Теория вернадского егэ

Биосфера (греч. bios — жизнь + sphaira — шар) — наружная оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими
в совокупности живое вещество планеты. Термин «биосфера» предложен австрийским геологом Э. Зюссом, учение о биосфере было создано и
развито российским и советским ученым Вернадским Владимиром Ивановичем.

Биосфера — совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов
в прошлом и настоящем. Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.

Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).

Границы биосферы

Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю
толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части — тропосфере, которую
сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).

Выше «озонового экрана» существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое.
Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.

Вещество биосферы

Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым
вещество биосферы состоит из:

• Живое вещество

Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ —
важнейший фактор геологических изменений планеты.

• Косное вещество

Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы
магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.



• Биогенное вещество

Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить
залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.



• Биокосное вещество

Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.

К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва — уникальный продукт совместной деятельности
живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

Функции живого вещества

Важнейший компонент биосферы — живое вещество, то есть — живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере,
они обеспечивают круговорот веществ — главное условие зарождения новой жизни.

Перечислим важнейшие функции живого вещества:

• Энергетическая

Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических
связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям
и грибам — сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.

• Газовая

Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и
выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также
выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.



• Концентрационная

Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом,
растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?

Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски
накапливают кальций, образуют известковый скелет — раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых — известняка (мела).

В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое — торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это
концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.



• Окислительно-восстановительная

Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан
метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.

• Деструктивная

Без разрушения «старой» жизни, невозможно возникновение «новой». После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них
высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда — это главное условие
жизни.

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.

При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим
вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.

Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который
в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.

Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка — все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды
лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами — великое чудо и
немыслимая случайность.

Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство
всего живого.

Ноосфера

Ноосфера (греч. noos — разум и sphaira — шар) — термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие
природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической
силой.

Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы — разумное,
рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.

К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: «Пока не потеряешь, не осознаешь ценность». Неужели растения должны исчезнуть с
лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного
величия может сильно пострадать.

Круговорот веществ

Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей — карбоната кальция (из которого
состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк
может надолго исключить углерод из круговорота веществ.

Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек «вернул их в строй» вместе с
выхлопными газами.

Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности
микроорганизмов, бактерий и водорослей.

Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный
азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).

В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав.
После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается
бактериями до атмосферного азота — цикл замыкается.

1. Учение Вернадского о биосфере

Биосфера – оболочка Земли, населенная живыми организмами.

Академик В.И. Вернадский посвятил ее изучению основную часть своих научных трудов. Разбирая основные положения его теории, рассмотрим главные теоретические аспекты темы, необходимые для экзамена.

Основные положения теории В. И. Вернадского:

1. Солнце – источник энергии. Главнейшую роль в жизни на Земле играет непрерывно поступающий поток энергии.

Биосфера – открытая система, она не может существовать без энергии, поступающей извне. Основным поставщиком этой энергии является Солнце. Растения способны аккумулировать солнечную энергию и переводить ее в энергию химических связей глюкозы, таким образом, делая ее доступной для всех остальных живых организмов.

2. Живое вещество играет основную роль в биохимическом круговороте веществ и энергии.

В соответствии с учением Вернадского живое вещество – главный отправной пункт в развитии биосферы. Оно контролирует ее развитие и управляет ей. Живые организмы участвует в круговороте всех химических элементов (круговорот основных элементов, необходимых для экзамена, см. ниже).

З. Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз.

Биосфера является высшим уровнем организации жизни на Земле. Она включает в себя все нижестоящие элементы и частично подчиняется их законам: биосфера тем устойчивее, чем устойчивее ее компоненты. Известно, что устойчивость экосистемы определяется количеством видов, населяющих ее. Соответственно для устойчивости биосферы важно поддерживать биологическое разнообразие видов, населяющих Землю.

4. Необходимым условием существования биосферы является круговорот веществ.

Круговорот веществ позволяет повторно использовать одни и те же элементы. Например, минеральные соли, которые растения поглощают из почвы, проходят по всей пищевой цепи и возвращаются обратно в почву при помощи редуцентов. Если бы этот процесс не происходил, растения бы исчерпали запас этих веществ и в итоге бы погибли.

5. Живое вещество в биосфере распределено неравномерно.

В океане обитает менее 1% живых организмов, населяющих планету. Оставшиеся организмы живут на суше. На суше 99% живых существ – растения, животные составляют менее 1%.

6. Биосфера имеет границы.

Биосфера распространяется на нижний слой атмосферы, верхний слой литосферы и часть гидросферы.

7. Под влиянием деятельности человека биосфера переходит в ноосферу – «сферу разума».

Ноосфера – «разумная оболочка Земли» — высшая стадия развития биосферы, в которой проявляется деятельность человека как главный, определяющий фактор развития.

8. Все вещества биосферы подразделяются на четыре группы: живое, косное, биокосное, биогенное.

Живое вещество – совокупность всех живых элементов биосферы.

Косное вещество – неживые компоненты биосферы, в своем происхождении никак не связанные с деятельность живого. Примеры: гранит, базальт, мрамор, песок.

Биокосное вещество – элементы, образованные в результате совместной деятельности живого и косного. К нему относят воду, почву, глину, ил и другие элементы (глину иногда относят и к косному веществу).

Биогенное вещество – вещество, на протяжении истории развития планеты образуемое живыми веществами – нефть, газ, каменный уголь.

Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского:

Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время составляет биосферу, так и тем, которое существовало на Земле в течение всей геологической истории.

2. Функции живого вещества

Живое вещество – совокупность биомассы Земли. Оно представляет собой открытую систему, для которой характерны рост, размножение, распространение, обмен веществ и энергии с внешней средой, накопление энергии и передача ее в цепях питания.

Функции живого вещества:

— энергетическая —  связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием

— газовая – поддержание постоянного газообмена с окружающей средой, влияние на газовый состав атмосферы

— концентрационная – участие в биогенной миграции атомов, которые концентрируются в живых организмах, а после их отмирания переходят в неживую природу

— окислительно-восстановительная – обмен веществ и энергии, фотосинтез

— иногда выделяют транспортную функцию – перенос веществ против силы тяжести и в горизонтальном направлении

3. Круговорот веществ

Круговорот веществ — естественное циклическое движение химических элементов от одного компонента биосферы (или биоценоза) к другому, поддерживаемое потоком солнечной радиации. Основным средством этого круговорота служат пищевые связи живых организмов. В воздушный круговорот включается 98,3% веществ (02, Н2, N, С и др.), в водный -1,7% (Na, Mg, Fe, S, CI, К и др.).

Для экзамена необходимо представлять круговорот следующих веществ:

1. Круговорот углерода.

Углерод в природе находится в горных породах в виде известняка и мрамора. Большая часть углерода находится в атмосфере в виде углекислого газа. Из воздуха углекислый газ поглощается зелеными растениями, при фотосинтезе превращается в органические вещества, которые затем переходят по цепям питания, и снова углерод возвращается в атмосферу в виде углекислого газа, образующегося в результате метаболизма (дыхание, брожение), благодаря деятельности бактерий, разрушающих мертвые остатки растений и животных.

2. Круговорот азота — биогеохимический процесс в биосфере, в котором участвуют организмы-редуценты, а также нитрифицирующие и клубеньковые бактерии. Азот — важный химический элемент, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот. Основная масса азота поступает из атмосферы благодаря азотфиксирующим бактериям. Они усваивают его и переводят в химические соединения, способные усваиваться растениями. Затем азот передается по цепям питания и возвращается в свободном виде в атмосферу.

Аммонификация — разложение (гниение) белков с образованием аммиака (минерализация органического вещества) — осуществляется редуцентами.

Нитрификация — процесс окисления солей аммиака в соли азотной кислоты: I этап — превращение аммиака в нитриты; II этап — превращение нитритов в нитраты. Осуществляется почвенными нитрифицирующими бактериями (нитрозомонас, нитрозабактер).

Денитрификация — разложение солей азотной кислоты до образования газообразного азота — осуществляется почвенными денитрифицирующими бактериями.

Азотфиксация — образование азотистых соединений путем фиксации атмосферного азота свободноживущими почвенными бактериями (азотобактер) или бактериями, живущими в симбиозе с корнями бобовых растений (клубеньковые бактерии ризобиум).

3. Круговорот воды в биосфере.

Вода выпадает на поверхность Земли в виде осадков, образующихся из водяного пара атмосферы. Определенная часть выпавших осадков испаряется прямо с поверхности, возвращаясь в атмосферу водяным паром. Другая часть проникает в почву, всасывается корнями растений и затем, пройдя через растения, испаряется в процессе транспирации. Третья часть просачивается в глубокие слои подпочвы до водоупорных горизонтов, пополняя подземные воды. Четвертая часть в виде поверхностного, речного и подземного стока стекает в водоемы, откуда также испаряется в атмосферу. Наконец, часть используется животными и потребляется человеком для своих нужд. Вся испарившаяся и вернувшаяся в атмосферу вода конденсируется и вновь выпадает в качестве осадков.

4. Экологические проблемы и охрана окружающей среды.

За время всей истории своего развития человек постоянно взаимодействовал с окружающей средой и зависел от нее. Затем он сам превратился в важнейший фактор природы – антропогенный.

К сожалению, чаще человек оказывает на биосферу отрицательное влияние: разрушение мест обитания многих животных, вытеснение их из естественных мест обитания, вытаптывание растений, вырубка леса, расселение людей и осваивание все больших территорий, загрязнение окружающей среды, увеличение площади городов, рост промышленного производства.

Следствием этого воздействия является изменение как животного, так и растительного сообществ. Эти факторы ведут к изменению природы в целом.

Охрана окружающей среды – комплекс мер, направленных на сохранение и восстановление компонентов биосферы.

Основные направления ООС: борьба с опустыниванием, охрана Мирового океана, почвенного покрова, дождевых тропических лесов, источников пресной воды и тд.

Основные экологические проблемы:

1. нарушение озонового экрана

В стратосфере, на уровне около 20 км над поверхностью Земли, кислород (О2) получает дополнительный атом и превращается в озон. Сравнительно большая концентрация озона в этом слое поглощает вредное для всего живого ультрафиолетовое излучение, спасая от развития вредных мутаций. В самом начале развития жизни озоновый слой позволил выйти организмом из воды на сушу.

Однако озоновый слой (экран) постоянно подвергается негативному воздействию со стороны человека. Фреон в холодильниках, многие газы, входящие в состав современных аэрозолей, газы, выделяющиеся при сжигании ракетного топлива, дым, образуемый промышленными предприятиями – все эти вещества взаимодействуют с озоном, разрушая его.

О нарушении озонового слоя свидетельствуют «дыры», появляющиеся в зимние и весенние месяцы над Антарктидой. Особое распределение воздуха в атмосфере приводит к тому, что в определенные периоды именно в этой зоне скапливаются такие вещества как хлор, фтор, оксиды азота, метан и так далее. Эти вещества приводят к формированию локальных разрывов экрана. Однако последствия у этого события глобальные, и это понимать очень важно. Озоновый экран не зонирован, поэтому при недостатке его в одном месте происходит перераспределение его из других мест. Поэтому в итоге истончается озоновый слой над всей планетой и все живое испытывает негативное влияние ультрафиолета все больше и больше.

2. парниковый эффект

Земля постоянно получает тепло от Солнца и отдает в атмосферу часть этого тепла. Раньше это тепло рассеивалось в космосе, то есть происходила нормальная его циркуляция. Но в последнее время тепло стало задерживаться в атмосфере, как будто его что-то держит. Ученые считают, что активная деятельность человека (особенно развитие автомобильного транспорта и промышленности) ведет к повышению содержания в воздухе Земли, прежде всего углекислого газа, также паров воды. Эти вещества как будто создают своеобразное стекло парника, которое не выпускает тепло наружу. В результате повышается температура Земли, тают ледники, повышается уровень Мирового океана.

3. кислотные дожди — дожди, которые характеризуются повышенным содержанием кислот вследствие наличия в воздухе таких загрязняющих веществ, как оксиды серы, азота и др. У кислотного дождя рН может составлять до 2, 8(обычно – около 6). Кислотные дожди могут нанести значительный ущерб и растениям, и животным. Например, в некоторых озерах вследствие кислотных дождей исчезла полностью и рыба, и водоросли.

Ниже представлена картинка, вы можете проследить процесс формирования кислотного дождя в соответствии с цифрами по ходу текста.

Сера по большей части выбрасывается из заводских дымовых труб в виде газообразного диоксида серы (1) , а азот — в форме оксидов азота (N0 или N02 )•также газообразных (2). Газы могут быть поглощены непосредственно почвой, озерами или поверхностной растительностью (3). Если же они какое-то время находятся в атмосфере, газы превращаются в растворы кислот (4). Оксиды серы дают серную кислоту, а оксиды азота — азотную. Кислоты обычно растворяются в каплях дождя и могут перемещаться на большие расстояния, прежде чем выпадут в виде кислотного дождя. Образованию кислот в облаках способствуют катализаторы: перекись водорода, озон и аммоний(5). Количество аммония (NN4) может возрасти, когда некоторые кислоты частично нейтрализуются (6) аммиаком, содержащимся в воздухе. Окисление усиливается пропорционально количеству активных ионов водорода, растворенных в кислоте (7). Выбрасываемые, например, с выхлопами автомобиля углеводороды (8) при солнечном свете реагируют с оксидами азота и дают озон (9). Хотя он необходим в атмосфере (см выше), он также ускоряет формирование кислотных дождей. При выпадении на почву кислотный дождь вызывает растворение и высвобождение тяжелых металлов и алюминия (10). Когда он попадает в озера, у рыб появляются химические повреждения. Леса страдают от кислотных дождей, потому что повреждаются листья (за счет потери необходимых питательных веществ, а также из-за увеличения количества токсичных металлов, высвобожденных кислотами — это повреждает корни и губит содержащиеся в почве микроорганизмы)

4. вырубка лесов

Леса обогащают атмосферу столь необходимым для жизни кислородом, поглощают диоксид углерода, выделяемый животными и человеком в процессе дыхания, а также промышленными предприятиями в процессе работы. Они играют основную роль в круговороте воды. Деревья забирают воду из почвы, фильтруют ее, очищая от примесей, и выделяют в атмосферу, повышая влажность климата. Леса влияют на круговорот воды. Деревья поднимают подземные воды, обогащая почвы и удерживая их от опустынивания и эрозии – недаром при обезлесении моментально мелеют реки.

Согласно докладам Организации по продовольствию и сельскому хозяйству ООН, обезлесение продолжается во всем мире с большой скоростью. Ежегодно теряется 13 миллионов гектаров леса, тогда как вырастает только 6 Га.

Это значит, что каждую секунду с лица планеты исчезает лес размером с футбольное поле.

5. сокращение биоразнообразия

По оценкам специалистов ежегодно исчезает 10-15 тысяч разновидностей организмов. Это означает, что за грядущие 50 лет планета потеряет, по разным оценкам, от четверти до половины своего биологического разнообразия. Обеднение видового состава флоры и фауны существенно снижает устойчивость экосистем и биосферы в целом, что так же представляет серьезную опасность для человечества. Процесс сокращения биоразнообразия характеризуется лавинообразным ускорением. Чем менее биоразнообразие планеты, тем хуже условия выживания в ней.

Человечество как вид с огромной численностью и ареалом обитания не оставляет пригодного местообитания для других видов. Необходимо интенсивное расширение площади особо охраняемых природных территорий для сохранения видов находящихся под угрозой исчезновения, а так же жесткое регулирование истребления промыслово-ценных видов.

6. опустынивание

Опустынивание — деградация земель в аридных, полуаридных и засушливых областях земного шара, вызванная как деятельностью человека (антропогенными причинами), так и природными факторами и процессами.

Деградация земель — снижение или потеря биологической и экономической продуктивности пахотных земель или пастбищ в результате землепользования. Характеризуется маленьким количеством земли, увяданием растительности, снижением связанности почвы, в результате чего становится возможной быстрая ветровая эрозия. Опустынивание относится к трудно компенсируемым последствиям климатических изменений, так как на восстановление одного условного сантиметра плодородного почвенного покрова уходит в аридной зоне в среднем от 70 до 150 лет.

На Земле происходит деградация биосферы, вызванная следующими факторами вмешательства человека в природу:

— съеданием домашними животными растительного покрова,

— истощением земель в результате их чрезмерного использования,

— вырубкой лесов,

- неправильными методами ирригации.

Наиболее частым видом вмешательства человека в природу является съедание домашними животными растительного покрова. Вследствие выпаса животных растительный покров становится все более редким, и происходит разрыхление почвы. Это приводит к усилению эрозии почвы, что еще больше ухудшает условия для роста растений.

Следующим по своей пагубности видом вмешательства в природу является непомерное использование пахотных угодий. Условия обитания в почве ухудшаются под действием химических веществ, таких как удобрения или пестициды, а также вследствие её механического уплотнения сельскохозяйственными машинами, что может привести к истреблению многих видов животных, обитающих в почве (например, дождевых червей).

И, наконец, существенной причиной опустынивания также является вырубка лесов в засушливых областях. Вырубка лесов под пахотные земли и потребность в древесине для отопления и строительства привели к катастрофическому сокращению лесов во многих аридных областях Земли, в частности во многих густонаселенных регионах Африки, где древесина до сих пор является важнейшим энергоносителем.

Однако вести борьбу с дезертификацией чрезвычайно сложно. Чрезмерное использование пахотных земель и климатические изменения могут иметь одинаковые последствия и быть взаимосвязанными, что очень усложняет задачу определения причин наступления пустыни и принятия адекватных контрмер.

7. Нефтяное загрязнение

Нефть — природная маслянистая горючая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое. Сложная смесь алканов, некоторых циклоалканов и аренов, а также кислородных, сернистых и азотистых соединений. В наши дни нефть, как энергетический ресурс, является одним из основных факторов развития экономики. Но добыча нефти, ее транспортировка и переработка неизменно сопровождается ее потерями, выбросами и сбросами вредных веществ, последствием которых является загрязнение окружающей среды. По масштабам и степени токсичности нефтяное загрязнение представляет собой общепланетарную опасность. Нефть и нефтепродукты вызывают отравление, гибель организмов и деградацию почв. Естественное самоочищение природных объектов от нефтяного загрязнения — длительный процесс особенно в условиях низких температур. Предприятия топливно-энергетического комплекса крупнейший в промышленности источник загрязнителей окружающей среды. На их долю приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу, 27% сброса загрязненных сточных вод, свыше 30% твердых отходов и до 70% общего объема парниковых газов.

8. Перенаселение

Перенаселение — вид демографического кризиса, который характеризуется избытком населения по отношению к средствам существования (нехватка ресурсов для поддержания гигиенических норм жизни) или избытком населения по отношению к спросу на рабочую силу.

Перенаселение — относительное понятие, зависящее от ресурсной базы и уровня экономического развития территории проживания данного населения, а также включает в себя оценку возможностей пополнения и расширения источников средств существования.

5. Виды ресурсов

Природные ресурсы – полезные ископаемые, источники энергии, почва, водоемы, минералы, леса, животный и растительный мир – все то, с чем взаимодействует человек и чем он пользуется.

Ресурсы делят на 2 основных категории: исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы в свою очередь включают в себя возобновимые и невозбновимые.

Неисчерпаемые ресурсы – космическая энергия, климатические условия, водные ресурсы.

Исчерпаемые:

— возобновимые ресурсы — природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет. Примеры: почва, растения, животные, осадочные породы.

— невозобновимые — ресурсы земных недр. Строго говоря, многие из них могут возобновляться в ходе геологических циклов, но длительность этих циклов, определяемая сотнями миллионов лет, несоизмерима с этапами развития общества и скоростью расходования минеральных ресурсов. К невозобновимым ресурсам относится: полезные ископаемые, топливо (нефть, газ, уголь), минеральное сырье.

Одной из глобальных экологических проблем человечества является нерациональное использование ресурсов, сокращение их количества. Особенно опасно уменьшение объема невозобновимых ресурсов.

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 161    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

Всего: 161    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Биосфера — глобальная экосистема. Учение В. И. Вернадского о биосфере. Живое вещество,
его функции. Особенности распределения биомассы на Земле. Биологический круговорот
и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств.
Эволюция биосферы

Биосфера — глобальная экосистема

Биосфера — область существования и жизнедеятельности ныне живущих организмов, которая пронизывает нижние слои атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Помимо среды обитания, в понятие биосферы включается и вся совокупность живых организмов, населяющих ее и обеспечивающих ее функционирование. Биосферу можно рассматривать и как многоуровневую систему элементарных экосистем — биогеоценозов.

Распространение жизни в географических оболочках Земли зависит от ряда факторов. Так, в атмосфере нарастание силы земного тяготения по мере приближения к Земле и ослабление космического излучения озоновым экраном обусловливает наличие условий, пригодных для жизни, в пределах 20 км над уровнем моря. В гидросфере живые существа обнаружены до глубин 11 км и более (Марианская впадина). В литосфере же они проникают на глубину 5–6 км (в среднем до 2–3 км).

Способность биосферы как открытой системы, зависящей от поступления энергии извне, обеспечивать улавливание и прохождение потока энергии, а также круговорот веществ на планете делает ее глобальной экосистемой.

Большие круговороты веществ на уровне биосферы, являющиеся совокупностью малых круговоротов и представляющие собой совокупность путей перемещения веществ через живые организмы и среду их обитания, называются биогеохимическими циклами. Биогеохимические циклы гораздо более замкнуты, нежели малые круговороты на уровне биогеоценозов. Неполная замкнутость биогеохимических циклов (95–98 %) сыграла огромную роль в накоплении биогенных элементов в земной коре.

Стадии различных биогеохимических циклов протекают с неодинаковой скоростью, да и полного повторения каждого цикла добиться невозможно, поскольку вся природа постоянно находится в процессе изменения. Тем не менее все биогеохимические циклы в природе взаимосвязаны и обеспечивают существование жизни.

Биогеохимические циклы напоминают колеса водяной мельницы, которые под действием потока энергии Солнца обеспечивают перемещение, видоизменение и перераспределение энергии и веществ в биосфере. Сам термин «биогеохимический цикл» был введен в начале ХХ века В. И. Вернадским.

«Лопатками» на «колесах» биогеохимических циклов служат различные экологические группы организмов — продуценты, консументы и редуценты, от соотношения которых в биосфере зависит как улавливание солнечной энергии, так и полнота оборота веществ. Для обеспечения устойчивого потока энергии и круговорота веществ в биосфере необходимы не только видовое разнообразие организмов, но и саморегуляция этой глобальной экосистемы благодаря существованию многочисленных прямых и обратных связей.

Термин «биосфера» в значении «зоны жизни» и внешней оболочки Земли впервые был употреблен Ж. Б. Ламарком в 1802 году, однако его трактовку, близкую к современной, предложил в 1875 году австрийский ученый Э. Зюсс.

Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере

Разработка учения о биосфере как сложной многокомпонентной планетарной системе связанных между собой значительных биологических комплексов, а также химических и геологических процессов, происходящих на Земле, — заслуга великого русского ученого В. И. Вернадского (1864–1945). В отличие от других сфер Земли, в пределах биосферы мощнейшим геологическим фактором, преобразующим глобальную экосистему, выступают живые организмы, обеспечивающие направленный поток энергии и функционирование биогеохимических циклов.

Согласно теории В. И. Вернадского, биосфера состоит из четырех компонентов: живого, биогенного, биокосного и косного веществ.

Живое вещество является совокупностью ныне живущих организмов.

Биогенное вещество представляет собой разнообразные органические остатки, в том числе и не полностью разложившиеся (детрит, торф, уголь, нефть и газ биогенного происхождения).

Биокосное вещество — это уже разнообразные смеси биогенных веществ с минеральными породами абиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных карбонатов).

Косное вещество представлено различными абиотическими компонентами, не затронутыми прямым биогеохимическим воздействием организмов (горные породы, минералы, осадки и др.).

Несмотря на то, что человечество является частью биосферы, в последние два века оно стало не менее мощным геологическим фактором, нежели все остальное живое вещество. В связи с этим французский философ Э. Леруа в 1927 году ввел термин «ноосфера» в значении уже существующего «мыслящего пласта». Однако, согласно учению о ноосфере, также разработанному В. И. Вернадским, ноосфера — это высший этап развития земной природы, результата совместной эволюции природы и общества, направляемой человеком; будущее биосферы, когда она, благодаря разумной деятельности и могуществу человека, приобретет новую функцию — функцию гармоничной стабилизации условий жизни на планете. Согласно В. И. Вернадскому, главная цель в построении ноосферы заключается в неизменности того типа биосферы, в которой возник и может существовать человек как вид, сохраняя свое здоровье и образ жизни.

Эпохе ноосферы должна предшествовать глубокая социально-экономическая реорганизация общества, изменение его ценностной ориентации. К идее ноосферы примыкают соображения В. И. Вернадского о возможности в будущем достижения человеком состояния автотрофности как средства независимости от органических ресурсов.

Несмотря на то, что многие авторы не относят ноосферу в будущее, а считают ее совсем близкой или уже формирующейся, если принять во внимание все еще продолжающуюся разрушительную хозяйственную деятельность человека, то ноосфера является гипотетической стадией развития биосферы, когда в будущем разумная деятельность людей станет главным определяющим фактором ее устойчивого развития.

Гармония антропогенной деятельности человека и природы возможна только при осуществлении контроля численности человечества, ограничении чрезмерных потребностей людей, рационализации использования природных ресурсов, использовании только экологически целесообразных промышленных технологий с максимальной переработкой и применением вторичных материальных и технологических ресурсов, осуществлении глобального экологического мониторинга окружающей природной среды и др.

Живое вещество, его функции

Совокупность всех живых организмов планеты образует биомассу, или живое вещество Земли. Его сухая масса оценивается приблизительно в 1,8–2,5$·$10¹² т. Это кажущееся невероятным количество на самом деле составляет всего лишь 0,01 % массы земной коры, однако еще В. И. Вернадский отмечал, что на земной поверхности нет иной химической силы, которая бы действовала более постоянно, а поэтому и более могущественной по своим конечным результатам, чем живое вещество.

И действительно, роль живых организмов в процессах, происходящих на планете, огромна. Хорошо известно, что весь кислород в атмосфере имеет биогенное происхождение, панцири отмерших морских и пресноводных одноклеточных образовали в течение миллионов лет такие осадочные породы, как известняки и диатомит, а без бактерий, грибов, водорослей и почвенных одноклеточных невозможно формирование плодородного слоя почвы. Живое вещество ежегодно воспроизводит около 10 % биомассы, а это 232,5 $×$ 10⁹ т сухого органического вещества, при этом в фотосинтез вовлекается 46 $×$ 10⁹ т углерода, для чего они пропускают через себя 170 $×$ 10⁹ т диоксида углерода и 68 $×$ 10⁹ т воды. Кроме того, в процесс вовлекается 6 $×$ 10⁹ т азота, 2 $×$ 10⁹ т фосфора в год, а также тысячи тонн калия, кальция, магния, серы, железа и других химических элементов.

Изучение деятельности живого вещества позволило В. И. Вернадскому выделить девять выполняемых им биогеохимических функций, в настоящее время к ним относят энергетическую, газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную, деструктивную, средообразующую и др.

Энергетическая — связана с обеспечением поглощения солнечной энергии, ее аккумуляции в химических связях органических соединений и передаче по цепям питания и разложения, что, в конечном итоге, позволяет живому веществу выступать движущей силой геологических процессов.

Газовая — заключается в изменении газового состава атмосферы в процессе фотосинтеза и дыхания. Ее осуществляют растения и некоторые бактерии, которые в процессе фотосинтеза выделяют в атмосферу кислород и поглощают углекислый газ, тогда как все без исключения организмы поглощают кислород и выделяют углекислый газ в процессе дыхания. Часть бактерий способна также в процессе жизнедеятельности выделять азот, его оксиды, сероводород и др. Благодаря деятельности живых организмов не только сформировался, но и поддерживается постоянный состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная — обусловлена окислением и восстановлением различных элементов в почве и гидросфере живыми организмами, что сопровождается образованием солей, оксидов и свободных соединений, а в конечном итоге известняков, бокситов и различных руд.

Концентрационная — связана с избирательным извлечением и накоплением в живом веществе химических элементов (углерода, водорода, азота и др.). Некоторые из них являются специфическими концентраторами определенных элементов: многие морские водоросли — йода, лютики — лития, ряска — радия, диатомовые водоросли и злаки — кремния, которые затем переходят в залежи полезных ископаемых.

Деструктивная — проявляется в завершении биологического круговорота веществ, поскольку в процессе жизнедеятельности организмов-редуцентов происходит разрушение (деструкция) отмерших остатков и продуктов жизнедеятельности до неорганических веществ, которые могут быть вновь вовлечены в биогенную миграцию атомов.

Средообразующая — обусловлена преобразованием состава окружающей среды в процессе жизнедеятельности биомассы, например, формированием состава атмосферы, накоплением солей в гидросфере, почвообразованием и регуляцией климатических изменений.

Особенности распределения биомассы на Земле

Несмотря на то, что живые организмы встречаются в биосфере повсеместно, как уже упоминалось выше, их распределение в пространстве является отнюдь не равномерным: подавляющая часть жизни сосредоточена в основном на суше, тогда как биомасса океана составляет около 0,13 %, не говоря уже об атмосфере.

Более 99 % биомассы организмов суши составляют продуценты (в основном растения), тогда как на долю консументов и редуцентов приходится менее 1 % (животные и микроорганизмы соответственно). Продуценты суши, как по систематической принадлежности, так и по биомассе, в большинстве своем относятся к высшим растениям, тогда как в океане это в основном мелкие одноклеточные водоросли. Однако и на суше они встречаются не равномерно: наибольшие видовое разнообразие, биомасса и продуктивность характерны для тропических влажных лесов и болот, тогда как пустыни практически безжизненны.

В океане наблюдается иная картина: на долю растений приходится около 6 %, а животные, бактерии и грибы составляют свыше 93 %. Такая пропорция продуцентов, консументов и редуцентов обусловливает и низкую продуктивность открытого океана, просторы которого можно считать полупустынными. Тем не менее, именно океан является основным поставщиком первичной продукции на планете благодаря его огромной протяженности и тому, что значительная часть энергии, запасенной продуцентами в виде химических связей органических веществ, не расходуется на процессы жизнедеятельности, а оседает на дно.

Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств

Энергия и вещества, поступающие извне в экосистемы в процессе их существования, подвергаются многочисленным изменениям и переходят из одной формы в другую. Поток энергии через экосистему не может быть замкнутым, поскольку солнечная энергия, хотя и переходит в энергию химических связей благодаря деятельности продуцентов, однако большая ее часть рассеивается в процессе жизнедеятельности отдельных компонентов биогеоценозов, и лишь незначительная доля депонируется в виде залежей полезных ископаемых (нефть, газ, торф). Энергия (солнечная и высвобождаемая в геологических процессах) является движущей силой круговорота веществ в отдельных биогеоценозах и биосфере в целом.

В течение коротких промежутков времени — от одного до нескольких лет — можно наблюдать почти циклические процессы превращений веществ и отдельных химических элементов при получении ресурсов и переработке отходов в экосистемах, тогда как в более длительной перспективе обнаруживается, что данные процессы замкнуты не полностью, поскольку они и депонируются в геосферах Земли, и выносятся в другие биогеоценозы ветрами, ливнями и т. д. Однако эти малые круговороты веществ (на уровне биогеоценоза) являются составляющими больших круговоротов веществ в экосистемах более высокого уровня, или биогеохимических циклов.

В круговороте веществ и энергии в биогеоценозах ведущую роль играют живые организмы, поскольку одни из них (продуценты) улавливают энергию Солнца и фиксируют углерод, а также азот, серу и фосфор в виде органических соединений, а другие, наоборот, используют их (консументы) и постепенно минерализуют (редуценты).

В экосистемах постоянно осуществляются круговороты углерода, азота, водорода, кислорода, серы, фосфора и других химических элементов, а также круговороты веществ, например, воды.

Круговорот углерода. Углерод является одним из важнейших биогенных элементов, который фиксируется растениями в процессе фотосинтеза в виде органических соединений, используемых консументами. В процессе дыхания большая часть органических соединений расщепляется с образованием углекислого газа, а органические остатки разлагаются и минерализуются организмами- редуцентами. В результате этих двух процессов большая часть углекислого газа возвращается обратно в атмосферу.

Часть углерода в настоящее время депонируется в виде неразложившихся органических остатков, формирующих плодородный слой почвы, а запасенный растениями, жившими миллионы лет назад, образовал залежи таких полезных ископаемых, как каменный и бурый уголь, нефть, природный газ, торф и др.

В водных экосистемах углекислый газ связывается в виде карбонат- и гидрокарбонатанионов, и может образовывать нерастворимый карбонат кальция, который входит в состав скелетов многих простейших животных и кишечнополостных. Скелеты отмерших животных образуют осадочные породы (мел, известняки) и надолго исключаются из круговорота, однако в процессе горообразования они выносятся на поверхность, и, разрушаясь под действием биотических факторов и в результате деятельности живых организмов, вновь вовлекаются в него.

Хозяйственная деятельность человека в значительной степени влияет на круговорот углерода в биогеоценозах, в основном вследствие использования невозобновляемых энергетических ресурсов — нефти и газа.

Круговорот азота. Как и углерод, азот является биогенным элементом, который входит в состав белков, нуклеиновых кислот, АТФ, хитина, ряда витаминов и др. В атмосфере азот находится в молекулярной форме (79 % атмосферы), однако он химически инертен и не может быть усвоен непосредственно растениями. Большая часть азота фиксируется свободноживущими и симбиотическими азотфиксирующими бактериями (в том числе цианобактериями), преобразующими его в нитраты. Некоторая часть азота поступает из атмосферы в виде оксида азота (IV), образующегося во время грозы.

Нитраты поглощаются растениями и включаются ими в состав органических соединений. Белки растений служат основой азотного питания животных, однако азотистые соединения постоянно выделяются последними в процессе жизнедеятельности, а также в процессе разложения растительных и животных остатков бактериями и грибами. Образующийся аммиак частично используется редуцентами на построение собственного тела, другая же его часть преобразуется нитрифицирующими бактериями в нитраты, вновь используемые растениями или денитрифицирующими бактериями, возвращающими его в атмосферу. Часть азота, как и углерода, на длительное время исключается из оборота, оседая в глубоководных отложениях.

Круговорот азота претерпел значительные изменения в связи с использованием человеком азотных удобрений, а также других азотистых соединений в различных отраслях промышленности, вследствие чего значительные количества азота попадают не только на поля, но и в воздух, и в водные экосистемы.

Круговорот серы. Сера как биогенный элемент входит в состав некоторых аминокислот и целого ряда других важнейших органических соединений. Большая часть серы депонирована в почве и морских осадочных породах в виде сульфидов и сульфатов. Микроорганизмы переводят сульфиды в доступную для растений форму — сульфаты. Остатки растений и животных перерабатываются редуцентами и обеспечивают возврат серы в круговорот.

На современном этапе выброс соединений серы существенно возрос в результате хозяйственной деятельности человека (сжигание каменного угля и газа на тепловых электростанциях, выхлопные газы автомобилей), что приводит к образованию серной кислоты и кислотным дождям, вызывающим гибель растительности.

Круговорот фосфора. Фосфор сосредоточен в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи, поскольку многие фосфаты нерастворимы. Постепенно фосфор все же вымывается из них и попадает в экосистемы. Растения используют только часть этого фосфора, тогда как большая его часть уносится в водоемы и вновь откладывается в виде осадочных пород.

Деятельность человека внесла существенные коррективы в круговорот этого химического элемента в связи с добычей морепродуктов и использованием огромного количества фосфорных удобре ний, значительная часть которых ежегодно смывается с полей.

Нерациональная эксплуатация природных запасов фосфора ведет, например, и к географическим изменениям. Так, маленькое островное государство Науру в юго-западной части Тихого океана, существующее в основном за счет добычи фосфоритов, вскоре исчезнет с лица Земли, поскольку запасы этих полезных ископаемых, накапливавшихся в течение сотен тысяч лет благодаря экскрементам перелетных птиц, почти истощены.

Круговорот воды (гидрологический цикл). Совокупные запасы воды на планете составляют около 1,5 млрд м³, причем большая их часть находится в водоемах (особенно соленых), тогда как атмосфера достаточно бедна ею. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на значительные расстояния. На поверхность суши вода выпадает в виде осадков, при этом она используется не только живыми существами, но и способствует разрушению горных пород, делает их пригодными для жизни растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и возвращается вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в водоемы. Гидрологический цикл занимает около 1 года. Круговорот воды между океаном и сушей является важнейшим звеном в поддержании жизни на Земле, поскольку не только обеспечивает потребность организмов в воде, но и привносит в водные экосистемы минеральные и органические вещества, захватываемые на суше в процессе разрушения литосферы.

В настоящее время человек является мощным геологическим фактором, использующим в своей деятельности почти все элементы, даже те, которые необходимы лишь для техногенной деятельности (уран, плутоний и др.). Это способствует тому, что природные круговороты веществ трансформируются в природно-антропогенные, так как человек не только изымает из оборота определенные элементы, но и ускоряет использование некоторых из них.

Эволюция биосферы

Биосфера, как и любая другая экосистема, не является застывшей, так, в девонском периоде в атмосфере имелось до 30 % кислорода, а в настоящее время — до 21 %, кроме того, за последние 50 лет содержание углекислого газа в ней под влиянием хозяйственной деятельности человека возросло на 10 %. Само формирование и историческое развитие биосферы тесно связаны с возникновением и эволюцией жизни на планете.

На первом этапе эволюции биосферы ведущую роль в ней играли физико-химические процессы, связанные с образованием Земли из протопланетного облака, ее разогревом, миграцией атомов и разделением литосферы на мантию и ядро, возникновением гидросферы, а также формированием вторичной атмосферы из метана, углекислого газа, водяных паров и аммиака, что создавало предпосылки для абиогенного возникновения жизни.

В дальнейшем именно живое вещество оказало огромное влияние на эволюцию биосферы, которое заключалось в изменении состава атмосферы и его поддержании (возникновении кислорода, снижении концентрации углекислого газа, метана и др.), в регуляции состава морских и пресных вод, во влиянии на климат и плодородие почв, а также на процессы формирования осадочных и разрушения горных пород. Это было обусловлено возникновением уже на первых этапах развития жизни автотрофных и гетеротрофных организмов, обеспечивших круговорот веществ и поток энергии на планете. Несмотря на то, что естественные геологические и климатические изменения на планете также продолжают играть немаловажную роль в процессах, происходящих на планете, именно живое вещество выступает ведущим геохимическим фактором.

Эволюция органического мира неизбежно сопровождалась возникновением одних, более приспособленных к среде обитания систематических групп организмов, и вымиранием других, однако при этом в биосфере в целом поддерживается приблизительно одинаковое соотношение продуцентов, консументов и редуцентов, обеспечивающих устойчивое развитие биосферы.

На современном этапе эволюции биосферы огромную роль, сравнимую с деятельностью живого вещества, играет третий фактор — человеческое общество, хозяйственная деятельность которого уже привела к нарушению экологического равновесия и грозит полным разрушением биосферы.

Глобальные изменения в биосфере, вызванные деятельностью человека (нарушение
озонового экрана, кислотные дожди, парниковый эффект и др.). Проблемы устойчивого
развития биосферы. Правила поведения в природной среде

Глобальные изменения в биосфере, вызванные деятельностью человека (нарушение озонового экрана,
кислотные дожди, парниковый эффект и др.)

Эволюция человека и развитие человеческого общества достаточно длительное время не оказывали существенного влияния на биосферу, однако уже 20–30 тыс. лет назад началось интенсивное истребление крупных травоядных животных, а 10–12 тыс. лет назад — сведение лесов, обусловленное подсечной системой земледелия. Впоследствии в некоторых районах планеты вместе с изменениями климата это привело к эрозии почв и опустыниванию. Тем не менее только в последние два столетия резкий рост населения и качественный скачок в развитии науки и производства привели к сильнейшей нагрузке на природу, возникновению антропоценозов.

Хозяйственная деятельность человека, ставившая перед собой благую цель удовлетворить его самые основные потребности в пище и более или менее комфортной среде обитания, первоначально затрагивала лишь поверхность суши (вырубка лесов, распашка земель, прокладка дорог), а затем распространилась и вглубь литосферы (добыча полезных ископаемых), затронула атмосферу (сжигание топлива, выбросы промышленных предприятий и автомобилей) и гидросферу (бытовые и промышленные стоки, осушение болот, сооружение плотин). Негативные последствия этой деятельности длительное время нивелировались благодаря буферным свойствам биосферы, однако возрастающая антропогенная нагрузка, связанная с загрязнением воздуха, воды и земли вызвала, возможно, уже необратимые изменения в соответствующих оболочках планеты. Несмотря на то, что загрязнение происходит во многих местах по всему земному шару, их последствия не остаются локальными, а суммируются и приобретают глобальные масштабы.

Парниковый эффект. Ускорение минерализации гумуса почв на распаханных территориях, выбросы в атмосферу продуктов сгорания топлива, в особенности углекислого газа и метана, а также широко применяемого в холодильниках, кондиционерах и распылителях фреона привели не только к их накоплению, но и к задержке ими инфракрасного излучения земной поверхности, ведущей к разогреву биосферы. Считается, что наблюдаемый при этом парниковый эффект является основной причиной глобального потепления, которое сопровождается увеличением числа жарких дней в году, снижением количества осадков и засухами в основных сельскохозяйственных районах, таянием ледников и подъемом вод Мирового океана, а также различными катаклизмами, в частности ураганами, штормами и т. д. Ряд ученых объясняет глобальное потепление в большей степени цикличностью процессов изменения температуры на планете, т. е. тем, что мы живем в настоящее время в межледниковый период.

