом
цикле вода может находиться в
газообразном, жидком и твердом
состояниях. С поверхности океанов
испаряется больше воды, чем выпадает
над океанами в виде осадков. “Лишняя”
испарившаяся вода переносится в виде
пара атмосферными потоками,
выпадает в виде осадков над сушей и
поступает снова в океаны с
поверхностным речным стоком и через
грунтовые воды.
Доступная для наземных животных вода
составляет ничтожную часть от ее
общего количества - всего около
0.01%. Незначительная часть воды,
проходящей через тела растений,
разлагается при фотолизе воды на
кислород, выделяемый в атмосферу, и
водород, включаемый в состав
органических веществ. Много больше
воды растения расходуют на
транспирацию (поглощают воду из
почвы и испаряют в атмосферу).
Главнейшую роль в жизни на Земле
играет непрерывно поступающий
поток энергии Солнца: 10.5·1029
кДж/год (2.5·1020 ккал/год). 42%
солнечной энергии отражается Землей
в мировое пространство, 58%
поглощается атмосферой и почвой. Из
этого количества Землей излучается
более 20%, а 10% расходуется на
испарение воды с поверхности
Мирового океана. Падающая на Землю
солнечная энергия аккумулируется
зелеными растениями и поступает с
ними в другие организмы. Зеленые
растения образуют в год около 100
млрд т органического вещества,
содержащего около 1800·1015 кДж
(450·1015 ккал) энергии. Одновременно
они поглощают около 170 млрд т СО2,
выделяют около 115 млрд т О2 и
испаряют 16·1012 т воды (цифры
примерные, так как разные расчеты
дают различающиеся данные).
Образование органических веществ за
счет энергии Солнца -
эндотермический процесс, а окисление
- экзотермический процесс. Окисление
органических веществ в процессах
дыхания, брожения, гниения с
выделением тепла, Н2О и СО2 имеет
почти такие же масштабы, как и
процесс фотосинтеза.
Солнечная энергия определяет
масштабные климатические,
геологические и биологические
процессы. Под влиянием биосферы она
преобразуется в различные формы
энергии, вызывающие огромные по
масштабам и скорости превращения,
миграции и круговороты веществ,
увеличение и распространение
биомассы.
Человечество представляет собой
часть биомассы биосферы. Если на заре
своего становления человек полностью
зависел от окружающей среды, то с
развитием мозга человек сам
становится мощным фактором
дальнейшей эволюции на Земле.
Овладение человеком различными
формами энергии - механической,
электрической и атомной -
способствовало значительному
изменению земной коры и биогенной
миграции атомов. В.И.Вернадский
подчеркивал в своих трудах, что
воздействие человека на остальную
биосферу усилилось после появления
науки, что человечество стало
главнейшей силой, изменяющей
процессы в биосфере. Понятие о
ноосфере (греч. “ноос” - разум,
“сфера” - шар) впервые появилось в
начале XX в. Ноосфера первоначально
представлялась как своеобразная
“мыслящая” оболочка Земли, которая,
зародившись в конце третичного
периода, разворачивается над
растительным и животным миром - вне
биосферы. Ноосфера, по Вернадскому,
- это биосфера, преобразованная
трудом человека и измененная научной
мыслью. В.И.Вернадский рассматривает
переход от биосферы к ноосфере
(“сфере разума”) как естественный
процесс. Он писал: “...Все
человечество, вместе взятое,
представляет ничтожную массу
вещества планеты. Мощь его связана
не с его материей, но с его мозгом, с
его разумом и направленным этим
разумом его трудом. В геологической
истории биосферы перед человеком
открывается огромное будущее, если
он поймет это и не будет употреблять
свой разум и свой труд на
самоистребление... Человечество,
взятое в целом, становится мощной
геологической силой. И перед ним,
перед его мыслью и трудом, становится
вопрос о перестройке биосферы в
интересах свободно мыслящего
человечества как единого целого. Это
новое состояние биосферы, к которому
мы, не замечая этого, приближаемся, и
есть “ноосфера”...”.
Человечество, осознав огромную
ценность жизни, катастрофические
последствия преобразования пророды
(создание каналов, водохранилищ,
изменения русла рек, хищническое
использование природных ресурсов,
истребление лесов и т.п.), должно
проникнуться пониманием
экологических проблем и перейти к
равноправному сотрудничеству с ней.
Возникает необходимость создания
высокопродуктивных экологических
систем, поддерживаемых человеком,
наряду с сохранением и поддержанием
уже существующих. Необходимо вести
борьбу с хищническим использованием
природных ресурсов, загрязнениями
атмосферы, почвы и воды.
Охрана природы - совокупность
международных, государственных и
региональных мероприятий,
направленных на поддержание
природы в состоянии, соответствующем
эволюционному уровню современной
биосферы. Природоохранные
мероприятия должны быть
многоцелевыми и включать все
возможные пути ее реализации. На
первый план выступают мероприятия
по защите природной среды от
различного рода загрязнений:
устранение или снижение выбросов
ядовитых газов промышленными
предприятиями в атмосферу, спуска
загрязненных сточных и коммунальных
вод, загрязнения почвы и вод
пестицидами, радиоактивными
веществами, тяжелыми металлами,
снижение шумов и т.д. Для сохранения
флоры и фауны необходимо создание
охраняемых территорий: заповедников
- участков территории суши или
акватории со всеми природными
объектами, полностью исключенных из
всех видов хозяйственного
использования (на территории бывшего
СССР было более 150 заповедников);
заказников - участков территории суши
или акватории, где одновременно
запрещается использование отдельных
видов природных ресурсов;
национальных парков - территорий,
исключенных из промышленной и
сельскохозяйственной эксплуатации с
целью сохранения природных
комплексов, имеющих особую
экологическую, историческую и
эстетическую ценность и используемых
для отдыха. Система природоохранных
мероприятий включает введение
постоянного контроля за видовым
составом и численностью флоры и
фауны с публикацией данных о редких
и исчезающих видах растений и
животных в специальной литературе
(составление, например, Красной
книги). В 1983 г. в СССР была
выпущена Красная книга, в которую
внесено 94 вида и подвида
млекопитающих, 80 видов птиц, 9
видов земноводных, 37 видов
пресмыкающихся, 9 видов рыб, 250
видов беспозвоночных, 681 вид высших
растений, 29 видов лишайников, 26
видов грибов. 5 томов Красной книги
издано Международным союзом охраны
природы (МСОП) издано пять томов
Красной книги, в которые внесено 1182
вида животных и 20 тыс видов
растений, находящихся на грани
исчезновения или требующих охраны.
Распространение и усвоение
биологических знаний не только
повлияет на охрану природы, но и
станет необходимой основой
правильного природопользования.
Биологические знания позволят
каждому человеку разумно относиться
к природе и понять свое место и
значимость в природе, а по
возможности - принять участие и в
воспроизводстве природных богатств.