область максимального распространения жизни на земле

Биосфера и ее границы (3 фото)

История термина «биосфера»

Ж. Б. Ламарк в 1802 году назвал биосферой совокупность всех живых организмов Земли.

Э. Зюсс в 1875 году ввел термин «биосфера» — тонкая пленка земной поверхности, населенная жизнью.

В. И. Вернадский в 1919 создал учение о биосфере, в нем:

«Биосфера — «область жизни», включающая живые организмы и среду их обитания; особая оболочка Земли, в пределах которой проявляется геологическая деятельность живого населения планеты».

Ноосфера (по Вернадскому) — сфера человеческого разума.

Границы биосферы

Верхняя граница в атмосфере: 15 — 20 км.
Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.
Нижняя граница в литосфере: 3,5 — 7,5 км.
Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.
Нижняя граница в гидросфере: 10 — 11 км (Марианская впадина).
Определяется дном Мирового океана, включая донные отложения.
Ту часть биосферы, в которой в настоящее время постоянно встречаются живые организмы, называют эубиосферой, ее границы несколько уже.

Таким образом, биосфера включает в себя часть атмосферы, гидросферы и литосферы.

Биомасса биосферы

Общая сухая биомасса биосферы оценивается в 2,5 x тонн. Большая часть этой биомассы приходится на наземные экосистемы, биомасса океана составляет лишь около 0,003 x тонн. Основную часть биомассы суши составляют наземные растения, их биомасса примерно в 500–1000 раз больше, чем биомасса животных. Из всех видов диких животных, по-видимому, наибольшей биомассой обладает морской рачок Euphausia suberba (150 млн. тонн), но общая биомасса одомашненного человеком крупного рогатого скота (Bos taurus) еще больше — 520 млн. тонн, как и самих людей — 350 млн тонн. Большой биомассой обладают муравьи (3 млрд тонн) и морские рыбы (800 — 2000 млн. тонн), но это группы животных, включающие множество видов. Общая биомасса наземных растений — 560 млрд. тонн, морского фитопланктона и растений — 5 — 10 млрд. тонн, наземных животных — 5 млрд. тонн.

Наибольшая концентрация биомассы на границах сред:

граница литосферы и атмосферы;
граница гидросферы и атмосферы (планктонные организмы);
граница литосферы и гидросферы (бентосные организмы).
Первичная биомасса образуется автотрофами (обычно растениями) в процессе фотосинтеза с использованием солнечной энергии. Поэтому минимальная биомасса наблюдается в пустынях и во льдах, что связано в первую очередь с минимальным количеством растений в качестве источника прироста биомассы.

Структура биосферы

1.Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4 — 3,6 x тонн (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (около 3 x тонн), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Однако именно эта часть биосферы является наиболее важной, т. к. активно участвует в биогеохимических циклах и преобразует неживое вещество Земли.

2. Биогенное вещество — осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие собой их разложившиеся остатки (известняки, ракушечные породы, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и др.).

3. Косное вещество — вещество, образующееся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество — вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д.

5. Радиоактивные вещества и продукты их распада, а также атомы, непрерывно образующиеся из земного вещества под влиянием космических излучений.

6. Вещество космического происхождения (метеориты).

Источник

ПОНЯТИЕ О БИОСФЕРЕ — ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЖИЗНИ

Живое вещество биосферы

Границы биосферы.

Биосфера — это область распространения жизни, включающая наряду с организмами и среду их обитания. В масштабе планеты биосфера — часть геологической оболочки Земли, включающая верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы — тропосферу, в которых существует жизнь (рис. 1).

Более точные границы биосферы не просто обозначить и сегодня. Для их выявления используют сведения о сфере распространения живых организмов. Рассмотрим, какие физико-химические условия определяют существование живых организмов.

Во-первых, это достаточное количество углекислого газа и кислорода. В Гималаях распространение зеленой растительности ограничено высотой 6200 м, где парциальное давление углекислого газа вдвое ниже, чем на уровне моря. Выше 6 км встречаются единичные виды пауков и насекомых.