Нарушение озонового экрана. Фреон и оксид азота (II) считают также основными факторами ослабления озонового слоя и возникновения «озоновых дыр» над Антарктидой, Арктикой и Скандинавией. Несмотря на то, что озон образуется в атмосфере постоянно под действием электрических разрядов высокой мощности, и мы ощущаем его запах после грозы, озоновый экран формировался в течение миллионов лет, и только завершение этого процесса серьезно уменьшило поступление губительного для всего живого ультрафиолетового излучения на планету и позволило организмам выйти на сушу. Нарушение озонового слоя в настоящее время считается главной причиной тревожной статистики заболеваемости раком кожи во многих странах мира, и поэтому повсеместно ставится вопрос о вреде длительного воздействия солнечных лучей и соляриев.

Решить две вышеупомянутые насущные проблемы человечества призван ряд международных договоров, в том числе Монреальский (1987) и Киотский (1997) протоколы, предусматривающие ограничение использования фреонов, а также выбросов парниковых газов в атмосферу.

Кислотные дожди. К середине 70-х годов ХХ века в Скандинавии, Великобритании, а также в ряде районов Северной Америки было обнаружено, что дождевая вода вместо нейтральной реакции имеет кислую (рН < 7,0). В первую очередь выпадение кислотных дождей стало причиной нарушений в пресноводных экосистемах, где начала исчезать не только рыба, но и лягушки, тритоны и другие животные. Несмотря на то, что последствия таких осадков для растительности установить трудно, считается, что они являются причиной деградации лесов, а также разъедания строительных конструкций, эрозии почв и т. д. Причиной выпадения кислотных дождей является загрязнение воздушной среды оксидами серы и азота, которые реагируют с атмосферной влагой с образованием серной и азотной кислот. Оксиды серы и азота попадают в атмосферу в результате сгорания топлива, содержащего даже небольшие количества этих химических элементов.

Смог. Выброс различных газов и твердых частичек в атмосферу приводит также к образованию смога, характерного в настоящее время для промышленных районов государств (например, Китая), переживающих экономический бум. Смог является причиной роста числа заболеваний дыхательной системы.

Загрязнение водоемов. Интенсивная эксплуатация водных ресурсов связана не только с выловом рыбы, добычей морепродуктов и культивированием жемчуга, поскольку человечество нуждается в питьевой и технической воде. Изменение водного баланса на планете вследствие вырубки лесов, строительства плотин и осушения болот, а также загрязнение вод в первую очередь коснулось континентальных пресных водоемов, однако последствия этой деятельности ощущаются и в морях, как, например, в случае с пестицидом ДДТ, который применялся на полях, но был обнаружен и в тканях рыб и млекопитающих Северного Ледовитого океана. Загрязнение рек и стоячих водоемов бытовыми и промышленными стоками, в том числе радиоактивными отходами, привело к серьезному нарушению видового разнообразия данных экосистем, однако вовремя принятые в ряде стран меры способствовали их очистке и восстановлению природных популяций. Нерациональное использование подземных вод вызвало в некоторых регионах истощение природных ресурсов и проседание почв на огромных территориях. В настоящее время считается, что в мире более 1 млрд человек не имеет доступа к качественной питьевой воде, и такое положение продолжает усугубляться, поэтому водные ресурсы нуждаются в особой охране.

Сведение лесов. Леса издавна считаются легкими планеты, поскольку в процессе фотосинтеза в них образуется значительная часть атмосферного кислорода. Кроме того, они принимают активное участие в поддержании водного баланса планеты, сохранении почв, видового разнообразия и т. д. Несмотря на это, леса по всей планете продолжают вырубаться с ужасающей скоростью, особенно в тропических регионах, для нужд строительной, мебельной, химической, целлюлознобумажной и других отраслей промышленности. Последствиями такой хищнической эксплуатации природных ресурсов, которые становятся все более заметными в последнее время, являются обмеление рек, наводнения, исчезновение многих видов растений и животных, деградация почв, рост концентрации углекислого газа в атмосфере и изменение климата в целом.

Эрозия почв и опустынивание. Почвенное плодородие, которое интересует человечество в первую очередь, зависит от толщины слоя гумуса, накапливаемого в течение тысячелетий благодаря деятельности миллионов организмов. Наиболее плодородными почвами считаются черноземы, их во время Великой Отечественной войны даже вывозили в Германию с территории нашей страны немецко-фашистские захватчики. Однако в послевоенный период почвенное плодородие начало неуклонно снижаться вследствие эрозии. Эрозией называется разрушение верхнего плодородного слоя почвы вследствие его смывания водами и сноса ветрами. Эрозия, уплотнение почв сельскохозяйственной техникой, засоление, загрязнение, вырубка лесов, интенсивный выпас на пастбищах и другие воздействия ведут к деградации почв, и, в конечном итоге, к опустыниванию, как это произошло в колыбели человеческой цивилизации — Месопотамии и Северной Африке.

Не менее значительными последствиями хозяйственной деятельности человека являются истощение энергетических ресурсов, вымирание видов растений и животных и т. д.

Человек долгое время усиливал власть над природой, развивал технический потенциал, увеличивал эксплуатацию природных ресурсов, однако в дальнейшем этот процесс может привести лишь к катастрофическому разрушению природной среды с последующим снижением качества жизни. Единственно возможным шагом в направлении перехода биосферы в ноосферу является осознание и провозглашение необходимости перехода мирового сообщества на позиции устойчивого развития.

Проблемы устойчивого развития биосферы

В послевоенное время последствия хозяйственной деятельности человечества приобрели настолько угрожающие масштабы, что было доказано: устранение возникших противоречий между антропогенной нагрузкой и буферными возможностями биосферы, а также дальнейшее улучшение качества жизни людей возможны только в рамках стабильного социально-экономического развития, не разрушающего естественный механизм саморегуляции биосферы. Для решения этих проблем был создан целый ряд международных организаций по защите окружающей природной среды, таких как Международный союз по охране природы и природной среды (МСОП), Всемирный фонд охраны дикой природы (WWF), Римский клуб, Международный экологический суд (МЭС), Гринпис, а также было проведено немало представительных конференций. Наиболее значимыми форумами по данной проблематике считаются Конференция ООН по окружающей среде (Стокгольм, 1972) и Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992). Результатом работы первой из них явилось создание Программы ООН по окружающей среде и развитию (ЮНЕП), а вторая приняла Декларацию РИО по окружающей среде и развитию, Рамочную конвенцию «Об изменении климата», Конвенцию «О биологическом разнообразии» и Программу действий ООН «Повестка дня на ХХІ век». Именно в документах последней встречи выдвинутая ранее в докладе ЮНЕП «Наше общее будущее» (1987) теория устойчивого развития составила концептуальную основу принятых решений.

Устойчивое развитие подразумевает такой тип развития, который позволяет обеспечить стабильный экономический рост на долговременной основе, не приводя при этом к дальнейшей деградации окружающей природной среды.

В узком смысле под устойчивым развитием понимается исключительно оптимизация хозяйственной деятельности человека в биосфере, которая, с одной стороны, удовлетворяла бы потребности человечества, а с другой, не усугубляла бы состояния природной среды.

Более широкая трактовка данного термина связывает устойчивое развитие с коренным пересмотром самих принципов функционирования человеческой цивилизации, в том числе решение продовольственной, экономической и других проблем, и переходу биосферы в качественно новое состояние — ноосферу.

Для решения данных проблем необходимо решить четыре основные задачи современности: сохранение уцелевших и восстановление до уровня естественной продуктивности ряда деградировавших экосистем, рационализация потребления, повсеместное внедрение «экологических» технологий и нормализация численности населения.

Поскольку биосфера, являясь регулятором состояния окружающей среды, представляет собой единую систему, то полноценный переход к устойчивому развитию возможен только в масштабах мирового сообщества при эффективном международном сотрудничестве. Большую роль в этом сыграли, помимо упоминавшихся Конференций ООН, Монреальская встреча (Монреаль, 1987; подписан Монреальский протокол об ограничении выбросов фреона в атмосферу), Общеевропейская конференция министров окружающей среды (София, 1995), Конференция Сторон Рамочной Конвенции ООН по изменению климата (Киото, 1997; подписан Киотский протокол об ограничении тепловых выбросов в атмосферу) и Международный конгресс по устойчивому развитию (Йоханнесбург, 2002). Тем не менее особую роль в данном процессе играет ряд стран, одной из которых является Россия, обладающая большими территориями, фактически не затронутыми хозяйственной деятельностью и являющимися резервом устойчивости биосферы в целом.

Российская Федерация активно подключилась к решению глобальных экологических проблем, что выразилось в принятии ряда основополагающих документов, в том числе Концепции перехода РФ к устойчивому развитию, Государственной стратегии устойчивого развития РФ, Экологической доктрины РФ, Федерального закона «Об охране окружающей среды», которые предусматри вают стабилизацию и коренное улучшение состояния окружающей природной среды за счет внедрения экологически оправданных технологий и методов управления, изменения самой структуры экономики, а также личного и общественного потребления. Большое внимание в этих документах уделяется формированию нового, экологического мышления как у подрастающего поколения, так и у экономически активного населения.

Отдельные успехи в деле защиты окружающей среды уже намечаются. В основном они связаны с природоохранной политикой государств и усилиями международного сообщества, устанавливающими стандарты качества окружающей природной среды и предельно допустимые уровни ее загрязнения, такие как «Евро-2», «Евро-4» и др. Большинство рычагов экологической политики лежит все-таки в экономической плоскости и предусматривает недопущение на рынок товаров и услуг, не отвечающих стандартам, введение штрафных санкций, экологических налогов, повышение цен на энергоносители и т. д. Введение же безвредных для состояния окружающей среды технологий, напротив, сопровождается налоговыми льготами. Поэтому в большинстве стран мира промышленные предприятия устанавливают специальные фильтры для снижения вредных выбросов в атмосферу, очищают сточные воды и пытаются сделать производственные циклы замкнутыми и безотходными. Особое значение в настоящее время уделяется получению энергии из возобновляемых источников путем строительства приливных, ветро- и гелиоэлектростанций, а также внедрению энергосберегающих технологий.

Однако эти усилия не могут быть плодотворными без участия каждого человека в отдельности. Поэтому в развитых странах бережное отношение к природе, которое заключается в сортировке бытового мусора, применении упаковки многоразового использования, передвижении на велосипеде и т. д., является элементом общей культуры.

Оценка глобальных экологических проблем и возможных путей их решения

Деятельность человека к концу ХХ века привела к разрушению более 60 % естественных экосистем суши (при том, что распахано только 10 % территорий), гибнут водные экосистемы, в том числе и морские, что обусловлено нерациональным использованием ресурсов, техногенным загрязнением и глобальным изменением климата. Однако первопричинами такого плачевного состояния биосферы являются демографический взрыв в ряде развивающихся стран и формирование общества потребления в экономически развитых странах.

Дальнейшее промедление в решении экологических проблем уже через 20 лет приведет к повышению температуры на планете на 1–2 􀁱С, вызовет жесткие засухи и затопление на огромных территориях, обречет миллионы людей на смерть от голода и болезней, вызванных в том числе неполноценным питанием, отсутствием качественной питьевой воды и загрязнением природной среды. В конечном итоге, уже в ближайшей перспективе возможно полное исчезновение человека как биологического вида вследствие разрушения его среды обитания.

Искусственно поддерживать функционирование биосферы на необходимом уровне человечеству не удастся, поскольку только живое вещество планеты в состоянии обеспечивать и регулировать этот процесс. Главным условием для восстановления нормальной природной среды обитания является восстановление самого живого вещества, прежде всего за счет сохранения видового разнообразия растений, животных, грибов и бактерий. Однако восстановить ее полностью не удастся, во всяком случае в настоящее время, поскольку на это пришлось бы направить все имеющиеся в распоряжении человечества ресурсы. Поэтому экономически и экологически оправданным уровнем является выделение в качестве заповедных территорий около 1/6 части суши. Если для большинства промышленно развитых стран мира эта задача представляется непосильной, то Россия имеет еще огромный запас в виде 65 % почти не тронутых деятельностью человека территорий.

Правила поведения в природной среде

Учитывая реалии сегодняшнего дня, отдыхая на природе, следует стараться не наносить еще большего вреда экосистемам. Для этого во время движения не стоит съезжать и сходить с уже проложенных маршрутов, чтобы не утрамбовывать почву. Нельзя ломать и срывать бесцельно растения, собирать их семена и плоды, так как это может нарушить процесс воспроизведения растительных сообществ. Разведение костров на природе также возможно только на специально оборудованных площадках во избежание пожаров, которые могут возникнуть даже от брошенной спички или окурка. Ловля и умерщвление насекомых и других животных только из-за того, что они красивы или из спортивного интереса являются недопустимыми, ибо также могут не только влиять на численность популяций, но и оказывать влияние на целостность цепей питания и трофических сетей биогеоценозов. Следует помнить и о том, что даже при гербаризации растений и сборе животных для коллекций учитывается степень редкости этих организмов. В природной среде нельзя также оставлять мусор, мыть машины и сливать машинное масло и горючее, так как это также наносит пусть не мгновенный, но все же большой вред экосистемам.

Только рациональное природопользование может обеспечить сохранность природной среды еще на долгие годы.

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
Раздел 8. Экология и учение о биосфере. Глава 8.4. Учение о биосфере.

ВСЕ РАЗДЕЛЫ СПРАВОЧНИКА

 8.4. Учение о биосфере

8.4.1. Геосферы Земли

Возраст планеты Земля составляет около 4,6 млрд лет. В течение этого времени на Земле происходили процессы превращения и перемещения материи, в результате чего земной шар расчленился на ряд оболочек, или геологических сфер (геосфер). Выделяют различные сферы Земли:

• Атмосфера (греч. atmos — пар) — воздушная оболочка Земли.
• Гидросфера (греч. hydor — вода) — водная оболочка Земли.
• Литосфера (греч. lithos — камень) — твёрдая оболочка земного шара.
• Биосфера (греч. bios — жизнь) — оболочка Земли, преобразованная живыми организмами.
• Ноосфера (греч. noos — разум) — оболочка Земли, преобразованная деятельностью человека.

Слои Земли имеют разный химический состав, что объясняют дифференциацией первичного вещества планеты. В ходе формирования планеты более тяжёлые элементы (железо, никель и др.) «тонули» и образовали ядро, а относительно лёгкие (кремний, алюминий и др.) «всплывали» и сформировали земную кору. Одновременно из расплава выделялись газы, образовавшие атмосферу, и пары воды, которые сформировали гидросферу. В результате на Земле сложились условия, благоприятные для развития жизни. Живые организмы сформировали особую оболочку — биосферу. С возникновением человека биосфера вступает в новую стадию развития — ноосферу.

8.4.2. Структура биосферы

Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.

Термин биосфера впервые применил Э. Зюсс (1875), понимавший её как тонкую плёнку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую лик Земли. Однако заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В. И. Вернадскому, так как именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания.

Границы биосферы. Биосфера имеет определённые границы. Она занимает нижнюю часть атмосферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы биосферы в большой степени условны. Обычно считают, что верхняя граница биосферы находится на высоте 22-24 км от поверхности Земли, где образуется озоновый экран. Здесь свободный кислород под влиянием солнечной радиации превращается в озон (О, -> 03), который образует экран и отражает губительные для живых организмов космические излучения и частично ультрафиолетовые лучи. Нижняя граница биосферы проходит по литосфере на глубине 3—4 км, а по гидросфере — по дну Мирового океана, местами на глубине свыше И км. Более широкое распространение живых организмов ограничено лимитирующими факторами. Так, проникновению вверх препятствует космическое излучение, а проникновению вглубь — высокая температура земных недр.

Вещество биосферы. В. И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере ряд типов веществ (табл. 8.23).

Таблица 8.23. Типы веществ биосферы

Распределение жизни в биосфере. Масса живого вещества составляет лишь 0,01 % от массы всей биосферы. Тем не менее живое вещество биосферы — это главнейший её компонент.

Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распространено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселённые организмами, чередуются с менее заселёнными территориями.

Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трёх оболочек — атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В. И. Вернадский назвал «плёнками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.

В настоящее время по видовому составу на Земле животные (более 2,0 млн видов) преобладают над растениями (0,5 млн). В то же время запасы фитомассы составляют 99% запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На суше биомасса и количество видов организмов в целом увеличиваются от полюсов к экватору.

8.4.3. Функции живого вещества

Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества (табл. 8.24).

Таблица 8.24. Геохимические функции живого вещества

8.4.4. Круговорот веществ и поток энергии в биосфере

Биосфера — открытая система. Её существование невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещества на Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов. При отсутствии круговорота за короткое время был бы исчерпан, например, основной «строительный материал» живого — углерод.

Биосфера Земли характеризуется определённым образом сложившимся круговоротом веществ и потоком энергии. Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном потоке солнечной энергии.

В зависимости от движущей силы, с определённой долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты. До возникновения человека на Земле осуществлялись только первые два.

Геологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы. Геологический круговорот веществ осуществляется без участия живых организмов.

Биологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. С появлением человека возник антропогенный круговорот, или обмен, веществ.

Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нём можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот (обмен)).

В отличие от геологического и биологического круговоротов веществ, антропогенный круговорот веществ в большинстве случаев является незамкнутым. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды. Именно они и являются основной причиной всех экологических проблем человечества.

Рассмотрим круговороты наиболее значимых для живых организмов веществ и элементов (рис. 8.19-8.22).

Круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу относится к большому геологическому круговороту. Вода испаряется с поверхности Мирового океана и либо переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стоков, либо выпадает в виде осадков на поверхность океана. В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды. Круговорот воды в целом играет

основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учётом транспирации воды растениями и поглощения её в биогеохимическом цикле весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет.

Круговорот углерода. Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа. В Мировом океане круговорот углерода усложнён тем, что часть углерода, содержащегося в мёртвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода выключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ.

Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат до 500 млрд т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода (сжигание угля, нефти, газа, дегумификация) приводит к возрастанию содержания СО₂ в атмосфере и развитию парникового эффекта.

Скорость круговорота СО₂, то есть время, за которое весь углекислый газ атмосферы проходит через живое вещество, составляет около 300 лет.

Круговорот кислорода. Главным образом круговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами. В основном свободный кислород (02) поступает в атмосферу в результате фотосинтеза зелёных растений, а потребляется в процессе дыхания животными, растениями и микроорганизмами и при минерализации органических остатков. Незначительное количество кислорода образуется из воды и озона под воздействием ультрафиолетовой радиации. Большое количество кислорода расходуется на окислительные процессы в земной коре, при извержении вулканов и т.д. Основная доля кислорода продуцируется растениями суши — почти 3/4, остальная часть — фотосинтезирующими организмами Мирового океана. Скорость круговорота — около 2 тыс. лет.

Установлено, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23 % кислорода, который образуется в процессе фотосинтеза, и эта цифра постоянно возрастает.

Круговорот азота. Запас азота (N₂) в атмосфере огромен — 78 % от её объёма. Однако растения поглощать свободный азот не могут, только в связанной форме, в основном в виде NH₄⁺ или NО₃^—. Свободный азот из атмосферы связывают азотфиксирующие бактерии и переводят его в доступные растениям формы. В растениях азот закрепляется в органическом веществе (в белках, нуклеиновых кислотах и пр.) и передаётся по цепям питания. После отмирания живых организмов редуценты минерализуют органические вещества и превращают их в аммонийные соединения, нитраты, нитриты, а также в свободный азот, который возвращается в атмосферу.

Нитраты и нитриты хорошо растворимы в воде и могут мигрировать в подземные воды и растения и передаваться по пищевым цепям. Если их количество излишне велико (такое часто наблюдается при неправильном применении азотных удобрений), то происходит загрязнение вод и продуктов питания, что вызывает заболевания человека.

8.4.5. Биологическое разнообразие

Биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием. Это свойство обусловлено следующими причинами: разными средами жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной); разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; наличием регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); биологическим разнообразием живых организмов.

В настоящее время описано более 2,5 млн видов. Однако реальное число видов на Земле в несколько раз больше, чем описано.

Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях. Кроме того, современный видовой состав — это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за период её существования. Каждый вид имеет определённую продолжительность жизни (10—30 млн лет), поэтому число видов, принимавших участие в эволюции биосферы, исчисляется сотнями миллионов. Считается, что к настоящему времени арену биосферы оставили более 95 % видов.

Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и других связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы ев целом.

К сожалению, практически вся без исключения деятельность человека подчинена упрощению экосистем любого ранга. Сюда следует отнести и уничтожение отдельных видов или резкое уменьшение их численности, и создание агроценозов на месте сложных природных систем. Например, полностью исчезли с лица земли степи как тип экосистем и ландшафтов, резко уменьшились площади лесов (до появления человека они занимали примерно 70% суши, а сейчас — не более 20%). Идёт дальнейшее, невиданное по масштабам уничтожение лесных экосистем, особенно наиболее ценных и сложных тропических, спрямление русел рек, создание промышленных районов и т. п.

Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время получить значительный объём нужной продукции (например, с сельскохозяйственных полей), но за это приходится рассчитываться снижением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.

8.4.6. Ноосфера

Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В. И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов. При этом использование природных ресурсов происходит без учёта закономерностей развития и механизмов функционирования биосферы. В результате хозяйственной деятельности из биотического круговорота изымаются или существенно преобразуются большие территории (сведение и насаждение лесов, осушение болот, строительство городов, дорог, плотин, распашка целинных земель, создание водохранилищ и т.д.). Добыча полезных ископаемых, сжигание огромного количества топлива, создание новых, не существовавших ранее в биосфере веществ интенсифицируют круговорот веществ, изменяют состав и структуру слагающих его компонентов. Антропогенные воздействия на биосферу, принявшие глобальный характер (на Земле не осталось ни одного участка суши или моря, где нельзя было бы обнаружить следов деятельности человека), ставят под угрозу устойчивость биосферы.

В 1944 г. В. И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу, то есть в такое её состояние, когда развитие биосферы будет управляться разумом человека. Сам термин ноосфера предложен Э. Леруа (1927) и П. Тейяром де Шарденом (1930).

Ноосфера — сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором её развития.

По убеждению В. И. Вернадского, биосфера вступает в новую стадию своего развития — стадию ноосферы. На этой стадии человек разумный выступает как геохимическая сила невиданного масштаба. Особенность этой силы — её разумность.

Кроме термина ноосфера, часто употребляют такие термины, как антропосфера, техносфера и др.

Антропосфера — сфера Земли, где живёт и куда временно проникает (с помощью спутников и т.п.) человечество. Термин антропосфера употребляют для характеристики пространственного положения человечества и его хозяйственной деятельности.

Техносфера — часть биосферы (со временем, по-видимому, вся биосфера), преобразованная технической деятельностью человека. Термин техносфера используют, когда хотят подчеркнуть вещественную сторону отношений «человек — природа», а также то, что на настоящем этапе хозяйственная деятельность людей не настолько разумна, чтобы говорить о ноосфере.

Надо отметить, что единства в терминологии по данному вопросу нет. Термин ноосфера является самым общим, а другие используют, когда хотят акцентировать тот или иной аспект.

Можно выделить ряд основных признаков превращения биосферы в ноосферу:

1. Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры (рост разработки месторождений полезных ископаемых). Геохимическая деятельность человека становится сравнимой по масштабам с биологическими и геологическими процессами. В геологическом круговороте резко возрастает звено денудации.
2. Массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох (нефти, газа, каменного угля и пр.). Следствием является усиление парникового эффекта и глобальное потепление климата.
3. Рассеивание энергии, в отличие от её накопления в биосфере до по -явления человека. Основным следствием является энергетическое загрязнение биосферы.
4. Образование в больших количествах веществ, ранее в биосфере отсутствовавших (чистые металлы, пластмассы и др.). В результате наблюдается химическое загрязнение биосферы — её металлизация, загрязнение промышленными и другими отходами и т. д.
5. Создание, хотя и в ничтожно малых количествах, трансурановых химических элементов (плутония и др.). Освоение ядерной энергии за счёт деления тяжёлых ядер и (в обозримом будущем) термоядерной энергии за счёт синтеза лёгких ядер. Возникает опасность теплового загрязнения биосферы и загрязнения радиоактивными отходами ядерной энергетики.
6. Расширение границ ноосферы за пределы Земли в связи с научно-техническим прогрессом. Возникновение космонавтики обеспечило выход человека за пределы родной планеты. Ноосфера в будущем займёт большее пространство, чем биосфера до появления человека. Создаётся принципиальная возможность организации искусственных биосфер на других планетах.

---

ВСЕ РАЗДЕЛЫ СПРАВОЧНИКА

Материалы для подготовки к ЕГЭ. Онлайн-Справочник по биологии.
8.4. Учение о биосфере

Просмотров:
8 518

Скачать материал

Скачать материал

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Биология 11 класс
  Тема урока
  «Биосфера – живая оболочка Земли.
  Структура и компоненты биосферы»
  (подготовка к ЕГЭ)
  Учитель: Терновская Галина Петровна, ГБОУ СОШ 418 Кронштадт, СПб

• 

  2 слайд

  Цели урока:
  создать представление о биосфере, ее структуре, границах, компонентах
  познакомить с учеными, которые внесли вклад в познание биосферы
  продолжить развивать умение анализировать материал, выделять главное, делать выводы
  создать условия для осмысления роли человека в биосфере

• 

  3 слайд

  Понятие о биосфере “ как об области жизни” было упомянуто в 1802 году в книге “Гидрогеология” Жаном Батистом Ламарком.
  Понятие о биосфере “ как об области жизни”
  было упомянуто в 1802 году в книге “Гидрогеология”
  Жаном Батистом Ламарком
  « Все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов»

• 

  4 слайд

  Понятие о биосфере “ как об области жизни” было упомянуто в 1802 году в книге “Гидрогеология” Жаном Батистом Ламарком.
  Термин «БИОСФЕРА» в 1875 году ввёл австрийский учёный геолог Эдуард Зюсс.
  К биосфере он отнёс всё то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы, где встречаются живые организмы.

  По Зюссу, биосфера — область нахождения живой материи; это статическое определение биосферы.

• 

  5 слайд

  Понятие о биосфере “ как об области жизни” было упомянуто в 1802 году в книге “Гидрогеология” Жаном Батистом Ламарком.
  В 1911 году в лекциях студентам Сорбоны Владимир Иванович Вернадский впервые дал научное определение биосферы.
  А основные идеи В. И. Вернадского о биосфере сложились к началу 20-х годов и были опубликованы в 1926 г. в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков:
  «Биосфера в космосе» и «Область жизни».

• 

  6 слайд

  Понятие о биосфере “ как об области жизни” было упомянуто в 1802 году в книге “Гидрогеология” Жаном Батистом Ламарком.
  Опираясь на работы Климента Аркадьевича Тимирязева о роли растений в преобразовании солнечной энергии, В. И. Вернадский создал учение о биосфере, где показал, что живое вещество биосферы, трансформируя солнечную
  Энергию, вовлекая неорганическую материю в круговорот.

• 

  7 слайд

   
  По В. И. Вернадскому, биосфера — организованная, динамическая и устойчиво уравновешенная, самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система. Основной чертой ее организованности является биогенная миграция химических элементов, производимая силами жизни, источником энергии которой является лучистая энергия Солнца.
  В. И. Вернадский так определил пространство, охватываемое биосферой Земли: вся гидросфера до максимальных глубин океана, верхняя часть литосферы материков до глубины 2-3 км, нижняя часть атмосферы (по крайней мере, до верхней границы тропосферы).

• 

  8 слайд

  Основные положения теории В. И. Вернадского:

  1. Солнце – источник энергии. Главнейшую роль в жизни на Земле играет непрерывно поступающий поток энергии.
  2. Живое вещество играет основную роль в биохимическом круговороте веществ и энергии.
  З. Элементарная структурная единица биосферы — биогеоценоз.
  4. Необходимое условие существования биосферы — круговорот веществ.
  5. Живое вещество в биосфере распределено неравномерно.
  6. Биосфера имеет границы.
  7. Под влиянием деятельности человека биосфера переходит в ноосферу – «сферу разума».
  8. Все вещества биосферы подразделяются на четыре группы: живое вещество, косное вещество, биокосное вещество, биогенное вещество.

• 

• 

  10 слайд

  Главный источник энергии в биосфере – Солнце, звезда.

• 

• 

  12 слайд

  Косное вещество
  Формируется без участия живых организмов
  Это базальт, гранит, песок, золотоносные руды, газы, водяные пары, вода.
  К косному веществу можно отнести и горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

• 

  13 слайд

  Биогенное вещество
  Образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности.
  Вещество, представляющее собой остатки отмерших организмов или продукты жизнедеятельности и линьки живых организмов. 
  Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.

• 

  14 слайд

  Биокосное вещество
  Создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами, объединяя в себе живое и косное вещества.

  К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва — уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

• 

  15 слайд

  ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО
  Живое вещество в биосфере распределено неравномерно.
  Вернадский называл скопления живых организмов плёнками или сгущениями.
  Живое вещество — совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ — важнейший фактор геологических изменений планеты.

• 

  16 слайд

  Функции живого вещества:
  Энергетическая
  Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам — сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.
  Газовая
  Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.

• 

  17 слайд

  Концентрационная
  Концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в способности избирательно накапливать различные химические элементы.
  Эта способность — важное эволюционное приобретение живых организмов, которые научились извлекать из разбавленных водных растворов нужные им вещества, в результате чего концентрация определенных веществ в живых организмах многократно больше концентрации этих же веществ в водном растворе.
  К результатам концентрационной функции живого вещества можно отнести залежи мела (раковины моллюсков и простейших), торфа (мох сфагнум), каменного угля (папоротникообразные), нефти, горных ископаемых, различных руд.

• 

  18 слайд

  Окислительно-восстановительная

  Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.
  Деструктивная
  Без разрушения «старой» жизни, невозможно возникновение «новой». После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда — это главное условие жизни.

• 

  19 слайд

  Транспортная
  Живые организмы играют ведущую роль в миграции атомов в биосфере, осуществляют  «перемешивание» вещества. Во время миграций они перемещают на большие расстояния вещество и энергию.

  Средообразующая
  Живые организмы активно воздействуют на среду, например участвуя в выветривании, в образовании осадочных пород.

• 

  20 слайд

  Границы биосферы определяются
  вечной мерзлотой;
  необходимыми для жизни организмов условиями;
  пищевыми связями между организмами разных видов;
  круговоротом веществ в ней

• 

  21 слайд

  Границы биосферы определяются
  вечной мерзлотой;
  необходимыми для жизни организмов условиями;
  пищевыми связями между организмами разных видов;
  круговоротом веществ в ней

• 

  22 слайд

  Одним из положений учения В. И. Вернадского о биосфере служит следующее утверждение:

  1) живое вещество — совокупность живых организмов на Земле;
  2) живым организмам присущи рост и развитие;
  3) все живые организмы образуют виды;
  4) живые организмы связаны со средой обитания

• 

  23 слайд

  Одним из положений учения В. И. Вернадского о биосфере служит следующее утверждение:

  1) живое вещество — совокупность живых организмов на Земле;
  2) живым организмам присущи рост и развитие;
  3) все живые организмы образуют виды;
  4) живые организмы связаны со средой обитания

• 

  24 слайд

  Основное отличие биосферы от других оболочек Земли заключается в том, что

  1) геологическая и биологическая эволюции идут одновременно;
  2) в биосфере используются другие источники энергии;
  3) в биосфере не происходят геохимические процессы, а идёт только биологическая эволюция;
  4) в биосфере идёт только геологическая эволюция

• 

  25 слайд

  Основное отличие биосферы от других оболочек Земли заключается в том, что

  1) геологическая и биологическая эволюции идут одновременно;
  2) в биосфере используются другие источники энергии;
  3) в биосфере не происходят геохимические процессы, а идёт только биологическая эволюция;
  4) в биосфере идёт только геологическая эволюция

• 

  26 слайд

  Общее количество вещества всей совокупности организмов в биогеоценозе и биосфере — это

  1) экологическая пирамида;
  2) экологическая ниша;
  3) первичная биологическая продукция;
  4) биомасса живого вещества

• 

  27 слайд

  Общее количество вещества всей совокупности организмов в биогеоценозе и биосфере — это

  1) экологическая пирамида;
  2) экологическая ниша;
  3) первичная биологическая продукция;
  4) биомасса живого вещества

• 

  28 слайд

  Верны ли следующие суждения о живом веществе в биосфере?

  А. Живое вещество планеты обеспечивает непрерывный круговорот веществ и преобразование энергии в биосфере.
  Б. Живое вещество распределено в биосфере равномерно, за исключением вод Северного Ледовитого океана.
  1) верно только А;
  2) верно только Б;
  3) верны оба суждения;
  4) оба суждения неверны

• 

  29 слайд

  Верны ли следующие суждения о живом веществе в биосфере?

  А. Живое вещество планеты обеспечивает непрерывный круговорот веществ и преобразование энергии в биосфере.
  Б. Живое вещество распределено в биосфере равномерно, за исключением вод Северного Ледовитого океана.
  1) верно только А;
  2) верно только Б;
  3) верны оба суждения;
  4) оба суждения неверны

• 

  30 слайд

  Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Укажите три функции живого вещества биосферы.

  1) транспортная;
  2) гравитационная;
  3) тектоническая;
  4) средообразующая;
  5) фотопериодическая;
  6) энергетическая

• 

  31 слайд

  Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Укажите три функции живого вещества биосферы.

  1) транспортная;
  2) гравитационная;
  3) тектоническая;
  4) средообразующая;
  5) фотопериодическая;
  6) энергетическая

• 

  32 слайд

  Установите соответствие между примерами и функциями живого вещества биосферы: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

  А) возвращение в круговорот минеральных соединений
  Б) образование мела
  В) формирование экосистемы коралловых рифов
  Г) фильтрация воды двустворчатыми моллюсками
  Д) накопление йода морской капустой

  Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

  1) деструктивная
  2) концентрационная
  3) средообразующая

• 

  33 слайд

  Установите соответствие между примерами и функциями живого вещества биосферы: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

  А) возвращение в круговорот минеральных соединений
  Б) образование мела
  В) формирование экосистемы коралловых рифов
  Г) фильтрация воды двустворчатыми моллюсками
  Д) накопление йода морской капустой

  Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

  1) деструктивная
  2) концентрационная
  3) средообразующая

• 

  34 слайд

  Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены.
  (1) Живое вещество биосферы – это совокупность всех организмов, живущих в данный момент на нашей планете. (2) Биогенное вещество образовано организмами и абиогенными процессами одновременно. (3) К биогенному веществу относят уголь, торф, горные породы. (4) Сложное происхождение в биосфере имеет биокосное вещество, созданное организмами и абиогенными процессами одновременно. (5) Почва – биокосное вещество. (6) Космогенное вещество представлено метеоритами и космической пылью. (7) Концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы.

• 

  35 слайд

  Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены и исправьте их:
  (1) Живое вещество биосферы – это совокупность всех организмов, живущих в данный момент на нашей планете. (2) Биогенное вещество образовано организмами и абиогенными процессами одновременно. (3) К биогенному веществу относят уголь, торф, горные породы. (4) Сложное происхождение в биосфере имеет биокосное вещество, созданное организмами и абиогенными процессами одновременно. (5) Почва – биокосное вещество. (6) Космогенное вещество представлено метеоритами и космической пылью. (7) Концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы.

• 

  36 слайд

  Ошибки в предложениях 2, 3, 7
  2 – биогенное вещество образовано соединениями, созданными организмами давних эр и периодов (ИЛИ – вещество, образованное организмами и абиогенными процессами одновременно – биокосное вещество);
  3 – горные породы – это косное вещество;
  7 – концентрационная функция живого вещества биосферы заключается в накоплении в телах организмов разных химических соединений (ИЛИ – газовая функция живого вещества биосферы заключается в поддержании постоянства газового состава атмосферы)

• 

  37 слайд

  В чем проявляются особенности биосферы как оболочки Земли?

• 

  38 слайд

  В чем проявляются особенности биосферы как оболочки Земли?

  1) В биосфере протекают биогеохимические процессы, проявляется геологическая деятельность организмов;
  2) происходит непрерывный процесс круговорота веществ, регулируемый деятельностью организмов;
  3) биосфера преобразует энергию Солнца в энергию органических веществ.

• 

  39 слайд

  Какие факторы ограничивают распространение жизни в гидросфере, атмосфере, литосфере? Ответ обоснуйте.

• 

  40 слайд

  Какие факторы ограничивают распространение жизни в гидросфере, атмосфере, литосфере? Ответ обоснуйте.
  1) в гидросфере при погружении на глубину повышается давление, уменьшается освещенность, уменьшается содержание кислорода;
  2) в атмосфере жизнь ограничивается интенсивностью ультрафиолетового излучения, снижением содержания кислорода;
  3) жизнь в литосфере ограничивается высокой температурой, плотностью, снижением содержания кислорода

• 

  41 слайд

  Объясните, почему каменный уголь относят к веществам биогенного происхождения и невосполнимым природным ресурсам. Какие условия способствовали его образованию?

• 

  42 слайд

  Объясните, почему каменный уголь относят к веществам биогенного происхождения и невосполнимым природным ресурсам. Какие условия способствовали его образованию?
  1) каменный уголь биогенного происхождения, так как образовался из отмерших организмов (древовидных папоротникообразных);
  2) каменный уголь относится к невосполнимым ресурсам, так как в настоящее время условий для его образования нет;
  3) залежи каменного угля образовались без доступа воздуха под высоким давлением

• 

  43 слайд

  СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 156 736 материалов в базе

• Выберите категорию:

• Выберите учебник и тему

• Выберите класс:

• Тип материала:

  • Все материалы

  • Статьи

  • Научные работы

  • Видеоуроки

  • Презентации

  • Конспекты

  • Тесты

  • Рабочие программы

  • Другие методич. материалы

Найти материалы

Вам будут интересны эти курсы:

• Курс повышения квалификации «Организация и руководство учебно-исследовательскими проектами учащихся по предмету «Биология» в рамках реализации ФГОС»

• Курс повышения квалификации «ФГОС общего образования: формирование универсальных учебных действий на уроке биологии»

• Курс повышения квалификации «Медико-биологические основы безопасности жизнедеятельности»

• Курс повышения квалификации «Методические аспекты реализации элективного курса «Антропология и этнопсихология» в условиях реализации ФГОС»

• Курс повышения квалификации «Государственная итоговая аттестация как средство проверки и оценки компетенций учащихся по биологии»

• Курс повышения квалификации «Нанотехнологии и наноматериалы в биологии. Нанобиотехнологическая продукция»

• Курс повышения квалификации «Основы биоэтических знаний и их место в структуре компетенций ФГОС»

• Курс профессиональной переподготовки «Анатомия и физиология: теория и методика преподавания в образовательной организации»

• Курс повышения квалификации «Гендерные особенности воспитания мальчиков и девочек в рамках образовательных организаций и семейного воспитания»

• Курс повышения квалификации «Составление и использование педагогических тестов при обучении биологии»

• Курс повышения квалификации «Инновационные технологии обучения биологии как основа реализации ФГОС»

• Курс профессиональной переподготовки «Организация и выполнение работ по производству продукции растениеводства»

Определение боисферы. Виды веществ по Вернадскому

Биосфера ― оболочка Земли, населенная живыми организмами.

Академик В.И. Вернадский посвятил ее изучению основную часть своих научных трудов.

Основные положения теории В. И. Вернадского:

1. Солнце ― источник энергии. Главнейшую роль в жизни на Земле играет непрерывно поступающий поток энергии.

Биосфера ― открытая система, она не может существовать без энергии, поступающей извне. Основным поставщиком этой энергии является Солнце. Растения способны аккумулировать солнечную энергию и переводить ее в энергию химических связей, таким образом, делая ее доступной для всех остальных живых организмов.

2. Живое вещество играет основную роль в биохимическом круговороте веществ и энергии.

Живые организмы участвуют в круговороте всех химических элементов.

3. Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз.

Биосфера является высшим уровнем организации жизни на Земле. Она включает в себя все нижестоящие элементы и частично подчиняется их законам: биосфера тем устойчивее, чем устойчивее ее компоненты, то есть биогеоценозы.

4. Необходимым условием существования биосферы является круговорот веществ.

Круговорот веществ позволяет повторно использовать одни и те же элементы. Если бы этот процесс не происходил, растения бы исчерпали запас минеральных веществ и в итоге бы погибли.

5. Живое вещество в биосфере распределено неравномерно.

В океане обитает менее 1% живых организмов, населяющих планету. Оставшиеся организмы живут на суше. На суше 99% живых существ ― растения, животные составляют менее 1%.

6. Биосфера имеет границы.

Биосфера распространяется на нижний слой атмосферы, верхний слой литосферы и часть гидросферы.

7. Под влиянием деятельности человека биосфера переходит в ноосферу ― «сферу разума».

Ноосфера ― «разумная оболочка Земли» ― высшая стадия развития биосферы, в которой проявляется деятельность человека как главный, определяющий фактор развития.

8. Все вещества биосферы подразделяются на четыре группы: живое, косное, биокосное, биогенное.

• Живое вещество ― совокупность всех живых элементов биосферы.

Примеры: медведь белый, осока заячья, олений мох.

• Косное вещество ― неживые компоненты биосферы, в своем происхождении никак не связанные с деятельностью живого.

Примеры: гранит, базальт, мрамор, песок, глина.

• Биокосное вещество ― элементы, образованные в результате совместной деятельности живого и косного.

Примеры: вода, почва, ил и другие элементы.

• Биогенное вещество ― вещество, на протяжении истории развития планеты образуемое живыми веществами.

Примеры: нефть, газ, каменный уголь, молоко, мёд, жемчуг.

Функции живого вещества:

• Энергетическая ― связана с запасанием энергии в виде химических связей в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, использованием, рассеиванием;

• Газовая ― поддержание постоянного газообмена с окружающей средой, влияние на газовый состав атмосферы;

• Концентрационная ― участие в биогенной миграции атомов, которые концентрируются в живых организмах, а после их отмирания переходят в неживую природу;

• Окислительно-восстановительная ― обмен веществ и энергии, фотосинтез;

• Иногда выделяют транспортную функцию ― перенос веществ против силы тяжести и в горизонтальном направлении.