План лекции: Определение биосферы. Биосфера и ее части. Концепция живого вещества. Распределение биогеоценозов на земле.

Земля и окружающая ее среда сформировались в результате закономерного развития всей солнечный системы 4,7 миллиарда лет тому назад из раскаленного газопылевого вещества.

По своему строению земля неоднородна и состоит из внутренней и внешней оболочек. Внутренняя ее оболочка – это ядро и мантия, а внешняя оболочка – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и биосфера (рис. 22).

Рисунок 22 – Оболочки земли

Литосфера (от греческого «litos»- камень) или земная кора – это каменистая оболочка земли мощностью от 6 (под океаном) до 80 км (под горными системами), сложенная горными народами разного типа и происхождения. Она на 70% образована базальтами и гранитами, примерно на 17% породами, переработанными высоким давлением при высокой температуре и на 12% - осадными пародами.

Земная кора представляет собою важнейший ресурс. В ней сосредоточены месторождения энергетических (каменный уголь, горючий сланец, нефть, газ и др.), рудных (железа, медь, олово, свинец и др.) полезных ископаемых и естественных строительных материалов (песок, известняк, графит и др.); она - местообитание большого разнообразия видов растений, животных, птиц, насекомых, микроорганизмов, бактерий и человека.

Живые организмы проникает до ничтожной глубины, основная масса сосредоточена в верхнем слое почвы до нескольких десятков сантиметров, редко до нескольких метров – корни растений. По трещинам, колодцам, скважинам жизнь может проникать до 2-3 км.

Гидросфера (от греческого «гидро»-вода) – водная оболочка земли. Она включает все виды и формы материковых (поверхностных, почвенных и подземных), океанических (соленых и пресных), и атмосферных; парообразных, жидких и кристаллических вод.

Вода содержит и растворяет в себе многие вещества (натрия, калия, кальция, хлора, серы, углерода, кремния и др.), благодаря своей подвижности проникает повсюду, но она не накапливает энергии и не образует продуктивность.

Гидросферу делят на поверхностную и подземную. Поверхностная гидросфера включает воды океанов, морей, рек, озер, болот, ледников, водохранилищ и др. Она постоянно или временно располагается на поверхности, земли покрывая ее на 70,8%, но не образует сплошного слоя.

Подземной гидросфере относятся воды, находящиеся в верхней части земной коры. Сверху она ограничена поверхностью земли, а нижнюю границу ее проследить невозможно, так как проникает глубоко в толщу земной коры.

Основную часть гидросферы образует мировой океан (96,53%), на долю подземных вод приходится - 1,69%, остальную ее часть составляют воды рек, озер и ледников. Соленые воды океанов и морей составляют 98%, а пресные воды – 2% век водных ресурсов Земли. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится всего лишь 0,3% от объема гидросферы.

Вся гидросфера заполнена жизнью - даже на глубине 11 000 м (Марианская впадина)обнаружены следы жизни.

Атмосфера (от греческого «atmos» - пар) – газообразная оболочка земли, состоящая из смеси различных газов (азота, кислорода, углекислого газа, водяных паров и пылевых частиц). На высоте от 10 до 50 км (с максимумом концентрации на высоте 20-25 км), в атмосфере расположен озоновый слой, защищающий землю от ультрафиолетового излучения, пагубного для живых организмов.

Через атмосферу земля осуществляет обмен веществ с космосом. Из космоса она получает мощную солнечную радиацию, определяющую тепловой режим Земли, пыль, метеориты, а отдает – легкие газы – гелий, водород.

Атмосфера механически, физически и химически воздействует на литосферу, регулируя распределение, тепла и влаги. Распределение атмосферой тепла, влаги и давления определяет климат Земли. Так, водяной пар атмосферы поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха, является источником осадков.

Атмосферу делят на тропосферу, стратосферу, мезосферу и экзосферу. В формировании природной среды Земли важна роль самой нижней части атмосферы – тропосферы мощностью до 8-10 км в полярных областях; 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах. В тропосфере происходит вертикальное и горизонтальное перемещение воздуха, круговорот воды, теплообмен, перенос пылевых частиц и загрязнения.Жизнью заполнена тропосфера.

С атмосферой связаны все процессы и явления, происходящие в литосфере и гидросфере Земли: образование облаков, осадков, тумана, росы, грозы, пыльные бури, шторм, шквалы, метели, полярное сияние и др.

И все поверхностные (экзогенные) геологические процессы, происходящие в биосфере, обусловлены этими взаимодействиями.

Биосфера (от греческого «bios» - жизнь и «spherа» - шар) наружная оболочка Земли. Термин «биосфера» в научный обиход впервые ввел знаменитый французский ученый Жанн Батист Ламарк (1744-1829 гг.), повторно в 1875 году введен австрийским геологом Эдуардом Зюсс, понимавший под биосферой тонкую пленку на поверхности земли.

Роль биосферы для развития жизни на планете оказалось настолько значительной, что уже в первой половине ХХ - века возникло новое фундаментальное научное направление – учение о биосфере, основоположником которого является российский ученый Владимир Иванович Вернадский, опубликовавши в 1926 году свой классический труд «Биосфера».

Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты.

Ранее, большинство процессов, меняющих лик нашей планеты, рассматривались как чисто физические, химические или физико-химические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.д.).В.И. Вернадский создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования земной коры.

Биосфера, как глобальная экосистема состоит из абиотической и биотической части. Абиотическая ее часть представлена:

1) почвой, и подстилающими ее народами, до глубины, где в них еще есть, живы организмы, вступающие в обмен с веществом этих парод и физической средой порового пространства;

2) атмосферным воздухом до высот, на которых ещё возможно проявление жизни;

3) водной средой океанов, морей, рек и озёр до глубины, где возможна жизнь.

Биотическая часть биосферы включает живых организмов: растений, животных, микроорганизмов, бактерии и др., осуществляющих в процессе жизнедеятельности (питания, размножения, выделения) биогенный круговорот веществ и энергии.Живые организмы осуществляют этот ток атомов бла­годаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечи­вая обмен веществом между всеми частями биосферы.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

Стремление к максимальному проявлению, к «всепроникаемости» жизни;

Обеспечение выживания организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются, прежде всего, в стремле­нии живых организмов «захватить» все мало-мальски приспо­собленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои гра­ницы в планетарном масштабе и биосфера.

Живое вещество – вся совокупность живых организмов. Косное вещество - все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Биокосное вещество создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других (океаниче­ские воды, и т. п.; важнейшее значение как биокосное вещество имеет почва). Биогенное вещество - геологиче­ские породы, созданные деятельностью живого вещества (известняки, каменный уголь, нефть и т. п.).

В.И. Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер.

Концепция живого вещества . Вернадский подчеркивал, что живое вещество – самая активная форма материи во вселенной.

Жизнь - это химическое производное земной коры. В организмах обнаружены почти все элементы таблицы Менделеева. Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием углерода.

Свойства и функции живого вещества. Живое вещество, по мнению ученых, составляет 2420 млрд. тонн, что более чем в две тысячи раз меньше самой легкой оболочки Земли атмосферы, но она встречается повсюду, отсутствуя лишь в областях оледенений и в кратерах действующих вулканов. Но, несмотря на незначительную массу, живые вещества, как отмечал В.И.Вернадский, являются основой биосферы, благодаря чрезвычайной химической активности и незаменимой геологической роли.

Живое вещество биосферы, как чрезвычайно активная материя, обладает следующими характерными свойствами:

Способностью быстро занимать свободное пространство, что связано с интенсивным его размножением и увеличением поверхности тела (например, площадь листьев растений, произрастающих на площади 1 га, составляет от 8 до 10 и более га.);

Способностью к движению, при этом не только к пассивному, но и к активному движению (например, полет птицы против ветра, движение рыбы против питания, преодоления силы тяготения и т.д.);

Устойчивостью при жизни и быстрым разложением после смерти (переносит до определенного предела воздействие факторов: температуры, влаги, давления, солености и т. д., быстро разлагается после смерти);

Высокой адаптивностью не только к различным средам жизни: водной, наземно-воздушной и организменной, но и к крайне неблагоприятным условиям среды обитания (например, некоторые микроорганизмы живут в оптимальных условиях с температурой до +140 0 С).

Высокой скоростью протекания реакции (например, гусеницы некоторых насекомых для своей нормальной жизнедеятельности ежедневно потребляют количество пищи в 100-200 раз превышающее веса их тела);

Высокой скоростью обновления. Так, биосфера обновляется за 8 лет, суша за 18 лет, океан за 33 дня. Благодаря подобной скорости обновления, за всю историю существования жизни, общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу в 12 раз превышает массу Земли. Лишь небольшая часть этого вещества законсервирована в виде органических остатков (ушли в геологию – уголь, нефть, сланцы, и др.), остальная же часть включалась в круговорот.

Все свойства живого вещества обусловлены концентрацией в них больших запасов энергии. И по энергетической насыщенности с живым веществом биосферы может соперничать только лава, образующейся при извержении вулкана.

Живое вещество биосферы, обладая только ему присущими свойствами, выполняет в природе следующие функции:

Энергетической, связанной с накоплением энергии в процессе фотосинтеза и передачей ее по цепи питания;

Газовой, благодаря которой живое вещество изменяет и поддерживает определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом (включение углерода в фотосинтез; аккумуляция углерода в биогенном веществе – органических остатках, известняках, что привело к уменьшению двуокиси углерода в атмосфере до современного уровня – 0,3 % и увеличению кислорода; синтезу азота; азот и кислород – газы биогенного происхождения, как и все подземные газы – продукты разложения отмершей органики).

Окислительно-восстановительной, повышающей интенсивность окисления за счет обогащения среды жизни кислородом и восстановления, когда разложение органических остатков (веществ) идет при дефиците кислорода;

Концентрационной, направленной на концентрации в организме живых существ углерода, кальция, кремния, фосфора и рассеянных химических элементов, повышая их содержания по сравнению с окружающей средой (например, по марганцу). Результатом этой функции живого вещества биосферы являются современные запасы энергетических ископаемых, рудных месторождений, птичьих базаров и т. д.;

Деструктивной, разрушающей мертвой органики и косных тел организмами – деструкторами и продуктами их жизнедеятельности (например, грибами, бактериями, микроорганизмами и т. д.);

Транспортной, переносящей веществ и энергии в результате активного движения и перемещения организмов (например, перелет птиц, миграция животных в поисках корма, рыб – для нереста и т.д.);

Средообразующей, изменяющей условий среды обитания организмов в результате их совместной жизнедеятельной (например, микроклимат в лесу);

Рассеивающей, проявляющейся при выделении организмами экскрементов, при передвижении, линьке; при всасывании крови насекомыми – кровососами и т. д.

Роль живого вещества биосферы геохимик А.А. Перельман определил так: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом».

Следует отметить, лишь один-единствен­ный на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот, свя­зывает солнечную энергию и даже накапливает ее - это соз­дание органического вещества в результате фотосинтеза.

В свя­зывании и запасании солнечной энергии и заключается основ­ная планетарная функция живого вещества на Земле.

Свойства и устойчивость биосферы. Биосфере, как глобальной экосистеме, кроме перечисленных свойств и функций, присущи свойства, обеспечивающие ее функционирования, саморегуляцию и устойчивость:

1) Биосфера - централизованная система. Центральным ее звеном выступают живые организмы, а не только один человек.

