Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
БИОСФЕРА, оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (15–20 км), верхнюю часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2–3 км на суше и на 1–2 км ниже дна океана. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс в 1875, тогда как основы учения о биосфере, которые актуальны и в современной науке, были разработаны В.И.Вернадским.
Биосфера состоит из живого, или биотического, и неживого, или абиотического, компонентов. Биотический компонент – это вся совокупность живых организмов (по Вернадскому – «живое вещество»). Абиотический компонент – сочетание энергии, воды, определенных химических элементов и других неорганических условий, в которых существуют живые организмы.
Жизнь в биосфере зависит от потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами. Круговороты веществ называются биогеохимическими циклами. Существование этих циклов обеспечивается энергией Солнца. Земля получает от Солнца ок. 1,31024 калорий в год. Около 40% этой энергии излучается обратно в космос; 15% поглощается атмосферой, почвой и водой; остальная энергия – это видимый свет, первичный источник энергии для всей жизни на Земле.
Фотосинтез, хемосинтез, дыхание и брожение – основные процессы, благодаря которым поток энергии проходит через организмы. Первые два процесса обеспечивают синтез органических веществ за счет энергии света (фотосинтез) и окисления неорганических веществ (хемосинтез). В ходе дыхания и брожения органические вещества расщепляются, а заключенная в них энергия используется живыми организмами, но в конечном итоге переходит в тепло. Брожение, в отличие от дыхания, не требует кислорода.
Заслуга создания целостного учения о Б. принадлежит В. И. Вернадскому (на формирование его биосферного мышления большое влияние оказали работы В. В.Докучаева о почве как о естественноисторическом теле). Основы этого учения, изложенные Вернадским в 1926 в книге «Биосфера» и разрабатывавшиеся им до конца жизни, сохраняют своё значение в совр. науке.
Он выделил в Б. 7 разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ: живое вещество, биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и т. д., т. е. вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами), косное вещество (образуется процессами, в к-рых живые организмы не участвуют, напр. изверженные горные породы), биокосное вещество (создаётся одновременно живыми организмами и процессами неорганич. природы, напр. почва), радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещество космического происхождения (метеориты, космич. пыль).
Центральное звено в концепции Вернадского о Б.— представление о живом веществе. «Живые организмы — писал Вернадский — являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей. Для того, чтобы в этом убедиться, мы должны выразить живые организмы как нечто целое и единое. Так выраженные организмы представляют живое вещество, т. е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением»
Живое вещество распределено в Б. крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика биомасса тропич. лесов) и гидросферы, где в массе развиваются зелёные растения и живущие за их счёт гетеротрофные организмы. