Механизмы устойчивости биосферы реферат
Обновлено: 02.07.2024
1. Устойчивость биосферы
2. Концепция биотической регуляции и равновесия биосферы
3. Равновесие биосферы
Цель данной работы — изучить устойчивость Биосферы.
Для реализации указанной цели необходимо решить следующие задачи:
·Описать устойчивость биосферы;
·Изучить концепцию биотической регуляции и равновесия биосферы;
·Рассмотреть равновесие биосферы.
1. Устойчивость биосферы
Биосфера — сфера жизни на планете Земля, включает нижний слой атмосферы, верхний слой литосферы, гидросферу и совокупность обитающих здесь живых организмов (биоту).
Устойчивость биосферы, то есть ее способность возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий, очень велика. Биосфера существует уже около 3,8 миллиарда лет (Солнце и планеты — около 4,6 миллиарда), и за это время ее эволюция не прерывалась. Это следует из того, что все живые организмы, от вирусов до человека, имеют один и тот же генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20 аминокислот, одинаковых у всех организмов.
И как бы ни были велики возмущающие воздействия, а некоторые из них можно отнести к разряду глобальных катастроф. Только за последние 570 миллионов лет отмечено шесть крупных катастроф. В результате одной из них число семейств морских животных уменьшилось более чем на 40 процентов.
Совокупность среднемноголетних характеристик атмосферы, гидросферы и суши мы называем климатом. Основная климатическая характеристика — температура у поверхности Земли — изменялась за время эволюции биоты относительно мало: при современном значении средней глобальной температуры 288 К (шкала Кельвина отсчитывает градусы от абсолютного нуля, таким образом, 288 К = 15о С) изменения, с учетом ледниковых периодов, не превышали 10-20о.
Нужна работа? Есть решение!
Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.
За 4 миллиарда лет концентрация СО2 в атмосфере уменьшилась в 100-1000 раз (из-за ослабления вулканизма, в результате расхода радиоактивных элементов в недрах Земли), что отрицательно повлияло на питание растений. В то же время накопление кислорода в атмосфере резко ускорило развитие биоты, но не было на пользу тем самым анаэробным (бескислородным) организмам, в результате жизнедеятельности которых появился кислород. Они были почти полностью вытеснены вновь возникшими аэробными организмами.
Есть предположение, что за время существования биосферы исчезло несколько миллиардов видов, тогда как сейчас существуют несколько миллионов.
Но зато организмы, которые сумели пережить изменение условий, давали начало новым видам. Именно приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды создало многочисленные и отлично приспособленные виды, то есть двигало эволюцию, как это впервые показал Дарвин.
Имеются данные о том, что становлению человека как вида способствовали тяжелые условия окружающей среды, в которых жили наши предки.
Когда он научился поддерживать благоприятные условия своего существования, его эволюция как биологического вида прекратилась, сменившись эволюцией общества.
Итак, в процессе эволюции биоты были периоды устойчивого развития и периоды катастроф. Рассмотрим, что происходит с биосферой в настоящее время.
2. Концепция биотической регуляции и равновесия биосферы
Биотическая регуляция окружающей среды — biotic regulation of environment — формирование, регулирование и стабилизация биотой окружающей среды для ее оптимизации в интересах жизни. В рамках концепции биотической регуляции главным свойством жизни является способность видов организмов к выполнению работы по поддержанию пригодных для жизни условий окружающей среды. Жизнь основана на биохимических реакциях синтеза и разложения, преобразующих неорганические вещества в органические и обратно. Мощность биохимических потоков синтеза и разложения в естественной биоте такова, что отсутствие связи между синтезом и разложением привело бы окружающую среду (биосферу) в состояние, не пригодное для жизни в течение десятков лет.
Для сохранения пригодной для жизни окружающей среды, казалось бы, что синтез и разложение должны быть полностью скомпенсированы. Так считают многие исследователи.
Нужна работа? Есть решение!
Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.
Но это было бы эквивалентно отсутствию жизни. В таком случае все изменения окружающей среды происходили бы за счет потоков из земных недр и их депонирования в осадочные породы. Эти не связанные друг с другом потоки не могут быть замкнутыми, поэтому, учитывая их более низкую скорость по сравнению со скоростью биохимических потоков, окружающая среда могла бы стать непригодной для жизни за время порядка ста тысяч лет.
Т. е. круговорот биогенов разомкнут, так как на него воздействует множество факторов.
И только когда разомкнутость превышает порог чувствительности биоты, последняя начинает работу по снижению разомкнутости до порога чувствительности.
Корреляция между синтезом и разложением включается только тогда, когда изменения окружающей среды превышают этот порог. Изменения окружающей среды могут вызываться как абиотическими, так и биотическими процессами.
Таким образом, существование жизни в окружающей среде возможно только при наличии управления этой самой средой. Невозможность существования жизни без биотической регуляции окружающей среды следует также из физической неустойчивости существующего климата Земли, содержащей жидкую гидросферу.
Парниковый эффект, поддерживающий среднеглобальную приземную температуру выше точки замерзания воды, определяется в основном парами воды и облачностью. Согласно физическим законам, пары воды и облачность находятся в равновесии с жидкой гидросферой.Это равновесие зависит от приземной температуры. С ее ростом на каждые 100С концентрация паров воды в атмосфере увеличивается вдвое, что приводит к росту парникового эффекта и повышению приземной температуры.
Поэтому существующее равновесное состояние климата колеблется между состояниями полного испарения и полного оледенения. Устойчивое поддержание среднеглобальной приземной температуры в течение последнего миллиарда лет в пределах 7-240С может быть объяснено только биологическим управлением глобального круговорота воды.
Нужна работа? Есть решение!
Более 70 000 экспертов: преподавателей и доцентов вузов готовы помочь вам в написании работы прямо сейчас.
Сложное взаимодействие с окружающей средой приводит к необходимости образования сообществ видов, скоррелированно взаимодействующих между собой и окружающей их средой (элементарных ячеек биохимического круговорота), и экологических систем из определенного набора сообществ. Такая скоррелированность в рамках сообщества видов подобна скоррелированности клеток и органов внутри многоклеточного организма.
Только те виды, которые обеспечивают необходимую работу по поддержанию окружающей среды, могут образовывать сообщества и составлять земную биоту.
Виды земной биоты должны сохранять неизменной свою генетическую программу и не могут адаптироваться к любым флуктуациям внешних условий. Они должны обладать механизмом стабилизации генетической программы.
Действительно, по палеонтологическим данным продолжительность существования видов составляет в среднем от 3 до 7 млн лет, т.е. соответствует геологическим временам. Все виды биоты должны при этом быть жизнеспособны и согласованно взаимодействовать с другими видами сообщества, обеспечивая управление окружающей средой.
Эти ограничения объясняют наблюдаемые морфологическое постоянство и дискретность как современных, так и древних видов. Управление окружающей средой виды, организованные в сообщества (элементарные экосистемы), осуществляют через биогеохимический круговорот биогенов — элементов, необходимых для жизни, т.е. синтез органики из неорганических элементов и затем разложение органики на первичные элементы или включающие их вещества.
Основными биогенами служат кислород, углерод, азот и фосфор. В силу ограниченности в окружающей среде доступных биоте биогенов (например, углерода в виде углекислого газа), круговорот биогенов замкнут с высокой степенью точности, обычно равной или ниже порога чувствительности биоты (для углерода эта величина измеряется сотыми процента).
При внешнем возмущении биота его размыкает для возвращения окружающей среды к прежнему состоянию. Примеров формирования, регулирования и стабилизации среды много.
Закажите работу от 200 рублей
Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.
Смотрите также: Реферат по теме "Морфологическая конституция человека. Проблема связи с психологическими характеристиками личности"
Теория биотической регуляции по-иному рассматривает основные экологические проблемы человечества. Если до сих пор главной экологической проблемой считается загрязнение окружающей среды, обусловленное неправильным формированием хозяйства, которое оказалось слишком грязным и вело к локальным, региональным и глобальным изменениям окружающей среды, то теперь ясно, что главная причина экологических проблем и изменений окружающей среды — нарушение механизма регуляции окружающей среды биотой в результате разрушения естественных экосистем и замены их искусственными антропогенными системами.
В результате человечество вышло за пределы несущей емкости глобальной экосистемы, нарушило замыкание биогеохимического круговорота, резко снизило способность экосистем управлять окружающей средой и удалять загрязнения.
Поэтому решение экологических проблем возможно только на пути возвращения человечества в пределы несущей емкости глобальной экосистемы, а борьба с загрязнением и ресурсосбережение остаются важной, но второстепенной задачей.
Для решения экологических проблем необходима смена ценностей модернизма, которые не соответствуют современному этапу развития — этапу столкновения мирового сообщества с природой, так как идеология модернизма направлена на рост по всем направлениям и не накладывает запретов на разрушение природы.
Скидка 100 рублей на первый заказ!
