Биосфера – место обитания живых существ. Зарождение жизни тесно связано с развитием оболочек земли. Она начала свое формирование около 4 миллиардов лет назад, затем появились первые признаки жизни на нашей планете.
Становление биосферы и ее поэтапное формирование обусловлено влиянием ряда факторов: действием на Землю космической энергии, развитием живых организмов и человечества.
Термин биосфера ввел австрийский ученый Зюсс еще в 19 столетии, он выделил все оболочки Земли, но подробное их описание совершил в 20 ст. отечественный ученый В.И. Вернадский (первый президент Украинской Академии Наук). Он описал границы биосферы, разработал единое учение о биосфере.
Свойства биосферы необходимые для возникновения и продолжения жизни
- Наличие CO2 и кислорода;
- вода – источник жизни на земле, присутствие, как пресных водоемов, так и соленых;
- регуляция температуры: отсутствие резких перепадов, сверхвысоких и низких показателей;
- обеспечение всего живого продуктами питания;
До сих пор нет единого определения. Существует три версии, что такое биосфера:
- Общая масса всех живых существ, которые обитают в оболочках земли, является биосферой.
- Организмы и места их жизнедеятельности вместе составляют биосферу.
- Это следствие продолжительной жизни существ, обитавших задолго до наших дней.
Ученые-геологи считают правильной первую точку зрения, так как другие не имеют теоретического подкрепления.
Биосфера простилается по всей поверхности Земли (горы, поля, реки, моря, океаны) и создает условия для жизнедеятельности всех организмов. Человек также является составляющим звеном.
Границы
Границы биосферы в км
Чем определяются границы распространения биосферы?
Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.
Где проходят границы биосферы?
Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.
- Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.
- Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.
- Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.
Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами.
Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии.
Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.
Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).
Схема границ биосферы
Слои биосферы
Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.
- Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.
- Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.
- В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:
- Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
- геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
- гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).
Структура биосферы и ее состав
Живое вещество Вернадский описывал как общее число всех живых организмов населяющих планету в данный период времени.
Основные свойства:
- В нем сосредоточено огромное количество энергии;
- скорость течения реакций в живом организме быстрее, чем в искусственно созданных условиях;
- составляющие живого вещества стабильны только в жизнеспособном организме;
- возможность существовать в разных условиях, заполняя все пространство. Это явление Вернадский назвал «всюдностью жизни»;
- отдельные особи всегда являются частью экосистемы;
- живое вещество эволюционирует, приобретает новые свойства, адаптируется к изменчивости внешней среды.
Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живого. В процессе жизни организмы пропускают через себя многократно все составляющие биосферы, так образуются залежи нефти, газа, угля, торфа и др.
Косное вещество – формируется без участия живой материи (небиогенные горные породы, минералы).
Биокосное вещество – создается при взаимодействии живого и неживого (вода, приземная атмосфера, почва).
Структура и состав биосферы
Живое вещество распределено не равномерно на просторах земли, ее концентрация увеличивается возле экваториальной плоскости, на полюсах планеты жизни мало.
Скопление живых организмов находятся на границах слоев биосферы: на дне океана – проходит граница между литосферой и гидросферой, в поверхностных водах Мирового океана – рубеж между гидросферой и атмосферой, на границе литосферы и атмосферы находится почва – место обитания микроорганизмов, насекомых, других животных. В этих местах создаются благоприятные условия для существования: высокая концентрация кислорода, доступ к солнечному свету, влага, питательные вещества.
Соотношение видов живых организмов показывает преобладание растительности, она занимает 99% от всего живого, животные – 1%, люди – 0,0002%.
Функции биосферы
- Энергетическая – аккумуляция солнечного излучения в процессе фотосинтеза (переход энергии солнечного света с помощью пигментов растений в органические связи) и ее трансформация, с последующим распределением между всеми живыми организмами.
- Газообразующая – поддержание стабильного газового состава атмосферы (выделение кислорода, поглощение диоксида углерода).
- Концетрационная – сосредотачивают в теле химические вещества, образуя в дальнейшем полезные ископаемые.
Круговорот вещества в биосфере
Растения в процессе роста и развития используют минеральные вещества из почвы, адсорбируют воду с помощью корня, перерабатывают энергию Солнца, образуют органические вещества из неорганических, из атмосферного воздуха листьями поглощается диоксид углерода и выделяется кислород посредством фотосинтеза.
Животные и человек дышат кислородом, используют органические вещества образованные растениями. После смерти, скопление органических веществ растений и животных разлагается под действием микроорганизмов, и переходят в неорганическое состояние.
Процесс преобразования энергии и вещества начинается сначала – это и есть жизненный круговорот.
Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (51
Статья «Биосфера и свойства биомассы планеты Земля. Информационные материалы и методические указания к уроку»
Статья «Биосфера и свойства биомассы планеты
Земля. Информационные материалы и методические указания к уроку».
- Вопросы и задания для проверки домашнего задания по
предыдущей теме: - План изучения нового материала:
- В век научно-технического прогресса особое значение
приобретают - знания о жизненных процессах в целом, происходящих
- на всей планете. Исследования космоса позволили
рассматривать - Землю извне и изучать окружающие ее сферы. Увеличение
- народонаселения на Земле требует изыскания новых
- пищевых ресурсов. Вредные отходы промышленности и
транспорта - ставят проблему охраны не только живых организмов, но и
- чистоты вод и воздуха. В связи с этим необходимо понять
роль - живой природы в круговороте веществ на Земле. Главное —
- определить значимость живой природы как носителя и
трансформатора - энергии. Необходимо знать структуру жизни на всей планете
- и основы ее устойчивости. При изучении в предшествующих
- классах растений, животных, человека и общей биологии вы
- познакомились с живой природой на всех уровнях ее организации:
- молекулярном, клеточном, организменном, популяционновидовом
- и биогеоценотическом. При изучении данной темы вы
- познакомитесь с высшим уровнем организации жизни на нашей
- планете — биосферным.
- Биосфера и ее границы. Изучение многообразия форм
органического - мира и закономерностей его развития не будет полным
- без понимания места и роли живых организмов в целом
- на всей планете Земля. Совокупность всех живых организмов
- составляет живое вещество, или биомассу, планеты.
- Жизнедеятельность организмов изменила и изменяет земную
- кору и атмосферу. Растительная часть биомассы за миллиарды
- лет очистила атмосферу от углекислого газа, обогатила ее
кислородом - и привела к отложению углерода в известняках, каменных
- углях, нефти. В процессе эволюции на Земле образовалась особая
- оболочка, или сфера, населенная живыми организмами. Эта
- земная оболочка, или область жизни, названа биосферой
(греч. - «биос» — жизнь, «сфера» — шар). Впервые это название было
дано Ж- Б. Ламарком. Учение о биосфере создано академиком
В. И. Вернадским (1863— 1945), основоположником новой науки
- — биогеохимии, связывающей химию Земли с химией жизни
- и установившей роль живого
- вещества в преобразовании
- земной поверхности.
- На планете Земля различают
- несколько геосфер 42 .
- Литосфера (греч. «литое»—
- камень) — внешняя твердая
- оболочка земого шара. Она состоит
- из двух слоев: верхнего—
- осадочных пород с гранитом
- и нижнего — базальта.
- Слои расположены неравномерно.
- Гранит местами выходит
- на поверхность.
- 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
- — до 11,034 км.
- Над поверхностью литосферы и гидросферы вверх до 100 км
- простирается атмосфера. Нижний слой атмосферы в среднем высотой
15 км называют тропосферой (греч. «тропэ» — перемена).
- Тропосфера включаем взвешенные в воздухе водяные пары,
перемещающиеся - при неравномерном нагреве поверхности Земли.
- Над тропосферой различают стратосферу (лат. «стратум» —
слой)
высотой до 100 км. У границы ее возникают северные сияния.
- В стратосфере на высоте 15—35 км свободный кислород под
влиянием - солнечной радиации превращается в озон (0 2->-0з),
который - образует экран и отражает губительные для живых организмов
- космические излучения и частично ультрафиолетовые лучи
- Солнца.
- Среди всех сфер Земли особое место занимает биосфера —
- геологическая оболочка, населенная живыми организмами. Она
- охватывает поверхность Земли, верхнюю часть литосферь^ всю
- гидросферу и нижнюю часть атмосферы — тропосферу 42 .
- В биосфере проявляется деятельность живого вещества:
растений, - животных, микроорганизмов и человечества. Границы биосферы
- определяются наличием условий, необходимых для жизни
- различных организмов 43 . Верхний предел жизни биосферы
- ограничен интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей;
- нижний — высокой температурой земных недр (свыше 100° С).
- Крайних пределов ее достигают только низшие организмы —
- бактерии. Споры бактерий и грибов залетают на высоту 20 км,
- а анаэробных бактерий находят в земной коре на глубине
свыше - 3 км, в водах месторождений нефти.
- Наибольшая концентрация живой массы в биосфере наблюдается
- у поверхности суши и океана, у границ соприкосновения
- литосферы и атмосферы, гидросферы и атмосферы, гидросферы
- и литосферы. В этих местах наиболее благоприятные условия
- жизни — температура, влажность, содержание кислорода и
химических - элементов, нужных для питания организмов. К верхним
- слоям атмосферы, в глубь океана и недр литосферы
концентрация - жизни уменьшается. Накопление биомассы обусловливается
- жизнедеятельностью зеленых растений.
- Масса живого вещества по сравнению с массой земной коры
- незначительна. И тем не менее многие изменения земной коры
- обусловлены жизнедеятельностью биомассы.
- Свойства живого вещества. Организмы, составляющие биомассу,
- обладают громадной способностью воспроизводства —
- размножения и распространения по планете.
- Энергия биомассы особенно проявляется в размножении.
- «Живое вещество — совокупность организмов,— подобно массе
- газа, растекается по земной поверхности и оказывает
определенное - давление в окружающей среде, обходит препятствия, мешающие
- его продвижению, или ими овладевает, их покрывает. Это
движение достигается путем р а змн оже н и я организмов. .
.
- Уже К- Линней ясно видел, что это свойство должно считаться
- основным для живого, той ,непроходимой гранью, которая
отделяет - его от мертвой косной материи» (Вернадский).
- В некоторые годы размножение отдельных видов вспыхивает
- с такой силой, что влечет нашествие громадных масс
насекомых
(саранча), грызунов и других животных (с. 27). Захват
пространства
- разными организмами обусловлен интенсивностью их
размножения. - Мелкие организмы, особенно в водной среде, размножаются
- и распространяются очень быстро. Численность некоторых
бактерий - удваивается каждые 22 мин. Быстро размножаются
членистоногие, - составляющие главную массу животных суши.
- Размножение и быстрое распространение организмов, особенно
- одноклеточных, определило «всюдность» (Вернадский) жизни—
- до крайних пределов биосферы.
- Плотность жизни зависит от размеров организмов и
необходимой - для их жизни площади. Для ряски и водоросли хлореллы
- она определяется площадью, равной их размерам. Слону
требуется - площадь 30 км2, пчеле для сбора меда — 200 м2, травянистым
- растениям — в среднем 30 см2. Напор жизни создает борьбу
организмов - за площадь, пищу, воздух, воду.
- Особенность каждого живого организма и всей биомассы
- состоит в постоянном обмене веществ с окружающей средой.
- Различные элементы входят в живой организм, накапливаются
- в нем и выходят из него, частично при жизни и частично
после - смерти. Это главным образом кислород, водород, углерод,
натрий, - кальций, фосфор, калий, кремний и другие — более 20
элементов. - В процессе питания происходит накопление энергии и
- передача ее другим организмам по цепи питания и путем
размножения. - Особенное значение в биосфере имеет выделение кислорода
- и поглощение углекислого газа при фотосинтезе зеленых
- растений.
- В биосфере растительная масса во много раз превышает
- животную. В целом биомасса составляет лишь около 0,01%
массы - всей биосферы, но роль ее на планете грандиозна.
- В среднем биомасса на Земле, по современным данным,
составляет - примерно 2,423- 1012 т, при этом масса зеленых растений
- суши — 97%, животных и микроорганизмов — 3%.
- Вопросы и задания для закрепления материала в классе
и дома:
Самая удобная и увлекательная подготовка к ЕГЭ
Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.
Термин биосфера впервые применил Э. Зюсс (1875), понимавший её как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую лик Земли. Однако заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В. И.
Вернадскому, так как именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания. Границы биосферы. Биосфера имеет определённые границы. Она занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы биосферы в большой степени условны.
Обычно считают, что верхняя граница биосферы находится на высоте 22–24 км от поверхности Земли, где образуется озоновый экран. Здесь свободный кислород под влиянием солнечной радиации превращаётся в озон (О2 → О3), который образует экран и отражает губительные для живых организмов космические излучения и частично ультрафиолетовые лучи.
Нижняя граница биосферы проходит по литосфере на глубине 3–4 км, а по гидросфере по дну Мирового океана, местами свыше 11 км. Более широкое распространение живых организмов ограничено лимитирующими факторами. Так, проникновению вверх препятствует космическое излучение, а проникновению вглубь — высокая температура земных недр. Вещество биосферы.
В. И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере ряд типов веществ.
Типы веществ биосферы
| Тип | Характеристика | Примеры |
| Живое | Живые организмы, населяющие нашу планету | Животные, растения, грибы, бактерии, вирусы |
| Косное | Неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов | Породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы |
| Биогенное | Неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов | Некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы |
| Биокосное | Биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов | Почва, ил, кора выветривания |
Распределение жизни в биосфере. Масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы. Тем не менее живое вещество биосферы — это главнейший её компонент. Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распространено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселёнными территориями. Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трёх оболочек — атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В. И. Вернадский назвал «плёнками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.
В настоящее время по видовому составу на Земле животные (более 2,0 млн видов) преобладают над растениями (0,5 млн). В то же время запасы фитомассы составляют 99% запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На суше биомасса и количество видов организмов в целом увеличиваются от полюсов к экватору.
Круговорот веществ и поток энергии в биосфере
Биосфера — открытая система. Её существование невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещества на Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов.
При отсутствии круговорота за короткое время был бы исчерпан, например, основной «строительный материал» живого — углерод. Биосфера Земли характеризуется определённым образом сложившимся круговоротом веществ и потоком энергии.
Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном потоке солнечной энергии.
В зависимости от движущей силы, с определённой долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты. До возникновения человека на Земле осуществлялись только первые два.
Геологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы. Геологический круговорот веществ осуществляется без участия живых организмов.
Биологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. С появлением человека возник антропогенный круговорот или обмен веществ. Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нём можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот (обмен)). В отличие от геологического и биологического круговоротов веществ, антропогенный круговорот веществ в большинстве случаев является незамкнутым. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды. Именно они и являются основной причиной всех экологических проблем человечества. Рассмотрим круговороты наиболее значимых для живых организмов веществ и элементов
Круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу относится к большому геологическому круговороту.
Вода испаряется с поверхности Мирового океана и либо переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, либо выпадает в виде осадков на поверхность океана. В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учётом транспирации воды растениями и поглощения её в биогеохимическом цикле весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет.
Круговорот углерода.
Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа.
В Мировом океане круговорот углерода усложнен тем, что часть углерода, содержащегося в мертвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода выключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ.
Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат до 500 млрд т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода (сжигание угля, нефти, газа, дегумификация) приводит к возрастанию содержания СО2 в атмосфере и развитию парникового эффекта.
Скорость круговорота СО2, то есть время, за которое весь углекислый газ атмосферы проходит через живое вещество, составляет около 300 лет. Круговорот кислорода. Главным образом, круговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами.
В основном свободный кислород (О2) поступает в атмосферу в результате фотосинтеза зелёных растений, а потребляется в процессе дыхания животными, растениями и микроорганизмами и при минерализации органических остатков. Незначительное количество кислорода образуется из воды и озона под воздействием ультрафиолетовой радиации.
Большое количество кислорода расходуется на окислительные процессы в земной коре, при извержении вулканов и т. д. Основная доля кислорода продуцируется растениями суши — почти 3/4, остальная часть — фотосинтезирующими организмами Мирового океана. Скорость круговорота — около 2 тыс. лет.
Установлено, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23 % кислорода, который образуется в процессе фотосинтеза, и эта цифра постоянно возрастает.
Круговорот азота. Запас азота (N2) в атмосфере огромен (78% от её объёма). Однако растения поглощать свободный азот не могут, только в связанной форме, в основном в виде NH4+ или NO3-. Свободный азот из атмосферы связывают азотфиксирующие бактерии и переводят его в доступные растениям формы.
В растениях азот закрепляется в органическом веществе (в белках, нуклеиновых кислотах и пр.) и передаётся по цепям питания.
После отмирания живых организмов редуценты минерализуют органические вещества и превращают их в аммонийные соединения, нитраты, нитриты, а также в свободный азот, который возвращается в атмосферу.
Нитраты и нитриты хорошо растворимы в воде и могут мигрировать в подземные воды и растения и передаваться по пищевым цепям. Если их количество излишне велико (такое часто наблюдается при неправильном применении азотных удобрений), то происходит загрязнение вод и продуктов питания, что вызывает заболевания человека.
Воздействие человека на биосферу
Важнейшие экологические проблемы современности
Загрязнение окружающей среды. Загрязнение — привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых (обычно не характерных для нее) вредных химических, физических, биологических агентов. Загрязнение может возникать в результате естественных причин (природных) или под влиянием деятельности человека (антропогенное загрязнение).
Загрязнение окружающей среды может быть физическое (тепловое, радиоактивное, шумовое, электромагнитное, световое и др.), химическое (тяжёлые металлы, пестициды, синтетические поверхностно активные вещества — СПАВ, пластмассы, аэрозоли, детергенты и др.) и биологическое (патогенные микроорганизмы и др.).
Помимо влияния на круговорот веществ, человек оказывает воздействие на энергетические процессы в биосфере. Наиболее опасным здесь является тепловое загрязнение биосферы, связанное с использованием ядерной и термоядерной энергии.
Кроме вещественного и энергетического загрязнения начинает подниматься вопрос об информационном загрязнении окружающей человека среды.
Парниковый эффект и глобальное потепление климата.
Парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект — разогрев нижних слоёв атмосферы вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое тепловое излучение земной поверхности.
Водяной пар задерживает около 60 % теплового излучения Земли, и углекислый газ — до 18%. При отсутствии атмосферы средняя температура земной поверхности была бы –23 °C, а в действительности она составляет +15 °C.
Парниковому эффекту способствует поступление в атмосферу антропогенных примесей (диоксида углерода, метана, фреонов, оксида азота и др.). За последние 50 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло с 0,027 до 0,036 %. Это привело к повышению среднегодовой температуры на планете на 0,6 °С. Существуют модели, согласно которым, если температура приземного слоя атмосферы поднимется ещё на 0,6–0,7 °С, произойдёт интенсивное таяние ледников Антарктиды и Гренландии, что приведёт к повышению уровня воды в океанах и затоплению до 5 млн км2 низменных, наиболее густо заселённых равнин.
Отрицательные для человечества последствия парникового эффекта заключаются в повышении уровня Мирового океана в результате таяния материковых и морских льдов, теплового расширения океана и т. п.
Это приведёт к затоплению приморских равнин, усилению абразионных процессов, ухудшению водоснабжения приморских городов, деградации мангровой растительности и т. п.
Увеличение сезонного протаивания грунтов в районах с вечной мерзлотой создаст угрозу дорогам, строениям, коммуникациям, активизирует процессы заболачивания, термокарста и т. д. Положительные для человечества последствия парникового эффекта связаны с улучшением состояния лесных экосистем и сельского хозяйства.
Повышение температуры приведёт к увеличению испарения с поверхности океана, это вызовет возрастание влажности климата, что особенно важно для аридных (сухих) зон. Повышение концентрации углекислого газа увеличит интенсивность фотосинтеза, а значит, продуктивность диких и культурных растений.
Разрушение «озонового слоя». Озоновый слой (озоносфера) — слой атмосферы с наибольшей концентрацией озона (О3) на высоте 20–25 (22–24) км.
Содержащееся в озоновом слое количество озона невелико: в приземных условиях атмосферы (при давлении 760 мм и температуре +20 °C) он образовал бы слой толщиной всего 3 мм.
В атмосфере озон образуется из кислорода под действием ультрафиолетового излучения.
«Озоновая дыра» — значительное пространство в озоносфере планеты с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона. Считается, что основной причиной возникновения «озоновых дыр» является значительное содержание в атмосфере фреонов.
Фреоны (хлорфторуглероды) — высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладоагентов (в холодильниках, кондиционерах, рефрижераторах), пенообразователей и распылителей (аэрозольные упаковки).
Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием окиси хлора, интенсивно разрушающей озон. Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на земную поверхность.
Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (стимуляция роста и развития клеток, бактерицидное действие, синтез витамина D и т. д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать раковые заболевания и мутации.
Кислотные дожди. Кислотный дождь — дождь или снег, подкисленные до рН < 5,6 из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (оксиды серы, оксиды азота, хлороводород, сероводород и др.).
Отрицательное воздействие кислотных дождей на растительность проявляется как в прямом биоцидном воздействии на растительность, так и в косвенном через снижение рН почв.
Выпадение кислотных дождей приводит к ухудшению состояния и гибели целых лесных массивов, а также снижению урожайности многих сельскохозяйственных культур. Кроме того, отрицательное воздействие кислотных дождей проявляется в закислении пресноводных водоёмов.
Снижение рН воды вызывает сокращение запасов промысловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую гибель водоёма. Негативные последствия кислотных дождей зафиксированы в Канаде, США, Европе, России, Украине, Белоруссии и других странах.
Деградация почвенного покрова. Деградация почвы — ухудшение качества почвы в результате снижения плодородия. К явлениям деградации почв относятся дегумификация почв (потеря почвами гумуса); промышленная эрозия почв (отчуждение почв городами, посёлками, дорогами, линиями электропередач и связи, трубопроводами, карьерами, водохранилищами, свалками и т. д.); водная и воздушная эрозия (дефляция) почв (разрушение верхних слоёв почвы под действием воды и ветра); вторичное засоление почв (результат неправильного орошения минерализованными или пресными водами); затопление, разрушение и засоление почв водами водохранилищ (затопление пойменных и надпойменных террас; подъём уровня грунтовых вод и подтопление почв; абразия берегов и засоление дельт); промышленное, сельскохозяйственное, радиоактивное загрязнение почв и др. Деградация растительного покрова. К деградации растительного покрова ведут следующие антропогенные факторы: прямое уничтожение в ходе использования (рубка лесов, выкашивание, сбор с различными целями, стравливание домашними животными), при создании водохранилищ, в ходе открытых разработок ископаемых, при пожарах, в процессе распашки новых угодий; ухудшение условий жизни растений при орошении, осушении, засолении почв, изменении гидрологии водоёмов, загрязнении среды токсичными химическими веществами и элементами, заносе вредных организмов (возбудителей болезней, конкурентов) и др. Среди редких высших растений России — водяной орех, альдрованда, железное дерево, шёлковая акация, дуб каштанолистный, самшит гирканский, платан пальчатколистный, туранга, фисташка, тис, падуб и др. Деградация животного мира. К сокращению или уничтожению видов животных ведут следующие антропогенные факторы: прямое уничтожение в результате промысла животных, добываемых ради меха, мяса, жира и пр., при применении химических веществ для борьбы с вредителями сельского хозяйства (при этом часто гибнут не только вредители, но и полезные для человека животные); ухудшение условий жизни животных в результате вырубки лесов, распашки степей, осушения болот, сооружения плотин, строительства городов, загрязнения атмосферы, воды, почвы и т. д. К числу вымерших животных относятся тур, тарпан, морская (стеллерова) корова, бескрылая гагарка, очковый (стеллеров) баклан, голубая лошадиная антилопа, зебра кваггу, нелетающий голубь дронт и др.
Биосфера Земли – значение, состав и фунции, схема | Влияние биосферы на человека
Под биосферой понимают совокупность всех живых организмов на планете. Они населяют любые уголки Земли: от глубин океанов, недр планеты до воздушного пространства, поэтому многие ученые называют эту оболочку сферой жизни. В ней же обитает и сам человеческий род.
Биосфера считается самой глобальной экосистемой нашей планеты. Она состоит из нескольких сфер. К ней относится гидросфера, то есть все водные ресурсы и водоемы Земли. Это Мировой океан, подземные и поверхностные воды. Вода – это и жизненное пространство многих живых существ, и необходимое вещество для жизни. Она обеспечивает протекание многих процессов.
В составе биосферы есть атмосфера. В ней существуют различные организмы, а сама она насыщенна различными газами. Особую ценность представляет кислород, необходимый для жизни всем организмам. Также атмосфера играет важнейшую роль в круговороте воды в природе, влияет на погоду и климат.
Литосфера, а именно верхний слой земной коры, входит в биосферу. Он населен живыми организмами. Так, в толще Земли обитают насекомые, грызуны и другие животные, произрастают растения, а на поверхности живут люди.
Мир флоры и фауны – это важнейшие обитатели биосферы. Они занимают огромное пространство не только на земле, но и неглубоко в недрах, населяют водоемы и встречаются в атмосфере.
Формы растений различны: от мхов, лишайников и трав до кустарников и деревьев. Что касается животных, то наименьшие представители – одноклеточные микробы и бактерии, а наибольшие – наземные и морские существа (слоны, медведи, носороги, киты).
Все они отличаются широким разнообразием, и каждый вид важен для нашей планеты.
Биосферу изучали разные ученые во все исторические эпохи. Этой оболочке много внимания уделял В.И. Вернадский. Он считал, что биосфера определяется границами, в которых обитает живое вещество.
Стоит отметить, что все ее компоненты связаны между собой, и изменения в одной сфере приведет к изменениям во всех оболочках.
Биосфера играет важнейшую роль в распределении энергетических потоков планеты.
Таким образом, биосфера – это жизненное пространство людей, животных и растений. В ней содержатся важнейшие вещества и природные ресурсы, такие как вода, кислород, земля и другие. На нее значительное влияние оказывают люди. В биосфере происходит круговорот элементов природе, кипит жизнь и осуществляются важнейшие процессы.
Влияние человека на биосферу является неоднозначным. С каждым столетием антропогенная деятельность становится более интенсивной, разрушительной и масштабной, поэтому люди способствуют возникновению не только локальных экологических проблем, но и глобальных.
Одним из результатов влияния человека на биосферу является сокращение численности флоры и фауны на планете, а также исчезновение многих видов с лица земли. Например, ареалы растений уменьшаются в связи с земледельческой деятельностью и вырубкой лесов.
Множество деревьев, кустарников, трав являются вторичными, то есть вместо первичного растительного покрова были посажены новые виды.
В свою очередь, популяции животных уничтожаются охотниками не только ради добычи пропитания, но и с целью продажи ценных шкур, костей, плавников акул, бивней слонов, рогов носорогов, различных частей тела на черном рынке.
Довольно сильно антропогенная деятельность влияет на процесс почвообразования. Так, вырубка деревьев и распашка полей приводит к ветровой и водной эрозии.
Изменение состава растительного покрова приводит к тому, что другие виды участвуют в процессе образования почв, а, значит, образуется иной тип грунта.
Из-за использования в земледелии различных удобрений, сброса в землю твердых и жидких отходов, изменяется физико-химический состав почвы.
Демографические процессы оказывают негативное влияние на биосферу:
- возрастает численность населения планеты, которое все больше потребляет природных ресурсов;
- увеличиваются масштабы промышленного производства;
- появляется больше отходов;
- увеличиваются площади сельскохозяйственных угодий.
Стоит отметить, что люди способствуют загрязнению всех слоев биосферы. Источников загрязнения на сегодняшний день существует огромное многообразие:
- выхлопные газы автотранспорта;
- частицы, выделяющиеся при сгорании топлива;
- радиоактивные вещества;
- нефтепродукты;
- выбросы химических соединений в воздушную среду;
- твердые бытовые отходы;
- пестициды, минеральные удобрения и агрохимия;
- грязные стоки как промышленных, так и коммунальных предприятий;
- электромагнитные приборы;
- ядерное топливо;
- вирусы, бактерии и чужеродные микроорганизмы.
Все это приводит не только к изменению экосистем и сокращению биоразнообразия на земле, но и к климатическим изменениям. Из-за влияния человеческого рода на биосферу происходит парниковый эффект и образование озоновых дыр, таяние ледников и глобальное потепление, изменение уровня океанов и морей, выпадение кислотных осадков и т.п.
Со временем биосфера становится все более неустойчивой, что приводит к разрушению многих экосистем планеты. Многие ученые и общественные деятели выступают за то, чтобы снизить влияние человеческого сообщества на природу, с целью сохранить биосферу Земли от уничтожения.
Состав биосферы можно рассматривать с различных точек зрения. Если говорить о вещественном составе, то в нее входит семь различных частей:
- Живое вещество – совокупность живых существ, населяющих нашу планету. У них элементарный состав, а в сравнении с остальными оболочками они имеют малую массу, питаются солнечной энергией, распределяя ее в среде обитания. Все организмы составляют мощную геохимическую силу, распространившись по земной поверхности неравномерно.
- Биогенное вещество. Это те минерально-органические и чисто органические компоненты, которые были созданы живыми существами, а именно горючие полезные ископаемые.
- Косное вещество. Это неорганические ресурсы, которые образовываются без участи живых существ, сами по себе, то есть кварцевый песок, различные глины, а также водные ресурсы.
- Биокосное вещество, получаемое благодаря взаимодействию живых и косных компонентов. Это почва и породы осадочного происхождения, атмосфера, реки, озера и другие поверхностные акватории.
- Радиоактивные вещества, такие как элементы урана, радия, тория.
- Рассеянные атомы. Они образуются из веществ земного происхождения, когда на них влияет космическое излучение.
- Космическое вещество. На землю попадает тела и вещества, образованные в космическом пространстве. Это могут быть как метеориты, так и осколки с космической пылью
Стоит отметить, что все оболочки биосферы находятся в постоянном взаимодействии, поэтому порой бывает трудно выделить границы того или иного слоя. Одной из важнейших оболочек является аэросфера.
Она достигает уровня примерно 22 км над землей, где еще есть живые существа. В целом это воздушное пространство, где обитают все живые организмы.
В составе этой оболочки есть влага, энергия Солнца и атмосферные газы:
- кислород;
- озон;
- СО2;
- аргон;
- азот;
- водяной пар.
Численность атмосферных газов и их состав зависит от влияния живых существ.
Геосфера – это составляющая часть биосферы, к ней относится совокупность живых существ, которые населяют земную твердь. Эта сфера включает литосферу, мир флоры и фауны, грунтовые воды и газовую оболочку земли.
Значительным слоем биосферы является гидросфера, то есть все водоемы без подземных вод. В эту оболочку входит Мировой океан, поверхностные воды, атмосферная влага и ледники. Вся водная сфера населена живыми существами – от микроорганизмов до водорослей, рыб и животных.
Если детальнее говорить о твердой оболочке Земли, то она состоит из почвы, горных пород и минералов.
В зависимости от среды расположения, бывают различные типы грунта, которые отличаются по химическому и органическому составу, зависят от факторов окружающей среды (растительности, водоемов, животного мира, антропогенного влияния).
Литосфера состоит из огромного количества минералов и пород, которые в неодинаковом количестве представлены на земле. В данный момент открыто более 6 тысяч минералов, но лишь 100-150 видов больше всего распространены по планете:
- кварц;
- полевой шпат;
- оливин;
- апатиты;
- гипс;
- карналлит;
- кальцит;
- фосфориты;
- сильвинит и др.
В зависимости от количества горных пород и их хозяйственного использования, некоторые из них являются ценными, особенно топливные ископаемые, руды металлов и драгоценные камни.
Что касается мира флоры и фауны – то это оболочка, которая включает в себя по различным источникам от 7 до 10 миллионов видов. Предположительно около 2,2 млн. видов обитает в водах Мирового океана, а около 6,5 млн. – на суше.
Представителей животного мира на планете обитает приблизительно 7,8 млн., а растений – около 1 млн.
Из всех известных видов живых существ описано не более 15%, поэтому человечеству потребуются сотни лет, чтобы исследовать и описать все существующие виды на планете.
Все составляющие части биосферы находятся в тесной взаимосвязи с другими оболочками Земли. Это проявление можно увидеть в биологическом круговороте, когда животные и люди выделяют углекислый газ, он поглощается растениями, которые во время фотосинтеза выделяют кислород. Таким образом, эти два газа постоянно регулируются в атмосфере благодаря взаимосвязям различных сфер.
Одним из примеров является почва – результат взаимодействия биосферы с другими оболочками.
В этом процессе принимают участие живые существа (насекомые, грызуны, пресмыкающиеся, микроорганизмы), растения, вода (подземные воды, атмосферные осадки, водоемы), воздушная масса (ветер), почвообразующие породы, солнечная энергия, климат. Все эти компоненты медленно взаимодействуют между собой, что способствует образованию почвы в среднем со скоростью 2 миллиметра в год.
Когда компоненты биосферы взаимодействуют с живыми оболочками, образуются горные породы. В результате влияния живых существ на литосферу образовываются залежи каменного угля, мел, торф и известняки.
В ходе взаимовлияния живых существ, гидросферы, солей и минералов, определенной температуры образуются кораллы, а из них, в свою очередь, появляются коралловые рифы и острова.
Также это позволяет регулировать солевой состав вод Мирового океана.
Различные виды рельефа являются прямым результатом связи биосферы с другими оболочками земли: атмосферой, гидросферой и литосферой. На ту или иную форму рельефа влияет водный режим местности и осадки, характер воздушных масс, солнечное излучение, температура воздуха, какие виды флоры здесь произрастают, какие животные населяют эту территорию.
Значение биосферы как глобальной экосистемы планеты трудно переоценить. Исходя из функций оболочки всего живого, можно осознать ее значимость:
- Энергетическая. Растения являются посредниками между Солнцем и Землей, и, получая энергию, часть ее распространяется между всеми элементами биосферы, а часть используется для образования биогенного вещества.
- Газовая. Регулирует количество разных газов в биосфере, их распределение, превращение и миграцию.
- Концентрационная. Все существа выборочно извлекают биогенные компоненты, поэтому они могут быть как полезными, так и опасными.
- Деструктивная. Это разрушение минералов и горных пород, органических веществ, что способствует новому обороту элементов в природе, в ходе чего появляются новые живые и неживые вещества.
- Средообразующая. Влияет на условия окружающей среды, состав атмосферных газов, пород осадочного происхождения и земельного слоя, качество водной среды, а также на баланс веществ на планете.
Долгое время роль биосферы была недооцененной, так как в сравнении с иными сферами масса живого вещества на планете очень мала.
Несмотря на это, живые существа являются могучей силой природы, без которой были бы невозможны многие процессы, а также сама жизнь.
В процессе деятельности живых существ, их взаимосвязей между собой, влияния на неживую материю, формируется сам мир природы и облик планеты.
Впервые учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он обособил эту оболочку от других земных сфер, актуализировал ее значение и представил, что это весьма активная сфера, которая изменяет и влияет на все экосистемы. Ученый стал основоположником новой дисциплины – биогеохимии, на основе которой и было обосновано учение о биосфере.
Изучая живое вещество, Вернадский сделал выводы, что все формы рельефа, климат, атмосфера, породы осадочного происхождения – это результат деятельности всех живых организмов. Одна из ключевых ролей в этом отводится людям, которые имеют огромное влияние на протекание многих земных процессов, являясь определенной стихией, владеющей некой силой, способной изменить лик планеты.
Теорию обо всем живом Владимир Иванович представил в труде «Биосфера» (1926), что способствовало зарождению новой научной отрасли. Академик в своей работе представил биосферу как целостную систему, показал ее компоненты и их взаимосвязи, а также роль человека. Когда живое вещество взаимодействует с косным, оказывается влияние на протекание ряда процессов:
- геохимических;
- биологических;
- биогенных;
- геологических;
- миграции атомов.
Вернадский обозначил, что границы биосферы – это поле существования жизни. На ее развитие влияет кислород и температура воздуха, вода и минеральные элементы, грунт и энергия Солнца. Также ученый выделил основные компоненты биосферы, рассмотренные выше, и выделил основной из них – живое вещество. Еще он сформулировал все функции биосферы.
Среди основных положений учения Вернадского о живой среде можно выделить следующие тезисы:
- биосфера охватывает всю водную среду до океанических глубин, включает поверхностный слой земли до 3 километров и воздушное пространство до границы тропосферы;
- показал отличие биосферы от других оболочек ее динамичностью и постоянной деятельностью всех живых организмов;
- специфика этой оболочки заключается в непрерывном обороте элементов живой и неживой природы;
- деятельность живого вещества привела к существенным изменениям на всей планете;
- существование биосферы обусловлено астрономическим положением Земли (дистанция от Солнца, наклон оси планеты), что определяет климат, протекание жизненных циклов на планете;
- солнечная энергия является источником жизни всех существ биосферы.
Пожалуй, это ключевые понятия о живой среде, которые заложил Вернадский в своем учении, хотя его труды глобальны и нуждаются в дальнейшем осмыслении, актуальны и по сей день. Они стали основой для исследований других ученых.
Подводя итоги, стоит отметить, что жизнь в биосфере размещается по-разному и неравномерно. Большое количество живых организмов обитает на земной поверхности, будь то водная среда или суша. Все существа соприкасаются с водой, минералами и атмосферой, находясь с ними в непрерывной связи.
Именно это обеспечивает оптимальные условия для жизни (кислород, вода, свет, тепло, питательные вещества). Чем глубже в толщу воды океана или под землю, тем жизнь более однообразна. Живое вещество также распространяется и по площади, и стоит отметить разнообразие форм жизни по всей земной поверхности.
Чтобы понять эту жизнь, нам понадобиться еще не один десяток лет, а то и сотен, но ценить биосферу и уберечь ее от нашего вредного, человеческого, влияния нужно уже сегодня.
Загрузка...