Считается, что в биосферу входит нижний слой атмосферы — тропосфера, которая простирается до высоты 8—10 км в полярных широтах и до 16—18 км в тропиках.

Во-вторых, существование живых организмов обеспечивает достаточное количество воды, поддерживающее нормальный ход метаболических ферментативных процессов. Отличительной особенностью живого является его обводненность. Содержание воды в тканях всех живых организмов примерно в 5 раз больше, чем во всех реках планеты. Половина воды, содержащейся в корнях растений, обновляется в течение нескольких минут. Круговорот воды на суше в значительной степени определяется транспирацией растений. На поверхности Земли нет таких участков, где жизнь ограничена водой. Даже в пустынях Африки под слоем сухого песка встречаются жуки-чернотелки, они обходятся без атмосферной и почвенной влаги, получая метаболическую воду (образуется при окислении различных органических веществ) только с остатками растений (В. Б. Чернышев, 1996).

В-третьих, для живых организмов необходим благоприятный термический режим, исключающий слишком высокие температуры (происходит свертывание белков), либо слишком низкие температуры, прекращающие работу ферментов. Чемпионами по выживанию являются прокариоты, которые выдерживают в состоянии анабиоза экстремальные температуры. Некоторые из них живут на снегу, в лужицах пресной воды на льдинах, в скальных породах Антарктиды.

Рис. 1. Земная кора (по В. Е. Хайну) и граница биосферы (по А. И. Перельману):

В подводных гейзерах Восточно-Тихоокеанского хребта обитают термофильные бактерии, способные размножаться при температуре + 250 °С, причем они сохраняют жизнеспособность при повышении ю температуры еще на 100 °С. Итак, температурная амплитуда существования прокариот — 600 °С.

Диапазон давления, при котором возможна жизнь, изменяется от 8000 атм (выживают дрожжи) до 0,001 мбар (семена и споры) и даже до ICE 11 мм рт. ст. (одноклеточные организмы).

Океан заселен полностью. Углекислый газ океанических вод усваивается автотрофными растениями в ходе фотосинтеза. Создаваемое ими органическое вещество обеспечивает существование всех морских организмов, даже на глубинах более 10 км живут многоклеточные организмы — «морские огурцы» — голотурии, класс иглокожих.

Распространение жизни в глубь донных осадков ограничивается десятыми долями метров, максимально — единицами метров.

В. И. Вернадский предполагал, что вся осадочная оболочка Земли заселена бактериями, но его предположение не подтвердилось. Нижняя граница биосферы на континентах ограничена температурой и концентрацией солей подземных вод. В Западной Сибири активная и разнообразная анаэробная микрофлора была найдена на глубине более 3000 м. Если содержание солей в подземных водах составляет более 270 г/л, то бактерии отсутствуют и на меньших глубинах (до глубины 500 м — в Ангаро-Ленском бассейне, 1200 м — в Волго-Камском).

Ионизирующие излучения являются мощным фактором разрушения живых организмов. Есть микроорганизмы, концентрирующие уран и процветающие в природных зонах с повышенным радиоактивным фоном и районах радиоактивного заражения. Некоторые их представители живут даже в ядерных реакторах, где доза ионизирующего облучения составляет 2—3 млн рад.

В определенных интервалах черносланцевых толщ практически отсутствуют остатки фауны и флоры, кроме отмерших микроорганизмов, биомасса которых составляет до 10—20 % веса пород (баженов- ская свита рубежа юры и мела в Западной Сибири). Нельзя исключать, что аномальное концентрирование урана микроорганизмами в определенные геологические эпохи преследовало цель утилизировать энергию радиоактивного распада при отсутствии других ее источников.

Иногда под биосферой понимается зона существования не только живых организмов, но и продуктов их жизнедеятельности. В этом случае границы биосферы становятся недостаточно определенными: молекулы кислорода, создаваемого автотрофными организмами, достигают верхних пределов атмосферы, которые оценить можно только приближенно. Продукт жизнедеятельности тех же растений — органический углерод может перемещаться благодаря вертикальным тектоническим движениям от земной поверхности на значительные глубины, которые трудно определить точно. В. И. Вернадский определял «былые биосферы» как оболочку Земли, когда-либо подвергавшуюся воздействию жизни. Он писал, что земная кора захватывает в пределах нескольких десятков километров ряд геологических оболочек, которые когда-то были на поверхности Земли биосферами.

В. И. Вернадский впервые дал определение биокосных систем и охарактеризовал самую крупную из них — биосферу. Биокосные системы состоят из живого вещества и косного, но их отличительные особенности определяются прежде всего жизнью.

Рассмотрим основные параметры живого вещества в современной биосфере: видовое многообразие, биомассу, биологический круговорот.

Источник

§ 50. Биосфера и ее границы

Оглавление

Биосфера

Биосфера (от греч bίos — жизнь и spháira — сфера, шар) — оболочка Земли, созданная и заселенная живыми организмами.

Термин «биосфера» в его современном понимании в 1875 г. ввел австрийский геолог Э. Зюсс. Понятие «биосфера» он трактовал как «тонкую» пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую лик Земли.

Годом появления учения о биосфере считается 1926 г., когда вышла книга русского ученого-естествоиспытателя В. И. Вернадского «Биосфера». Учение В. И. Вернадского о биосфере заставило ученых всего мира по-новому взглянуть на нашу планету. Он обобщил огромное количество научных данных, указывающих на тесную взаимосвязь жизни и неживого вещества, и показал, что планета Земля не только населена живыми организмами, но и активно ими преобразуется. Подчеркивая геологическую роль живых организмов, В. И. Вернадский писал: «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». С участием живых организмов происходит образование почвы, осадочных пород, полезных ископаемых, разрушение горных пород, заболачивание.

*Границы биосферы

Границы биосферы определяются условиями, необходимыми для жизни: наличием воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа, благоприятного температурного режима, степенью солености воды в водных экосистемах, уровнем радиации. Все эти условия оптимально сочетаются в местах контакта трех геологических оболочек Земли — атмосферы, литосферы и гидросферы. Каждая из этих геологических оболочек планеты имеет свои специфические свойства. Эти свойства определяют разнообразие форм живых организмов, обитающих в данной части биосферы, и формируют основные морфологические особенности наземных, водных и почвенных организмов, приспосабливая их к жизни в определенных условиях. Таким образом, воздушная, водная и почвенная оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное жизнью, но выступают как основные среды жизни. Поэтому биосфера как живая оболочка планеты располагается в пределах этих трех сфер.

В состав биосферы входит лишь самый нижний слой атмосферы — тропосфера. Толщина тропосферы на экваторе составляет 18—22 км, в умеренных широтах — 10—16 км, а на полюсах — 8—10 км. Она определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности. Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается на 0,6 ºС на каждые 100 м и колеблется от +40 ºС до –50 ºС. Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой. Он расположен на разном расстоянии от поверхности Земли и имеет максимальную плотность озона на высоте 22—25 км. Выше озонового экрана жизнь невозможна из-за жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Ближе к поверхности Земли атмосфера насыщена многообразными наземными формами жизни: животными, растениями, грибами, протистами. Некоторые организмы, такие как насекомые, птицы, летучие мыши, поднимаются над ее поверхностью на сотни метров. Некоторые виды хищных птиц способны летать на высоте 3—7 км. Семена и споры растений, грибов, бактерии поднимаются пассивно вверх восходящими воздушными потоками на десятки километров (до высоты 20—22 км). Однако все перечисленные летающие организмы лишь временно находятся в атмосфере. Постоянно живущих в воздухе организмов нет.

Литосфера — твердая поверхностная оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии. Ее толщина колеблется в пределах 50—200 км. Распространение жизни в литосфере ограничено и резко уменьшается с глубиной. Жизнь сосредоточена в самом верхнем слое литосферы — почвенном покрове и верхней части земной коры. Распространению жизни в глубь земной коры препятствуют различные факторы: отсутствие света, возрастающая с глубиной плотность среды, высокая температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому температура является главным фактором, ограничивающим жизнь в литосфере. Подавляющее большинство видов сосредоточено в почве — верхнем рыхлом слое земной коры, в среднем имеющем толщину несколько десятков сантиметров. В глубину на несколько метров проникают, например, бактерии, корни растений, роющие животные — кроты, черви. Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3—4 км. Температура здесь достигает +100 °С. Именно эта глубина считается нижней границей распространения жизни в литосфере.

Гидросфера — водная оболочка Земли. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 11 км, были обнаружены разнообразные виды животных, бактерий.

Английский натуралист Э. Форбс в 1841 г. по результатам своих наблюдений в Средиземном море заявил, что глубже 540 м жизнь в океанических водах невозможна. Однако 23 января 1960 г. исследователи-океанологи Ж. Пикар и Д. Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихого океана и на глубине 10 525 м увидели рыб и креветок. Таким образом ученые смогли доказать существование живых организмов на больших глубинах.

Следует отметить, что плотность обитания организмов в океане неравномерна. Основная масса видов находится в гидросфере в пределах 150—200 м от поверхности. Это связано с глубиной проникновения света, являющегося лимитирующим фактором для существования автотрофных организмов, а следовательно, и видов животных, питающихся растениями. Однако существует немало видов глубоководных хищных животных и микроорганизмов, которые приспособлены к жизни в полнейшем мраке. Они имеют сверхчувствительные органы слуха и осязания, сильно развитые глаза, что дает возможность улавливать даже самые слабые световые волны. Некоторые виды не имеют глаз вовсе. Еще одно интересное приспособление глубоководных организмов — это люминесцентные органы, которые могут светиться, используя энергию химических реакций. Такой свет не только облегчает передвижение в полной темноте, но и приманивает потенциальную добычу.

Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Она активно влияет на атмосферные процессы, такие как нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой.

Атмосфера, литосфера и гидросфера тесно связаны между собой. На границах этих сфер сосредоточена основная часть видов живых организмов, образуя относительно тонкую «пленку жизни» на поверхности нашей планеты.

Повторим главное. Биосфера — оболочка Земли, созданная и заселенная живыми организмами. Биосфера как область существования жизни охватывает нижнюю часть атмосферы — тропосферу (от 8 км в высоту у полюсов до 22 км в высоту у экватора), верхнюю часть литосферы (3—4 км в глубину) и всю гидросферу (до 11 км в глубину). Лимитирующим фактором распространения жизни в атмосфере является ультрафиолетовое излучение, в литосфере — высокая температура, гидросфера заселена практически полностью и ограничена дном Мирового океана.

Проверим знания

1. Что такое биосфера?
2. В пределах каких сфер Земли располагается биосфера?
3. Назовите лимитирующие факторы, ограничивающие распространение жизни в атмосфере, литосфере и гидросфере.
*4. Накоплениями каких веществ в атмосфере вызван парниковый эффект?
*5. Какова роль озонового слоя в сохранении жизни на Земле?

1. Распространение жизни в биосфере крайне неравномерно. Приведите примеры этого факта и объясните, чем это обусловлено.
*2. Как вы считаете, что будет являться лимитирующим фактором, препятствующим произрастанию цветковых растений в горах высотой свыше 6000 м: а) недостаток света; б) недостаток тепла; в) дефицит кислорода? Ответ обоснуйте.
*3. Установите соответствие между оболочками Земли:
1) литосфера;
2) гидросфера;
3) атмосфера — и компонентами природы: а) климат; б) реки; в) рельеф; г) озера; д) почва.
4. Возможно ли создать искусственную биосферу? Ответ обоснуйте.

Источник

Биосфера как область распространения жизни #62

Основы учения Вернадского о биосфере

Термин «биосфера» (bios – жизнь, sphere – шар, область) введен австрийским геологом Э. Зюссом (1875) для обозначения особой оболочки Земли, населенной живыми существами. Учение о биосфере в дальнейшем было углублено академиком В.И. Вернадским (1863 — 1945). Он распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на среду их обитания. Биосфера, по Вернадскому – «это область распространения жизни, включающая наряду с организмами и среду их обитания». Деятельность живых организмов объединяет атмосферу, литосферу и гидросферу в единую целостную систему, связанную обменом веществ и энергии.

Биосфера занимает лишь часть геологической оболочки земного шара. Она включает верхнюю часть литосферы, нижнюю часть атмосферы и гидросферу.

В литосфере жизнь сконцентрирована обычно на глубине до 8 — 10 м (отдельных бактерий находят в водах нефтеносных слоев на глубине 2 — 5 км). Проникновение живых организмов вглубь ограничивается отсутствием света, высокой температурой и давлением.

В гидросфере жизнь простирается на всю ее глубину (свыше 11 км). Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды, низкое содержание кислорода и отсутствие света. В пределах атмосферы жизнь возможна на высоте до 20 — 25 км, где обнаруживаются лишь бактерии и их споры. Ограничивающие факторы – излучения, низкая температура, дефицит кислорода и воды. Наиболее благоприятные условия для жизни наблюдаются у поверхности суши и воды, поэтому здесь максимально сконцентрировано живое вещество. Биосфера включает:

Вся масса живого вещества Земли составляет ее биомассу, которая равна примерно 2423,2 млрд т сухого вещества. Биомасса растений суши составляет около 97%, животных и микроорганизмов – около 3%. Биомасса и количество видов на суше увеличивается от полюсов к экватору. Так, в тундре насчитывается около 500 видов растений, в лесостепной зоне – до 2000, а во влажных тропических лесах – свыше 8000.

Мировой океан занимает свыше 75% поверхности Земли. Объем воды в нем в 15 раз больше объема суши, возвышающейся над уровнем моря. Однако биомасса Мирового океана в 1000 раз меньше. Она сосредоточена главным образом в поверхностном слое воды – до 100 м. Биологическая продуктивность суши и океана примерно одинакова в связи с тем, что обновление живых организмов в океане происходит во много раз быстрее, чем на суше. Так, автотрофные протисты океана обновляются несколько раз за год, а на обновление биомассы суши требуется 10 – 15 лет. Основную часть биомассы океана составляют животные (94%).

Поверхностные слои океана заполнены взвешенными микроскопическими организмами, перемещающимися течениями (планктон), основную массу которого составляют автотрофные и гетеротрофные протисты и некоторые беспозвоночные. В толще воды находятся активно плавающие животные (рыбы, киты, кальмары), образующие нектон. Третью группу составляют организмы, обитающие на грунте и в грунте водоемов (бентос). Они представлены придонными растениями, губками, полипами, ракообразными, червями.

Живое вещество составляет 0,25% всего вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря совершающемуся в живых организмах обмену веществ. Деятельностью живых организмов обусловлены химический состав атмосферы и гидросферы, формирование почвенного покрова литосферы. Живое вещество играет ведущую роль в круговороте веществ в природе и осуществляет важнейшие биогеохимические функции.

Энергетическая функция заключается в усвоении живым веществом преимущественно солнечной энергии (фотосинтез в зеленых растениях) и передаче ее по трофическим цепям. Растения образуют свыше 98% первичной продукции Земли.

Газовая функция живого вещества заключается в поглощении растениями диоксида углерода и выделении кислорода в процессе фотосинтеза, а при дыхании растений и животных происходит потребление кислорода и выделение диоксида углерода, в восстановлении азота, сероводорода и других газов, т.е. в поддержании постоянства газового состава атмосферы.

Концентрационная функция заключается в поглощении и накоплении в живых организмах различных химических элементов – углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы, иода, железа. Благодаря этой функции на определенном этапе развития биосферы растения обогатили атмосферу кислородом и значительно снизили концентрацию диоксила углерода; на местах массовой гибели животных и растений обнаруживают отложения мела, известняка, нефти, угля и других полезных ископаемых.

Окислительно-восстановительная функция заключается в восстановлении и окислении веществ в живых организмах, например восстановление диоксида углерода до углеводов в процессе фотосинтеза и окисление их до диоксида углерода при дыхании.

Глобальный круговорот веществ в биосфере заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе элементов в природе.

Около 40 химических элементов вовлекается живыми организмами в активный круговорот. Наибольшее значение имеют круговороты кислорода, азота, углерода, водорода, железа, фосфора, серы, калия, кальция, магния и кремния.

Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды. Вода испаряется с поверхности водоемов и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, размывает верхний слой почвы и возвращается вместе с растворенными и взвешенными в ней веществами в реки, моря и океаны. Растения извлекают воду из почвы и испаряют ее в атмосферу. Из атмосферы она выпадает в виде осадков и опять доступна растениям. Часть воды в процессе фотосинтеза расщепляется на водород и кислород. Водород используется для синтеза органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу. Животные потребляют воду для поддержания осмотического давления и выделяют ее с продуктами диссимиляции. Вода испаряется и с осадками возвращается на Землю.

Практически весь кислород атмосферы имеет биогенное происхождение. Пополнение его содержания в атмосфере происходит благодаря разложению воды при фотосинтезе. Свободный кислород при дыхании используется аэробными организмами для окисления органических соединений. Одним из конечных продуктов окисления является диоксид углерода, поступающий в атмосферу и вода.

Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода зелеными растениями при фотосинтезе. Часть образовавшихся при этом углеводов используется самими растениями для получения энергии, а часть потребляется животными. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и в виде диоксида поступает в атмосферу. Диоксид углерода выделяется также в процессе дыхания животных и растений. При разложении мертвых организмов без доступа кислорода образуется торф, каменный уголь, нефть. Человек использует их для получения энергии, диоксид углерода при этом возвращается в атмосферу. Таким образом, круг замыкается и начинается новый цикл включения углерода в органические соединения.

Основные запасы азота содержатся в атмосфере. Связывание атмосферного азота производят азотфиксирующие бактерии. Связанный азот усваивается зелеными растениями и идет на построение белков, которые затем употребляются в пищу животными и человеком. В процессе жизнедеятельности белковые молекулы расщепляются до конечных продуктов воды, диоксида углерода, аммиака и мочевины, выделяющихся во внешнюю среду. При гниении погибших животных и растений также образуется аммиак. Аммиак может переводиться бактериями в усвояемые растениями формы или в свободный азот, поступающий в атмосферу.

Показателями величины биотического круговорота служат темпы оборота воды, кислорода и диоксида углерода. Вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте примерно за 2 млн лет‚ весь кислород атмосферы проходит через организмы за 2000 лет‚ диоксид углерода – за 300 лет.

Одновременно с круговоротом веществ в биосфере идет и превращение энергии. Биосфера является открытой системой, постоянно принимающей солнечную энергию. В процессе фотосинтеза солнечная энергия превращается в энергию химических связей. В живом веществе Земли связано 4,19 * 10 18 Дж энергии; при этом ежегодно создается и расходуется 4,19 * 10 17 Дж. Энергия используется растениями на процессы жизнедеятельности, а часть переходит к растительноядным организмам. Последние расходуют ее на процессы жизнедеятельности, а частично она поступает к плотоядным животным и т.д. Таким образом, энергия запасается в тканях растений и животных в виде органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервирустся в нефти, угле, сланцах, торфе.

Наряду с накоплением энергии в живых организмах происходит почти равное ему по масштабам выделение энергии при разрушении органических веществ в процессе дыхания, брожения и гниения. Так в биосфере поддерживается баланс энергии. Во время этих превращений происходят затраты энергии на процессы жизнедеятельности организмов. Потери энергии постоянно восполняются за счет световой энергии Солнца.

Биосфера представляет собой сложную экологическую систему, стабильность которой обусловлена взаимноуравновешивающимися результатами активности всех трех групп организмов – продуцентов, консументов и редуцентов. Относительное постоянство состава биосферы не исключает ее способности к эволюции.

На протяжении длительного времени существования нашей планеты основными факторами эволюции биосферы были геологические и климатические процессы, при которых происходила химическая эволюция, приведшая к появлению макромолекул и первых живых организмов – прокариот. Это были гетеротрофные анаэробы, так как на Земле в это время не было свободного кислорода, а в первичном океане содержалось достаточно органических веществ абиогенного происхождения. В дальнейшем стал ощущаться недостаток органических веществ и произошли первые автотрофные организмы. Появление в процессе эволюции фотосинтеза обеспечило непрерывное пополнение органических веществ благодаря использованию неиссякаемого источника солнечной энергии. С этого момента произошло разделение органического мира на два царства: животных, использующих для питания готовые органические соединения, и растений, питающихся автотрофно. Выделяющийся при фотосинтезе кислород начал накапливаться в атмосфере, благодаря чему стало возможным появление аэробных организмов, способных к более эффективному использованию энергии, и быстрое распространение жизни по планете.

Накопление кислорода в атмосфере привело к образованию в верхних ее слоях озонового экрана, задерживающего губительные для жизни коротковолновые ультрафиолетовые лучи. Это позволило живым существам подняться на поверхность воды и выйти на сушу. Развитие механизмов аэробного дыхания сделало возможным появление многоклеточных организмов. Первые такие организмы появились при концентрации кислорода в атмосфере около 3%. Уже в середине палеозойской эры содержание кислорода стабилизировалось на уровне около 20%, так как к этому времени темпы потребления кислорода живыми организмами и его образования при фотосинтезе уравнялись. Благодаря этому установилось относительное постоянство состава атмосферы. С появлением человека, в эволюции биосферы начался переход от биогенеза‚ обусловливаемого факторами биологической эволюции, к ноогенезу – развитию под влиянием разумной деятельности человечества. Первоначально действие человека на окружающую среду не отличалось от действия других организмов. Используемые человеком природные источники восстанавливались естественным путем, а продукты его жизнедеятельности поступали в общий круговорот веществ. Со временем рост численности населения и все возрастающее использование природных ресурсов превратились в мощный экологический фактор, нарушивший равновесие в биосфере. За последние 300 лет существования человечества биомасса Земли уменьшилась примерно на четверть. Учитывая вышесказанное, Вернадский пришел к заключению, что человечество в совокупности с другими структурно-функциональными элементами образуют новую оболочку Земли – ноосферу (оболочку разума), т.е. сферу разумной жизни. Ноосфера – это новый этап в развитии биосферы, предполагающий разумное регулирование отношений человек – природа.

Биосфера в период научно-технического прогресса

Источники сырья и совокупность растений и животных составляют природные ресурсы. Они подразделяются на восполнимые и невосполнимые. К невосполнимым природным ресурсам относятся исчезнувшие виды животных, растений и источники сырья (руда, уголь, нефть), которые образовалиеь в земной коре за сотни миллионов лет‚ а используются человеком за несколько десятилетий. К восполнимым ресурсам относятся микроорганизмы, растения и животные, которые относительно быстро могут размножаться и служат для удовлетворения потребностей человека в пище и одежде.

Современное человечество расходует потенциальную энергию биосферы почти в 10 раз быстрее, чем она накапливается организмами, аккумулирующими солнечную энергию. Ежегодно добывается более 7 млрд т металлов‚ угля, нефти. Одновременно из недр Земли извлекается около 70 млрд т пород (за счет вулканической деятельности – только 3 млрд т.). Современная промышленность производит вещества, не используемые другими видами организмов (полимеры), а нередко и ядовитые (ДДТ). В результате нарушается биотический круговорот – он становится незамкнутым. Человек меняет русла рек, истребляет диких животных, загрязняет атмосферу, воду и почву.

Основными источниками загрязнения атмосферы служат выбросы автомобильного и авиационного транспорта и промышленных предприятий. Ежегодно в атмосферу поступает более 200 млн т оксида и диоксида углерода, 150 млн т сернистого газа, 50 млн т оксидов азота и др. Оксиды азота и серы, соединяясь с водяными парами, образуют азотную и серную кислоты, выпадающие на Землю в виде слабоконцентрированных кислотных дождей, которые уничтожают растительный и животный мир и вредно действуют на здоровье человека.

Воздух над промышленными центрами содержит в 150 раз больше пыли, чем над океаном, вследствие чего задерживается до 50% солнечных лучей. За последние 100 лет содержание в воздухе диоксица углерода возросло на 10%, результатом чего является «парниковый» эффект, который может привести к повышению температуры на планете, таянию полярных льдов и повышению уровня мирового океана. В атмосфере значительно возросло содержание фреонов, разрушающих озоновый слой, что чревато проникновением на поверхность Земли коротковолнового ультрафиолетового излучения, губительного для всего живого.

Основной причиной загрязнения водных бассейнов является сброс неочищенных или недостаточно очищенных вод промышленными предприятиями. С полей смываются минеральные удобрения и ядохимикаты. Особенно вредное воздействие на морских обитателей оказывают нефтяные пленки, образующиеся после аварий танкеров и при добыче нефти на океанских шельфах. Они отравляют живые организмы и уменьшают насыщенность воды кислородом, что пагубно сказывается на размножении планктона первого звена экологической пирамиды в океане.

Источниками загрязнения литосферы являются ненормированное применение в сельском хозяйстве минеральных удобрений, инсектицидов, дефолиантов и других препаратов. Особую проблему создают аварии на продуктопроводах‚ отходы производств (пустые породы) и бытовой мусор. Плодородный слой почвы в природных условиях формируется очень медленно (1 см за 100 лет). Для предупреждения истощения почв необходимо вносить органические и минеральные удобрения. Деятельность человека часто приводит к эрозии почв – к разрушению и сносу плодородного слоя потоками воды или ветром.

Интенсивное загрязнение атмосферы, почвы и воды промышленными отходами, ядовитыми и радиоактивными веществами отражается на здоровье человека. В последние годы наблюдается рост количества хронических заболеваний легких и желудочно-кишечного тракта, аллергических заболеваний, опухолей и наследственных болезней, обусловленных экологическими факторами.

В настоящее время перед человечеством вполне реально встает вопрос об экологическом кризисе, т.е. о таком состоянии окружающей среды, когда она будет непригодной для жизни растений животных и самого человека. По мнению экспертов, экологическая ситуация, складывающаяся на Земле действительно таит в себе опасность серьезных и, возможно, необратимых нарушений биосферы в том случае, если деятельность человека не приобретет планомерный, согласующийся с законами развития биосферы, характер.

Для сохранения существующих параметров биосферы разработана система природоохранительных мероприятий, которая включает:

В 1948 г. при ЮНЕСКО был создан Международный Союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП). Его комиссия по редким и исчезающим видам издала Международную Красную книгу, в которую было занесено около 20 тыс видов. Все виды животных и растений в Книге разлелены на 5 категорий:

В 1974 г. была издана Краная книга СССР, в которую внесены свыше 1200 видов животных и растений.

В настоящее время стоит вопрос о создании Красной книги почв. Меры по охране природы должны быть направлены на борьбу с эрозией почв путем специальных агротехнических приемов, например безотвального рыхления почвы, защитного лесонасаждения, залуживания, применения научно обоснованных норм внесения удобрений, степени орошения и осушения. Главное направление развития промышленности – создание безотходных технологий, включающее комплексное использование сырья и замкнутые циклы производства, исключающие выбросы вредных веществ в атмосферу и неочищеных сточных вод в водоемы.

Сложная задача стоит перед человечеством по сохранению генофонда растений и животных. Для этого созданы и создаются охраняемые территории – заповедники, заказники, национальные парки; особо редких животных содержат в неволе, а растения разводят в специальных хозяйствах.

На территории бывшего СССР создано около 150 заповедников, 600 заказников государственного значения и большое количество местного. Заповедники ‚это территории (акватории), на которых запрещена деятельность человека (кроме научной) и весь природный комплекс постоянно сохраняется в естественном состоянии. Национальные парки – это охраняемые территории с сохранившимися природными комплексами, частично или полностью открытые для посещения. Заказники – это территории (акватории), на которых временно охраняются определенные виды растений, животных, элементы ландшафтов и другие памятники природы.

Памятниками природы могут быть уникальные или эталонные, имеющие ценность в научном, познавательном или эстетическом отношении разнообразные природные объекты (отдельные деревья, рощи, парки, озера, водопады, пещеры и т.п.).

Источник