Акция для новых клиентов! Разместите заказ или сделайте расчет стоимости и получите 100 рублей. Деньги будут зачислены на счет в личном кабинете.
Узнать стоимость
3. Равновесие биосферы
За большой период существования биосферы сложилось определенное равновесие ее составных частей, поддерживающее общий энергетический уровень всей системы.
Саморегуляция проявляется в стремлении восстановить нарушаемое взаимодействие компонентов или резкие изменения их количественных показателей. Биологический круговорот непрерывен и бесконечен, он является неотъемлемой частью развития природы и результатом деятельности солнечной энергии. Устойчивость этих процессов — характерная черта биосферы.
Еще на заре своего существования человек использовал природные ресурсы, хотя это действие было стихийным и, главное, незначительным по размерам.
Постепенно естественную растительность, животный мир стали рассматривать как важнейшее природное сырье для отдельных отраслей промышленности, источник пищи для людей и корма для домашних животных.
С развитием земледелия распахивали большие территории, вырубали леса, расширяли сельхозугодья. Растительный покров суши с доисторических времен сократился на 60-65%. Сейчас во всем мире леса занимают около 27 %, луга и пастбища — 17 %, а пашня — 11 % суши (по данным ФАО). Резко возросло потребление биомассы в виде сырья для промышленности и продуктов питания. Так, в современных агробиоценозах от 40 до 80% биопродукции (зерно, солома, стебли, корнеплоды и т. д.) полностью отчуждается. Значительное количество биомассы вывозят из леса и перерабатывают на заводах и фабриках в строительную, химическую и другую продукцию.
Растительный покров является мощным противоэрозионным фактором. Он создает шероховатость поверхности почвы, растения надежно скрепляют ее корнями, защищают наземными частями от разрушения стоком воды и дождевыми каплями. Культурные травянистые растения задерживают 10-11% осадков, а древесная растительность своими кронами — до 30 %. Защитное значение растительного покрова состоит также в улучшении структуры и водопроницаемости почвы в результате разложения корневых остатков. Большая водорегулирующая роль принадлежит лесной подстилке и ежегодному отпаду травянистых растений, образующих степной войлок, особенно хорошо заметный на лугах и в степных заповедниках.
Вырубка лесов и распашка степей изменяют гидро-климатический режим на больших территориях. На безлесных участках усиливается поверхностный сток, особенно на горных склонах и холмистых местностях. Это влечет за собой смыв верхнего слоя почвы и потерю ее плодородия, развитие разрушительных селевых потоков в горах. Лишенные растительности песчаные равнины в аридной зоне тотчас подвергаются дефляции, превращаясь в движущиеся барханы и причиняя огромный ущерб народному хозяйству. К этому же приводит неосмотрительная распашка песчаных земель, а также легких карбонатных почв и в местностях с умеренным климатом, следствием чего являются развивающиеся здесь пыльные бури.
Закажите работу от 200 рублей
Если вам нужна помощь с работой, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 экспертов готовы помочь вам прямо сейчас.
Научная концепция биотической регуляции окружающей среды может быть сформулирована в виде следующих основных положений:
Пригодная для жизни человека окружающая среда создается и устойчиво поддерживается в оптимальном состоянии естественными, не нарушенными человеком экологическими сообществами живых организмов (биотой). Вплоть до некоторого порога, естественная биота компенсирует любые нарушения оптимальной окружающей среды, включая антропогенные возмущения. Биотическая регуляция происходит как в локальном, так и в глобальном масштабах.
Величина потоков информации, обрабатываемых естественной биотой при осуществлении контроля за окружающей средой, на двадцать порядков превосходит величину потоков информации, которые могут быть обработаны современной цивилизацией. Технологический аналог биотической регуляции невозможен.
Разрушение естественных экосистем в ходе хозяйственной деятельности человека приводит к деградации механизма биотической регуляции в локальном масштабе и непрерывному ослаблению его глобальной мощности. Ни нарушенные человеком, ни искусственные биологические системы не способны к поддержанию устойчивой окружающей среды. Такие системы — мощные дестабилизаторы окружающей среды.
Пригодные для жизни человека параметры окружающей среды и климата физически неустойчивы. В частности, жидкое состояние гидросферы Земли, являющееся основой функционирования живых систем, физически неустойчиво по отношению к переходу в состояния полного оледенения планеты или полного испарения океанов. В отсутствие биотического управления окружающая среда и климат Земли в течение короткого времени перейдут в непригодное для жизни человека состояние.
Главной задачей современной науки является определение величин площадей, которые в глобальном масштабе должны быть изъяты из хозяйственной деятельности и возвращены ненарушенным естественным экологическими сообществами с целью предотвращения глобального экологического кризиса и восстановления долгосрочной устойчивости пригодных для жизни человека окружающей среды и климата Земли. Иными словами, без естественных лесов жизнь человека на земле невозможна.
Скидка 100 рублей на первый заказ!
Акция для новых клиентов! Разместите заказ или сделайте расчет стоимости и получите 100 рублей. Деньги будут зачислены на счет в личном кабинете.
Узнать стоимость
Поставленные цели курсовой успешно выполнены.
Список литературы
1.Алексеенко В.А. Жизнедеятельность и биосфера. М.: Логос, 2005
.Барлыбаев Х.А. Путь человечества: самоуничтожение или устойчивое развитие. М: Изд. Госдумы, 2001, 143 с.
.Галеева А.М., Курок М.Л. Об охране окружающей среды. — Сб. документов 1917-1985гг. М.: Политиздат, 1986, 415 с.
.Горшков В.Г. Структура биосферных потоков энергии.- Ботанический журнал, 1980, Сб. № 11, с. 1579 — 1590.
.Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С., Рейф И.Е. Перед главным вызовом цивилизации. — М.: ИНФРА-М,2005.- 224 с.
.Еремченко О. З.Учение о биосфере: учебное пособие. 2-е изд. — Academia, 2006, стр. 240
.Сапунов В.Б. Логика сочетания полового и социального-биологического диморфизма в антропогенезе // Вестник Костромского Государственного университет. Вопросы системогенетики, 2005, №1, с. 61-69.
Скидка 100 рублей на первый заказ!
Акция для новых клиентов! Разместите заказ или сделайте расчет стоимости и получите 100 рублей. Деньги будут зачислены на счет в личном кабинете.
Узнать стоимость
.Яковлев И. А. История человечества. История отношений человека и природы как цивилизационный процесс. — Алетейя, 2006 г.
Биосфера - система величайшей степени надежности. В.И.Вернадский, создатель учения о биосфере, писал "Биосфера в основных чертах неизменна в течение всего геологического времена, с археозоя, по крайней мере, полтора миллиарда лет. В геохимическом аспекте, входя как часть в мало меняющуюся, колеблющуюся около неизменного среднего состояния биосферы, жизнь, взятая как целое, представляется устойчивой и неизменной в геологическом времени" (1928).
Эта глубокая экологическая и философская мысль, высказанная в начале прошлого века, неоднократно становилась объектом дискуссии и нападок. Особенно негативную реакцию она вызывала у сторонников идеологии глобальных экологических кризисов, говорящей о необратимом разрушении и деградации биосферы под влиянием социального фактора.
Однако, объективных данных о каком-то сокращении видового разнообразия и массы биосферы не получено поныне.
В разных участках биосферы развитие жизни лимитируется разными веществами. Можно сказать, что в пустыне жизнь ограничена недостаточным количеством водорода и кислорода в форме воды. В открытом океане лимитирующим фактором часто служит железо, обычно присутствующее в форме труднодоступной для организмов гидроокиси. В иных средах, например в почвах влажных районов, в озерах, окраинных морях, лимитирующим фактором чаще всего является фосфор.
Значение живого в строении земной коры медленно вошло в сознание ученых и еще до сих пор обычно не оценивается во всем его объеме.
Только в 1875 г. один из крупнейших геологов прошлого века, профессор Венского университета Э. Зюсс, ввел в науку представление о биосфере, как об особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. Он закончил этим медленно проникавшее в научное сознание представление о всюдности жизни и о непрерывности ее проявления на земной поверхности.
Введя новое понятие об особой земной оболочке, которая обусловлена жизнью, Э. Зюсс высказал в действительности новое очень большое эмпирическое обобщение, всех последствий которого он не предвидел. Это обобщение только теперь начинает выясняться, благодаря новым научным достижениям, в его время неизвестным.
Биосфера составляет верхнюю оболочку, или геосферу, одной из больших концентрических областей нашей планеты - земной коры.
Физические и химические свойства нашей планеты меняются закономерно в зависимости от их удаленности от центра. В концентрических отрезках они идентичны, что может быть установлено исследованием.
Можно различить две формы в этой структуре: с одной стороны, большие концентрические области планеты - концентры, с другой - более дробные подразделения, называемые земными оболочками, или геосферами.
По-видимому, вещество этих областей отделено друг от друга и если переходит из одной области в другую, то этот переход совершается чрезвычайно медленно или временами и не является фактом ее текущей истории.
Каждая область представляет, по-видимому, замкнутую, независимую от другой механическую систему.
Земля сотни миллионов лет, если не миллиарды их, находится, в общем, в одних и тех же термодинамических условиях. Неизбежно думать, что в ней за это время установились устойчивые неизменные равновесия вещества и энергии, там, где не было внешнего (для механических систем ее составляющих) притока действенной энергии.
Надо думать, что в замкнутых областях Земли мы имеем механические системы тем более совершенного равновесия, чем меньше к ним приток сторонней энергии.
Таких областей, по крайней мере, три: 1) ядро планеты, 2) промежуточный слой, называемый иногда "сима" (по Зюссу) и 3) земная кора.
МЕХАНИЗМЫ УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ
Все виды устойчивости (гомеостаза ), наблюдаемые в живых организмах и экосистемах, не являются статическими, а достигаются за счет непрерывно протекающих процессов, активно препятствующих любой тенденции к нарушению этого постоянства. Устойчивость всего живого есть непрерывная борьба за существование. Ключ к загадке, которую представляет для человека органический мир, писал К. А. Тимирязев, заключается в одном слове: это слово – смерть.
Смерть, рано или поздно пресекающая все уродливое, все бесполезное, все несогласное с окружающими условиями, и есть причина красоты и гармонии органического мира. И если эта вечная борьба, это бесконечное истребление невольно вселяют в душу ужас, то мы не должны забывать, что:
. у гробового входа
Младая будет жизнь играть
И равнодушная природа
Красою вечною сиять.
Ключевое положение в понимании законов развития окружающего мира приобретает теория открытых систем (синергетика).
СИНЕРГЕТИКА БИОСФЕРЫ
Законы развития косной и живой материи описываются двумя противоположными теориями – это классическая термодинамика и эволюционное учение Ч. Дарвина. Обе теории отражают единую физическую реальность, но соответствуют различным ее проявлениям.
Согласно второму началу термодинамики, если подобно Ньютону рассматривать Вселенную как Мировую машину (закрытую систему), запас полезной энергии, приводящей мировую машину в движение, рано или поздно будет исчерпан. Если запас полезной энергии в системе тает, то ее способность поддерживать организованные структуры ослабевает. Высокоорганизованные структуры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. Мера внутренней неупорядоченности системы – энтропия – растет. Второе начало термодинамики предсказывает все более однородное будущее окружающего мира.
Теория эволюции органического мира рассматривает биосферу как открытую систему, находящуюся в неравновесном состоянии и обменивающуюся веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Временной ход развития биосферы отнюдь не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм организмов и образуемых ими сообществ; развитие живой материи идет от низших форм к высшим.
Обоснование совместимости второго начала термодинамики со способностью открытых систем к самоорганизации – одно из крупнейших достижений современной физики. Теория термодинамики открытых систем переживает бурное развитие. Эту область исследований назвали синергетикой (от греч. “sinergos” – совместный, согласованно действующий).
Выдающаяся роль в развитии синергетики принадлежит И.Р. Пригожину, который противопоставляет закономерности развития замкнутых детерминированных систем и открытых неустойчивых неравновесных, в которых малый сигнал на входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе. По Пригожину замкнутые системы составляют лишь малую долю физической Вселенной. Большинство же систем, в том числе все географические и экологические системы, открыты. Они обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Открытый характер большинства систем наводит на мысль, что реальность отнюдь не является ареной, на которой господствует порядок: главенствующую роль в окружающем нас мире играют неустойчивость и неравновесность.
Пригожин отмечает, что открытые системы непрерывно флуктуируют . Иногда отдельная флуктуация или их комбинация может стать (в результате положительной обратной связи) настолько сильной, что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент, в точке бифуркации , принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень организации. Пригожин подчеркивает u1074 возможность спонтанного возник-новения порядка и организованности из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации.
Строение живой материи существенно отличается от строения мертвой не только чрезвычайно сложной структурой, но и способностью отбирать из окружающей среды полезную энергию в количестве, необходимом для самосохранения и саморазвития, что достигается путем создания таких элементов материи, которые способны:
– черпать свободную энергию из окружающего пространства в процессе зарождения, развития и жизни;
– стремительно размножаться в питательной среде, вычерпывая ее свободную энергию для парирования роста энтропии;
– образовывать новые элементы живой материи, используя питательную среду для дополнительного парирования роста энтропии;
– в питательной среде сохранять информацию о структуре живых элементов, об их наследственности за счет использования свободной энергии окружающей среды.
Читайте также: