область распространения жизни составляет особую оболочку земли
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).
Биосфера
Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.
Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».
Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Существует и другое, более широкое определение: Биосфера — область распространения жизни на космическом теле. При том, что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.
Содержание
Местоположение биосферы
Биосфера включает в себя верхние слои литосферы, в которых ещё живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы.
Границы биосферы
Состав биосферы
Слои биосферы [3]
Весь слой воздействия жизни на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой — пространством человекообразной экспансии в околоземном пространстве — панбиосферой.
Аэробиосфера
Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки — атмосферная влага, источником энергии — солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство — более тонкий слой, чем тропосфера). Выше простирается слой крайне разреженной микробиоты — альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются — парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.
Геобиосфера
Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши — террабиосфера (с террабионтами), разделяемую на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли — литобиосфера (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы — эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов — гипотеррабиосфера и слой, где возможно лишь обитание анаэробов — теллуробиосфера. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже — в гипобиосферу. Метабиосфера — все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.
В глубинах литосферы есть 2 теоретических уровня распространения жизни — изотерма 100 °C, ниже которой вода при нормальном атмосферном давлении кипит, и изотерма 460 °C, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии быть не может.
Гидробиосфера
Гидробиосфера — весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами — распадается на слой континентальных вод — аквабиосфера (с аквабионтами) и область морей и океанов — маринобиосфера (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя — относительно ярко освещённую фотосферу, всегда очень сумеречную дисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты — афотосфера.
Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы лежит собственно биосфера — эубиосфера.
История развития биосферы
Зарождение жизни
Жизнь на Земле зародилась ещё в архее — примерно 3,5 млрд. лет назад в гидросфере. Такой возраст имеют найденные палеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд. лет. Таким образом, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты — одноклеточные водоросли и простейшие организмы. Начался процесс почвообразования на суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.
Будущее биосферы
С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой. Существует несколько трагичных для человечества преждевременных изменений состояния биосферы, некоторые из них связаны с деятельностью человечества.
Некоторые философы, например, Дэвид Пирс, выступают за модификацию биосферы с целью избавления от страданий всех живых существ и создание в буквальном смысле рая на земле (см. одно из значений слова аболиционизм).
История исследований биосферы
Большой вклад в развитие учения о биосфере внёс В. И. Вернадский.
Искусственная биосфера
В настоящее время идея её создания вновь становится актуальной в связи с планами освоения Луны и Марса. Однако на данный момент попытка создания полностью автономной искусственной биосферы не увенчалась успехом.
Рассматривается возможность создания (пока в далёком будущем) внеземной биосферы на других планетах при помощи терраформирования.
Примечания
См. также
 Земля | ||
|---|---|---|
| История Земли | Возраст Земли • Геологическая история Земли • Геохронологическая шкала • История жизни на Земле • Оледенение Земли • Парадокс слабого молодого Солнца • Теория гигантского столкновения • Хронология эволюции |  |
| География и геология | Австралия • Азия • Антарктида • Африка • Европа • Северная Америка • Южная Америка •  Атлантический океан • Индийский океан • Северный Ледовитый океан • Тихий океан • Южный океан • Атмосфера • Гидросфера • Дрейф континентов • Земная кора • Континент • Кора • Мантия • Океан • Структура Земли • Суперконтинент • Тектоника плит • Фигура Земли • Ядро | |
| Окружающая среда | Биом • Биоразнообразие • Биосфера • Дикая местность (англ.) • Климат • Природа • Природная зона • Сохранение биоразнообразия (англ.) • Экологическая ниша • Экология • Экосистема | |
| См. также | Будущее Земли •  Гипотетические естественные спутники Земли • День Земли • Мир • Стихийное бедствие • Суточное вращение Земли • Кольца Земли | |
| Экосистема | |
|---|---|
| Экосистемы | Экосистемы суши · Морские экосистемы · Пресноводные экосистемы · Типы экосистем · Биогеоценоз · Биом · Биосфера · Природный территориальный комплекс · Искусственные экосистемы |
| Функциональные компоненты | Продуценты (автотрофы) · Консументы · Редуценты |
| Структурные компоненты | Зооценоз · Фитоценоз · Биоценоз · Синузия · Ценоячейка · Эдификатор · Консорция |
| Абиотические компоненты | Биогенные элементы · Микроклимат · Физические факторы · Местообитание (Биотоп, Стация) · Экотоп · Климатоп · |
| Функционирование | Сукцессия · Сукцессионный ряд · Деградация экосистем · Эволюция экосистем |
| Загрязнение экосистем | Загрязнение пресных вод · Загрязнение океанов · Загрязнение атмосферы · Загрязнение почв |
Полезное
Смотреть что такое «Биосфера» в других словарях:
биосфера — биосфера … Орфографический словарь-справочник
БИОСФЕРА — (от греч. bios жизнь и sphaira шар: Зюсс, 1875; Вернадский, 1926), экосфера (многие западноевропейские авторы), биогеосфера (Дылис, 1964) одна из земных оболочек (геосфер), в которой благодаря живым организмам преобразуется солнечная энергия,… … Экологический словарь
Биосфера — сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Масса живого вещества в Б. приближается к n•1014 2•1016 т. Б. состоит из тропосферы нижней части воздушной оболочки Земли (атмосферы),… … Геологическая энциклопедия
БИОСФЕРА — (от био. и греч. sphaira шар), оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. Первые представления о Б. как «области жизни» и наружной оболочке Земли восходят к Ламарку. Термин… … Биологический энциклопедический словарь
БИОСФЕРА — [ Словарь иностранных слов русского языка
БИОСФЕРА — (от био. и сфера), область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы (высота до 20 25 км), гидросферу и верхнюю часть литосферы (глубина до 2 3 км). В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и … Современная энциклопедия
БИОСФЕРА — (от био. и сфера) область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя… … Большой Энциклопедический словарь
Биосфера — (от греч. bios жизнь и сфера) область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом,… … Политология. Словарь.
Биосфера — (от био. и сфера), область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы (высота до 20 25 км), гидросферу и верхнюю часть литосферы (глубина до 2 3 км). В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны и … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Биосфера — * біясфера * biosphere оболочка Земли, заселенная живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли. Термин «биосфера» был введен в биологии Жаном Батистом… … Генетика. Энциклопедический словарь
БИОСФЕРА — (зона жизни), часть Земли от поверхности ее КОРЫ до окружающей ее АТМОСФЕРЫ, содержащая в себе все живые организмы, растительные и животные. Является самоподдерживающейся и нуждается только в притоке энергии. Простирается на несколько километров… … Научно-технический энциклопедический словарь
Тренировочные задания — Пасечник. 5 класс. Рабочая тетрадь
ЗАДАНИЯ ЧАСТИ А
Выберите один правильный ответ из четырёх предложенных.
А1. Биология — это наука, изучающая
1) космические тела
2) живые организмы
3) строение Земли
4) минералы
А2. Отношения организмов между собой и с окружающей средой изучает наука
1) генетика
2) цитология
3) зоология
4) экология
АЗ. Растения изучает наука
1) зоология
2) микробиология
3) ботаника
4) экология
А4. Сезонные периодические явления в жизни растений и животных изучает наука
1) фенология
2) вирусология
3) бактериология
4) физиология
А5. Область распространения жизни составляет особую оболочку Земли, которая называется
1) биосферой
2) гидросферой
3) литосферой
4) стратосферой
А6. Метод исследования, который позволяет выявить влияние определённых контролируемых условий на изучаемый объект, называют
1) экспериментом
2) наблюдением
3) опытом
4) измерением
А7. Свойство организма реагировать на воздействие окружающей среды изменением своего состояния называется
1) обменом веществ
2) раздражимостью
3) развитием
4) саморегуляцией
А8. Наиболее сложные и разнообразные условия жизни по сравнению с другими средами характерны для
1) водной среды
2) наземно-воздушной среды
3) почвы
4) живого организма как среды
А9. Среди перечисленных экологических факторов нельзя отнести к группе абиотических
1) влажность
2) свет
3) конкуренцию за пищу
4) температуру
ЗАДАНИЯ ЧАСТИ В
Выберите три правильных ответа из шести предложенных.
В1. Экологические факторы делят на
1) абиотические
2) природные
3) биотические
4) антропогенные
5) климатические
6) сезонные
Установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов.
В2. Распределите организмы в соответствии с характерной для них средой обитания.
ОРГАНИЗМЫ
A) медведь
Б) щука
B) акула
Г) крот
Д) заяц
Е) ель
Ж) землеройка
З) дождевой червь
И) паразиты в кишечнике человека
К) простейшие в желудке коровы
СРЕДЫ ОБИТАНИЯ
1) наземно-воздушная
2) водная
3) почва
4) другие организмы как среда
ВЗ. Распределите организмы в соответствии с принадлежностью к царствам живой природы.
ОРГАНИЗМЫ
A) азотобактерии
Б) берёза
B) лось
Г) дельфин
Д) паук
Е) одуванчик
Ж) опёнок
З) подберёзовик
И) сосна
К) цианобактерии
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.).