Современное представление о биосфере кратко

Обновлено: 30.06.2024

Биосфера Земли представляет собой совокупность связанных между собой обменом веществом, энергией и информацией биогеоценозов, располагающихся в очень тонком приповерхностном слое нашей планеты. Живые организмы обитают в трех оболочках планеты – литосфере, гидросфере и атмосфере. Принято считать, что верхняя граница жизни находится в атмосфере на высоте примерно 25 км (лимитирующий фактор – губительное ультрафиолетовое излучение за пределами озонового слоя). Нижняя граница жизни в литосфере располагается на глубине нескольких десятков метров (дождевые черви, корни растений и др.). Отдельные микроорганизмы встречаются в нефтеносных слоях на глубине до 3 км. В гидросфере живые организмы встречаются во всей толще океана вплоть до максимальных глубин – 11 км.

В.И.Вернадский показал, что биосфера обладает такими свойствами термодинамически неравновесной, антиэнтропийной живой системы, как самовоспроизведение, устойчивость (гомеостаз), саморегуляция и способность к эволюции. За время существования биосферы на Земле происходили различные глобальные изменения (смена климата, тектонические процессы, движения материков и др.), но биосфера продолжала существовать и развиваться. Свойства биосферы определяются совокупностью всех живых существ на планете: их способностью к размножению, сложными взаимоотношениями между собой и с неживой природой, способностью к эволюции.

Согласно Вернадскому, биосфера включает в себя:

1) живое вещество – совокупность всех живых организмов;

2) косное вещество – горные породы, минералы, продукты вулканической деятельности, неживые продукты человеческого труда и т.п.;

3) биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, нефть, каменный уголь и др.);

4) биокосное вещество – совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы, илы и т.п.).

Возникновению жизни на Земле предшествовало формирование трех главных сфер: литосферы, гидросферы и атмосферы. Первоначальный состав и строение этих сфер существенно отличались от их современного состава и строения. Появление жизни стало революционным событием в истории Земли. Живые организмы стали быстро заселять Землю. Благодаря этому появилась четвертая сфера - биосфера.

Важнейшим отличием живого вещества от косной материи Вернадский считал молекулярную дисимметрию (молекулярную хиральность) живого. Ему удалось доказать, что не только окружающая среда влияет на живые организмы, но и жизнь способна формировать среду своего обитания. Вернадский вышел на качественно новый уровень анализа жизни и живого – биосферный уровень. Под биосферой он понимал не только живое вещество планеты, но и преобразованную им среду обитания. Биосфера – один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства, сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Живое вещество и косное вещество постоянно взаимодействуют в биосфере Земли, обеспечивая непрерывный круговорот химических элементов и энергии. Благодаря биогенной миграции атомов живое вещество выполняет свои геохимические функции: концентрационную (накопление определенных химических элементов внутри живых организмов), транспортную (перенос нужных живым организмам химических элементов), энергетическую (обеспечение и преобразование потоков энергии, что дает возможность осуществлять все биогеохимические функции живого вещества), деструктивную (разрушение и переработка органических остатков), средообразующую (преобразование окружающей среды под действием живого вещества).

Вопросы для самопроверки

1. Какие фундаментальные свойства отличают живую материю от неживой?

2. Какие иерархические уровни организации специфичны для живой материи?

3. Каковы основные признаки живого?

4. Что является субстратом жизни?

5. Что такое биосфера, каковы ее границы, лимитирующие факторы и условия стабильности?

6. Что такое биогеоценозы, каковы их структура, свойства и функционирование?

7. Какие элементы называются в биосфере биогенными и косными?

8. Чем отличается живое вещество от косного?

10. Какие геохимические функции живого вещества вы знаете?

11. Что такое метаболизм и какую роль он играет в динамике жизни?

12. Чем отличаются клетки – прокариоты от эукариотов?

13. В чем состоит отличие животной клетки от растительной?

14. Что называют молекулярной хиральностью?

15. Какую роль играют молекулы ДНК в передаче наследственности?

16. В чем состоит принцип комплементарности?

17. Чем отличается молекула ДНК от молекулы РНК?

18. Какую функцию выполняют транспортные РНК?

19. Какой процесс называется транскрипцией?

20. Как протекает процесс трансляции?

21. Что такое геном?

22. Что такое генотип?

23. Чем фенотип отличается от генотипа?

24. Каковы основные факторы и движущие силы эволюции?

25. Чем отличается макроэволюция от микроэволюции?

26. Чем отличается синтетическая теория эволюции от дарвиновской?

27. Какие механизмы изменчивости действуют на молекулярном уровне?

28. Какие виды естественного отбора вы знаете?

29. Что называется изменчивостью?

30. Какие концепции происхождения жизни вы знаете?

31. Каковы основные этапы биогенеза в гипотезе А.И.Опарина?

ЧАСТЬ 6.

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.

-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.

С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структура биосферыпредставляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомного кислорода) приходится на высоту 20-25 км, где толщина озонового слоя составляет 2,5-3 км. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 мкм.

Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой (только споры и бактерии заносятся на высоту до 20 км, в толще литосферы на глубине 4,5 км в скважинах найдены только анаэробные бактерии).

В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды, ледники), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана (верхний слой земной коры с давлением 4 х 10 7 Па и температурой 100 0 С).

Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания. Можно говорить о двух гипотезах – о возникновении (самозарождении) жизни и о появлении жизни из космоса.

Согласно первой гипотезе о самозарождении жизни на Земле на поверхности безжизненной планеты происходил медленный абиогенный синтез органических веществ, которые образовались из вулканических газов при разрядах молний. Примитивные организмы сформировались из белковых структур в конце раннего архея, около 3 млрд. лет назад. Первые одноклеточные организмы, способные к фотосинтезу, возникли около 2,7 млрд. лет назад, а первые многоклеточные – не менее чем на 1 млрд. лет позже. В условиях отсутствия озонового экрана жизнь могла развиваться только в прибрежных частях морей и внутренних водоемах, на дно которых проникал солнечный свет. Из органических соединений возникали многомолекулярные системы, взаимодействующие со средой, благодаря эволюции они приобретали свойства живых организмов.

Сейчас на первое место вышла космохимическая гипотеза происхождения жизни в пределах Солнечной системы (теория панспермии). Есть данные, свидетельствующие о том, что жизнь существовала на Земле намного раньше, чем 3 млрд. лет (по А.И. Опарину). Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого не менее 3,8 млрд. лет. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на присутствие биосферы с фотоавтотрофными организмами, следовательно, на существование жизни в это время. Однако автотрофным организмам должны предшествовать гетеротрофные, как более примитивные, поэтому начало жизни отодвигается за пределы даты в 4 млрд. лет, т.е., возможно, что жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама планета. Получены данные, указывающие на существование жизни в космических условиях – обнаружены органические соединения в метеоритах и осколках астероидов, исследованиями подтверждено их биогенное происхождение.. вероятно, образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее эволюции было типичным и массовым явлением.

В структурном отношении биостром слагается из фитострома, зоострома и микробиострома. Зоостром в создании органического вещества не участвует. Роль микробиострома в этом процессе невелика и осуществляется с помощью некоторых, в основном водных, фотосинтезирующих бактерий, хемосинтезирующих бактерий (растущих за счет химического окисления неорганического вещества) и сероводородоокисляющих бактерий (обитают в гидротермальных источниках или вблизи их на разных глубинах Океана, включая абиссаль). Основным продуцентом, создателем первичного органического вещества, был и остается фитостром. Он создает его в процессе фотосинтеза в дневные часы, закрепляя в себе в форме потенциальной энергии пищи часть энергии солнечного света.

В.И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки и сгущения жизни. Жизненные пленки, занимающие огромные пространства, приурочены к границам раздела фаз. В частности, отличительной особенностью океанического биострома является наличие в нем двух пленок жизни: водно-поверхностной (эвфотической или планктонной) и донной. Планктонная пленка приурочена к эвфотической зоне Мирового океана, границе соприкосновения атмосферы и гидросферы, где с помощью фтосинтеза фитопланктон создает органическое вещество – пищу для подавляющей части организмов на всех глубинах океана. Донная пленка жизни занимает дно (бенталь) океана (заселен бентосом), находится на разделе жидкой и твердой фаз вещества. Водно-поверхностный и донный слои биострома вблизи берегов, на мелководье, смыкаются, образуя здесь единый океанический биостром, отличающийся в равной мере богатым и разнообразным планктоном и бентосом.

На суше существуют две пленки жизни – наземная и почвенная. Наземная пленка (наземный биостром) находится на поверхности почвы и полностью включает растительный покров (фитостром) и животное население суши (зоостром и микробиостром). Почвенная пленка приурочена к тонкому поверхностному слою литосферы, преобразованному почвообразующими процессами. С позиций анализа структурных частей ГО почва представляет верхний преобразованный биостромом слой современной коры выветривания. Она – вместилище подземной части биострома, место сосредоточения корневых систем и среда обитания богатой и разнообразной фауны – от крота и слепыша, до множества беспозвоночных и микроорганизмов. На суше пленки жизни имеют непосредственный контакт, и резкой границы между ними не существует.

Живое вещество в биосфере распределено неравномерно не только по вертикали, но и по площади, образуя сгущения жизни. На суше такими сгущениями жизни являются леса, болота, поймы рек и озера; в океане выделяют следующие типы сгущения жизни: прибрежное (возникает там, где перекрываются планктонная и донная пленки жизни – побережье, шельф и эстуарии рек); саргассовое (приурочено к участкам океана, занятым бурой водорослью саргассум); рифтовое (массовое мелководное поселение коралловых полипов и других морских организмов с твердым известняковым скелетом – Большой Барьерный риф в Тихом океане); апвеллинговое (образовано там, где ветры отгоняют теплую поверхностную воду от берегового склона в субтропических и тропических широтах, в результате чего на поверхность поднимается холодная глубинная вода, богатая биогенными элементами; чаще всего наблюдается у западных берегов континентов); абиссальное рифтовое (оазисы небольших размеров в глубоководных желобах и вне их, населенные рифтиями, полихетами, двухстворчатыми моллюсками, слепыми крабами и рыбами при полном отсутствии растений – открыто к северо-востоку от Галапагосских островов, на глубине 2450 м).

БИОСФЕРА

ТЕМА 8

-живое вещество – совокупность всех живых организмов;

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

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

-вещество органического происхождения (космическая пыль метеориты).

Современная биосфера сложилась в результате длительного эволюционного процесса живого и косного вещества нашей планеты. Роль человека в развитии биосферы определяется, прежде всего, его биосоциальной природой. Существование человека как гетеротрофного организма зависит от наличия органической пищи, воздуха, воды и т.д. В то же время человек обладает существенными особенностями, выделяющими его из живой природы, – это разум, способность к труду, творческой деятельности, производственным отношениям. На ранних этапах существования человека его деятельность не нарушала равновесия в биосфере. Потребляемые человечеством ресурсы природы и продукты его жизнедеятельности циркулировали в общем круговороте веществ, так же как и продукты деятельности других видов живых существ. Постепенно деятельность человека стала не просто приспособлением к условиям среды, но приобрела разумный целенаправленный характер, изменяя окружающую природу. Человек вывел много новых сортов растений и пород животных, увеличивая разнообразие природных видов, но в то же время многие виды исчезли или находятся на грани уничтожения (дронт, стеллерова корова, странствующий голубь и др.). Деятельность человека становится мощным экологическим фактором, нарушающим равновесие в природе, биосфере.

В.И. Вернадский в 1928–1930 гг. в своих глубоких обобщениях относительно процессов в биосфере дал представление о пяти основных биогеохимических функциях живого вещества.

1. Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтез зеленых растений, в процессе которого происходит аккумуляция солнечной энергии и перераспределение ее между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.

2. Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав атмосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества, создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и другие. С газовой функцией связывают два переломных периода в развитии биосферы. Первый из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 % от современного уровня (первая точка Пастера), что произошло около 1,2 млрд. лет назад. Это обусловило появление первых аэробных организмов. С этого времени восстановительные процессы дополнились окислительными. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10 % от современной (вторая точка Пастера), что создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в атмосфере. Это обусловило выход организмов из воды на сушу. До этого времени функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода.

3. Окислительно-восстановительная функция связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов окисления (благодаря обогащению среды кислородом) и восстановления, – когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода, что сопровождается образованием и накоплением сероводорода.

4. Концентрационная функция проявляется в способности организмов концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают легкие атомы водорода, углерода, кислорода, натрия, магния, серы, хлора, калия, фосфора, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы. Результат концентрационной деятельности – залежи торфа, углей, известняков, мела, рудные месторождения и другие.

5. Деструкционная функция обусловливает процессы, связанные с разложением органических веществ после смерти, вследствие чего происходит минерализация органического вещества, т.е. превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещества биосферы. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).

Таким образом, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Все живое население нашей планеты – живое вещество – находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом.

Основой функционирования живого вещества в биосфере является биотический круговорот веществ, который обеспечивается взаимодействием трех функциональных групп. Движущей силой этого круговорота является солнечная энергия.

Сегодня мы поговорим о том, что такое биосфера, каковые ее границы и структура, как устроен круговорот веществ, кто разработал учение о биосфера и как она эволюционировала с момента зарождения до наших дней.

Ну и, конечно же, мы затронем тему антропогенного воздействия на биосферу, которая стала актуальной последние десятилетия (антибиотики и пластик находят везде — от горных вершин до глубин океана).

Биосфера — это.

Таким образом, получается, что биосфера – это среда обитания живых организмов (людей, животных, насекомых, растений, бактерий и т.д.).

Причём эта среда видоизменяется с течением времени, поскольку находится под влиянием своих обитателей и постоянно наполняется продуктами их жизнедеятельности.

Биосферу можно также охарактеризовать как общность населяющих Землю организмов, число которых трудно себе представить.

Если их сгруппировать по видам, то наберётся более двух миллионов! Все они живут в разных условиях и отличаются друг от друга множеством признаков.

С этой точки зрения, биосфера представляет собой уникальную земную оболочку, отличающуюся от других оболочек (твёрдой, жидкой, газообразной) присутствием живой материи, отсутствием чётких границ, неоднородностью структуры и способностью преобразовывать планету.

Структура и круговорот веществ в биосфере

В структуру биосферы, по определению академика В. Вернадского, входят семь типов вещества, основными из которых являются:

живое – главный компонент, включающий в себя совокупность всех видов животных, растений, микроорганизмов и т.д.;
биогенное – мёртвый материал, образованный жизнедеятельностью живых организмов (нефть, каменный уголь, торф, газы и др.);
косное – не связанное с живыми организмами и имеющее неорганическое происхождение (вода, горные породы и т.п.);
биокосное – объединяет живую и неживую материю в различных пропорциях (почва, ил и др.).

Помимо перечисленных компонентов, в состав биосферы входят также радиоактивные элементы (полоний, радий, уран), соединения рассеянных атомов (цезий, рубидий, йод) и вещества космического происхождения (обломки метеоритов).

Живое вещество представлено тремя типами организмов:

Продуценты (производители) – организмы, использующие для своего существования неорганические материалы и параллельно создающие органические вещества за счёт поглощения солнечной энергии (процесс фотосинтеза). К ним относятся зелёные растения (автотрофы), сине-зелёные водоросли и некоторые бактерии;
Консументы (потребители) – организмы, потребляющие уже готовую органику. Сюда относятся травоядные и плотоядные животные, а также паразиты и растения-хищники.
Деструкторы (разрушители) – организмы, разлагающие органические вещества, оставшиеся от жизнедеятельности продуцентов и консументов и превращающие их в неорганические продукты. В качестве примера можно привести бактерии и низшие грибы.

Из вышеизложенного нетрудно понять происходящий в биосфере биологический круговорот, заключающийся в непрерывном обмене веществ между организмами и окружающей средой.

Живые существа рождаются, развиваются, выполняют свою жизненную программу и умирают, формируя биосферу и открывая дорогу более совершенным организмам.

Понимает, принимает различные меры (пытается ограничить вредные выбросы в атмосферу, отказаться от пластиковой неразлагающейся посуды и т.д.), и в то же время создаёт и совершенствует ядерное оружие, способное превратить наш общий дом в безжизненную пустыню. Почему же люди с таким упорством движутся к самоуничтожению?

Итого

Есть над чем задуматься… Но именно ядерное сдерживание привело к отсутствию крупных вооруженных конфликтов, которые можно было бы назвать мировыми войнами. Наш мир, как и природа ищет баланс, и иногда нужен страх полного уничтожения, чтобы предотвратить массовое истребление.

Биосфера же — это чудо, вероятность появления которого на планетах нашей вселенной исчезающе мала. Но нам повезло и мы с вами существуем, благодаря цепи случайностей, а нашим общим предком является первый живой организм, появившийся на нашей планете несколько миллиардов лет назад.

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (2)

Существует теория, что у биосферы Земли есть собственное самоосознание. Этим многие ученые объясняют наличие разумной жизни на нашей планете, а также некоторую упорядоченность и цельность существования. На мой взгляд, эта гипотеза заслуживает большего внимания, чем та, которая утверждает, будто бы жизнь на планете появилась в результате случайности.

Биосфера — это саморегулируемая система, если бы было иначе, то ее не существовало бы. Есть эксперименты по выращиванию овощей в пустыне, разумеется, растения находятся внутри теплиц, в которых поддерживается необходимый микроклимат, но это искусственная система, она регулируется человеком.

Вообще, наши предки вышли из воды благодаря Луне, именно за счет приливов и отливов микроорганизмы стали оказываться в зоне разделения двух сред, затем они начали приспосабливаться к атмосфере, продвигаться вглубь суши, производя кислород, тем самым создавая условия для жизни более сложных организмов.

Биосфера как совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами. Особенности современной биосферы Земли. Понятие и свойства ноосферы.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	14.12.2014
Размер файла	162,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

По дисциплине концепция современного естествознания

Современное представление о биосфере земли

Проверил: Ромеро Мойсес

Наличие жизни - уникальное свойство Земли. До сих пор у людей нет основания считать, что на других планетах есть жизнь. Биосфера - одна из оболочек Земли, в которой существуют живые организмы. Ноосфера -- новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием человеческого общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы.

Человек изменяет биосферу быстрее, чем ее понимает, говорится в опубликованной в журнал "Science" статье "Воздействие человека на мировые экосистемы", принадлежащей перу американских экологов [Vitousek et al., 1997]. И поэтому необходимо удвоить усилия в изучении биосфера как глобальной экосистемы - пока еще есть возможность взять под контроль процессы ее дестабилизации, грозящие погрести под собой и само дестабилизирующее ее человечество.

Задачами нашего исследования являются изучить численность видов, рассмотреть организацию биосферы, узнать современное состояние.

1. Понятие биосфера

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

По современным представлениям, биосфера - это особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ века. Важнейшая значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине века. Этому способствовало развитие экологии и, прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием.

Учение 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.

2. Организация биосферы

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь - жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Атмосфера - наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%). •Атмосфера имеет несколько слоев:

*тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем состредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

*ноносфера - там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

•Гидросфера - водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ. Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

•Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

3. Современная биосфера

Биосфера является энергетически незамкнутой системой, в которой идет поглощение энергии из внешней среды. Непрерывный поток солнечной энергии воспринимается молекулами живых клеток и преобразуется в энергию химических связей.Солнечный свет для биосферы является рассеянной лучистой энергией электромагнитной природы. Почти 99% этой энергии, поступившей в биосферу, поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в вызванных ею физических и химических процессах (движение воздуха и воды, выветривание и др.) и только около 1% накапливается на первичном звене ее поглощения и передается потребителям уже в концентрированном виде. Первичным звеном поглощения солнечной лучистой энергии являются растения, которые преобразуют ее в концентрированную энергию химических связей, или энергию пищи. Без этого процесса накопления и передачи энергии живым веществом невозможно было бы развитие жизни на Земле и образование современной биосферы.

Каждый последующий этап развития жизни сопровождался все более интенсивным поглощением биосферой солнечной энергии. Одновременно нарастала энергоемкость жизнедеятельности организмов в изменяющейся природной среде, и всегда накопление и передачу энергии осуществляло живое вещество.

Современная биосфера образовалась в результате длительной эволюции под влиянием совокупности космических, геофизических и геохимических факторов. Первоначальным источником всех процессов, протекавших на Земле, было Солнце, но главную роль в становлении и последующем развитии биосферы сыграл фотосинтез. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов, способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Еще доказано, что живая и неживая природа сильно воздействуют друг на друга и изменяются. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы.

Сегодняшний период развития биосферы называется техносферой. Этот этап ставит задачи срочного принятия мер по охране окружающей среды внедрение малоотходных технологий, оборотного водоснабжения рационального природопользования.

Следующий этап эволюции биосферы связан с ее переходом под

влиянием разумной деятельности человека в состояние ноосферы, т.е. сферы разума. Это сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Природные процессы обмена веществ и энергии будут контролироваться обществом. Биосфера будет преобразовываться людьми соответственно познанным и освоенным законам ее строения и развития. Именно движение человечества к устойчивому развитию должно привести к достижению гармонии между Обществом и Природой, к формированию предсказанной Вернадским В.И. сферы разума.

Можно дать следующую характеристику современного состояния

1. Преобразуется облик планеты: уничтожаются леса; истощаются залежи полезных ископаемых; создаются новые водохранилища; на месте первичных биоценозов создаются вторичные агроценозы.

2. Изменяется химический состав воздуха, воды, почвы. Биосфера загрязняется веществами, которые не вовлекаются в круговорот и накапливаются в ней: пестициды, удобрения, отходы промышленности, радиоактивные вещества.

3. Снижаются темпы процесса самоочищения. Главную опасность представляет изменение не количества, а качества отходов, которые не используются микроорганизмами, не распадаются, не окисляются. Вот почему в биосфере снизились темпы природного процесса биологической очистки, процесса самоочищения.

В пределах всей биосферы Земли и ее составных частей нет существа, которое жило бы в полном одиночестве. Изменение в окружающей среде может резко нарушить равновесие между ею и экологической системой и определяет порой коренные перемены в этой системе.

1. Все современные организмы обладают системами, приспособленными к использованию готовых органических веществ как исходного строительного материала для процессов биосинтеза.

2. Преобладающее большинство видов организмов в современной биосфере Земли может существовать только при постоянном снабжении готовыми органическими веществами.

3. У гетеротрофных организмов не встречается никаких признаков или рудиментарных остатков тех специфических ферментных комплексов и биохимических реакций, которые необходимы для автотрофного способа питания. Последний довод наиболее существен. Таким образом, приведенная выше аргументация свидетельствует о вторичности автотрофной фотосинтетической жизни в биосфере на нашей планете.

4.Численность видов

Органический мир биосферы состоит из четырех царств: доядерных (прокариот), животных, грибов и растений. Древнейшими в геологической истории были прокариоты, следы жизнедеятельности которых выявлены морфологи-чёски и биохимически в формациях докембрия.

Эукариоты представлены главным образом растениями и животными. Растения являются неподвижными организмами (у них нет собственных средств передвижения). Клетки их покрыты жесткой целлюлозой в виде оболочки, которая их защищает и не дает возможности свободно двигаться. Поэтому для накопления питательных веществ растительные клетки используют главным образом процесс фотосинтеза. Напротив, клетки животных имеют эластичную оболочку. Животные сами активно передвигаются в поисках лучших мест обитания и пищи, Следует, однако, отметить, что существуют морские формы животных (губки, кораллы, морские лилии), ведущие прикрепленный образ жизни и потребляющие пищу в виде микроорганизмов.

В способах питания и перемещения заключается основное различие между растениями и животными, которое оформилось еще в докембрийское время, когда биосфера была населена одноклеточными организмами. Численность видов животных примерно в 4 раза превышает таковую растительных организмов, т. е. животный мир нашей планеты более разнообразен, чем мир растений.

По числу видов первое место среди животных занимают насекомые. Этот наиболее многочисленный класс беспозвоночных насчитывает свыше 1 млн видов. Очевидно, что число видов насекомых резко превышает число видов любого класса живых организмов. Но, по заключению энтомологов, помимо учтенных видов насекомых, в пределах биосферы существует еще столько же неучтенных. Поскольку насекомые способны к быстрому размножению, очевидно, что они представляют собой мощный биологический и геохимический фактор. Ориентировочные расчеты показывают, что на нашей планете обитает минимум 108 млрд насекомых, т. е. на каждого человека на Земле приходится около 250 млн представителей этого класса.

Следующим по числу видов идут моллюски, но их значительно меньше, чем насекомых. Позвоночные животные по числу видов занимают третье место, а среди них наиболее развитый класс -- млекопитающие составляют одну десятую часть. Примерно половина позвоночных приходится на долю рыб. Таким образом, если у членистоногих наиболее интенсивное образование видов происходило на суше, преимущественно среди насекомых, то у позвоночных наиболее благоприятные возможности для этого реализовывались в водной среде.

Среди растений более половины видов составляют покрытосеменные, которые возникли в недавнем геологическом прошлом в основном на поверхности суши. Их развитие теснейшим образом было связано с развитием насекомых, игравших роль опылителей. Среди млекопитающих наибольшее число видов приходится на долю грызунов. Они также были связаны в своем развитии с покрытосеменными растениями.

Органический мир суши в видовом отношении более разнообразен, чем органический мир водной среды. Если число видов сухопутных животных составляет 93%, то водных только 7%. Среди растений наблюдается аналогичное соотношение: 92% приходится на сухопутные формы и 8% на водные. Совершенно очевидно, что выход организмов на сушу открыл широкие возможности для их прогрессивной и ускоренной эволюции. Правда, этот процесс носил избирательный характер. Если не учитывать предков позвоночных животных, то можно полагать, что на суше обитало всего лишь шесть классов животных из трех типов. В то же время 60 классов, относящихся к остальным типам, продолжали существовать в море. Однако при такой ситуации число видов наземных организмов было значительно больше, чем морских.

Живые организмы характеризуются большим разнообразием в пределах суши и моря. Живое население моря распределяется на разных глубинах. Часть прибрежной зоны океана от берега до глубин 200 м называется шельфом. В зависимости от степени помутнения и наличия взвешенных частиц солнечный свет способен проникать на глубины от 80 до 200 м. Естественно, что в этой зоне могут существовать фотосинтезирующие растения, преимущественно водоросли, вырабатывающие большое количество питательных веществ, которыми питаются морские животные. Далее, к срединным областям океана, располагается континентальный склон и абиссальная зона, куда солнечный свет не доходит и где количество организмов резко уменьшается. В зависимости от места обитания и способов передвижения живое население моря распределяется на планктон, нектон и бентос.

Свободноплавающие, взвешенные в воде мелкие организмы составляют планктон, который разделяется на фитопланктон, состоящий из растений, и зоопланктон -- из мелких морских животных. Активно передвигающиеся в воде животные образуют нектон. Самые крупные живот-вые нектона -- это киты, дельфины, акулы. К нектону относятся и костистые рыбы, питающиеся обильным планктоном. Живые организмы, населяющие морское дно преимущественно в области сублиторальной зоны, составляют бентос, который разделяется на прикрепленный (водоросли, губки, кораллы) и подвижный (моллюски, ракообразные, иглокожие и др.). В абиссальной зоне темных глубин океана встречаются некоторые бактерии и несколько видов плесневых грибов. Животные этой зоны питаются за счет остатков организмов планктона, опускающихся из освещенной зоны. По современным данным, нет таких глубин, где не могла бы существовать жизнь. Даже в самой глубокой впадине--- Марианской (глубина 11 022 м) -- удалось обнаружить и сфотографировать ракообразных и других животных.

На поверхности континентов различные экологические системы не всегда четко разграничиваются, и часто одна из них накладывается на другую. Наиболее выразительно проявляется зональный -- широтный характер распределения растительности. Эти зоны в принципе повторяются в горных системах, где от подошвы до горных вершин происходит изменение растительных поясов от теплолюбивых форм до хвойных лесов, альпийских лугов и вечных снегов. От общего широтного характера распределения растительности имеются многочисленные отклонения. Часто распределение растительности зависит от изменений климата, вызванных близостью теплых морских течений, от положения, высоты местности и других факторов. Размещение животных в общем связано с растительными зонами, но при этом наиболее широкие пространства обитания имеют птицы, совершающие сезонные массовые перелеты.

Читайте также: