Биосфера. круговорот веществ в биосфере. глобальные изменения в биосфере.

Границы распространения оболочки

Размеры оболочки ограничены зонами, в пределах которых может развиваться органическая жизнь (биомасса). Высота и глубина обитаемой зоны составляют:

верхняя граница проходит в тропосфере, на высоте 15-20 км от уровня земной поверхности (ограничивается озоновым слоем на уровне начала стратосферы);
нижняя граница углубляется в литосферу, на глубину от 3,5 до 7,5 км;
в пределах между земной поверхностью и атмосферой глубина гидросферы доходит до 10 км.

Наибольшая концентрация биомассы на границе тропосферы и литосферы. Ее средний суммарный объем составляет 550 млрд тонн углерода.

Биосфера. Антропогенное воздействие на биосферу

Главное, что отличает Землю от других планет Солнечной системы, — это наличие жизни. Экологическая ситуация в мире требует изменить отношение человека к природе, в связи с чем первостепенное значение приобретает экологическое воспитание и образование. О том, что такое биосфера и какое воздействие оказывает человек на неё, мы и поговорим на сегодняшнем уроке.

Слово «биосфера» происходит от древнегреческих слов «биос» — жизнь и «сфера» — шар. Биосфера — это оболочка Земли, которая заселена живыми организмами и преобразована ими.

Учение о биосфере основал Владимир Иванович Вернадский. В своих научных работах Вернадский писал о почве, минералах, растениях, животных, человеке, Вселенной. Согласно его мнению, основу биосферы составляют живые организмы.

Они не только обитают на планете, но и активно изменяют её.

Биосфера — это среда жизни человека. Одновременно человек как живой организм также является частью биосферы. Для полноценной жизни человеку необходимы продукты питания, материалы, лекарства, топливо. Источником всего этого чаще всего служит биосфера. С самого начала своего существования человек использовал её богатства.

Первобытный человек выживал за счёт охоты, рыболовства и собирательства. С усовершенствованием орудий охоты человек быстро истребил крупных копытных, пещерных медведей и мамонтов. В условиях отсутствия достаточного количества пищи человек перешёл к земледелию, затем к скотоводству.

Таким образом он неосознанно создавал искусственные круговороты веществ в природе. С появлением промышленности эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной природной движущей силой.

Новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы, называется ноосферой.

Человечество не может существовать, не используя природных ресурсов, не влияя на их количество и качество, а, следовательно, не внося изменений в окружающую его природную среду. Любое загрязнение природной среды, в котором участвует человек, называется антропогенным.

Загрязнение почвенного покрова может происходить в результате безграмотного ведения сельского хозяйства.

В современном сельском хозяйстве широко используются разнообразные химические вещества — минеральные удобрения, различные препараты для борьбы с вредными для растений насекомыми и так далее. Неудачный выбор минеральных удобрений может вызвать избыточное подкисление или подщелачивание почв.

Нитратные удобрения загрязняют грунтовые и поверхностные воды. Пестициды, которые защищают растения от болезней, оказывают отрицательное влияние на численность и активность почвенной фауны и микроорганизмов.

С развитием цивилизации началось и продолжается до сих пор уничтожение лесов. Это приводит к катастрофическим последствиям: сильной эрозии почв, частым песчаным бурям, наводнениям и летним засухам.

Охрана лесов предполагает прежде всего рациональное их использование и воспроизводство.

Вырубка лесов, добыча полезных ископаемых, распашка полей, осушение болот, строительство дорог и другие антропогенные факторы негативно влияют на численность и разнообразие животных.

Бытовые свалки — это ещё одна беда человечества. Каждый человек в год производит более одной тонны мусора, а скопление отходов на окраинах крупных городов способно полностью уничтожить экосистему данной местности. В результате таких изменений условий жизни ежедневно уменьшается разнообразие растительного и животного мира.

Разрастание городов — ещё один процесс, который вытесняет природные ландшафты с поверхности нашей планеты. Города и связывающие их дороги занимают всё больше места.

Крупные города являются местом концентрации транспорта и промышленных предприятий, становятся мощным фактором, воздействующим на ландшафты окружающих территорий. Выхлопные газы поступают в атмосферу, включаются в состав смога и ещё больше отравляют воздух, которым мы дышим.

И не только мы: им дышат животные и растения, он растворяется в воде водоёмов и так далее.

Как видим, взаимоотношения природы и человека очень непростые. Человек берёт у природы всё необходимое для жизни и производства, а взамен даёт только защиту от своей собственной деятельности.

Человек обязан защищать планету от загрязнений, не допускать уничтожения лесов, сохранять многообразие живых организмов на планете и бережно относиться к природе.

Сегодня будущее человечества зависит от самого человека, от того, какой станет окружающая среда и как будут приспосабливаться к ней живые организмы.

Границы биосферы

Каждую часть планеты, от полярных льдов до экватора, населяют живые организмы. Последние достижения в области микробиологии показали, что микроорганизмы обитают глубоко под земной поверхностью и возможно их общая биомасса превышает биомассу всего животного и растительного мира на поверхности Земли.

В настоящее время фактические границы биосферы измерить невозможно. Как правило, большинство видов птицы летают на высотах 650 — 1800 метров, а рыбы были обнаружены на глубине — до 8372 метров в океаническом Жёлобе Пуэрто-Рико. Но также есть более экстремальные примеры жизни на планете. Африканский сип, или гриф Рюппеля был замечен на высоте более 11000 метров, горные гуси обычно мигрируют на высоте не менее 8300 метров, дикие яки обитают в горных районах Тибета на высоте около 3200 — 5400 метров над уровнем моря, а горные козлы живут на высотах до 3000 метров.

Микроскопические организмы способны жить в более экстремальных условиях и если брать их во внимания, то толщина биосферы намного больше, чем мы себе представляли. Некоторые микроорганизмы были обнаружены в верхних слоях атмосферы Земли на высоте 41 км. Вряд ли микробы являются активными на таких высотах, где температура и давление воздуха являются чрезвычайно незначительными, а ультрафиолетовое излучение очень интенсивным. Скорее всего, они были доставлены в верхние слои атмосферы ветрами или извержением вулканов. Также одноклеточные формы жизни были найдены в самой глубокой части Марианской впадины на глубине 11034 метров.

Несмотря на все вышеперечисленные примеры крайностей существования жизни, в общем слой биосферы Земли настолько тонкий, что его можно сравнить с кожурой яблока.

Влияние человека на биосферу

Влияние человека на биосферу является неоднозначным. С каждым столетием антропогенная деятельность становится более интенсивной, разрушительной и масштабной, поэтому люди способствуют возникновению не только локальных экологических проблем, но и глобальных.

Одним из результатов влияния человека на биосферу является сокращение численности флоры и фауны на планете, а также исчезновение многих видов с лица земли. Например, ареалы растений уменьшаются в связи с земледельческой деятельностью и вырубкой лесов. Множество деревьев, кустарников, трав являются вторичными, то есть вместо первичного растительного покрова были посажены новые виды. В свою очередь, популяции животных уничтожаются охотниками не только ради добычи пропитания, но и с целью продажи ценных шкур, костей, плавников акул, бивней слонов, рогов носорогов, различных частей тела на черном рынке.

Довольно сильно антропогенная деятельность влияет на процесс почвообразования. Так, вырубка деревьев и распашка полей приводит к ветровой и водной эрозии. Изменение состава растительного покрова приводит к тому, что другие виды участвуют в процессе образования почв, а, значит, образуется иной тип грунта. Из-за использования в земледелии различных удобрений, сброса в землю твердых и жидких отходов, изменяется физико-химический состав почвы.

Демографические процессы оказывают негативное влияние на биосферу:

возрастает численность населения планеты, которое все больше потребляет природных ресурсов;
увеличиваются масштабы промышленного производства;
появляется больше отходов;
увеличиваются площади сельскохозяйственных угодий.

Стоит отметить, что люди способствуют загрязнению всех слоев биосферы. Источников загрязнения на сегодняшний день существует огромное многообразие:

выхлопные газы автотранспорта;
частицы, выделяющиеся при сгорании топлива;
радиоактивные вещества;
нефтепродукты;
выбросы химических соединений в воздушную среду;
твердые бытовые отходы;
пестициды, минеральные удобрения и агрохимия;
грязные стоки как промышленных, так и коммунальных предприятий;
электромагнитные приборы;
ядерное топливо;
вирусы, бактерии и чужеродные микроорганизмы.

Все это приводит не только к изменению экосистем и сокращению биоразнообразия на земле, но и к климатическим изменениям. Из-за влияния человеческого рода на биосферу происходит парниковый эффект и образование озоновых дыр, таяние ледников и глобальное потепление, изменение уровня океанов и морей, выпадение кислотных осадков и т.п.

Со временем биосфера становится все более неустойчивой, что приводит к разрушению многих экосистем планеты. Многие ученые и общественные деятели выступают за то, чтобы снизить влияние человеческого сообщества на природу, с целью сохранить биосферу Земли от уничтожения.

Человек в биосфере: взаимодействие и влияние

Человек является одним из основных элементов биосферы Земли. И он не только находится в этой системе, но и влияет на нее. Различные виды человеческой деятельности имеют свой негативный след в экосистемах и здоровье природных сообществ.

Человеческая деятельность оказывает воздействие на физические параметры окружающей среды, такие как температура, освещенность, давление, радиационный фон, состав природного газа и воды. Также, поведение человека может влиять на биотические факторы, такие как замедление или ускорение роста определенных видов животных и растений.

Однако, человек также играет роль созидателя в биосфере, используя и охраняя ее ресурсы для своих нужд. Люди создают новые экосистемы и сохраняют существующие биотические сообщества, приучая их к благоприятным условиям. Использование земель улучшает способности почв к удержанию воды, наращивает плодородие и улучшает качество воздуха.

Таким образом, человек и его взаимодействие с биосферой имеют и положительные, и отрицательные последствия

Сохранение экологического баланса между собой и природой является важной задачей для человечества. Необходимо осознание того, что каждое наше действие может повлиять на жизнь на планете и сделать свой вклад в сохранение биосферы

Состав и структурное строение биосферы

Биосферу представляют многокомпонентной сложной системой. Она включает несколько отдельных элементов.

Биосфера состоит из:

Живого вещества.

Живое вещество определяют совокупностью живых организмов, которые населяют планету. Масса вещества составляет тонн сухого веса. Эта часть занимает менее одной миллионной части всей биосферы. При этом активно участвует в биогеохимических циклах, а также преобразует неживое вещество планеты.

В. И. Вернадский показал, что деятельность живых организмов является важным фактором геологических изменений на планете.

Функции живого вещества:

энергетическая — организмы получают и преобразуют энергию;
газовая — деятельность организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы:
растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ, а выделяют кислород;
животные поглощают кислород, а выделяют углекислый газ;
бактерии выделяют газы, которые получают окислением сероводорода и азота;
концентрационная — способность организмов разных животных накапливать в своих телах определенные химические элементы (например, кальций и углерод);
окислительно-восстановительная — на превращении вещества и энергии в процессе жизнедеятельности. Так получаются соли, разнообразные органические и неорганические соединения. На них основан метаболизм живого существа;

образования среды — происходит трансформация химических и физических характеристик среды обитания организмов;
деструктивная — разрушение останков и высвобождение энергии, накопленной в связях химических соединений.

Биогенного вещества.

Биогенные вещества представляют собой осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляют собой их остатки.

Остатками выступают известняки, ракушечные породы, сланцы, ископаемые угли, природный газ, торф и так далее.

Косного вещества.

Косное вещество образуется без участия живых организмов: базальт, песок, гранит. Часто относят к косному веществу горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

Биокосного вещества.

Биокосное вещество образуют живые организмы и косные процессы.

Три группы организмов, которые обеспечивают биотический круговорот:

Продуценты.

К продуцентам относят такие организмы, которые создают первичное органическое вещество.

Хемосинтезом называют способ автотрофного питания. Источник энергии для синтеза органических веществ — окисление неорганических соединений.

Консументы.

Консументами называют организмы, которые потребляют органическое вещество.

Редуценты.

К редуцентам относят организмы, которые разлагают мертвое органическое вещество до минерального.

Как биосфера связана с другими оболочками планеты

Биосфера включает в себя части:

атмосферы;
гидросферы;
литосферы.

Часть биосферы между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы, где в настоящее время встречают живые организмы, называют эубиосферой.

Гипобиосфера — неблагоприятный слой для жизни в литосфере. Туда живые организмы попадают случайно, временно существуют и не могут размножаться.

Парабиосфера — верхний аналог гипобиосферы между 6-7 и 60-80 км над поверхностью Земли. Организмы не в состоянии нормально жить и размножаться.

Верхняя граница биосферы находится в атмосфере. Ее протяженность составляет от 15 до 20 км. Эту часть определяют озоновым слоем, где задерживаются коротковолновое ультрафиолетовое излучение.

«Середина» биосферы — граница между атмосферой и литосферой — находится в гидросфере и составляет 10-11 километров — Марианская впадина. Границу определяют дном Мирового океана с донными отложениями.

Нижняя граница биосферы находится в литосфере, и ее протяженность составляет от 3,5 до 7,5 км. Показатель — температура перехода воды в пар и температура денатурации белков.

Но живые организмы распространены вглубь только на несколько метров в почве и несколько сотен метров в подземных пещерах.

Роль Вернадского в изучении биосферы

Впервые учение о биосфере разработал Владимир Иванович Вернадский. Он обособил эту оболочку от других земных сфер, актуализировал ее значение и представил, что это весьма активная сфера, которая изменяет и влияет на все экосистемы. Ученый стал основоположником новой дисциплины – биогеохимии, на основе которой и было обосновано учение о биосфере.

Изучая живое вещество, Вернадский сделал выводы, что все формы рельефа, климат, атмосфера, породы осадочного происхождения – это результат деятельности всех живых организмов. Одна из ключевых ролей в этом отводится людям, которые имеют огромное влияние на протекание многих земных процессов, являясь определенной стихией, владеющей некой силой, способной изменить лик планеты.

Теорию обо всем живом Владимир Иванович представил в труде «Биосфера» (1926), что способствовало зарождению новой научной отрасли. Академик в своей работе представил биосферу как целостную систему, показал ее компоненты и их взаимосвязи, а также роль человека. Когда живое вещество взаимодействует с косным, оказывается влияние на протекание ряда процессов:

геохимических;
биологических;
биогенных;
геологических;
миграции атомов.

Вернадский обозначил, что границы биосферы – это поле существования жизни. На ее развитие влияет кислород и температура воздуха, вода и минеральные элементы, грунт и энергия Солнца. Также ученый выделил основные компоненты биосферы, рассмотренные выше, и выделил основной из них – живое вещество. Еще он сформулировал все функции биосферы.

Среди основных положений учения Вернадского о живой среде можно выделить следующие тезисы:

биосфера охватывает всю водную среду до океанических глубин, включает поверхностный слой земли до 3 километров и воздушное пространство до границы тропосферы;
показал отличие биосферы от других оболочек ее динамичностью и постоянной деятельностью всех живых организмов;
специфика этой оболочки заключается в непрерывном обороте элементов живой и неживой природы;
деятельность живого вещества привела к существенным изменениям на всей планете;
существование биосферы обусловлено астрономическим положением Земли (дистанция от Солнца, наклон оси планеты), что определяет климат, протекание жизненных циклов на планете;
солнечная энергия является источником жизни всех существ биосферы.

Пожалуй, это ключевые понятия о живой среде, которые заложил Вернадский в своем учении, хотя его труды глобальны и нуждаются в дальнейшем осмыслении, актуальны и по сей день. Они стали основой для исследований других ученых.

Что такое биосфера и как она устроена

Биосфера представляет собой сферу жизни, оболочку земли, населенную живыми существами. Впервые подробно описана биосфера академиком В.И. Вернадским.

Область распространения живых организмов предопределяет границы биосферы.

Верхней границей биосферы считается озоновый экран. Расположен он на высоте 21-25 км, здесь же и проходит верхняя граница биосферы. Распространение организмов выше этой границы не происходит, так как очень большая концентрация ультрафиолетовых лучей.

Нижняя граница биосферы проходит в литосфере, причем многие ученые устанавливают разную глубину. Приблизительно нижняя граница биосферы располагается на глубине от многих сот метров до нескольких километров. Самых нижних пределов этой границы в биосфере достигают некоторые виды бактерий. Например, споры бактерий находят в земной коре на глубине свыше 3 км. Даже в месторождениях нефти были найдены эти организмы. Однако существует определенный предел для жизни организмов. Поэтому нижние границы биосферы определяются температурой земных недр. Вы уже знаете, что с глубиной температура будет увеличиваться, в таких условиях организмы существовать не смогут.

Поэтому можно сделать вывод, что верхние и нижние границы биосферы предопределяются наличием условий, необходимых для жизни организмов.

На планете обитает великое множество растений, животных, микроорганизмов, которые составляют живое вещество.

Полагают, что возникновение жизни на Земле случилось более 3 млрд. лет тому назад в мелководных водоемах при теплом и влажном климате. Отсюда произошло распространение в океаны и на сушу. В ходе геологической истории повышалось многообразие организмов, усложнялась их организация и увеличивалась масса живого вещества.

Основным свойством живого вещества является их способность к размножению. Данная особенность позволяет им распространяться очень быстро по всей планете. Например, в некоторые годы можно услышать о нашествии саранчи. Это во многом связано с интенсивностью размножения этих насекомых – большое количество потомства требует значительного количества пищи. Для добычи пищи организмы могут перемещаться на многие километры. Так происходит и с саранчой.

Саранча

В настоящее время по количеству видов в биосфере преобладают животные над растениями, а по массе вещества растения во много раз превышают массу животных. Подавляющая часть живого вещества сосредоточена на суше и превышает массу организмов океана в 1000 раз.

Основной функцией живых организмов является постоянный обмен веществ с окружающей средой. Он осуществляется в форме биологического круговорота.

Сущность биологического круговорота веществ сводится к двум противоположным процессам: созданию органического вещества в процессе фотосинтеза и его преобразованию в простые минеральные элементы с помощью микроорганизмов.

Каждая группа существ биосферы имеет огромное значение в круговороте веществ.

Растительные организмы создают органические вещества, потребляя солнечную энергию, поэтому они считаются производителями. Этим и определяется значение растений в биосфере.

Следующая группа организмов – животные, которые являются потребителями. Они потребляют готовые вещества, питаясь другими живыми организмами. Значение этих существ в биосфере определяется тем, что они перемещают органические вещества по планете.

Микроорганизмы и грибы способствуют разложению веществ и преобразованию их в неорганические. Данная группа считается разрушителями, но, тем не менее, их роль очень высока. Отсутствие этих организмов привело бы к накоплению продуктов распада, которые являются ядовитыми.

Соответственно, значение биологического круговорота заключается в перераспределении веществ и энергии в результате протекания основных процессов жизнедеятельности организмов.

Помимо участия в круговороте веществ, живые существа выполняют и другие функции. Все знают, что растения при фотосинтезе вырабатывают кислород, который необходим для всех организмов, обеспечивают человека продуктами питания. Живые организмы влияют на литосферу, принимая участие в процессах выветривания и создавая новые формы рельефа.

Все организмы взаимодействуют друг с другом, формируя единую оболочку – биосферу. Каково же значение биосферы? Давайте познакомимся на рисунке.

Свойства биосферы

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

БИОСФЕРА

Свойства биосферы

Пределы биосферы.

Биосфера — часть оболочки Земли, населенная живыми организмами. Учение о биосфере создал первый президент Украинской академии наук академик В. И. Вернадский (1863-1945). Именно он впервые рассмотрел все живые организмы Земли как единый фактор, включен в кругооборот речосаме он в природе, аккумулирующий солнечную энергию и определяющий геологические процессы Земли.

Биосфера занимает все три оболочки Земли: литосферу, гидросферу, атмосферу и имеет определенные грани. В атмосфере граница биосферы находится на высоте 15-20 км, совпадает с тропосферой1 и ограничена озоновым экраном.

Гидросфера охваченная жизнью почти полностью. Организмы, населяющие верхний слой гидросферы, называют планктоном, а придонные — бентосом. В литосфере жизнь сосредоточена в основном на верхней части глубиной до 80 метров. Но некоторые следы жизни обнаружены на глубине до 100 м. Наиболее плотно заселен организмами поверхностный слой земной коры, образованный грунтом.

Условия и плотность жизни.

Вся совокупность живых организмов планеты образует биомассу Земли. Она равна 2423 • 109 т сухой массы, 97% которой приходится на растения, а 3% — животные и микроорганизмы.

Вся биомасса представляет собой живую вещество, которое имеет способность расти, размножаться и распространяться на планете. Размножение определяет плотность жизни. Плотность неодинакова в различных средах и на поверхности Земли.

Основная биомасса сосредоточена на континентах — 99,8% .

Биомассу поверхности суши образуют все живые организмы, живущие в наземно-воздушной среде на поверхности Земли. Кстати, на долю растительных организмов приходится 99%, а на долю животных и микроорганизмов — только 1%. Самая высокая плотность отмечается на экваторе, а по мере удаления к полюсам она уменьшается.

Биомасса Мирового океана — совокупность живых организмов гидросферы.

Она значительно меньше биомассы суши и составляет около 0,13% , причем соотношение растительных и животных организмов прямо противоположно их соотношению на суше.

В Мировом океане на долю растений приходится лишь 6,3%, а животные составляют 93,7%. Это связано с тем, что солнечная энергия в воде используется всего на 0,04%, тогда как на суши — до 1% .

Состояние атмосферы также связано с жизнедеятельностью живых организмов, наличием кислорода в воздухе, его соотношением с углекислым газом и азотом.

Функции живого вещества.

Газовая функция заключается в постоянном газообмене организмов с окружающей средой в процессе дыхания и фотосинтеза. Во время фотосинтеза растения выделяют кислород, поглощая углекислый газ. А в процессе дыхания кислород используется на окисления органических веществ, при этом выделяется углекислый газ. Также используются азот, сероводород, вода.

Концентрационная функция заключается в біогенній миграции атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах в процессе синтеза органических веществ, а затем, после их отмирания и минерализации переходят вновь в неживую природу. Следствием концентрационной функции живых организмов являются скопления химических соединений в определенных местах земной коры, накопление полезных ископаемых, например известняка, торфа, каменного угля.

Окислительно-восстановительная функция лежит в основе обмена веществ и энергии организма с внешней средой. Она заключается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. Образование веществ в живых организмах является результатом окислительно-восстановительных реакций.

Жизнь — синтез и распад органических веществ, не прекращаются, и объединяют все живые организмы на Земле.

____________________________________________

1 Основной слой атмосферы, где сосредоточена большая часть воздуха.