Понятие о биосфере

Биосфера (от греч. bios—жизнь и sfere—шар) — область активной жизни оболочки Земли, включающей части атмосферы, гидросферы и литосферы, заселенные живыми организмами. Впервые термин биосфера был предложен Ж. Б. Ламарком, в науку введен австрийским ученым Эдуардом Зюссом в 1875 году.

Современное учение о биосфере создал выдающийся русский ученый В. И. Вернадский. В 1926 году в г. Ленинграде вышла его книга под названием «Биосфера». В ней Вернадский изложил основные постулаты учения о биосфере, впервые биосфера была показана как единая биологическая система, управляющая жизнью. Он доказал, что все три оболочки Земли воедино связаны живым веществом, которое оказывает непрерывное воздействие на неживую природу, преобразуя и формируя облик планеты и создавая целостную динамическую систему.

Биосфера представляет оболочку жизни—область существования живого вещества. Биосфера существует уже около 3,8 миллиардов лет. Биосферу следует рассматривать как совокупность всех взаимодействующих биогеоценозов (экосистем). В. И. Вернадский не только конкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.

В современном представлении биосфера - это специфическая оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены совместной деятельностью живых организмов в прошедшее и настоящее время. По современным представлениям, биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с ними. Биосферу нельзя заменить ничем иным, т. к. она для всех существующих ныне видов на Земле единственная среда обитания.

Толщина биосферы составляет примерно 40-50 км. Верхней границей является нижняя часть атмосферы (высота 25-30 км до озонового слоя, выше которого жизнь невозможна ввиду ультрафиолетового излучения), практически всю гидросферу (до глубины 11-12 км) и литосферу (до глубины 3-5 км). Критериями для определения границ биосферы являются:

1. Достаточное количество кислорода и углекислого газа;

2. Достаточное количество влаги;

3. Благоприятный термический режим;

Атмосфера, гидросфера и литосфера выполняют важнейшие функции по обеспечению жизни на Земле. Живые организмы, получая поток энергии солнечного излучения, преобразуют его, вовлекают в химические реакции неорганическую материю и создают непрерывный круговорот веществ и энергии.

В состав биосферы входят следующие компоненты:

1. Живое вещество (растения, животные, микроорганизмы). Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Это совокупность всех живых организмов биосферы, которые перерабатывают и перемещают разные виды вещества (твердое, жидкое и газообразное), аккумулируют и преобразовывают космическое излучение. Составными элементами живого вещества являются: вся водная оболочка Земли, нижняя часть атмосферы, где существуют люди, птицы, насекомые, звери, а также литосфера (верхняя часть твердой оболочки Земли, где живут бактерии).

Основные свойства живого вещества:

- молекулярный состав живого вещества характеризуется наличием воды и соединений, устойчивых только в составе живой материи - белков, жиров, углеводов, ферментов, нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

- огромная скорость химических реакций (посредством ферментов). Ферменты – это сложные органические вещества, как правило, белковой природы, образующиеся в живых клетках и являющиеся катализаторами биохимических реакций;

- способность к произвольному движению и, у некоторых видов, к активному целенаправленному перемещению;

- стремление наиболее полно использовать окружающую среду и захватывать участки, не задействованные прежде;

- большое морфологическое и химическое разнообразие;

- живое вещество способно самоорганизовываться, размножаться и существовать в виде непрерывного чередования поколений;

- любой живой организм и его основной компонент - клетка - обладает совокупностью свойств живого вещества в целом;

2. Биогенное вещество органического происхождения (продукты жизнедеятельности живых организмов, уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк);

3. Биокосное вещество (продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами). Биокосное вещество - это природный объект, созданный жизнью и сохраняющий свое состояние благодаря деятельности живых организмов. Биокосными телами является почва, природные воды, атмосфера (наличие в атмосфере кислорода связано с деятельностью живых организмов). Понятие "биокосное вещество" говорит нам о том, что живые организмы изменяют неживую среду и приспосабливаются к неживой среде, уже измененной их деятельностью;

4. Косное вещество – это компонент биосферы, в образовании которого живые организмы не участвуют (горные породы, вода, продукты космического происхождения);

5. Радиоактивные вещества (в результате распада радиоактивных элементов;

Во взаимоотношениях живых организмов важнейшим является пищевой или трофический фактор (от греч. trophe – пища). Первичное органическое вещество создают продуценты, используя солнечную энергию и потребляя воду и углекислый газ и минеральные соли, выделяя при этом кислород. Вторым важным звеном этой цепи являются консументы, которые подразделяются на 2 порядка:

- консументы I порядка, питающиеся растительной пищей;

- консументы II порядка, питающиеся животной пищей;

Третьим звеном являются редуценты или восстановители, питающиеся разлагающимися организмами (к ним главным образом относятся бактерии и грибы). Редуценты окончательно разлагают органические остатки, превращая их в воду, углекислый газ и простейшие органические соединения, которые поступая в почву вновь потребляются растениями.

Формирование биосферы активно началось с зарождения жизни на планете (около 4,5 млрд. лет назад). Вернадский утверждал, что биосфера как система прошла длительный эволюционный путь, а возникла намного позже возникновения жизни, а именно с момента возникновения биогеоценозов. Биосфера прошла несколько этапов эволюционного развития: от первоначального круговорота органического вещества к биологическому круговороту – непрерывному обмену веществом и энергией между живыми организмами. Для всей истории образования биосферы решающее значение имело появление на Земле растительности, содержащей хлорофилл. Только благодаря хлорофиллу растения приобрели способность улавливать энергию солнечного света и использовать ее для фотосинтеза, в результате которого из воды и углекислого газа создается органическое вещество—первооснова существования и развития всего многообразия растительного и животного мира и микроорганизмов. В процессе эволюции определились следующие ее черты биосферы:

- наличие особой формы организации материи - живого вещества;

- устойчивое динамичное равновесие и упорядоченность (организованность) структуры;

- активное использование солнечного излучения;

- активное использование воды;

- круговорот основных химических элементов;

- повсеместное распространение и задействование углерода;

- тесная связь биосферы с космосом. Процессы жизнедеятельности организмов прямо либо косвенно связаны с космическими явлениями;

Понятие «ноосфера» (от греч. «ноос» - разум и «сфера» - шар) означает качественно новое состояние биосферы Земли и окружающей среды, формирующееся под воздействием умственной и физической деятельности человечества, которая может быть сопоставлена с могущественными природными геологическими процессами. Данное понятие неразрывно связано с понятием «живое вещество». Природопреобразующая деятельность человечества стала для планеты сопоставимой по масштабам воздействия на ее оболочку с такими природными факторами, как геологические процессы, эволюция растительного и животного мира. Люди извлекают из недр и перерабатывают уже миллиарды тонн полезных ископаемых, значительная часть которых превращается в отходы, загрязняющие окружающую среду.

Еще одной важной географической оболочкой Земли, формирующей облик планеты, является криосфера (от греч. kryos-холод). Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода существует в твердой фазе (лед, снег, иней и др.). В естественных условиях различные примеси и растворенные в воде химические вещества, а так же поверхностные силы и давление понижают точку замерзания воды, в результате чего в границы криосферы попадает и вода в жидкой фазе, во временно или устойчиво охлажденном (ниже 0ºС) состоянии (соленые морские воды, подземные воды, переохлажденные капли воды в облаках и туманах и др.).

В состав криосферы так же входят безводные толщи горных пород и относительно сухие воздушные массы с отрицательной температурой, где могут создаваться условия для конденсации воды и формирования ее твердой фазы. Криосфера охватывает верхние слои земной коры (мерзлые и охлажденные горные породы) вплоть до нижних слоев ионосферы (прим. 100 км над уровнем моря в разреженных слоях атмосферы), прерываясь участками, прогретыми до температуры выше 0ºС.

Криосфере свойственны следующие криогенные образования:

1. Мигрирующие системы облаков, содержащие лед;

2. Снежный покров (кратковременный, сезонный и многолетний);

3. Сезонномерзлые почвы и горные породы, содержащие лед в порах и пустотах;

4. Сезонный и многолетний ледяной покров пресных и соленых водоемов, объединяющий льды различного происхождения (атмосферного, поверхностного или внутриводного);

5. Сезонные и многолетние наледи поверхностных и подземных вод. Наледь – это наросты льда поверх уже существующего ледяного покрова;

6. Горные ледники и ледниковые покровы материков и островов;

Размеры областей распространения криогенных образование дают представления о масштабах и механизмах круговорота воды на Земле.

Термин «криосфера» был предложен польским ученым А. Добровольским в 1923 году, хотя научное представление об особой ледяной оболочке появилось значительно раньше. В 1933 году В. И. Вернадский расширил понятие о криосфере и ввел представление об области охлаждения Земли (до температуры не выше 4ºС).

Деятельность человека - закономерный этап эволюции биосферы, условие ее неизбежной трансформации в ноосферу, решающий фактор которой - преобразующая роль науки и социально организованного труда человека. Биосфера в настоящий момент быстро геологически переходит в новое состояние - в ноосферу, то есть такое состояние, в котором человеческий разум и направляемая им работа представляют собой новую мощную геологическую силу.

Антропогенное вмешательство в естественные процессы можно сгруппировать по следующим видам загрязнений:

1. Ингредиентное загрязнение. Загрязнение окружающей среды веществами, чуждыми естественным экосистемам;

2. Параметрическое загрязнение. Загрязнение окружающей среды, приводящее к изменениям качественных параметров окружающей среды;

3. Биоценотическое загрязнение. Это воздействие на состав и структуру популяций живых организмов;

4. Стациально-деструктивное загрязнение. Это изменение ландшафтов и экосистем в процессе природопользования;

Стабильность биосферы как системы определяется деятельностью живых организмов по фиксации солнечной энергии и миграции атомов за счет последней. Миграция атомов выражена в круговороте веществ и осуществляется живыми организмами, населяющими биосферу. Жизнь на планете сама стабилизирует условия существования если осуществляется в границах естественных процессов. Однако стабильность имеет определенные пределы и деятельность живых организмов уже достигла масштабов, которые способны перейти эти пределы. Круговоротов веществ в природе много, но все они подразделяются на 2 вида: большие геологические и малые биологические. Они тесно связаны друг с другом и довольно часто большие круговороты состоят их совокупности малых, а малые развиваются на базе больших.

Биологический круговорот заключается в циркуляции элементов между почвой, микроорганизмами, растениями и животными. Энергетической основой биологических круговоротов является процесс фотосинтеза. Фотосинтез – это процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). Пример большого круговорота веществ (на примере круговорота воды в природе) на рис. 2:

Рис. 2. Круговорот воды в природе

С испарением под действием солнца водяные пары конденсируются и выпадают в виде осадков над Мировым океаном и над сушей. Часть осадков с поверхностным или внутренним током вновь переносятся в океан, другая часть потребляется корнями растений, испаряется и вновь выпадает в виде осадков. Большой круговорот в данном случае заключается в испарении влаги, переносе ее на сушу и возвращении в Мировой океан.

Малые круговороты веществ представляют собой циклы отдельных химических элементов. Они непрерывны и осуществляются многократно. Скорость миграции того или иного элемента (или вещества) через живые организмы неодинакова и нет ни одного вещества, которое бы не проходило через живые организмы.

Дата добавления: 2014-01-07