Круговорот воды

В данном случае речь идет не об отдельном биогене, а о соединении двух важнейших биогенов водорода (Н) и кислорода (О), т.е. воды (Н₂О), без которой нет жизни на земле.

Для человечества важны фазы круговорота в пределах экосистем (рис. 3.7). Здесь происходят четыре процесса: перехват, транспирация, инфильтрация и сток.

Рисунок 3.7 - Круговорот воды в биосфере

Круговорот воды представляет собой процесс непрерывного, взаимосвязанного перемещения воды в глобальных масштабах. Круговорот воды осуществляется под влиянием солнечной энергии, гравитации, жизнедеятельности организмов. В целом для планеты главным источником прихода воды служат атмосферные осадки, а расхода – испарение.

Круговорот воды в биосфере предполагает, что суммарное испарение уравновешивается выпадением осадков. Растительность перехватывает часть выпадающей в осадках воды до того, как она достигает почвы. Перехваченная вода испаряется в атмосферу. Величина перехвата в средних широтах может составлять 25 % воды, выпадающей в виде осадков. Остальная вода впитывается в почву (инфильтрация) или стекает по поверхности в водоемы. Благодаря испарению, часть воды снова возвращается в атмосферу.

Из океана испаряется большее количество воды, чем попадает в него с осадками, на суше, наоборот. «Лишние» осадки, выпадающие на суше, попадают и сохраняются в ледяных шапках гор и ледниках, пополняют грунтовые воды, а также оказываются в реках и озерах, возвращаясь постепенно со стоком снова в океан.

Наибольшей активностью в водообмене обладают речные воды (каждые 11 дней), наименьшей воды полярных ледников (~ за 8000 лет). В среднем в год с поверхности водоемов испаряется около 0,5 млн. м³ или 1030 мм в год.

Транспирацией называется испарение воды зелеными частями растений, причем она испаряется со всей наружной и всех внутренних поверхностей растений, соприкасающихся с воздухом. Общая транспирация зависит от многих экологических факторов (освещенность, сухость воздуха, ветер, рельеф и др.). Наибольшей транспирацией характеризуются болотные и плавающие растения (рогоз, частуха – до 4000 мг/дм²∙ч). Из наземных растений сильнее всего транспирируют травянистые растения - до 2000 мг/дм²∙ч; кустарники в тундре дают всего 150 мг/дм²∙ч. Отдельные виды древесных пород с успехом могут использоваться для осушения болот. Например, осушение Колхидских болот в Грузии было осуществлено посадками эвкалиптов.

3.3. Техносфера, ноосфера

Биосфера с момента появления человека стала все сильнее подвергаться негативному влиянию его хозяйственной деятельности. С целью выживания человек вынужден был пойти по пути техногенного развития. Особенно жесткому воздействию со стороны человеческой деятельности природа стала подвергаться последние сто лет.

Термин техносфера – это область проявления технической деятельности человека. Особенностью техносферы является то, что область жизни в ней постоянно подвергается разнообразным и порой чрезвычайным по мощности залповым воздействием. В начале эволюции техносферы эти воздействия были направлены практически полностью на живое вещество с целью максимально возможного обеспечения человека пищевыми ресурсами. С момента перехода к искусственному воспроизведению пищевых ресурсов человек начал вовлекать другие природные ресурсы – полезные ископаемые, воду. С каждым годом интенсивность хозяйственной деятельности ускоряется. В результате этого биосфера изменилась, превратившись в область активной технической деятельности, или в техносферу.

Однако в связи с нарушением эволюционно выработанного равновесия, выпадением части звеньев, ускорением всех процессов техносфера весьма уязвима и неустойчива. Пример тому – глобальные катастрофы, обрушивающиеся на планету в последние десятилетия

Кроме того, существует принципиальное различие между солнечной и техногенной энергией. Солнечная радиация поступает к нам из практически неиссякаемого источника, техногенная – появляется при уничтожении невосполнимых форм энергии, накопленных экосистемой на протяжении всего времени существования планеты. Разрушительная функция техновещества намного превосходит все его созидательные качества.

Техносфера, созданная человеком с целью максимального удовлетворения его потребностей, сделала жизнь человеческой цивилизации значительно комфортнее, однако она стала основной угрозой человеку как живому виду.

Вернадский В.И. выдвинул идею преобразования биосферы через техносферу в ноосферу. Ноосфера – сфера разума. Это новое геологическое явление на планете, в котором крупнейшей геологической силой является человек и его деятельность. Причем в основе изменения реальностей ноосферы лежит мысль, психическая энергия, которая преобразовывает мир. Владимир Иванович Вернадский утверждал, что всякая система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равняется или приближается к нулю, т.е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена.

На современном этапе концепция управляемого устойчивого развития предлагает реализацию интенсивного сознания и внедрения новой нравственности, ведущей к росту качества сознания человека и утверждению разумных, а не искусственно раздуваемых материальных потребностей. Современный человек должен быть заинтересован в создании комфортных условий существования не только для себя, но и для своих потомков. Разумное, осознанное ограничение своих материальных потребностей наряду с превалированием духовных – неизбежный этап человеческого поведения в эпоху интенсивного развития.

В настоящее время большинство стран, в том числе и Россия, разработали свои национальные стратегии устойчивого развития, в которых определены стратегические и тактические программы бесконфликтного взаимодействия общества с окружающей средой.

3.4. Современная гипотеза происхождения человека

Все живые организмы самым тесным образом связаны с условиями существования. Но жизнедеятельность животных целиком зависит от природных процессов, к которым они длительное время адаптируются, и изменение хода этих процессов неизбежно приводит или к быстрой гибели видов животных или к их перестройке и появлению новых видов. Только люди, сумевшие объединиться для коллективного труда, создав язык как средство общения, научившись изготовлять орудия труда, одежду и жилище, подчинив себе огонь, смогли не только выстоять в борьбе с природой, но и поставить себе на службу многие природные процессы и явления.

Откуда же взялся человек?

В зоологической систематике вид человек разумный (Homo sapiens) относится к классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид (Hominidae). Исследователи предполагают, что местом возникновения семейства гоминид была экваториальная полоса Земли, а рода Homo – Восточная Африка. Эволюция гоминид имела неравномерный характер. Принято считать, что собственно гоминидная ветвь эволюции сформировалась не ранее 15 и не позднее 6 млн лет назад. В этот период проходило сильное изменение климата, практически исчезли тропические леса, на значительных пространствах распространились степи и саванны. У человекообразных обезьян оказались нарушенными самые главные экологические связи. У них вместо лазания начала вырабатываться новая система передвижения – на двух ногах, и главное им надо было добывать в основном не растительную, а животную пищу, а значит надо было охотиться, поэтому появилась необходимость изготовления каменных орудий. Отличительные особенности семейства гоминид: прямохождение, увеличение объема мозга, дифференциация его структуры, развитие руки как органа труда, удлинение периода роста и развития и др. Примерно 5 млн лет назад гоминиды были представлены двуногими человекообразными обезьянами – австралопитеками. Они в значительной степени были хищниками и охотились на различных животных, применяя для этой цели простейшие орудия.

Исследования антропологов вблизи оз. Танганьика в Восточной Африке позволяют оценить возраст наиболее древнего предшественника современного человека в 2…2,5 млн лет. Он получил название человек умелый (Homo habilis). Длительное время он сосуществовал с австралопитеком. Около 1,5 млн лет назад на смену человеку умелому пришел человек прямоходящий (Homo erectus). Примерно 1 млн лет назад он стал единственным представителем гоминид на Земле. Австралопитеки существовали в саванне в виде небольших стад в 10-20 особей и, невзирая на эпизодическое пользование орудиями труда, подчинялись правилам биологического доминирования. Стадо возглавлялось сильнейшим самцом, что приводило к потомству только от него, т.к. при эструсе - ни один другой самец не мог противиться вожаку. Эструс - время половой возбудимости у самок австралопитеков, как и у обезьян, был 5-6 дней. При этом потомство было не всегда лучшим.

Важнейшим этапом в развитии, точнее, в создании собственно человека, была сексуальная революция, которая отделила собственно человека от животного. Вероятнее всего эта революция случилась внутри одного или нескольких стад австралопитеков, когда у одной из самок случайным образом, возможно в результате мутаций, болезни или постоянного употребления растений, кореньев с возбуждающими веществами эструс стал постоянным. Согласно гипотезе В.А. Зубакова «Появление первой женщины (Евы – Прародительницы), т.е. самки с постоянной половой возбудимостью, в корне изменило взаимоотношения самцов и открыло путь к количественному росту стада, а значит, и числа добытчиков и охранников. Мяса стало достаточно для всех, в том числе и для стариков, которые заготавливали и обрабатывали камни для охоты и при этом могли обучать детей». В целом сформировались условия для замены биологического доминирования в таком стаде на социальные. Очевидно, что единственный случай такой мутации не мог в корне изменить все сложившиеся взаимодействия во всех стадах австралопитеков, но возможная наследственная передача способности к постоянному эструсу при большом количестве потомства и вероятная предрасположенность самок австралопитеков к такой мутации в других стадах в целом создали предпосылки к социальной революции и сформировали 50 – 35 тыс. лет назад человека разумного (Homo sapiens). По мнению многих специалистов, Нomo sapiens разделяется на два подвида – неандерталец (Homo sapiens neanderthalensis) и современный человек (Homo sapiens modern). Одним из дополнительных факторов формирования социальных отношений стала необходимость поддерживания огня. Пралюди длительное время не умели разводить огонь, но поддерживали его десятками лет, а для этого нужно было иметь определенные не биологические взаимоотношения внутри стада. Это стало началом социума (общества людей).

Современный человек появился в Европе около 30 – 40 тыс. лет назад, который сменил ранее существовавших там неандертальцев и на основе более совершенной техники обработки каменных и костяных орудий создал эффективную систему массовой охоты на крупных травоядных животных.

Таким образом, главное экологическое различие между людьми и животными состояло в изготовлении орудий труда и использовании огня.

Дальнейшее развитие человека как одного из представителей биосферы значительный период времени находилось в соответствии с окружающей средой, люди чувствовали себя частью природы и находились с ней в реальном гомеостазе. Это продолжалось практически весь палеолит и только в неолите (~10 тыс. лет назад) возникли серьезные конфликты с природной средой, что выразилось в квазиглобальном экологическом кризисе. Наступила пора межледникового периода с резким потеплением, что нанесло серьезный удар по предмету охоты человека, по мамонтовой популяции и по крупным копытным. Резкое снижение запасов пищи поставило в свою очередь популяцию человека на грань исчезновения. Выход из кризисной ситуации в неолите был найден в переходе человека к земледелию и скотоводству. С этого времени начинается эпоха развития человеческого общества. Оценки ученых показывают, что к началу неолита (нового каменного века) численность населения Земли была ~ 10 млн. человек.

В последнее время исследование учеными последовательности нуклеотидов ДНК показало, что все народы мира происходят от одной маленькой группы доисторических африканцев (прародительницами современного человечества являются всего 18 женщин). По мере того как наш подвид распространялся по всему миру, разные группы людей оказывались, в разных климатических зонах. В ходе естественного отбора люди физически приспосабливались к различным природным условиям, сформировались эколог-адаптивные группы конституции человека, передающиеся по наследству. Они возникли в результате приспособления человека к экологическим факторам. Так возникли расы. Расовые особенности внешне носили приспособительный характер. Так, темная кожа негроидов предохраняла организм от ярких солнечных лучей, в шапке курчавых волос создаются воздушные прослойки, защищающие от жары. Светлая кожа европеоидов пропускает ультрафиолетовые лучи и этим предохраняет от болезней (например, рахита), узкий выступающий нос способствует согреванию вдыхаемого воздуха; уплощенность лица монголоидной расы уменьшает возможность его обморожения. По мере развития общества и производства большинство расовых признаков утратило приспособительный характер.

Таким образом, человеческие расы – это систематические подразделения внутри вида Homo sapiens, к которому в настоящее время относится все население земного шара.

3.5. Организм и среда обитания

Жизнь – активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, идущее с затратой полученной извне энергии.

Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов, и независимо от строения и размеров, организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней.

Для живого характерны следующие свойства:

1. Самовоспроизведение.

2. Целостность и дискретность.

3. Рост и развитие.

4. Обмен веществ и энергии.

5. Наследственность и изменчивость.

6. Раздражимость.

7. Движение.

8. Внутренняя регуляция.

Главные отличия живых организмов – способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях)

По определению акад. М.В. Волькенштейна

«Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот»

Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных организмов.

Вирусы – неклеточная форма жизни.

Клетки растений и животных принципиально одинаковы (рис. 3.8).

Рисунок 3.8 - Комбинированная схема строения животной (а) и растительной (б) клетки: 1 – оболочка, 2 – наружная клеточная мембрана, 3 – ядро, 4 – хроматин, 5 – ядрышко, 6 – ондоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная), 7 – митохондрии, 8 – хлоропласты, 9 – аппарат Гольджи, 10 – лизосома, 11 – клеточный центр, 12 – рибосомы, 13 – вакуоль, 14 - цитоплазма

Дата добавления: 2015-06-27