2) Биосфера - открытая система, получающая энергию, необходимую для своей жизнедеятельности извне (от солнца).

3) Биосфера - саморегулирующейся система, обладающая гомеостазом – способностью возвращаться в исходное состояние (извержение вулкана, горообразование, землетрясение и т. д.).

4) Биосфера - система с большим видовым разнообразием организмов, обусловленных разной средой жизни (водной, надземно-воздушной, организменной; разнообразием природных зон с различными условиями среды обитания).

5) Биосфера - система, обеспечивающая круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и соединений. Разнообразие основное условие устойчивости экосистемы и биосферы в целом.

Наиболее высокая плотность жизни в Мировом океане на мелководье, в умеренных, субтропических и тропических поясах на суше; меньшее разнообразие – в холодных полярных и субполярных областях, в засушливых местах и пустынях, на высокогорьях, в океанических впадинах (рис. 23).

Рисунок 23 – Продуктивность различных экосистем земного шара

Распределение биогеоценозов на земле . Формирование и распределение биогеоценозов на земном шаре зависит от условий их существования. Поэтому разные континенты, моря и океаны заселены разными группами организмов.

Классификация природных экосистем базируется на ландшафтном подходе. Ландшафт - природный географический комплекс, в котором все основные компоненты (рельеф, верхние горизонты литосферы, климат, воды, почвы, растительность, животный мир) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему.

Наземные природные экосистемы:тундра (арктическая и альпийская), бореальные хвойные леса, листопадный лес умеренной зоны, степи, саванны, пустыня, тропический лес.

Основными лимитирующими факторами суши являются среднегодовая температура и количество осадков.

Пресноводные экосистемы подразделяются на: лентические (стоячие водоемы) - озера, пруды, водохранилища; лотические (проточные водоемы) - реки, ручьи; болота.Лимитирующие факторы водной среды: течение, глубина (увеличивается давление, уменьшается прозрачность), температура.

Проточные водоемы имеют две зоны: мелководные перекаты (с быстрым течением); глубоководные плёсы (спокойные реки).

Экосистема непроточного водоема:

В непроточном водоеме выделяют следующие зоны:

Литоральная зона - толща воды, где свет проникает до дна

Лимническая зона - толща воды до глубины, куда проникает 1% солнечного света и где затухает фотосинтез

Профундальная зона - дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет.

Каждой из этих зон свойственны свои обитатели и свои сообщества организмов. В зависимости от глубины и строения водоема профундальная зона и литоральная зона могут отсутствовать.

Морские экосистемы: открытый океан, область континентального шельфа (прибрежные воды), эстуарии, глубоководные зоны.

Лимитирующие факторы: соленость, глубина, прозрачность, температура.

Общая характеристика наземных экосистем . Наземные экосистемы - это место обитания человека. В экосистемах суши сосредоточено более 99% биомассы Земли. Большая часть биомассы суши находится в растениях (99,2%). Основными продуцентами (автотрофы) наземных экосистем являются высшие растения (деревья, кустарники, травы), определяющие характерные особенности этих экосистем. Растения поедаются консументами (гетеротрофы) первого порядка, растительноядными животными. Для наземных экосистем характерны крупные растительноядные млекопитающие- олени, антилопы, бизоны, домашний скот. Многие из них относятся к жвачным, обладающим микроэкосистемой - где анаэробные микроорганизмы разрушают и обогащают лигноцеллюлозу, составляющую большую часть растительной биомассы. Консументы первого порядка служат пищей для хищников, консументов второго порядка. Таким образом, на вершине трофической пирамиды наземных экосистем стоят крупные хищники и человек.

Экосистемы суши, впрочем, как и любые экосистемы, можно классифицировать по их функциональным или структурным признакам. Широко используется классификация по типу растительности. Крупные региональные или субконтинентальные биосистемы, связанные с определенным типом растительной формации, ландшафта и географическим положением называют биомом. Понятие «биом» практически соответствует понятию природная зона. Ключевая характеристика, позволяющая разграничивать и узнавать наземные биомы, - жизненная форма (травы, кустарники, листопадные деревья и т.д.) растительности климатического климакса. Так, климаксная растительность степного биома - злаки, хотя в разных частях биома и на разных континентах могут произрастать разные виды злаков. Однако биом включает в себя и эдафические климаксы, и стадии развития, в которых во многих случаях доминируют иные жизненные формы. Например, степные сообщества представляют собой стадии развития лесного биома, а прибрежные леса - составляют часть степного биома. Названия биомов определяются названием преобладающего типа растительности.

Крупнейшим биомом на суше является пустыня, на втором месте биом тропических саванн и степей. Значительная часть суши (10%) вообще не покрыто растительностью - ледяная пустыня. Примерно такие же доли (10%) приходятся на сельскохозяйственные поля, степи умеренной зоны и бореальные леса. Чуть большую часть суши занимают тропические леса (12%). Наименьшую площадь занимает биом средиземноморских степей.

Пустыни - это территория, где испарение превышает количество осадков, причем их уровень составляет менее 250 мм/г. В таких условиях произрастает скудная, обычно низкорослая растительность, преобладание ясной погоды способствует быстрой потере теплоты ночью, накопленной почвой днем. Для пустыней характерно значительное различие между дневной и ночной температурами. Обычно эти территории с низкой плотностью населения, а иногда вообще ненаселенные. Этот термин относится также к районам, неблагоприятным для жизни вследствие холодного климата (т.н. холодные пустыни). Пустынные экосистемы занимают около 16% поверхности суши и расположены практически во всех широтах Земли.

Существует три жизненных формы растений, адаптированных к пустыням: 1) однолетники, избегающие засухи тем, что они растут только при достаточной влажности; 2) суккуленты, такие, как кактусы; 3) пустынные кустарники, у которых многочисленные отходящие от короткого основного ствола ветви несут мелкие толстые листья.

Животные пустыни, как и растения, по-разному адаптированы к недостатку воды. Пресмыкающиеся и некоторые насекомые обладают непроницаемыми покровами и выделяют сухие экскреты. Пустынные насекомые защищены от испарения особыми водонепроницаемыми при высокой температуре веществами. Млекопитающих как группу нельзя считать хорошо адаптированными к условиям пустыни, так как они выделяют мочевину, что связано с потерей большого количества воды. Все же некоторые виды приобрели вторичные адаптации. К таким млекопитающим принадлежат грызуны, например: кенгуровая крыса и карманчиковая мышь. Эти животные могут неопределенно долго существовать на сухих семенах и вовсе не нуждаться в питье.

Тропические саванны (степи с редкими деревьями или группами деревьев) расположены в теплых областях, где в год выпадает большое количество осадков, но имеется один или два продолжительных сухих сезона. Самая обширная область этого типа находится в Центральной и Восточной Африке, но довольно значительные области тропических саванн встречаются также в Южной Америке и Австралии. Растительность состоит из небольшого числа видов.

Ландшафт африканских саванн усеян колючими акациями и другими деревьями и кустарниками, относящимися к семейству бобовых. Часто на больших пространствах доминирует один вид деревьев и злаков.

Африканские саванны не имеют себе равных по численности и разнообразию популяции копытных: многочисленные виды антилоп, зебры и жирафы. Разнообразны птицы, среди которых есть крупные хищники и падальщики (грифы), а также самая крупная из птиц - африканский страус. Среди насекомых много кровососущих, например знаменитая муха цеце. Насекомые наиболее обильны во время влажного сезона, когда гнездится большинство птиц; рептилии же активнее во время сухого сезона. Значительные площади саванн распаханы, здесь выращивают зерновые, хлопчатник, арахис, сизаль, джут, сахарный тростник и другие культуры. В более засушливых местах развито животноводство. Антропогенное воздействие на саванны часто приводит к их опустыниванию.

Степи умеренной зоны расположены там, где выпадает промежуточное между пустынями и лесами количество осадков. Обширные степные пространства занимают внутренние части Евразийского и Североамериканского континентов, юг Южной Америки и Австралию.

Основные типы травянистых сообществ умеренного пояса :

а) Высокотравные и низкотравные прерии - степные равнины Северной Америки, в прошлом покрытые высокотравной растительностью с преобладанием злаков: ковыль, бородач, бизонова трава. Прерии во многом напоминают степи, но протягиваются не в широтном, а в долготном направлении вследствие континентального климата во внутренних частях Канады и США, между Скалистыми горами на западе и смешанными и широколиственными лесами приатлантической части материка на востоке. Прерии распаханы под пшеницу, кукурузу, а на орошаемых землях юга - хлопчатник;

б) Пампы Южной Америки - представляют собой травянистую злаковую растительность на плодородных красновато-черных почвах, формирующихся на вулканических породах. Она состоит из южноамериканских видов тех родов злаков, которые широко распространены в Европе в степях умеренного пояса (ковыля, бородача, овсяницы). С лесами Бразильского нагорья пампа связана переходным типом растительности, близким к лесостепи, где травы сочетаются с зарослями вечнозеленых кустарников. Растительность пампы подверглась наиболее сильному истреблению и в настоящее время почти полностью замещена посевами пшеницы и других культурных растений.

в) Вельды Южной Африки - равнинные луга, расположенные на довольно высоких нагорьях. Вельды простираются до скалистых Драконовых гор.

г) Степи - равнины, поросшие травянистой растительностью, в умеренных и субтропических зонах северного и южного полушария. Характерной особенностью степей является практически полное отсутствие деревьев (не считая искусственных насаждений и лесополос вдоль водоёмов). Климат степных регионов, как правило, находится в диапазоне от умеренно-континентального до континентального и характеризуется очень жарким летом и холодной зимой. Значительная часть степных территорий распахана.

Лесные экосистемы . Сезонные тропические леса, в том числе муссонные леса тропической Азии, произрастают в областях с влажным тропическим климатом, где выражен сухой сезон, во время которого некоторые или все деревья теряют листву. Ключевым фактором здесь являются строгие сезонные колебания в выпадении довольно обильных в течение года осадков. По своему видовому богатству сезонные тропические леса занимают второе место после дождевых лесов. Тропические дождевые леса встречаются в трех главных областях: 1) бассейны Амазонки и Ориноко в Южной Америке и Центральноамериканский перешеек; 2) бассейны Конго, Нигера и Замбези в Центральной и Западной Африке и Мадагаскар; 3) области Индо-Малайская и Борнео - Новая Гвинея. Эти области отличаются друг от друга по видовому составу, но сходны по структуре и экологии лесов. Различия в температуре между зимой и летом выражены не столь сильно, как между ночью и днем. Сезонная периодичность размножения и других жизненных функций растений и животных в значительной степени связана с колебаниями количества осадков или же регулируется внутренними ритмами. Дождевой лес характеризуется очень сильно выраженной ярусностью. Деревья обычно формируют три яруса: 1) редкие очень высокие деревья, которые возвышаются над общим уровнем полога; 2) полог, образующий сплошной вечнозеленый покров на высоте 25-30 м; 3) нижний ярус, который становится густым только там, где имеются просветы. Число видов растений очень велико. Большая доля животных обитает в верхних ярусах растительности. Кроме древесных млекопитающих здесь в изобилии встречаются хамелеоны, игуаны, древесные змей, лягушки и птицы. Важную экологическую роль играют муравьи и прямокрылые, а также бабочки. Основной источник пищи животных в тропических лесах - плоды и термиты.

В горных районах тропиков расположен горный дождевой лес. По мере продвижения в горы лес становится все более низкорослым. Еще одна разновидность дождевого леса встречается вдоль берегов затапливаемых речных долин; это так называемый галерейный лес, или прибрежный лес.

Листопадные леса умеренных широт занимают области с большим количеством распределенных осадков и умеренной температурой, для которой характерны четкие сезонные колебания. Первоначально умеренные листопадные леса покрывали весь восток Северной Америки, всю Европу, часть Японии и Австралии. Животное население первоначальных лесов Северной Америки представлено виргинским оленем, медведем, серой и черной белкой, серой лисицей, рыжей рысью и дикой индейкой.

Листопадные леса умеренной зоны представляют собой наиболее важные биотические области мира, так как именно в этих районах цивилизация достигла наибольшего развития. В результате этот биом сильно изменился под влиянием человеческой деятельности, его большая часть замещена культурными сообществами или сообществами лесных опушек.

Листопадные леса Западной Европы относительно бедны видами. Среди лесов умеренной зоны мира самые богатые видами леса на юге Аппалачей и леса Восточной Азии.

Бореальные хвойные леса (темнохвойная тайга) широким поясом вытянулись через всю Северную Америку и Евразию. Горные районы, занятые таким лесом, встречаются даже в тропиках. Доминирующая жизненная форма представлена здесь хвойными вечнозелеными деревьями, особенно елью, пихтой и сосной. Кустарниковый и травяной ярусы обычно развиты слабо. Семена хвойных служат источником существования многих животных. Как и в тундре, здесь сильно выражены сезонная периодичность и колебания численности многих популяций.

Площадь водных экосистем значительно больше, чем наземных, однако среди них преобладают морские экосистемы, площадь пресноводных экосистем сравнительно невелика.

Особенности водных экосистем:

Биота имеет сравнительно низкое таксономическое разнообразие и представлена в основном водорослями, цианобактериями и низшими животными. Из числа позвоночных существенную роль играют рыбы, реже - млекопитающие, птицы, амфибии и рептилии. Среди продуцентов могут быть макрофиты - сосудистые растения в пресноводных экосистемах, бурые и красные водоросли в морских экосистемах. В составе блока редуцентов - только бактерии;

Пищевые цепи удлинены до 6 звеньев;

Биологическая продукция больше запаса биомассы, так как значительная часть организмов низших трофических уровней живет недолго - дни и недели. Пирамида биомассы имеет форму юлы с максимумом на втором и третьем трофическом уровнях, так как виды растительноядного и плотоядного планктона живут дольше, чем автотрофы-водоросли;

Круговорот элементов питания происходит быстро. Детрит накапливается только в некоторых пресноводных экосистемах, в которых образуется сапропель. Элементы минерального питания в сапропеле консервируются и исключаются из круговорота. В пресноводных экосистемах, исключая такие глубоководные, как озеро Байкал, солнечный свет проходит от поверхности до дна, и потому вся водная толща заселена водорослями-автотрофами. В неглубоких озерах большую роль играют высшие растения - макрофиты, в составе которых различается несколько экологических групп.

Различаются экосистемы эвтрофных и олиготрофных озер. В олиготрофных экосистемах круговорот веществ протекает в основном в водной толще, так как планктонные консументы играют одновременно и роль редуцентов: выделяемый ими фосфор тут же усваивается водорослями. В эвтрофной экосистеме, напротив, значительная часть фитопланктона не усваивается зоопланктоном, оседает на дно и служит пищей детритофагам бентоса. При этом избыточные элементы питания захораниваются в сапропеле, что и вызывает процесс деэвтрофикации водоема.

Морские экосистемы . Различают несколько типов экосистем, соответствующих областям-зонам океана.

Литораль - освобождающаяся от воды во время отлива прибрежная зона. В этих условиях произрастают устойчивые к затоплению и засолению цветковые растения - подорожник морской, астра морская. Животное население литорали представлено большим числом особей моллюсков-литорин, мидий.

Континентальный шельф - зона вдоль берегов до глубины 200 (реже 400) м. С этой областью связаны подводные заросли из ламинарий, достигающих 16 м длины. Эти заросли заселены разнообразными ракообразными, моллюсками, нематодами. Ламинариями питаются морские ежи. С этой зоной связан промысел морской рыбы (сельди, трески, камбалы и др.), ракообразных (крабов, креветок, лангустов) и моллюсков (кальмаров).

Фотический слой пелагиали. Пелагиалью называется толща воды остальной части океана, самая обширная географическая зона планеты, занимающая около 70% площади Мирового океана. Это «пустыня» с низкой биологической продукцией и биомассой. Толщина фотического (светлого) слоя пелагиали во многом определяется географической широтой. В районе экваторая вертикально падающие солнечные лучи пробивают слой воды толщиной 250 м, а в Белом море те же лучи, но падающие под острым углом, способны просветить слой воды не более 25 м. На толщину фотического слоя влияет и фитопланктон, который при массовом развитии может снижать прозрачность воды в 10 раз.

Высокий запас биомассы на континентальном шельфе связан с развитием бурых водорослей, а высокое отношение зоомассы к фитомассе в фотическом слое пелагиали связано с уже отмеченным различием длительности жизни фитопланктона и зоопланктона.

Биосфера – это населенная часть геологической оболочки Земли.

Биосфера – это часть геологической оболочки Земли, свойства которой определяется активностью живых организмов.

Второе определение охватывает более широкое пространство: ведь образовавшийся в результате фотосинтеза атмосферный кислород распределен по всей атмосфере и присутствует там, где нет живых организмов. Биосфера в первом смысле состоит из литосферы, гидросферы и нижних слоев атмосферы – тропосферы . Пределы биосферы ограничены озоновым экраном, находящимся на высоте 20 км, и нижней границей, находящейся на глубине около 4 км.

Биосфера - глобальная экосистема, оболочка Земли, населенная живыми организмами, которая возникла с появлением живых существ в результате эволюционного развития планеты. Она включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы. Учение о биосфере создано академиком В.И. Вернадским ( 1926).

Атмосфера - газообразная оболочка Земли и некоторых других планет, Солнца и звезд. Атмосфера Земли имеет протяженность до 100 км и состоит из тропосферы, стратосферы и ионосферы. На нижней границе стратосферы на высоте 15-35 км свободный кислород превращается в озон (02 -> 03), образующий защитный экран Земли.

Гидросфера - водная оболочка Земли, расположенная между литосферой и атмосферой. Она занимает 70,8% поверхности Земли и включает океаны, моря, реки, озера.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, земная кора, состоящая из осадочных и магматических пород. На ее поверхности образуется почва - особое природное тело, возникшее при.взаимодействии горных пород, воды, воздуха и живых организмов. Литосфера - наиболее насыщенная живым веществом часть биосферы.

Гумус (перегной) - органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков организмами-редуцентами. Количество гумуса - показатель плодородия почвы. Мощность гумусового горизонта в подзолистых почвах - 5-10 см, в черноземных - 1-1,5 м при содержании гумуса до 30%.

Мелиорация почвы - улучшение свойств почвы с целью повышения ее плодородия. Различают такие виды мелиорации , как гидротехническая - осушение, орошение, промывка засоленных почв; химическая - известкование, гипсование, окисление; физическая - пескование, глинование; агролесомелиорация - посадка лесных полос, и др.

Ландшафт - общий вид местности. Ландшафты бывают естественными (озерный, горный, лесной) и созданными человеком (поля, сады, парки, водохранилища, заводы, города). В искусственных ландшафтах большое значение имеет озеленение, так как оно влияет на состав воздуха, воды, уровень шума. Большое значение имеет сохранение естественного ландшафта при застройке городов, добыче строительного материала (галька, щебень, песок), особенно на берегах рек и морей.

Природные ресурсы - полезные ископаемые, источники энергии, почва, водные пути и водоемы, минералы, леса, дикорастущие растения, животный мир суши и акватории, генофонд культурных растений и домашних животных, живописные ландшафты, оздоровительные зоны и т. д.:

Исчерпаемые ресурсы :

невозобновимые - нефть, каменный уголь, другие полезные ископаемые;

возобновимые - почва, растительность, животный мир, осадочные породы (соли), темпы расхода которых должны соответствовать темпам их восстановления, иначе они исчезнут.

Неисчерпаемые - это космические, климатические и водные ресурсы (но и они во многом зависят от состояния атмосферы, гидросферы и биосферы в целом).

Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, где рассматриваются компоненты биосферы, ее границы, функции живого вещества и эволюция биосферы. Академик В.И. Вернадский впервые показал огромную биогеохимическую роль растений, животных и микроорганизмов в формировании биосферы. В структуре биосферы он выделял следующие компоненты :

живое вещество (совокупность живых организмов на планете); во все геологические эпохи живое вещество, преобразуя и аккумулируя солнечную энергию, влияло на химический состав земной коры, было мощной геохимической силой, формирующей лик Земли;

косное (неживое) вещество (атмо-, гидро-, литосфера и их составляющие - газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами);

неживое биогенное вещество , создающееся в процессе жизнедеятельности организмов современной и прошлых геологических эпох (ископаемые остатки организмов, нефть, уголь, газы атмосферы, озерный ил - сапропель, осадочные породы, например, известняки);

биокосное вещество - результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почва, вода обитаемых водоемов, глинистые минералы).

Биосфера имеет определенные границы, которые совпадают с границами распространения живых организмов в оболочках Земли, что определяется наличием условий существования жизни (благоприятный температурный режим, уровень радиации, достаточное количество воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа). Верхняя граница биосферы находится на высоте 15-20 км от поверхности Земли, проходит в стратосфере и определяется озоновым экраном, задерживающим губительные для живого ультрафиолетовые лучи солнечного света. Основная масса живых организмов находится в нижней воздушной оболочке - тропосфере. Наиболее населена самая нижняя часть тропосферы (50-70 м). Нижняя граница жизни проходит по литосфере на глубине 3,5-7,5 км. Жизнь сосредоточена в основном в верхней части литосферы - в почве и на ее поверхности.

В разных частях биосферы плотность жизни неодинакова. Наибольшее количество организмов находится у поверхности литосферы и гидросферы. Содержание биомассы изменяется также по зонам. Максимальную плотность имеют тропические леса, незначительную - льды Арктики, высокогорные области, пустыни.

Продуктивность биосферы - общий прирост биомассы Земли за 1 год. Ежегодная первичная продукция растений составляет 170 109 т (сухая масса) и заключает около 300- 500 1021 Дж энергии. Наибольшая часть этой продукции приходится на долю растительных сообществ суши - 117 109. Продукция животных (вторичная) составляет 3934 106 т, из них около 909 106 т - на суше и 3025 106 т - в Мировом океане.

Биомасса Земли - совокупность всех живых организмов (живого вещества) планеты. Выражается в единицах массы или энергии, отнесенной к единице площади или объема. Биомасса Земли достигает примерно 2,423 1012 т, из которых на биомассу зеленых растений суши приходится 97%, а на биомассу животных и микроорганизмов - 3%. Биомасса составляет 0,01% от массы земного шара.

Биомасса Мирового океана - совокупность всех живых организмов, населяющих гидросферу (2/3 поверхности Земли). Биомасса их в 1000 раз меньше, чем биомасса обитателей суши, и составляет 3,9 ? 109 т, так как использование солнечной энергии в воде достигает 0,04%, а на суше - 0,1-2,0%.

Живое вещество биосферы - совокупность живых организмов (биомассы) Земли - представляет собой открытую систему, для которой характерны рост, размножение, распространение, обмен веществ и энергии с внешней средой, накопление энергии и передача ее в цепях питания. Живое вещество в биосфере выполняет различные биогеохимические функции, благодаря чему обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и в итоге целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование. Важнейшие функции :

Энергетическая - накопление и преобразование растениями солнечной энергии в ходе фотосинтеза (бактерии-хемоавтотрофы преобразуют энергию химических связей) и передача ее по пищевым цепям: от продуцентов - к консументам и далее к редуцентам. При этом энергия постепенно рассеивается, но часть ее вместе с остатками организмов переходит в ископаемое состояние, «консервируется» в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

Газовая - постоянный газообмен с окружающей средой в процессе дыхания и фотосинтеза (зеленые растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, в то же время большинство живых организмов (и растения в том числе) в процессе дыхания используют кислород, выделяя в атмосферу углекислый газ). Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная - обмен веществ и энергии, фотосинтез (микроорганизмы в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов, участвуя в образовании полезных ископаемых, например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию осадочных пород - железных руд; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы).

Концентрационная функция - биогенная миграция атомов, которые концентрируются в живых организмах, а после их отмирания переходят в неживую природу (способность живых организмов накапливать различные химические элементы, например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод и кальций, в скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния). Осуществление данной функции способствовало образованию залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Эволюция биосферы . В.И. Вернадский в своих работах подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы - это история возникновения жизни на Земле. Развитие биосферы идет вместе с эволюцией органического мира - изменяется состав ее компонентов, расширяются границы и т. д. Ученый еще в начале XX в. указал на возрастающее влияние человека на ход эволюции биосферы, предугадал многие тенденции воздействия человека на природу и ввел понятие ноосферы как «разумной оболочки» Земли.

Для перехода биосферы в ноосферу необходимо познать законы строения и развития биосферы и выработать новые принципы нравственности и поведения людей для поддержания стабильного и прогрессивного развития нашей планеты.

Глобальные изменения в биосфере. Охрана растительного и животного мира

Антропогенное воздействие на биосферу . Человек всегда использовал окружающую среду как источник ресурсов, однако с конца прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности создают угрозу существованию биосферы и самого человека. Последствия антропогенной деятельности проявляются в истощении природных ресурсов, загрязнении биосферы отходами производства, изменении климата и структуры поверхности Земли, нарушении природных биогеохимических циклов, разрушении природных экосистем.

Загрязненность - наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качество среды. Экологическое действие загрязняющих агентов на организменном уровне приводит к нарушению отдельных физиологических функций организмов, изменению их поведения, снижению темпов роста и развития, устойчивости к воздействиям иных неблагоприятных факторов внешней среды. На уровне популяций загрязнение может вызывать изменения их численности и биомассы, рождаемости, смертности, структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств. На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ, происходит деградация экосистем.

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин - извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение - результат деятельности человека.

Загрязняющие вещества, возникшие в результате хозяйственной деятельности человека, и их влияние на среду очень разнообразны. Это соединения углерода, серы, азота, тяжелые металлы, различные органические вещества, искусственно созданные материалы, радиоактивные элементы и др. Каждый загрязнитель оказывает определенное отрицательное воздействие на природу. Законодательство устанавливает для каждого загрязняющего вещества предельно допустимый сброс (ПДС) и предельно допустимую концентрацию (ПДК) в природной среде. Предельно допустимый сброс (ПДС) - масса загрязняющего вещества, выбрасываемого отдельными источниками за единицу времени, превышение которой приводит к неблагоприятным последствиям в окружающей среде или опасно для здоровья человека. Предельно допустимая концентрация (ПДК) - количество вредного вещества в окружающей среде, которое не оказывает отрицательного воздействия на здоровье человека или его потомство при постоянном или временном контакте с ним. При определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие на животных, растения, грибы, микроорганизмы, природное сообщество в целом.

Кроме загрязнения среды, антропогенное воздействие выражается в истощении природных ресурсов биосферы . Огромные масштабы использования природных ресурсов привели к значительному изменению ландшафтов в ряде регионов. До определенного уровня биосфера способна к саморегуляции, что позволяет свести к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддерживать равновесие. Происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты, возникают необратимые процессы, приводящие к экологическим катастрофам.

Загрязнение атмосферы. Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара - газовая смесь азота (78,09%) и кислорода (20,95%), а также аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%), инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Выброс в атмосферу промышленных газов, включающих такие соединения, как окись углерода СО (угарный газ), окислы азота, серы, аммиака и других загрязнителей, приводит к угнетению жизнедеятельности растений и животных, нарушениям обменных процессов, отравлению и гибели живых организмов.

Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, сопровождающееся ростом количества аэрозоля (мелких частиц пыли, сажи, взвесей растворов некоторых химических соединений) и чрезмерным поглощением воздухом теплового излучения Земли, приводит к «парниковому эффекту » - увеличению средней температуры атмосферы планеты на несколько градусов. Определенную роль в создании «парникового эффекта» играет и тепло, выделяющееся от ТЭЦ и АЭС. Потепление климата может привести к интенсивному таянию ледников полярных областей, повышению уровня Мирового океана, изменению его солености, температуры, затоплению прибрежных низменностей.

Кислотные дожди , вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. Установлено, что хвойные породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чем широколиственные. Только на территории нашей страны общая площадь лесов, пораженных промышленными выбросами, достигла 1 млн га.

Истощение озонового слоя атмосферы, являющегося защитным экраном от ультрафиолетового излучения, губительного для живых организмов, происходит над полюсами планеты - Антарктидой и Арктикой, где появились так называемые озоновые дыры. Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей и аэрозолей.

Загрязнение природных вод - снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления в них вредных веществ (нефть и нефтепродукты, бытовые (канализационные) и промышленные сточные воды, содержащие свинец, ртуть, мышьяк, обладающие сильным токсическим действием, синтетические вещества, используемые в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве, сельскохозяйственные стоки, содержащие значительные количества остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля, ядохимикаты и др.) Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья. Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой и воздухом. Оседая на дно, нефть попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов.

Запасы воды истощаются также из-за чрезмерного забора вод рек на орошение. Одним из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия Часто сбрасывают подогретую воду в водоем, что приводит к повышению в нем температуры воды и бурному размножению болезнетворных микроорганизмов и вирусов. Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.

Загрязнение почвы . В результате развития хозяйственной деятельности человека происходят загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение. Громадные площади плодородных земель погибают при горно-промышленных работах, строительстве предприятий и городов. Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводят к возникновению эрозии почвы - разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы (ртуть, свинец) и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты - стойкие органические соединения, применяемые в сельском хозяйстве. Они накапливаются в почве, воде, донных отложениях водоемов и включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных и в итоге попадают с пищей в организм человека.

Радиационные загрязнения имеют существенное отличие от других. Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, испускающие заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человека, разрушают клетки, вследствие чего возникает лучевая болезнь.

В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и человек, как и все живые организмы, всегда подвергался естественному облучению. Внешнее облучение происходит за счет излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, находящихся в окружающей среде. Внутреннее облучение создается радиоактивными элементами, попадающими в организм человека с воздухом, водой и пищей. В настоящее время радиоактивные элементы достаточно широко используются в различных областях. Халатное отношение к хранению и транспортировке этих элементов приводит к серьезным радиоактивным загрязнениям. Радиоактивное заражение биосферы связано, например, с испытаниями атомного оружия, авариями на АЭС. Большую опасность для окружающей среды представляет складирование и хранение радиоактивных отходов военной промышленности и атомных электростанций.

Массовое уничтожение лесов влечет за собой гибель богатейших флоры и фауны.

Таким образом , из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может привести к необратимым процессам и поставить вопрос о возможности жизни на планете. Это связано с развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности человека без учета возможностей биосферы Земли. Уже сейчас перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, требующие незамедлительного решения.

Экологический прогноз - предсказание поведения природных систем, определяемое естественными процессами и воздействием на них человека. Прогнозы бывают глобальные (общепланетарные) и локальные (для небольшой территории), на ближайшее время и на 100-120 лет вперед. С учетом данных прогноза проводятся мероприятия по охране водоемов, почвы, растительности, животного мира от загрязнения, уничтожения, по сохранению видового состава.

Защита природной среды от загрязнения - система мероприятий, направленных на устранение отрицательного влияния человека, которое выражается в выбросах ядовитых газов, загрязнении воды, применении гербицидов, пестицидов, горючих материалов, радиоактивных веществ, интенсивных шумов, атомного сырья.

Охрана окружающей среды - охрана среды, в которой живет человечество, и природных объектов этой среды. Существует Международная программа, созданная в 1973 г. ООН (ЮНЕП), посвященная острым проблемам современного состояния окружающей среды: борьбе с опустыниванием, охране Мирового океана, почвенного покрова, дождевых тропических лесов, источников пресной воды и т. д. Природоохранные мероприятия по сохранению видового состава планеты связаны с созданием Красной книги и охраняемых природных территорий.

Красная книга - список находящихся в опасности, редких и исчезающих видов растений и животных.

Черный список - международный список вымерших видов животных и растений, от которых остались лишь чучела, скелеты и тушки, рисунки, гербарии, находящиеся в музеях.

Сейчас на Земле скорость вымирания видов в несколько тысяч раз превышает ту, которая существовала бы в условиях нетронутой природы.

Заповедники - участки территории суши или воды, полностью исключенные из всех видов хозяйственного использования, где естественные ландшафты сохраняются в ненарушенном состоянии.

Заказники - участки территории суши или воды, где временно запрещается использование определенных видов природных ресурсов. Срок действия заказников - 5-10 лет.

Национальные парки - территории, исключенные из хозяйственной эксплуатации с целью сохранения природных комплексов, имеющих особую экологическую, историческую, эстетическую ценность, а также используемые для отдыха и в культурных целях.

Тематические задания

А1. Главная особенность биосферы:

1) наличие в ней живых организмов

2) наличие в ней неживых компонентов, переработанных живыми организмами

3) круговорот веществ, управляемый живыми организмами

4) связывание солнечной энергии живыми организмами

А2. Залежи нефти, каменного угля, торфа образовались в процессе круговорота:

1) кислорода

2) углерода

4) водорода

А3. Найдите неверное утверждение. Невосполнимые природные ресурсы, образовавшиеся в процессе круговорота углерода в биосфере:

2) горючий газ

3) каменный уголь

4) торф и древесина

А4. Бактерии, расщепляющие мочевину до ионов аммония и углекислого газа, принимают участие в круговороте

1) кислорода и водорода

2) азота и углерода

3) фосфора и серы

4) кислорода и углерода

А5. В основе круговорота веществ лежат такие процессы, как

1) расселение видов

3) фотосинтез и дыхание

2) мутации

4) естественный отбор

А6. Клубеньковые бактерии включают в круговорот

3) углерод

4) кислород

А7. Солнечная энергия улавливается

1) продуцентами

2) консументами первого порядка

3) консументами второго порядка

4) редуцентами

А8. Усилению парникового эффекта, по мнению ученых, в наибольшей степени способствует:

1) углекислый газ

3) двуокись азота

А9. Озон, который образует озоновый экран, формируется в:

1) гидросфере

2) атмосфере

3) в земной коре

4) в мантии Земли

А10. Наибольшее количество видов находится в экосистемах:

1) вечнозеленых лесов умеренного пояса

2) влажных тропических лесов

3) листопадных лесов умеренного пояса

А11. Наиболее опасной причиной обеднения биологического разнообразия – важнейшего фактора устойчивости биосферы – является

1) прямое истребление

2) химическое загрязнение среды

3) физическое загрязнение среды

4) разрушение мест обитания

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

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

Размещено на http://www.allbest.ru/

биосфера баланс экологический

1. Природные системы, составляющие биосферу

1. Экосистема, или экологическая система -- биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии. Экосистема -- сложная (по определению сложных систем Л. Берталанфи) самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, Таковыми не являются аквариум или трухлявый пень. Данные биологические системы (естественные или искусственные) не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми (аквариум), если перестать регулировать условия и поддерживать характеристики на одном уровне, достаточно быстро она разрушится. Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии (пень), а являются лишь частью большей системы. Такие системы следует называть сообществами более низкого ранга, или же микрокосмами. Иногда для них употребляют понятие -- фация (например, в геоэкологии), но оно не способно в полной мере описать такие системы, особенно искусственного происхождения. В общем случае в разных науках понятию «фация» соответствуют различные определения: от систем субэкосистемного уровня (в ботанике, ландшафтоведении) до понятий, не связанных с экосистемой (в геологии), либо понятие, объединяющее однородные экосистемы (Сочава В.Б.), или почти тождественное (Берг Л.С., Раменский Л.Г.) определению экосистемы.

Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы -- поток энергии солнечного света, который является следствием термоядерной реакции, -- в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем: «чёрных» и «белых» курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций.

Пример экосистемы -- пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы -- лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

Понятие «геосистема» в советскую науку ввёл академик Сочава. Поскольку практически все географические науки в той или иной степени занимаются вопросами взаимодействия компонентов природной среды, существует довольно много понятий, близких к понятию геосистемы.

Геосистема -- относительно целостное территориальное образование, формирующееся в тесной взаимосвязи и взаимодействии природы, населения и хозяйства, целостность которого определяется прямыми, обратными и преобразованными связями, развивающимися между подсистемами геосистемы. Каждая система обладает определенной структурой, которая формируется из элементов, отношений между ними и их связей с внешней средой. Элемент -- это основная единица системы, выполняющая определенную функцию. В зависимости от масштаба («уровня разрешения»), элемент на определенном уровне представляет собой неделимую единицу. При увеличении уровня разрешения исходный элемент утрачивает свою автономность и становится источником элементов новой системы (подсистемы). Такой подход наиболее важен в географии, оперирующей территориальными системами разных масштабов.

2. Разнообразие типов систем как условия сохранения экологического равновесия

Наиболее важными критериями состояния природной среды сегодня стали системные показатели. Они подразделяются на ландшафтные и экологические. Ландшафтные критерии вытекают из методологии ландшафтного планирования, в рамках которого разработаны представления о емкости ландшафта, структурной сложности и показателях его нарушенности. Среди экосистемных критериев выделяются показатели нарушенности сукцессионного процесса -- закономерного изменения видового разнообразия, спектра жизненных форм, биомассы, продуктивности, накопления отмершей органики, биогенного круговорота в целом. «Неблагополучное состояние» характеризуется существенным отклонением экосистемных параметров от нормального развития. «Экологическое бедствие» (экологический кризис) характеризуется необратимым ретроградным развитием экосистемы. Понятие «устойчивость экологическая» подразумевает способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов. Нередко «устойчивость экологическая» рассматривается как синоним экологической стабильности. Устойчивость экосистем не может быть сохранена и обеспечена, если будет нарушен закон внутреннего динамического равновесия. Под угрозой будет не только качество природной среды, но и существование всего комплекса природных компонентов в необозримом будущем.

Закон внутреннего динамического равновесия действует как регулятор нагрузок на окружающую среду при условии, что не нарушены «баланс компонентный» и «баланс крупных территорий». Именно эти «балансы» являются нормами рационального природопользования, это они должны лежать в основе разработки мероприятий по охране окружающей среды в строительстве и реставрации.

Суть этого закона состоит в том, что природная система обладает внутренней энергией, веществом, информацией и динамическим качеством, связанными между собой настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает в других или в том же, но в другом месте или в другое время, сопутствующие функционально-количественные перемены, сохраняющие сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических показателей всей природной системы. Это и обеспечивает системе такие свойства как сохранение равновесия, замыкание цикла в системе и ее «самовосстановление», «самоочищение». Естественное равновесие -- одно из самых характерных свойств живых систем. Оно может не нарушаться при антропогенном влиянии и переходить в равновесие экологическое. «Равновесие экологическое» -- это баланс естественных или измененных человеком средообразующих компонентов и природных процессов, приводящий к длительному (условно-бесконечному) существованию данной экосистемы. Различают компонентное экологическое равновесие, основанное на балансе экологических компонентов внутри одной экосистемы, и ее территориальное экологическое равновесие. Последнее возникает при некотором соотношении интенсивно (агроценозы, урбокомплексы и пр.) или экстенсивно (выпасы, естественные леса и пр.) эксплуатируемых и неэксплуатируемых (заповедники) участков, обеспечивающем отсутствие сдвигов в экологическом балансе крупных территорий в целом. Обычно этот тип равновесия учитывается при расчете «экологической емкости территории».

3. Структура и свойства гео- и экосистем

Структура и свойства геосистем.

Каждый элемент системы и система в целом характеризуется определенными свойствами. Адекватное познание системы зависит от цели конкретного исследования и определения на этой основе множества наиболее существенных свойств. Исчерпывающе описать систему только через свойства невозможно, в связи с чем важной задачей любого системного исследования является определение ограниченного, конечного множества свойств. Это же относится к отношениям между элементами системы.

Геосистемы обладают огромным количеством свойств. Главными из них являются:

а) целостность (наличие единой цели и функции);

б) эмерджентность (несводимость свойств системы к сумме свойств отдельных элементов);

в) структурность (обусловленность поведения системы ее структурными особенностями);

г) автономность (способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, то есть состояние с низкой энтропией);

д) взаимосвязанность системы и среды (система формирует и проявляет свои свойства только в процессе взаимодействия с внешней средой);

е) иерархичность (соподчиненность элементов системы);

ж) управляемость (наличие внешней или внутренней системы управления);

з) устойчивость (стремление к сохранению своей структуры, внутренних и внешних связей);

и) множественность описаний (в силу сложности систем и неограниченного количества свойств их познание требует построения множества моделей в зависимости от цели исследования);

к) территориальность (размещение в пространстве -- это главное свойство систем, рассматриваемое географией);

л) динамичность (развитие систем во времени); сложность (качественные и количественные различия ее элементов и атрибутов).

Структура и свойства экосистем.

В экосистеме можно выделить два компонента -- биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества -- консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 -- 1 %, редко 3 -- 4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом.

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

Климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;

Неорганические вещества, включающиеся в круговорот;

Органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;

Продуценты -- организмы, создающие первичную продукцию;

Макроконсументы, или фаготрофы, -- гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

Микроконсументы (сапротрофы) -- гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

Биофаги -- организмы, поедающие других живых организмов,

Сапрофаги -- организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Данное разделение показывает временно-функциональную связь в экосистеме, фокусируясь на разделении во времени образования органического вещества и перераспределении его внутри экосистемы (биофаги) и переработки сапрофагами. Между отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет.

Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и времени и образуют единую структурно-функциональную систему.

4. Признаки нарушения баланса в биосфере

На всем протяжении истории человечества воздействие общества на природу развивалось не как простой линейный процесс. Напряженная, а в ряде случаев критическая экологическая ситуация сложившаяся во второй половине нынешнего века, - это сигнал о наступлении новой фазы во взаимодействии общества и природной среды. Литосфера (твердая оболочка Земли), и особенно ее верхняя часть, стала объектом наиболее чувствительных антропогенных нагрузок. Это результат вторжения человека в область земных недр; производимых им изменений рельефа местности и природных ландшафтов; как вынужденных, так и неоправданных изъятий из сельскохозяйственного оборота земель; разрушения и загрязнения почвенного покрова, опустынивания и других процессов.

Велики потери почвенных ресурсов. Общая площадь утраченных для мирового сельского хозяйства обрабатываемых земель достигла за всю историю человечества 20 000000 квадратных километров, что больше площади всей пашни, используемой в настоящее время (около 15 000 000 квадратных километров). Различные формы почвенной деградации, связанной с антропогенными факторами, представляют собой наиболее крупный источник потерь. От 30% до 80% орошаемых земель в мире страдают от засоления, выщелачивания, заболачивания. На 35% обрабатываемых земель эрозионные процессы превышают почвообразовательный процесс. Каждые 10 лет мировые потери верхнего слоя почвы составляют 7%.Крупной мировой проблемой стал процесс опустынивания, то есть наступления пустынь на культурные агробиоценозы. Опустынивание - результат неправильного ведения хозяйства (уничтожение древесной растительности, пере эксплуатация земель и т.д.). Опустынивание наблюдается в 100 странах мира. Ежегодно из-за этого теряется 6 000 000 гектаров сельхоз. угодий. При сохранении нынешних темпов за 30 лет это явление охватит территорию равную по площади Саудовской Аравии. Объем потерь продукции в масштабе всего мира оценивается в 26 000 000 000 $ в год. Напрашивается вывод о переходе человечества в большей части мира к новой, расточительной системе земледелия, при которой выпадающие из сельхоз. оборота земли обратно не возвращаются либо в силу их полной деградации и утери восстановительных свойств, либо из-за иных форм их нерационального использования.

Площадь потенциально пригодных для нового использования земель не велика - примерно 12 000 000 квадратных километров. Расположены они очень неравномерно: главным образом в Латинской Америке, Африке, СССР. В Северной Америке, в Западной Европе, на Ближнем и Дальнем Востоке, в Океании потенциал расширения исчерпан. В ближайшие 50 лет этот ресурс будет служить вместо увеличения площади обрабатываемых земель всего лишь восполнению земель, выпавших из сельхоз. оборота. Если учесть реальную возможность удвоения на грядущие 50 лет общей численности населения мира, то становится понятной острота проблемы обеспечения человечества продовольствием.

Сравнительно новым явлением, приобретающем все более глобальный характер, становится загрязнение литосферы (в частности, почв, подземных вод), а также интенсивное использование подземной среды (захоронение отходов, складирование нефти, газа, проведение ядерных испытаний, строительство подземных сооружений и т.д.). Это вызывает разного рода неблагоприятные последствия. Эксплуатация минеральных богатств литосферы достигла гигантских масштабов. На каждого жителя планеты добывается примерно 20 тонн минерального сырья в год. Извлечение ежегодно 80 миллиардов тонн рудных и не рудных материалов из недров сопровождается многочисленными формами нарушения и даже коренного изменения рельефа земной поверхности и ландшафта. За 150 лет горные работы привели к образованию отвалов объемом 100 кубических километров и карьеров объемом 40-50 кубических километров. Один из ценнейших ресурсов литосферы - подземные воды. Большая часть запасов пресной воды на Земле, не считая ледников, приходится на подземные воды. Объем сравнительно легкодоступных подземных вод (до глубины 800 метров) оценивается в 300 000 кубических километров.

В 1980 году человечество использовало для своих нужд 2,6 - 3 тысяч кубических километров пресной воды. В последнее время интерес к подземным водам возрос: они являются наиболее экономичным водным ресурсом (они не нуждаются в дорогостоящих средствах доставки), а также позволяют осваивать территории, где запасы поверхностных вод крайне ограничены. Вместе с тем существует опасность качественного истощения подземных вод в связи с расширяющейся практикой подземного захоронения (включая весьма глубокие горизонты) загрязняющих отходов производства, в том числе наиболее токсичных и радиоактивных.

Атмосфера претерпевает антропогенные изменения коренного характера: модифицируются ее свойства и газовый состав, возрастает опасность разрушения ионосферы и стратосферного озона; повышается ее запыленность; нижние слои атмосферы насыщаются вредными для живых организмов газами и веществами промышленного происхождения. Нарушение газового состава атмосферы происходит в следствии того, что выбросы техногенных газов и веществ, достигающие многих миллиардов тонн в год, сопоставимы с их поступлением из природных источников, либо даже превосходят их. Двуокись углерода (углекислый газ) - один из главных компонентов газового состава атмосферы, который играет важную роль не только в жизнедеятельности человека, растений и животных, но и в выполнении атмосферной функции предохранения подстилающей поверхности от перегрева и от переохлаждения.

Хозяйственная деятельность нарушила естественный баланс выделения и ассимиляции CO 2 в природе, в результате чего его концентрация в атмосфере увеличивается. За 26 лет с 1959 года по 1985 год содержание углекислого газа увеличилось на 9%. Некоторые важные элементы кругооборота CO 2 еще не до конца познаны наукой. Не ясны количественные связи концентрации его в атмосфере с мерой его способности задерживать обратное излучение в космос тепла, получаемого от Солнца. Тем не менее рост концентрации CO 2 свидетельствует о глубоком нарушении глобального равновесия в биосфере, что в сочетании с другими нарушениями может иметь очень серьезные последствия. Расширяются масштабы нарушения баланса кислорода в атмосфере.

В ходе эволюции биосферы в ее газовой оболочке сформировалась и накопилась огромная масса свободного кислорода (1,18 * 1015 тонн), которая длительное время оставалась постоянной (продуцируемой растениями ежегодный приход кислорода в атмосферу расходуется на естественные окислительные процессы). Современное человечество грубо вторгается в этот кругооборот, потребляя ежегодно за счет сжигания минерального и органического топлива 20 000 000 000 тонн атмосферного кислорода. Такая форма "проедания" не возобновляемого ресурса природы несет в себе источник опасных в будущем экологических конфликтов.

При ежегодном росте добычи горючих ископаемых в 5% содержание свободного кислорода через 160 лет снизится на 25% - 30% и достигнет критической для человечества величины. Многие техногенные вещества, попадающие в воздушную среду городов являются опасными загрязнителями. Они наносят ущерб здоровью людей, живой природе, материальным ценностям. Некоторые из них в силу длительного существования в атмосфере переносятся на большие расстояния, из -за чего проблема загрязнения превращается из локальной в международную. В основном это касается загрязнений окислами серы и азота. Быстрое накопление этих загрязнителей в атмосфере северного полушария (годовой прирост 5%) породило такое явление, как кислые и подкисленные осадки. Они подавляют биологическую продуктивность почв и водоемов, особенно тех из них, которые обладают собственной высокой кислотностью. В последние десятилетия внимание привлекла к себе проблема стратосферного озона, выполняющего роль экрана для всех живых существ от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца. Озону угрожает опасность в результате попадания в верхние слои окислов азота (в следствии полетов сверхзвуковых реактивных самолетов), а также производства фторхлоуглеродов (фреонов).

Исследование этой проблемы методом моделирования приводит к выводу о сокращении озона в стратосфере на 10%. Инструментальные измерения констатируют лишь периодические разнонаправленные флуктуации и не позволяют сделать вывод о его истощении. Тем не менее, тот факт, что человечество способно подорвать этот важный ресурс жизнеобеспечения, обнаружение над Антарктидой периодически появляющейся "озоновой дыры" - все это говорит о серьезности проблемы.

Чрезвычайно крупное явление, затрагивающее глобальные характеристики атмосферы представляет напыление как следствие антропогенных факторов. Поступление антропогенных взвешенных в воздухе частиц (аэрозолей) достигает ежегодно 1 - 2,6 миллиарда тонн и равно количеству аэрозолей природного происхождения. Запыленность атмосферы за 50 лет увеличилась на 70%. Снижая прозрачность атмосферы аэрозоли ограничивают поступление солнечного тепла. Существует гипотеза о влиянии запыления на климатические изменения в северном полушарии, в частности на похолодание, начавшееся с 40-х годов и на участившиеся климатические аномалии в обще планетарном масштабе.

Запыленность верхних слоев атмосферы чревато нанесением непоправимого урона ионосфере, которая выполняет роль незаменимого ресурса, используемого для дальней радиосвязи. Биота Земли (биологическая оболочка, в которой концентрируется все живое вещество и все формы жизни) испытывает негативные экологические последствия, приводящие к нарушению биохимических циклов, энергетических и термодинамических процессов в биосфере. Сверх того, биота подвергается специфическим стрессам, которые носят глобальный характер. Это в первую очередь процесс видового обеднения животного и растительного мира, нарастания обезлесения планеты.

Несмотря на все усилия, истребление животных и растительности, разрушение естественных ландшафтов приняли катастрофические размеры. Из-за экологической безграмотности и беспечности человека, а порой и варварства в отношениях с живым миром темп вымирания диких животных достиг максимума - один вид в год. Для сравнения с 1600го года по 1950-ый год этот темп составлял 1 вид в 10 лет, а до появления человека на Земле - всего лишь один вид на 100 лет. При этом нет полного представления об исчезновении низших животных - насекомых, моллюсков и других, роль которых в поддержании биологического равновесия в природе очень высока.

Еще более тревожна картина уничтожения растительности. В середине 70-х годов происходило уничтожение одного вида и подвида растений (преимущественно в тропиках) ежедневно. К концу 80-х годов этот показатель прогнозируется равным одному виду в час. А ведь в экологическом отношении исчезновение растений увлекает за собой "в могилу" от 10 до 30 видов насекомых, высших животных и других растений.

По оценкам Международного союза охраны природы (МСОП) на середину 80-х годов примерно 10% цветущих растений (от 20 до 30 тысяч видов и подвидов) относились к числу редких и находились в опасности. В целом же по флоре и фауне, вместе взятым, в соответствии с оценками Всемирного Фонда дикой природы к двухтысячному году "глобальное разнообразие " в природе понизится по меньшей мере на 1/6, что соответствует исчезновению из естественной истории планеты 500 000 видов и подвидов животных и растений.

Обеднение генетического потенциала биоты Земли происходит также в области окультуренных растений и животных. Но здесь причина не в разрушении мест их обитания или чрезмерном потреблении человеком, как это имеет место в отношении дикой флоры и фауны, а в сознательном сокращении сортового и породного разнообразия культурных биологических видов. Особое место в проблематике глобальной экологии занимает сведение лесов на планете, в первую очередь тропических лесов. Ежегодно уничтожается более 11 миллионов гектаров леса. Это чревато при сохранении нынешних темпов их сведения обезлесиванием в ближайшие 30 лет территории равной Индии. Зона лесов в силу стечения исторических, социально экономических и мирохозяйственных обстоятельств превращается в объект массированного экологического разрушения, грозящего не только нарушением природных равновесий на соответствующих территориях, но и общим понижением уровня организации биосферы в целом.

Пагубные последствия сведения тропических лесов определяются помимо прочего тем, что они представляют собой колыбель и кладовую большей части генофонда земной биоты (порядка 40% - 50%), в том числе 100 000 видов высших растений из 250 000 видов. Масштабы сведения тропических лесов огромны, и темп их исчезновения и деградации все больше ускоряется. В настоящее время он составляет 2% в год. Из 16 000 000 квадратных километров Земли, покрытой в первой половине 20-го века тропическими лесами, на конец 70-х годов осталось лишь 9,3 миллиона квадратных километров (сокращение на 42%). Сведены 2/3 лесов в Азии, 1/2 в Африке, до 1/3 в Латинской Америке. Полному сведению, коренному изменению и деградации ежегодно подвергаются 245 000 квадратных километров тропических лесов.

При таких темпах к 2000-му году массив тропических лесов может сократиться на 25%, а последнее дерево может быть срублено через 85 лет. Однако, судя по нарастающему объему экспорта древесины из тропических лесов в Северную Америку, Западную Европу и Японию, освоения занятых этими лесами территорий под пашню и пастбища (в том числе и в больших размерах транснациональными монополиями), а также использование древесины в энергетических целях (от 30% до 95% от общего потребления энергии в развивающихся странах), сроки их уничтожения могут значительно сократиться. Чисто экологические и социально - экономические негативные последствия процесса многочисленны: колоссальные потери влаги, деградация почв и опустынивание, изменение локальных климатических условий, разрушение огромных, неподдающихся оценке природно-экономических ресурсов и так далее.

Обезлесивание тропиков изменит структуру поверхности Земли, увеличит ее отражательную способность (альбедо). А это уже чревато наряду с изменением глобальных баланса газа, воды и энергии последствиями, которые могут привести к дестабилизации климата планеты.

Гидросфера (водная оболочка Земли) подвергается тяжелейшим испытаниям в результате хозяйственного вторжения в водные системы. Реки, озера и моря превращаются в места сброса различных отходов и загрязняющих веществ. Качественное изменение гидросферы (химического состава и свойств водной среды) становится в наше время главным фактором и количественного истощения пресной воды на Земле, а также уничтожения обширного класса биоты - речной, озерной, морской.

В последние два десятилетия проблема ресурсов пресной воды на Земле претерпела резкое изменение: в странах, богатых источниками воды стали появляться признаки водного дефицита. С учетом же стран, традиционно испытывающих в силу природно-географических условий нехватку этого жизненно важного ресурса, налицо картина напряженности водного баланса в обще планетарном масштабе. Взрывной характер этого "обезвоживания" организма Земли объясняется в первую очередь лавинообразным ростом антропогенного загрязнения водоемов и водостоков. Годовой водозабор в мире составлял в начале 80-х годов 4600 кубических километров, или около 12% полного речного стока. Безвозвратный же расход достигал 3400 кубических километров. При таком объеме потребления, казалось бы, нет оснований для беспокойства.

Однако возвратные воды направляются в природу настолько загрязненными, что для их обезвреживания (разбавления) требуется в несколько раз больший объем чистой воды. Наступление водного кризиса не является фатальной неизбежность, поскольку человечество располагает возможностями переломить тенденцию расточительного и антиэкологического водопотребления. Это потребует коренного пересмотра концепции использования в хозяйстве пресных вод, выработки принципиально новой стратегии, перестройки технических, организационных и экономических основ водопользования. Более 70% поверхности Земли занята морями и океанами, что породило миф о том, что они могут бесконечно служить источником обезвреживания и приемником всех видов отходов человеческой деятельности. Суровая реальность развенчала эту опасную иллюзию. Мировой океан при всей своей необъятности уязвим, как любая другая природная система.

Загрязнения, поступающие в мировой океан поколебали в первую очередь естественное равновесие морской среды в прибрежной зоне кон­тинентального шельфа, где сосредоточено 99% всех морских биологических ресурсов, добываемых человеком. Антропогенные загрязнения этой зоны послужили причиной того, что ее биологическая продуктивность понизилась на 20%, а мировой рыбный промысел не досчитался 15 - 20 миллионов тонн улова.

По данным ООН, ежегодно в мировой океан попадает 50 000 тонн пестицидов, 5000 тонн ртути, 10 000 000 тонн нефти и множество других загрязнителей. Количество ежегодно попадающих из антропогенных источников со стоком рек в воды морей и океанов железа, марганца, меди, цинка, свинца, олова, мышьяка, нефти превышает бьем этих веществ поступающих в результате геологических процессов. Дно мирового океана, в том числе и глубоководные впадины, все шире используются для захоронения особо опасных токсических веществ (включая "морально устаревшие" боевые отравляющие вещества), а также радиоактивных материалов. Так, с 1946 по 1970 год США захоронили у Атлантического побережья страны около 90 000 контейнеров с отходами общей радиоактивностью примерно 100 000 кюри, а европейские страны сбросили в океан отходов общей радиоак­тивностью 500 000 кюри. В результате раз герметизации контейнеров наблюдаются случаи опасного заражения вод и природной среды в местах этих захоронений.

Начало космической эры породило проблему сохранения целостности еще одной земной оболочки - космосферы (околоземного космического пространства). Проникновение человека в космос не просто героическая эпопея, это еще и целенаправленная долговременная политика овладения новыми ресурсами природы и естественной средой. Слагаемыми ресурсного потенциала космоса, уже используемого человечеством, либо гипотетического, являются географическое положение, невесомость, вакуум, другие физические свойства этой среды, сильная солнечная радиация, космические излучения, а также и территория, специфические природные условия и минеральные ресурсы небесных тел.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Биологическое разнообразие планеты, функциональные блоки биосферы как самой большой экосистемы; цианеи, растения, бактерии, животные. Основные циклы и кругообороты веществ в биосфере. Глобальные нарушения в результате хозяйственной деятельности человека.

реферат , добавлен 10.01.2010


Антропогенные экологические факторы как факторы, связанные с влиянием человека на окружающую природную среду. Преобладающие загрязнители водных экосистем по отраслям промышленности. Особенности антропогенных систем и антропогенные воздействия на биосферу.

реферат , добавлен 06.03.2009


Трофическая структура экосистем и ее составляющие: продуценты, консументы, детритофаги, редуценты. Разложение живого вещества. Правило Линдемана и особенности его применения. Особо охраняемые природные территории, общие сведения об их правовом статусе.

контрольная работа , добавлен 16.01.2011


Экосистема ­- основная функционирующая единица в экологии. Примеры природных экосистем, основные понятия и классификация, условия существования и видовое разнообразие. Описание круговорота, осуществляемого в экосистемах, специфика динамических изменений.

лекция , добавлен 02.12.2010


Классификация природных экосистем. Лимитирующие факторы водной среды. Система "хищник-жертва". Виды сукцессии. Трофические цепи и сети. Типы экологических пирамид. Функции живого вещества в биосфере. Воздействие человека на круговорот азота и углерода.

презентация , добавлен 26.04.2014


Понятие биосферы, ее компоненты. Схема распределения живых организмов в биосфере. Загрязнение экосистем сточными водами. Преобладающие загрязняющие вещества водных экосистем по отраслям промышленности. Принципы государственной экологической экспертизы.

контрольная работа , добавлен 06.08.2013


Понятие биосферы в учении Вернадского. Особенность цепей питания. Круговорот веществ в природе. Устойчивость экосистем и характерные закономерности сукцессии. Направление антропогенных воздействий на биосферу. Современные представления об охране природы.

реферат , добавлен 25.01.2010


Закон внутреннего динамического равновесия экосистем и его следствия. Виды антропогенных воздействий на природу. Обратная связь взаимодействия человек – биосфера. Закон ограниченности природных ресурсов. Правила "жесткого" и "мягкого" управления природой.

контрольная работа , добавлен 05.05.2009


Состав и свойства биосферы. Функции и свойства живого вещества в биосфере. Динамика экосистем, сукцессии, их виды. Причины возникновения парникового эффекта, подъем Мирового океана как его последствие. Способы очистки выбросов от токсичных примесей.

контрольная работа , добавлен 18.05.2011


Предмет и задачи природопользования. Геохимические и медико-географические особенности природных зон. Типы отношений в биоценозах. Основные уровни организации живых и биокостных систем. Особенности и типы экосистем. Учение В.И. Вернадского о биосфере.

Биосфера (от греч. bios - жизнь, sphaira - шар) - область системного взаимодействия живого и косного вещества планеты. Она представляет собой глобальную экосистему - совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты.

Заслуга создания целостности учения о биосфере принадлежит В. И. Вернадскому. Используя этот термины, он создал науку «биосфера», ввел понятие «живое вещество» - совокупность всех живых организмов, а также отвел живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая деятельность организмов не только в настоящее время, но и в прошлом. Поэтому биосфера - это все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, т. е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Жизнь в биосфере зависит от потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами. Круговороты веществ называются биогеохимическими циклами. Существование этих циклов обеспечивается энергией Солнца. Наглядное представление о путях прохождения энергии дают пищевые цепи. Каждое их звено – это определенный трофический уровень. Первый трофический уровень занимают автотрофы , или продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами , третьего – вторичными консументами и т.д. Продуценты – это растения, цианобактерии (сине-зеленые «водоросли») и некоторые другие типы бактерий. Консументы зависят прямо (травоядные) или косвенно (хищники) от величины чистой первичной продукции как источника энергии и веществ. Прохождение энергии через живое вещество представляет собой путь от света к продуцентам, далее к консументам, а от тех и других – к теплу. Этот путь – поток, а не круговорот, поскольку в виде тепла энергия рассеивается в окружающей среде и не может снова использоваться для фотосинтеза. Таким образом, энергетический поток через живое вещество – это процесс потери накопленной организмами энергии. Поддержание динамического равновесия между биотическим и абиотическим компонентами биосферы является необходимым условием существования всех форм жизни. Воздействие человека на биосферу, сопровождающееся ухудшением качества воды, сведением лесов или выбросом в атмосферу загрязняющих веществ, может создать угрозу жизни на Земле Свойства биосферы .

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Свойства:

1.Биосфера - централизованная система . Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).

2.Биосфера - открытая система . Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

3. Биосфера - саморегулирующаяся система , для которой, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов.

4. Биосфера - система , характеризующаяся большим разнообразием . Это и разные среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу; и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.

5. Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов , обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. Только благодаря круговоротам и наличию неисчерпаемого источника солнечной энергии обеспечивается непрерывность процессов в биосфере и ее потенциальное бессмертие.

структура биосферы .

Биосфера включает в себя:

аэробиосферу - нижнюю часть атмосферы;

гидробиосферу - всю гидросферу;

литобиосферу - верхние горизонты литосферы (твердой земной оболочки).

Биосфера (от греч. bios - жизнь, sphaira - шар) - динамическая планетарная экосистема. Представляет собой своеобразную оболочку Земли, содержащую всю совокупность живых организмов и ту часть неживого вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Объединяет все биогеоценозы (экосистемы) планеты.

По физическим природным условиям биосфера подразделяется на аэробиосферу (нижние слои атмосферы), гидробиосферу (вся гидросфера) и литобиосферу (верхние горизонты литосферы - твердой земной оболочки). Биосфера распространена на несколько километров вверх и вниз от поверхности земли и океана. Верхняя граница теоретически определяется озоновым слоем, нижняя - дном океана и глубиной литосферы около 6000 м (она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков).

Понятие «биосфера» ввел австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 году. В.И. Вернадский создал учение о биосфере. Ввел понятие «живого вещества» и отвел живым организмам роль главных преобразователей планеты.

Все вещество биосферы разделено В.И. Вернадским на четыре категории: косное, живое, биогенное и биокосное.

Косное (неживое) вещество - объекты, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (продукты тектонической деятельности - магматические и метаморфические породы, некоторые осадочные породы).

Живое вещество - образовано совокупностью живых организмов, населяющих нашу планету.

Биогенное вещество - создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности живыми организмами (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и т.д.). Оно концентрирует в себе мощную потенциальную энергию. После его образования живые организмы в биогенном веществе малодеятельны.

Биокосное вещество - особое вещество, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, кора выветривания, природные воды). Живые организмы играют ведущую роль в поддержании свойств биокосных веществ. Так, вода, лишенная жизни и ее производных (кислорода, углекислоты и т.п.), в условиях земной поверхности является телом химически малодеятельным, инертным.

В настоящее время живое вещество включает и другие типы вещества, такие как радиоактивное вещество - атомы радиоактивных элементов (уран, торий, радий, радон и др.); атомы веществ, рассеянных в природе - отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (молибден, кобальт, цинк, медь, золото и др.); вещество космического происхождения - вещество, поступающее на Землю из космоса (метеориты, космическая пыль).

Жизнь в биосфере распространена неравномерно, мозаично. Она слабо выражена в холодных и жарких пустынях, высоко в горах, в центрах океанов. Высокая концентрация, богатство и разнообразие жизни присущи областям раздела разных сред: газообразной, жидкой и твердой. Жизнь сосредоточена на контакте литосферы и атмосферы (наземная жизнь и особенно - в почвах), атмосферы и гидросферы (поверхностные слои океана), литосферы и гидросферы (дно водоемов). Особенно богаты жизнью области, где почвы, вода и воздух близко соседствуют друг с другом - побережья и мелководья морей, лиманы, эстуарии рек. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И. Вернадский назвал «пленками жизни».

Живое вещество биосферы характеризуется определенными свойствами:

Стремлением заполнить собой все окружающее пространство.

Данное свойство связано с интенсивным размножением и способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела.

Возможность ю произвольного перемещения в пространстве.

Например, против течения воды, силы тяжести, ветра и т.п.

Наличием специфических химических соединений (белков, ферментов и др.), устойчивых при жизни и быстро разлагающихся после смерти. Образовавшаяся органика и неорганическое вещество включаются в круговороты.

Исключительным разнообразием форм, размеров, составов.

Высокой способностью адаптироваться к условиям существования, значительно превышающие контрасты в неживом (косном) веществе. Адаптация может осуществляться

• 1) активным путем - за счет усиления сопротивляемости и развития регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции, несмотря на отклонение фактора от оптимума;
• 2) пассивным путем, через подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды, например впадение в анабиоз;
• 3) через избегание неблагоприятных воздействий, например, используя сезонные миграции.

Феноменально высокой скоростью протекания реакций на несколько порядков (в сотни, тысячи и даже миллионы раз) быстрее, чем в неживой природе планеты.

Высокой скоростью обновления живого вещества. Для биосферы в среднем она составляет 8 лет, причем для суши - 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким сроком жизни (например, планктон), - 33 дня.

Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т.е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

Особенности взаимодействия живого и неживого вещества нашли отражение в законе биогенной миграции атомов В.И. Вернадского, который гласит: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории». Данный закон дает возможность человечеству сознательно управлять биогеохимическими процессами как в целом на Земле, так и в ее регионах.

Деятельность живого вещества в биосфере в определенной степени условно можно свести к нескольким основополагающим функциям, дополняющим представление о его преобразующей биосферно-геологической деятельности. В.И. Вернадский впервые рассмотрел функции живого вещества в своей книге «Биосфера» (1926 г.): газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную функции, функцию разрушения органических соединений, функцию восстановительного разложения, функцию метаболизма и дыхания организмов. Позже классификация была несколько видоизменена, часть функций объединена, часть переименована. С современных позиций выделяют следующие функции живого вещества: энергетическую, газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную, деструктивную, транспортную, средообразующую, рассеивающую, информационную, биогеохимическую деятельность человека.

Энергетическая функция состоит в том, что в процессе фотосинтеза создается органическое вещество, которое и передает энергию по пищевым цепям (сетям) в экосистеме. Поэтому, В.И. Вернадский назвал зеленые хлорофилльные организмы главным механизмом биосферы.

Главным источником энергии для биосферы является Солнце. 99% его энергии поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в физических и химических процессах, таких как движение воздуха и воды, выветривание. Только около 1% накапливается на первичном звене и распределяется в виде пищи между живыми организмами. Частично энергия рассеивается в виде тепла, частично накапливается в омертвевшем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние.

Деструктивная функция состоит в разложении и минерализации мертвого органического вещества редуцентами-деструкторами, химическом разложении горных пород и минералов, вовлечении образовавшихся элементов в биотический круговорот, т.е. обуславливает превращение живого вещества в косное. Так, химическое разложение горных пород происходит при активном участии бактерий, сине-зеленых водорослей, грибов и лишайников. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода аммиака и т.д.). Организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные вещества: кальций, калий, натрий, фосфор, железо и др. Параллельно протекает процесс гумификации: часть промежуточных продуктов распада в результате деятельности разных групп организмов вступает в новый синтез, образуя гумус - сложный комплекс веществ, богатых энергией. Гумус является основой почвенного плодородия. Он разлагается определенными микроорганизмами очень медленно и постепенно, обеспечивая постоянство и надежность в снабжении растений биогенными элементами. Продукты минерализации органических веществ, растворяясь в природных водах, многократно усиливают их химическую активность в разрушении горных пород.

Концентрационная (накопительная) функция заключается в избирательном накоплении организмами из окружающей среды определенных химических элементов. Часть таких биоэлементов входит в состав тел всех живых существ, а часть - встречается только у определенных групп.

Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов - это характерная особенность живого вещества. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Для построения своих скелетов или покровов активно концентрируют рассеянные минералы морские организмы. У некоторых организмов концентрация отдельных элементов составляет более 10% от веса тела. Такие организмы В.И. Вернадский предложил называть по элементу: кремневые (диатомные водоросли, радиолярии, многие губки и др.), железные (железобактерии), магниевые (литотамниевые водоросли), кальциевые (моллюски, известковые водоросли, кораллы, некоторые ракообразные), фосфорные (кости позвоночных животных) и др. Отмирая и захораниваясь в массе, они образуют скопления этих веществ, формируя горные породы. Многие из них человек использует как полезные ископаемые: железные руды, бокситы, фосфориты, известняки и многие другие.

Особого внимания заслуживает способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы. В теле беспозвоночных и рыб их концентрация может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской воде, что может грозить отравлением тяжелыми металлами при их употреблении в пищу или быть опасным в связи с повышенной радиоактивностью.

Рассеивающая функция заключается в биогенном перемещении атомов и проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов.

Кроме вовлечения в химические реакции, вещества перемещаются живыми организмами и в пространстве. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов, разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Растения выносят химические элементы из почвы на ее поверхность, формируя свои тела порой до десятков метров в высоту. Перемещают большие массы почвы и грунтов роющие животные. На далекие расстояния разносят вещество летающие организмы. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, через кровососущих насекомых.

Средообразующая функция основана на создании одними организмами среды обитания для других и заключается в преобразовании физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Например, леса регулируют поверхностный сток, увеличивают влажность воздуха, обогащают атмосферу кислородом.

Данная функция является совместным результатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов элементов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке был преобразован газовый состав первичной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный покров.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия.

Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления. Обычно окислительная функция живого вещества в биосфере проявляется в превращении бактериями и некоторыми грибами относительно бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислородом соединения. Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биогенный сероводород, производимый различными бактериями.

Газовая функция заключается в способности изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.

В зависимости от того, о каких газах идет речь, выделяется несколько газовых функций:

• Ш кислородно-диоксидуглеродная - создание основной массы свободного кислорода на планете. Носителем данной функции является каждый зеленый организм. Выделение кислорода идет только при солнечном свете, ночью этот фотохимический процесс сменяется выделением зелеными растениями углекислого газа;
• Ш диоксидуглеродная, не зависимая от кислородной - образование биогенной угольной кислоты как следствие дыхания животных, грибов и бактерий. Значение функции возрастает в области подземной тропосферы, не имеющей кислорода;
• Ш озонная и пероксидводородная - образование озона (и, возможно, пероксида водорода). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от разрушительного действия радиации Солнца. Выполнение этой функции вызвало образование защитного озонового экрана;
• Ш азотная - создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотовыделяющими бактериями при разложении органического вещества. Реакция происходит в условиях как суши, так и океана;
• Ш углеводородная - осуществление превращений многих биогенных газов, роль которых в биосфере огромна. К их числу относятся, например, природный газ, терпены, содержащиеся в эфирных маслах, скипидаре и обусловливающие аромат цветов, запах хвойных.

Вследствие выполнения живым веществом газовых биогеохимических функций в течение геологического развития Земли сложились современный химический состав атмосферы с уникально высоким содержанием кислорода и низким содержанием углекислого газа, а также умеренные температурные условия. Хорошо видно, что газовая функция является совокупностью двух основополагающих функций - деструктивной и средообразующей.

Транспортная функция заключается в переносе вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Живое вещество - единственный фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества - снизу вверх, из океана - на континенты. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается по наклонной плоскости исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи. За счет активного передвижения живые организмы могут перемещать различные вещества или атомы в горизонтальном направлении, например за счет различных видов миграций. Перемещение, или миграцию, химических веществ живым веществом В.И. Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества.

Информационная функция - накопление живыми организмами информации, закодированной в наследственных структурах: ДНК и РНК, и передача последующим поколениям.

Биогеохимическая деятельность человека - превращение, добыча и перемещение вещества на расстояния от мест их производства или добычи.

Охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Данная функция занимает особое место в истории земного шара и заслуживает внимательного отношения и изучения.

Таким образом, все живое население нашей планеты - живое вещество - находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом.

Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества - от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

• 1. Молекулярный (генетический) - самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул - белков, нуклеиновых кислот, углеводов. С этого уровня наблюдаются свойства, характерные исключительно для живой материи: обмен веществ, протекающий при превращении лучистой и химической энергии, передача наследственности с помощью ДНК и РНК. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.
• 2. Клеточный - уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные.
• 3. Тканевый - уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций.
• 4. Органный - уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.
• 5. Организменный - уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма. Представлен определенными видами организмов.
• 6. Популяционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.
• 7. Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) - более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке земной поверхности с однородными абиотическими факторами.
• 8. Биосферный - уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты. На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

При всем разнообразии живое вещество физико-химически едино, имеет одни и те же эволюционные корни. В природе нет такого вида, который бы реагировал на некое химическое или физическое воздействие качественно иначе, чем организмы других видов. Закон физико-химического единства живого вещества имеет важное практическое значение для человека. Из него следует, что:

• Ш Нет такого физического или химического агента (абиотического фактора), который был бы гибелен для одних организмов и абсолютно безвреден для других. Разница лишь количественная - одни организмы более чувствительны, другие менее, одни в ходе отбора быстрее приспосабливаются, а другие медленнее (приспособление идет в ходе естественного отбора, т.е. за счет тех, что не смогли адаптироваться к новым условиям).
• Ш Количество живого вещества (биомассы) биосферы в пределах рассматриваемого геологического периода есть константа - таков закон константности количества живого вещества В.И. Вернадского. Согласно закону биогенной миграции атомов, живое вещество является посредником между Солнцем и Землей. Если бы количество живого вещества колебалось, то энергетическое состояние планеты было бы непостоянно.
• Ш Общее видовое разнообразие в биосфере есть константа - число нарождающихся видов в среднем равно числу вымирающих. Процесс вымирания видов был неизбежен из-за изменения условий жизни на планете. Причем вид никогда не исчезает в одиночку, он «тянет за собой» еще порядка 10 других видов, уходящих вместе с ним. На их место, согласно правилам экологического дублирования, приходят другие виды, особенно в управляющем звене экосистем - среди консументов. Поэтому во все геологические периоды массового вымирания организмов наблюдалось и бурное видообразование.

Биосфере, как и другим ее экосистемам более низкого ранга, присущи свойства, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры:

Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).

Биосфера - открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал В. И. Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями.

Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема характеризуется максимальным среди других систем разнообразием. С ним связана возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими (например, на видовом или популяционном уровнях), степень сложности и прочности пищевых и других связей.

Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. Только благодаря круговоротам и наличию неисчерпаемого источника солнечной энергии обеспечивается непрерывность процессов в биосфере и ее потенциальное бессмертие.

Все многообразие видов деятельности человека в биосфере сопровождается изменением ее состава, энергетического баланса, круговоротов слагающих ее веществ и др. Направленность и степень этих изменений приводит к возникновению экологического кризиса, который характеризуется:

постепенным изменением климата планеты вследствие изменения баланса газов в атмосфере;

общим и местным (над полюсами, отдельными участками суши) разрушением биосферного озонового экрана;

загрязнением Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическими соединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение вод углекислым газом;

разрывом естественных экологических связей между океаном и водами суши в результате строительства плотин на реках, приводящих к изменению твердого стока, нерестовых путей и т.п.;

загрязнением атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате химических и фотохимических реакций;

загрязнением вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения, высокотоксичными веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

опустыниванием планеты;

деградацией почвенного слоя, уменьшением площади плодородных земель, пригодных для сельского хозяйства;

радиоактивным загрязнением отдельных территорий в связи с захоронением радиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.; накоплением на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, в особенности практически неразлагающихся пластмасс; сокращением площадей тропических и северных лесов, приводящему к дисбалансу газов атмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

загрязнением подземного пространства, включая подземные воды, что делает их непригодными для водоснабжения;

массовым и быстрым, лавинообразным исчезновением видов живого вещества;

ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированных территориях;

общее истощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов.