Биосфера как арена жизни реферат

Обновлено: 02.07.2024

Биосфера как арена жизни. Активная деятельность живых организмов охватывает относительно небольшой слой оболочек планеты. Его границы определяются комплексом условий, допускающих устойчивое существование сообществ живых организмов. В состав биосферы входят нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхние слои литосферы, подвергшаяся с участием живых организмов выветриванию ее часть – почва (эдафосфера). Каждая из этих оболочек имеет свои специфические свойства, которые определяют набор определенных видов и их адаптивные особенности. Таким образом, воздушная, водная и почвенная оболочки представляют собой основные среды жизни, формирующие ее состав и биологические свойства.

Гидросфера. Она включает все типы водоемов. В наиболее общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные и подземные воды. Океан занимает около 71 % поверхности Земли, внутренние водоемы – 5 %. В океане содержится около 94 % запасов воды на Земле, в озерах и реках - менее 0,02 %, в ледниках – 1,65 % и в подземных водах – 4,12 %. Набор химических элементов и количественное соотношение ионов в тканях живых организмов близки к составу морской воды у наземных животных и растений. Это обусловлено тем, что жизнь зародилась в океане. Но в большинстве случаев количественное содержание ионов в теле даже морских организмов может отклоняться от соотношения их в морской воде. Это объясняется обменом веществ в организмах, способностью избирательно извлекать из среды и задерживать в своем теле определенные соли (построение раковин или скелета). Другие ионы, наоборот, выводятся из организма. Химизм воды обусловливает также осмотические отношения организма в водной среде. У организмов существуют проницаемые для воды участки поверхности, через которые идет осмотический поток воды. Большинство растений и морских животных изотоничны среде. Наличие в воде растворенных и взвешенных веществ имеет значение как трофический фактор, а выделение в воду продуктов метаболизма не только освобождает организм от ненужных веществ, но и используется водными животными как средство химической коммуникации. Таким образом, в понятие воды как среды жизни включено обязательное наличие растворенных и взвешенных в ней веществ.

Большое экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды. Плотность воды в 800-1000 раз выше плотности воздуха. В результате этого гидробионты имеют специфическую форму тела, которая позволяет снизить лобовое сопротивление и повысить эффективность энергозатрат.

В гидросфере сложились комплексы организмов, парящих в воде. Это определило распространение жизни в гидросфере по всей ее толщине, даже в самых глубоководных впадинах (свыше 11 км). Здесь, в условиях полной темноты, колоссального давления (100 и более атмосфер), обнаружены сообщества, включающие бактерий, одноклеточных и многоклеточных бактерий.

Каждый водоем имеет определенное структурное деление, свои экологические зоны. В соответствии с этим делением водоемов на бенталь (область дна) и пелагиаль (толща воды) все водные организмы подразделяются на бентос (донные) и пелагос (в толще воды). Эти сообщества содержат пассивно парящие в толще воды формы (планктон) и активно плавающих животных (нектон). Особую группу составляют организмы, обитающие на границе водной и воздушной сред (нейстон). Еще одна группа (плейстон) характеризуется тем, что часть их тела находится в воде, а часть – в воздухе (напр., ряска). Бентические организмы материковой отмели формируют сообщества литорали, которая подразделяется на супралитораль (зона брызг во время прибоя), собственно литораль (зона приливов и отливов) и сублитораль (материковая отмель до глубины около 200 м). Литоральная зона хорошо выражена также в озерах. Ниже литорали лежит профундаль – зона дна ниже глубины проникновения света, достаточного для фотосинтеза. Крутой материковый склон океана заселен представителями батиальной (до 6000 м), абиссальной и ультраабиссальной фауны. Там растения отсутствуют. В океане и крупных озерах зона деятельности фотосинтезирующих растений определяется глубиной проникновения солнечного света. Эту зону называют эуфотической, ее глубина доходит примерно до 200 м. Вся масса живых организмов, обитающих в более глубоких слоях, использует органические вещества, синтезированные в этой зоне. Это могут быть живые организмы и их останки, экскременты, слизь и т.п. Таким образом, все население толщи воды от поверхности до дна представляет собой единую трофическую систему. С рифтовой зоной (зона разломов земной коры) связаны особые экосистемы, основанные на хемосинтезе. Эти сообщества концентрируются в районах геотермальных источников, поставляющих сероводород. Бактерии, утилизируя сероводород, являются начальным этапом круговорота веществ. В целом, хемосинтетики производят 1-2 % первичной продукции.

