АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

ТЕМА 4. ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О БИОСФЕРЕ

Читайте также:
  1. I Курс I I семестр (полная форма обучения)
  2. III. Профиль обучения и отрасли экономики
  3. V1: Социально-правовые основы природопользования
  4. А не интенсивность, которая выясняется только спустя некоторое время, после получения информации о последствиях.
  5. А) Теоретические основы термической деаэрации
  6. Актуальность изучения данного курса
  7. Анализ воспитательного потенциала семьи. Методы изучения семьи.
  8. АППАРАТУРА ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИМИ И ГАММА-ЛУЧАМИ
  9. Ассоциативно-рефлекторная теория обучения
  10. Б. Гибель клетки после облучения.
  11. Баланс и балансовые поручения в банке
  12. Билеты для проведения экзамена по итогам изучения дисциплины

 

1. Понятие биосферы и ноосферы в аспекте учения В. И. Вернадского.

2. Строение и структура биосферы. Границы биосферы.

3. Первичная продукция биосферы.

4. Организованность и устойчивость биосферы.

 

1. Понятие биосферы и ноосферы в аспекте учения В.И. Вернадского

Понятие биосферы вошло в науку случайно. Более 100 лет назад, в 1875 г., австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин в последней, наиболее общей главе своей книги о происхождении Альп. Однако это упомина­ние не сыграло сколько-нибудь заметной роли в развитии научной мысли. В 1926 г. были опубликованы две лекции русского минералога В. И. Вернадского, в которых им, спу­стя 50 лет после работ Зюсса, формулировались основ­ные положения концепции биосферы, которую мы прини­маем и сейчас. Под биосферой Вернадский понимал те слои земной коры, которые подвергались в течение всей геологической истории влиянию живых организмов.

Суть учения Вернадского заключается в том, что биосфера - это качественно своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов. Биосфера представляет собой результат взаимодействия живой и неживой природы. Элементы неживой природы связаны воедино с помощью живых организмов. Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.

Вернадский выделяет в биосфере семь глубоко отличных и в то же время генетически связанных частей:

1) Живое вещество - живые организмы, т.е. совокупность и биомасса живых организмов в биосфере.

2) Биогенное вещество - продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть и т.п.).

3) Косное вещество - горные породы (минералы, глины).

4) Биокосное вещество - продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды).

5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.).

6) Рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии.

7) Вещество космического происхождения - метеориты, протоны, нейтроны, электроны.



Согласно данной концепции, в процессе развития биосферы выделяют три этапа :

1. Биосфера - среда, в которой человек воздействовал на природу незначительно (возраст человечества примерно 1,5 млн. лет).

2. Биотехносфера или современная биосфера как результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество - это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника - это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос - каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем , какими средствами избежать необратимых последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно , что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так , чтобы они были взаимовыгодны.

3. Ноосфера - сфера разума. Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование - есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.

В последние годы многие ученые (Дж. Хатчинсон и др.) сужают представление о биосфере, рассматривая ее как ту часть поверхности Земли, которая в настоящее время находится под влиянием деятельности организмов. Многие научные термины в разных случаях применяются то в более широком, то в более узком понимании.

 

2. Строение и структура биосферы. Границы биосферы

В биосфере весьма значительно количество жидкой воды и на нее падает мощный поток энергии Солнца. Для биосферы характерны поверхности раздела между ве­ществами, находящимися в жидком, твердом и газооб­разном состояниях.

‡агрузка...

Поскольку источником энергии на Земле является Сол­нце, то все живые организмы распределены в верхних сло­ях двух земных оболочек: литосферы и гидросферы. Чем лучше та или иная земная оболочка пропускает солнечные лучи, тем на большую глубину она за­селена живыми организмами. Однако биосфера не конча­ется там, куда не доходит свет. Благодаря силе тяжести поток энергии распространяется еще дальше: из осве­щенных слоев в глубину моря непрестанно падают комоч­ки экскрементов, мертвые и живые организмы.

В литосферу живые организмы проникают на ничтож­ную глубину. Основная их масса сосредоточена в верх­нем слое почвы мощностью в несколько десятков сан­тиметров, и редко кто проникает на несколько метров или десятков метров вглубь (корни растений, дождевые черви). По трещинам земной коры, колодцам, шахтам и буровым скважинам животные и бактерии могут опус­каться на гораздо большую глубину—до 2,5-3 км. Нефть, часто залегающая глубоко от поверхности земли, имеет своеобразную бактериальную флору. Проникновение зе­леных растений в глубь литосферы невозможно из-за отсутствия света. Животные не находят там питания. Механические свойства горных пород, слагающих литос­феру, также препятствуют распространению в них жиз­ни. Наконец, с продвижением в недра Земли темпера­тура возрастает и на глубине 3 км достигает 100°С. Следовательно, на глубине более 3 км от земной поверхности живые организмы существовать не могут.

С поверхности литосферы живые организмы прони­кают в нижние слои атмосферына высоту от несколь­ких сантиметров до нескольких метров. А растения воз­носят свои зеленые кроны иногда на несколько десят­ков метров. На несколько сотен метров в атмосферу проникают насекомые, летучие мыши и птицы. Восходящие токи воздуха могут поднимать на несколько кило­метров покоящиеся стадии (споры, цисты, семена) жи­вотных и растений. Однако организмы, проводящие всю свою жизнь в воздухе, т. е. связанные с ним как с ос­новной средой обитания, не известны.

 

Верхняя граница - озоновый слой

20000

 

 

Стратосфера

 

10000 Эверест (8848 м)

почва

Тропосфера

 

 
 

 

 


Литосфера Гидросфера

 
 


Филиппинская впадина (10830 м)

Нефтяные воды

(присутствие бактерий )

3000 Нижняя граница

 

 

Гидросфера в отличие от атмосферы и литосферы заполнена жизнью по всей своей толще. Повсюду, куда проникали орудия сбора, исследователи находили жи­вые организмы. Из этого мы можем заключить, что жид­кая вода является более важным лимитирующим факто­ром в расселении организмов, чем свет. Так, самые жар­кие пустыни формально находятся вне биосферы. Однако фактически они могут считаться парабиосферными (околобиосферными), так как живые организмы там все же есть. Например, в пустынях Намиб и Калахари под сло­ем сухого песка встречаются насекомые (жуки-чернотелки), существующие за счет приносимых ветром сухих пылевидных остатков растений; питаясь ими, насекомые получают метаболическую воду.

Протяженность биосферы ввысь ограничена в основ­ном недостатком жидкой воды и низким парциальным давлением углекислого газа. В горах хлорофилосодержащие растения, видимо, не могут жить на высоте более 6200 метров (Гималаи). На еще больших высотах встречаются некоторые животные, например пауки. Они питаются ногохвостками, а те, в свою очередь, довольствуются зер­нами пыльцы, заносимыми сюда ветром. Высокогорную область биосферы называют эоловой зоной.

Если лимитирующими факторами биосферы являются жидкая вода и солнечный свет, то оптимум жизни прихо­дится на поверхность раздела сред. Исследования фото­синтеза показали, что часто наибольший выход органи­ческих веществ дают растения, способные использовать все три фазы: твердую, жидкую и газообразную. Примером может служить тростник обыкновенный, Phragmites communis. Всасывание воды для него облегчается постоян­ным давлением жидкости на донные осадки. Необходи­мый для существования углекислый газ тростник получает из газообразной среды, в которой скорость проникновения газа через поглощающие поверхности наиболее вы­сока; кислород тоже легче получать из воздуха, чем из воды; наконец, все остальные элементы легче извлекать из раствора в капиллярной воде осадка.

 

3. Первичная продукция биосферы

Предпринимались многочисленные попытки оценить первичную продукцию биосферы. Обширные простран­ства Земли попадают в категорию низкопродуктивных из-за таких лимитирующих факторов, как вода (в пустынях) или питательные вещества (в открытом море). Хотя пло­щадь суши составляет всего около 1/4 общей площади планеты, суша превосходит океаны по своей продуктив­ности, так как большая часть океанских вод в основном «пустынна». В Мировом океане значения пер­вичной продукции в разных районах существенно различаются. Наиболее продуктивны коралловые рифы, не уступающие даже тропическим лесам. Продуктивность от­крытых океанических зон ниже продуктивности зон апвеллинга и прибрежных районов и близка к таковой для тундры. Анализ оценок средних величин для больших площадей показывает, что продуктивность колеблется в пределах двух порядков — от 200 до 20 000 ккал на 1 м2 в год, а общая валовая продукция Земли имеет величи­ну порядка 1018 ккал в год.

Чтобы биосфера продолжала существовать, не должен прекращаться круговорот основных химических элемен­тов. Скорость этих процессов может быть различной. Органическое вещество, которое ведет свое происхож­дение от атмосферного диоксида углерода, завершает цикл формирования за время, исчисляемое десятилети­ями. Круговорот кальция совершается значительно мед­леннее. В форме бикарбоната Са(НС03)2 кальций смы­вается в реки из континентальных пород, осаждаясь за­тем в виде карбоната СаС03 в водах открытого океана главным образом в форме тончайших раковин фораминифер. Дно океана медленно перемещается к поясам го­рообразования на окраинах материков, и кальций воз­вращается на сушу. Круговорот завершается, по-види­мому, за несколько сотен миллионов лет. Фосфор, как мы знаем, по характеру своего круговорота схож с кальцием, а азот имеет больше сходства с углеродом, хотя его содержание в атмосфере гораздо выше.

В разных участках биосферы развитие жизни лимити­руется разными веществами. Можно сказать, что в пус­тыне жизнь ограничена недостаточным количеством во­дорода и кислорода в форме воды. В открытом океане лимитирующим фактором часто служит железо, обычно присутствующее в форме труднодоступной для организ­мов гидроокиси. В иных средах, например в почвах влаж­ных районов, в озерах, окраинных морях, лимитирующим фактором чаще всего является фосфор.

 

4. Организованность и устойчивость биосферы

Биосфера — это экосистема первого порядка, или глобальная. А в экосистеме должны быть сбалансированы все компоненты, от потока энергии, суб­страта, атмосферы, вод до биотической совокупности. Последняя является управляющей системой по отноше­нию к абиотической совокупности. В биотической сис­теме управляющей подсистемой служат консументы, так как от них зависит степень использования первичной про­дукции и в конечном итоге стабильность системы в це­лом. По правилу Эшби, управляющая подсистема или управляющая система должна быть организована не ме­нее сложно, чем управляемая; возможно, в этом лежит разгадка тайны, почему на Земле так много животных, особенно насекомых. Поэтому глобальная экологическая пирамида имеет вид волчка. Принцип строения глобальной экологической пирамиды следую­щий: каждый из основных уровней (продуценты — консументы — редуценты) изображается в форме цилинд­ра, высота которого — биомасса, а диаметр — количество видов. Соотношения диаметров острия, маховика и стержня «вол­чка жизни» могут быть в разных экосистемах различными, но чтобы волчок не падал, они не могут быть произвольными.

Внутри биосферы должны быть (территориально сбалансированы экосистемы более низкого поряд­ка. Иными словами, на Земле должно быть необходимое количество тундр, лесов, пустынь и т. д. — как биомов, а внутри биома тундр (должна сохраняться оптимальная тундровость, внутри биома хвойных лесов — оптимальная лесистость и т. д. И так до самых мел­ких биогеоценозов.

Значительные преобразования внутри биомов и смещение в них равновесия между экосистемами низшего порядка неми­нуемо вызывают саморегуляцию на высшем уровне. Это отражается на многих природных процессах—от изме­нения глубины залегания грунтовых вод до перераспре­деления воздушных потоков. Аналогичное явление наблю­дается и на уровне очень крупных систем биосферы при изменении соотношения между территориями биомов. В ходе освоения земель, в самом широком понимании этого слова, нарушается и компонентное, и территориальное равновесие. До определенной степени это допу­стимо и даже необходимо, ибо только в неравновесном состоянии экосистемы способны давать полезную про­дукцию (вспомним формулу чистой продукции сообще­ства). Но, не зная меры, человек стремится получить боль­ше, чем может дать природа, забывая, что запасы имеют фундамент из великого множества элементов, пока не входящих в понятие «ресурсы».

Современное потребление продукции биосферы до­стигло 7% чистой первичной продукции суши, и это уже привело к нарушению биохимического круговорота в био­сфере, замкнутость которого может поддерживаться биотой только для биологически накапливаемых биогенов. По расчетам В. Г. Горшкова (1986, 1988), такая ситуа­ция будет продолжаться до тех пор, пока потребление первичной продукции не станет превышать 1% (доля по­требления продукции всеми крупными животными). Од­нако для возвращения биосферы в стационарное состо­яние человечеству придется затрачивать энергию и труд, так как необходимо будет взять на себя те функции, ко­торые раньше выполняла биосфера. Челове­честву пора оценить свои энергетические и прочие возможности для собственного спасения.




При использовании материала, поставите ссылку на Студалл.Орг (0.01 сек.)