Континентальные водоемы отличаются меньшими глубинами и большим диапазоном солености. По характеру подвижности водных масс различают стоячие и текучие водоемы. Стоячие водоемы (озера, пруды) подразделяются на пресные и соленые (до 300 ‰). Текучие воды подразделяются по скорости течения. Экологическая роль этого фактора велика: им определяется возможность закрепления организмов на субстрате и трофические возможности организмов-реофилов. Существуют также временные водоемы (лужи).

Вода отличается низким содержанием растворенного кислорода, количество которого в 20-23 раза ниже, чем в воздухе, и составляет 10-12 мл/л. Прозрачность воды определяет формирование специфической окраски: прозрачность тела, почти полное отражение света и т.п. Температурный режим относительно устойчивый, сезонные колебания температуры не превышают 30-35˚С. Гидробионты обладают рядом особенностей размножения: пассивное рассеяние гамет, отсутствие опылителей, использование течений для расселения личинок и т. п. В этой среде образовались жизненные формы, приспособленные к парению в толще воды. Адаптации планктонных организмов: 1) общее увеличение поверхности тела за счет уменьшения размеров; 2) снижение плотности за счет редукции скелета; 3) содержание пузырьков газа под раковинами.

Атмосфера. Современная атмосфера по химическому составу относится к азотно-кислородному составу (78,1 % азота и 21 % кислорода) и этим качественно отличается от газовых оболочек всех небесных тел. Она имеет ничтожное содержание инертных газов (за исключением аргона). Состав атмосферы сильно отличается от вулканических газов, за счет которых она возникла. Это свидетельствует о том, что в течение геологической жизни Земли происходили процессы, изменившие состав ее газовой оболочки. Эти процессы связывают с активностью живого вещества. До возникновения жизни атмосфера мало отличалась от близкой к ней по размерам Венеры: 1,8 % азота, следы кислорода и 98 % углекислого газа. С высотой атмосферное давление падает: на высоте 6200 м его величина уменьшается вдвое по сравнению с уровнем моря. Атмосферу условно делят на гомосферу и гетеросферу. Первая характеризуется устойчивым газовым составом и распростирается примерно до высоты 100 км. выше этой границы характерен нарастающий уровень ионизации газов за счет фотодиссоциации. Процесс фотодиссоциации лежит в основе возникновения озона из молекулярного кислорода. Озоновый слой располагается на высоте 10-100 км (максимальная концентрация – 20 км). Он поглощает ультрафиолетовое излучение в его коротковолновой части. До поверхности Земли доходит мягкая часть потока ультрафиолетовых лучей с длиной волны 300-400 нм.

Прозрачность атмосферы способствует тому, что до поверхности планеты доходит 47 % падающего солнечного света. Немногим менее 50 % составляет фотосинтетически активная радиация (ФАР) с длиной волны 380-710 нм. Эта часть светового потока составляет энергию фотосинтеза – процесса, в котором создается органическое вещество (главным образом, углеводы) из неорганических составляющих. На нем основывается возможность биологического круговорота веществ. Надземные части фотосинтезирующих растений принадлежат к этой среде, а корневая система расположена в почве, т. е. обеспечение водой и минеральными веществами происходит в другой среде обитания.

Почва представляет собой сложную 3-фазную систему, включающую твердую (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную фазы. Их соотношение определяет основные физические свойства почвы как среды обитания. Состав и размеры минеральных частиц (твердая фаза) определяют механические свойства почвы. Отдельные минеральные частицы в составе почвы обычно склеиваются, образуя агрегации, пространство между которыми заполнено воздухом и водой. Механический состав и структура почв – ведущий фактор формирования их свойств: аэрации, влажности, теплоемкости, условий передвижения и т.п. Некоторые растения и животные избирательно заселяют определенные типы почв (напр., псаммофилы предпочитают песчаные почвы, а петрофилы – каменистые). Минеральные частицы занимают 40-70 % общего объема почвы. Оставшееся пространство занято воздухом и водой.

Вода (почвенная влага) может находиться в почве в 3 состояниях: гравитационном, капиллярном и гигроскопическом. Гравитационная вода заполняет относительно крупные поры и полости в почве. Она доступна для растений и представляет собой сложный раствор с рН от 3-3,5 (сфагнумовые болота) до 10-11 (солонцы). Вода, заполняющая поры малого диаметра, подсасывается вверх на расстояние, обратно пропорциональное диаметру капилляра. Происходит увлажнение почвы снизу (от горизонта подземных вод), а также потеря влаги почвой в результате испарения. Эту часть почвенной влаги называют капиллярной. Она образует влажный горизонт почвы. Молекулы воды диполярны, поэтому легко образуют пленки вокруг мелких минеральных и коллоидных частиц. Такая пленка толщиной 2-3 молекулы воды удерживается на поверхности частиц с большой силой, поэтому гигроскопическая влага недоступна растениям. Воздух заполняет поры и полости, свободные от воды. Он проникает в почву из атмосферы путем диффузии газов и отличается более широкими колебаниями их соотношения, поскольку кислород поглощается в земле в процессе дыхания и разложения органических остатков, а продуцируется углекислый газ. Органическое вещество является обязательным компонентом почвы. Оно образуется в результате разложения мертвых организмов, частично формируется в самой почве. В лесной подстилке, степном войлоке (почвенный горизонт А_о) идет разложение, образующиеся вещества и органические частицы попадают в почву (горизонт А), где разлагаются. Горизонт А₁ (перегнойно-акумулятивный) богат органическими веществами, которые постоянно вымываются вертикальными потоками влаги. Почвенные органические вещества содержат лигнин, клетчатку, эфирные масла, смолы, дубильные вещества и др. Часть молекул органических веществ полимеризуется, что повышает их устойчивость к воздействию деструкторов. Так образуется гумус. Он накапливается в почве и долго здесь сохраняется. Его разложение идет очень медленно. Богатство органических веществ и высокое содержание кислорода в подстилке и верхнем (А₁) горизонте почвы приводят к обилию жизни в этих слоях (высокое видовое богатство животных). Вертикальные потоки влаги определяют вымывание органических веществ, поэтому нижняя часть горизонта А (А₂ - горизонт вымывания, или элювиальный) обеднена органическим веществом. Вымываемые вещества переносятся в иллювиальный горизонт (горизонт В), под которым лежит материнская порода (горизонт С).

Почва на некотором удалении от поверхности отличается довольно устойчивыми условиями жизни. На глубине 1,5-2 м происходит сглаживание сезонных температурных колебаний (разница между летними и зимними значениями не превышает 1-2˚С), и температура остается относительно постоянной, близкой 8˚С.

Человек связан с природой неразрывными узами. Начиная с первобытного периода своего существования, он пытался ее познать в целях использования. Природа давала ему пищу – растительную и животную; одежду, жилище; орудия и оружие – каменные, металлические; энергию огня, воды, ветра.

Постепенно из наблюдений и опыта использования различных природных объектов возникли науки.

Содержание

Краткая история образования Земли и её строение. 3

Учение В.И.Вернадского о биосфере………………. 5

Функциональные связи в биосфере…. 11

Биосфера как арена жизни……………………………………….…. 15

Прикрепленные файлы: 1 файл

Биология-Биосфера.docx

Функциональные связи в биосфере

Три составные части биосферы - гидросфера, атмосфера и литосфера – тесно взаимосвязаны друг с другом, составляя вместе единую генеральную саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую устойчивый глобальный круговорот веществ.

Почва – особое органо-минеральное (биокосное) естественно-историческое природное образование, возникшее в результате воздействия живых организмов на минеральный субстрат и разложения мёртвых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха на поверхностные горизонты горных пород (рис.1.1).

Растения могут извлекать из почвы минеральные вещества только в виде ионов растворимых солей. Эти ионы быстро вымывались бы из почвы, если бы не были прочно связаны со стабильными почвенными частицами. Глина и гумус вступают в тесное взаимодействие, образуя глинисто-гумусовый комплекс, составленный частицами - мицеллами.

Поверхность каждой такой сложной частицы имеет многочисленные отрицательно заряженные участки, притягивающие положительно заряженные ионы - кальций, магний и калий, - и таким образом удерживающие их в почве (рис. 1.1). Подвижность ионов в почве и дифференцировка горизонтов почвенного профиля обусловлены притоком водородных ионов угольной кислоты, которые в составе угольной кислоты непрерывно поступают с дождевой водой в верхние слои почвы. Ионы водорода вытесняют из мицеллы ионы кальция и других элементов, которые затем вымываются из почвы в грунтовые воды.

Схематическое изображение глинисто- гумусового комплекса (мицеллы), на поверхности которого имеются отрицательные заряды, притягивающие ионы водорода и минеральные ионы (поР.Риклефсу,1979)

Поглощая и отражая солнечную энергию, почва выступает как мощный фактор энергетического баланса биосферы и связывается с атмосферными процессами (регулирование влагооборота и газового режима атмосферы).

С литосферой почва связана наиболее прямым путём: она возникла из верхних слоев литосферы и своей жизнедеятельностью способствует дальнейшему геохимическому преобразованию этих слоев. В то же время почва служит источником вещества для образования минералов, горных пород, полезных ископаемых и способствует переносу аккумулированной солнечной энергии в глубокие части литосферы. Все эти процессы можно рассматривать как глобальные функции почвы, имеющие общебиосферное значение.

Таким образом, значение почвы в биосфере можно определить как связующее звено биологического и геологического круговоротов.

Вода и воздух

Во-первых, связь гидросферы с атмосферой осуществляется в форме круговорота (осадки - испарение).

Во-вторых, это энергетические связи как прямые - через тепловое излучение, так и опосредованные - через процессы фотосинтеза.

В-третьих, существуют химические связи: растворение в водах О₂ и CО₂. Этот процесс поддерживает систему динамического равновесия в водной среде по принципу:

Эта система имеет решающее значение в формировании условий жизни гидробионтов.

Особое положение в качестве планетарной функции имеют многочисленные и разнообразные живые организмы (живое вещество).

Масса живого вещества в биосфере по некоторым подсчётам (по И.А.Шилову, 1997) составляет около 2400 млрд. т, что соответствует всего лишь 1/2100 массы атмосферы Земли. Общая толщина биосферы – порядка 1/320 радиуса Земли (1/325 с учётом атмосферы) - характеризует её как тонкую плёнку на поверхности планеты. Тем не менее, именно биосфера превращает её в уникальное по своим свойствам небесное тело.

Это объясняется высокой химической активностью живого вещества.

Химические (биохимические) реакции, протекающие в живых организмах, осуществляются с участием мощных биологических катализаторов - ферментов - и по скорости в тысячи раз превосходят реакции в неорганическом мире. Кроме того, участие ферментов сдвигает температурные и иные условия реакций. Жиры и углеводы, например, окисляются в организмах при температуре до 37°С, тогда как в абиотических условиях те же реакции требуют высокой температуры (порядка 400-500°С). Промышленный синтез аммиака из молекулярного азота происходит при температуре 500°С и давлении 300-500 атм; микроорганизмы реализуют эту реакцию при нормальных температуре и давлении. На ферментативных реакциях в живых организмах базируется глобальный биологический круговорот, о масштабах которого можно судить по темпам оборота кислорода и углекислого газа в процессе фотосинтеза .

Высокая химическая активность живого вещества способствует также постоянному вовлечению в круговорот элементов, активно извлекаемых из горных пород.

На высокой активности живого вещества основываются и регуляторные процессы в биосфере (поддержание озонового экрана за счёт продукции кислорода, обеспечение постоянства минерального состава океанических вод в результате деятельности организмов и др.).

Общие закономерности организации экосферы и биосферы

Биосфера - высший уровень иерархии экосистем нашей планеты, и естественно, её законы функционирования аналогово справедливы и для ниже расположенных уровней в этой иерархии, хотя имеется и специфика (биосфера более закрытая система, чем её подразделения).

Биосферу, как и любую другую систему, формируют не только и не столько внешние факторы, сколько внутренние закономерности.

Эти закономерности представлены ниже в соответствии с аксиомой иерархической организации, или принципа интегративных уровней – подсистем различного функционального значения.

Аксиома иерархической организации
Закон преломления космических воздействий
Закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского
Правило незамкнутости биотических (биогеохимических) круговоротов
Закон константности количества живого вещества В.И. Вернадского
Закон физико-химического единства живого вещества)
Закон сохранения структуры биосферы, или первый закон экодинамики Ю.Голдсмита
Закон стремления к климаксу, или второй закон экодинамики Ю.Голдсмита
Принцип системной дополнительности
Правило автоматического поддержания глобальной среды обитания

Закономерности эволюции биосферы

Эволюцию биогеоценозов, или экосистем, называют также экогенезом – совокупностью процессов и закономерностей необратимого направленного развития и смены биогеоценозов и биосферы в целом. Сущность экогенеза проявляется в способности сообществ организмов преобразовывать среду своего обитания и впоследствии изменять свой состав, структуру и продуктивность в направлении большего соответствия изменившимся условиям среды.

Принцип Реди./Живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие/.
Экоисторический (геоисторический) принцип
Закон глобального замыкания биогеохимического круговорота
Теорема порога возрастания энтропии в биосфере К.С. Тринчера
Принцип (правило) катастрофического толчка
Принцип прерывности и непрерывности развития биосферы
Правило одного процента
Правило десяти процентов
Правило константности числа видов в ходе стационарной эволюции биосферы
Правило множественности экосистем. Множественность конкурентно взаимодействующих экосистем обязательна для поддержания надёжности биосферы

Биосфера как арена жизни

Биосфера — глобальная экологическая система, особая оболочка Земли, сфера распространения жизни, состав, структура и энергетика которой обусловлены прошлой и современной деятельностью живых организмов, границы которой определяются наличием пригодных для организмов абиотических условий: температуры, жидкой воды, состава газов, солёности вод, элементов минерального питания (Рис.1.2).

Суммарная биомасса всех организмов биосферы в пересчете на сухое вещество оценивается величиной в 2 трлн. т., причём 98% её представлено биомассой наземных растений. Если мысленно всё живое вещество равномерно распределить по поверхности планеты, то получится слой толщиной около 2 см.

Рис. 1.2.Структура биосферы (вертикальный срез)

К собственно биосфере (эубиосфере) относят те участки, где есть условия не только для выживания, но и для размножения живых существ, - это поле существования жизни. К нему прилегают области, в которых живые существа находятся в угнетённом состоянии и не могут размножаться (поле устойчивости жизни).

Поле существования жизни определяют, как минимум пять условий:

1)Достаточное количество кислорода и углекислого газа. Живые существа адаптированы к современному составу и давлению воздуха.

Весовая концентрация кислорода на уровне моря составляет 299 г/м3, на высоте 20 км это уже 15 г/м3, соответственно парциальное давление 160 мм и 8,7 мм. Поэтому на высоте 20 км при таком низком парциальном давлении жизнь невозможна, хотя количество кислорода по объёму осталось тем же, что и на уровне моря - 20,95%. Парциальное давление углекислого газа на больших высотах (выше 6 км) меньше, чем необходимо.

Активная деятельность живых организмов охватывает относительно небольшой слой поверхностных оболочек нашей планеты. Его границы определяются комплексом условий, допускающих устойчивое существование сообществ живых организмов. Как уже отмечено, в состав биосферы входят нижняя часть атмосферы, гидросфера и поверхностные слои литосферы, преимущественно подвергшаяся выветриванию с участием живых организмов её часть – почва (педосфера, или эдафосфера).

Каждая из этих геологических оболочек планеты имеет свои специфические свойства, которые определяют не только набор форм живых организмов, обитающих в данной части биосферы, но и их основные морфофизиологические особенности, формируя своим влиянием принципиальные пути эволюции и становление фундаментальных черт жизненных форм наземных, водных и почвенных организмов. Таким образом, воздушная, водная и почвенные оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но и выступают как основные среды жизни, активно формирующие её состав и биологические свойства.

Вернадский одним из первых понял большое преобразующее влияние живых организмов на все три внешние оболочки Земли в планетарном масштабе, тесное взаимодействие и взаимозависимость всех форм жизни.

На основе работ В.И. Вернадского и его последователей используется определение биосферы как общепланетарной оболочки, в состав которой входят нижние слои атмосферы, гидросфера и верхние слои литосферы. Её состав и строение обусловлены современной и минувшей жизнедеятельностью всей совокупности живых организмов. Она является последствием взаимодействия живых и неживых компонентов, аккумуляции и перераспределения в ней большого количества энергии. Это термодинамическая открытая, самоорганизованная, динамически уравновешенная, устойчивая, мозаичная (досимметрическая), глобальная система.

Это обстоятельство и побудило автора статьи сделать попытку поделиться своими размышлениями о роли человека в биосфере, вернее, его месте в ней.

Сложные взаимоотношения, поддерживающие устойчивый круговорот веществ, а с ним и существование жизни как глобального явления нашей планеты, сформировалось на протяжении длительной геологической истории Земли. В течение практически всего одного столетия стремительный прогресс науки и техники привёл к тому, что по масштабам влияния на биосферные процессы деятельность человечества стала сопоставимой с естественными факторами, определявшими развитие биосферы на протяжении предыдущей её истории.

Научно – технический прогресс, развитие сельского хозяйства, увеличение народонаселения на Земле оказывают огромное влияние на природу. Освоение космоса позволило изучать природные ресурсы Земли и влияние деятельности человека. Вредные отходы промышленности, транспорта отрицательно сказываются на живых организмах и загрязняют воздух, воду и почву. Все это, в свою очередь, действует на круговорот веществ и энергии в природе. Для того чтобы всесторонне, с научной точки зрения, изучить все негативные изменения в природе, необходимо знать закономерности жизни на всей планете.

Биосфера и ее границы.

В настоящее время на планете Земля ученые различают несколько геосфер: литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу. Среди всех сфер Земли особое место занимает биосфера, представляющая собой геологическую оболочку, населенную живыми организмами. Живые организмы и окружающая их среда в биосфере тесно связаны и зависимы друг от друга. В целом биосфера – это непрерывно меняющаяся, развивающаяся единая открытая система.

Согласно последним научным данным, существует мнение, что биосфера появилась со времен возникновения планеты Земля. Ученые пришли к выводу, что жизнь на Земле зародилась 3,8 млрд. лет назад. Это мнение впервые поддержал известный ученый, основатель учения о биосфере В.И.Вернадский.

В возникновении биосферы главную роль играют живые организмы. Все закономерности в природе осуществляются благодаря их деятельности. Совокупность всех живых организмов на Земле составляет биомассу планеты.

Учение о биосфере создано известным русским ученым В.И.Вернадским, основоположником новой науки – биохимии, связывающей химию Земли с химией жизни и установившей роль живых организмов (или живого вещества) в преобразовании земной поверхности. В настоящее время ученые всего мира полностью признают учение о биосфере В.И.Вернадского.

Геосфера планеты Земля.

Все океаны, моря (совокупность их называют Мировым океаном), составляющие 70,8 % поверхности Земли, а также озера, реки образуют гидросферу. Глубина океана в среднем 3,8 км, в отдельных впадинах достигает 10960 м (Марианская впадина). Живые организмы во всех слоях гидросферы распределены неравномерно. Самой благоприятной средой для живых организмов считается водная поверхность до 200 м.

Биосфера состоит из нескольких оболочек, населенных живыми организмами – микроорганизмами, грибами, растениями, животными (человеком). Границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для жизни различных организмов. Верхний предел жизни биосферы ограничивается интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей, а нижней – высокой температурой недр (свыше 100ºС). Крайних пределов биосферы достигают только низшие организмы – бактерии и грибы.

Химический состав живых организмов значительно отличается от химического состава атмосферы и литосферы. Химический состав живых организмов сходен с химическим составом гидросферы. В составе гидросферы атомы водорода и кислорода встречаются значительно чаще. В составе живых организмов содержится значительное количество углерода, водорода, кислорода, кальция и азота, более 70 элементов таблицы Менделеева. По словам В.И.Вернадского, живые организмы составляют самую активную часть всей мировой материи. Под влиянием живых организмов осуществляются сложные геохимические процессы в биосфере, происходят различные изменения в слоях земного шара.

Основные свойства живых организмов – это способность воспроизводства – размножения и роста , распространения и образования своей биомассы. Главная планетарная функция организмов – накопление солнечной энергии и использование ее в геохимических процессах биосферы.

В водной среде микроорганизмы размножаются и распространяются очень быстро. Численность некоторых бактерий удваивается каждые 22 мин. В результате жизнедеятельности микроорганизмов биосферы проходят процессы окисления и восстановления химических элементов. Например, можно назвать бактерии, накапливающие азот, фосфор, железо и марганец.

В результате деятельности микроорганизмов, грибов и других организмов разлагаются органические остатки. Поддержание постоянного уровня кислорода в атмосфере напрямую зависит от зеленых растений. Озоновый слой в верхней части тропосферы также возник в результате деятельности живых организмов.

Живые организмы сыграли значительную роль в перемещении атомов с одного места на другое. Благодаря круговороту веществ и энергии живых организмов биосфера способна к саморегуляции. По данным В.И.Вернадского, общая биомасса живых организмов оценивается в 2,4232*10 12 т (в виде сухого вещества). Из них 2,42-10 12 т встречается на суше, а 0,0032-10 12 т – в Мировом океане. Основную часть биомассы на суше составляют растения, т.е. 99,2%, а 0,8% - животные (табл. 11).

Цель исследования данной работы состоит в том, чтобы на основе обзора избранной литературы, описать структуру, компоненты, эволюцию биосферы, показать, какую роль в развитии биосферы играет человеческий фактор, а также рассказать об использовании природных ресурсов, связанных с этим экологических проблемах и о перспективах рационального природопользования.

Работа содержит 1 файл

Реферат биосфера.doc

Введение

Объектом исследования в данной работе является биосфера, ее структура, компоненты и их взаимодействие между собой.

Предмет исследования – роль человеческого фактора в развитии биосферы, использование природных ресурсов земли, в результате которого возникают экологические проблемы, способы их устранения.

Для достижения цели исследования в данной работе поставлены следующие задачи:

на основе изученной литературы дать общую характеристику биосферы,
рассказать о факторах, которые отрицательно влияют на состояние биосферы и о возникших в связи с этим экологических проблемах
доказать то, что экологические проблемы требуют немедленного устранения, рассказать о способах решения этих проблем, о перспективах рационального природопользования

Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Актуальность темы исследования данной работы обусловлена тем, что Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию, и в связи с этим возрастает необходимость поиска способов устранения экологических проблем, снижения антропогенного воздействия на биосферу и внедрения рационального использования природных ресурсов.

Основная часть

1. Биосфера

1.1 Биосфера как одна из оболочек земли

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.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов и самого различного образования их жизни.

1.2 Структура биосферы.

Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почва).

1.2.1 Косное вещество биосферы. Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.

1.2.2 Атмосфера. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

1.2.3 Гидросфера. Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

1.2.4 Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.

1.2.5 Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

1.3 Эволюция биосферы.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е. оболочки, образованной веществом Земли, происходило на ранних стадиях существования нашей планеты, миллиарды лет назад. С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли.

Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам. Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.

В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот, характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находящихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью - количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость миграции в больших и малых циклах.

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

2. Природные ресурсы и их использование.

Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат основой материального производства человеческого общества. Среди природных богатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы.

2.1 Неисчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические и водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную воду уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый, поскольку во многих регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом.

Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных программ, направленных на восстановление их качества.

2.2 Исчерпаемые ресурсы.

Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые.

К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие почв. Из числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни человека играет лес. Лес имеет немаловажное значение как географический и экологический фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают поверхностные воды, т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержанию уровня грунтовых вод. В нашей стране леса занимают около 30% всей ее суши и являются одним из природных богатств.

К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. В настоящее время человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности преобладающую часть известных минеральных руд, каменного угля, нефти и газа. Научно-технический прогресс открывает все новые области применения черных и цветных металлов, различного неметаллического сырья. В результате расширяется разработка бедных руд, увеличивается добыча нефти со дна моря. В хозяйственный оборот вовлекаются все новые территории, растет использование древесины и промысловых животных. Подвергаются обработке значительные площади суши с целью выращивания растительных продуктов питания и создания кормовой базы для животноводства. Таким образом, к настоящему времени человеком преобразовано около 20% суши.

Стремясь к улучшению условий своей жизни, человечество постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или не пригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, и самого человека. Значение диких растений и животных для человека не исчерпывается пищевой ценностью. Подавляющее большинство их необходимы как обязательные компоненты биоценозов. Таким образом, человечество интенсивно потребляет как живые, так минеральные природные ресурсы. Однако такое использование окружающей среды имеет свои отрицательные последствия.

3.Экологические проблемы биосферы.

Экологическая проблема — это изменение природной среды в результате антропогенных воздействий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природы. Они ведут к глобальному экологическому кризису и требует незамедлительного перехода к рациональному природопользованию

Читайте также: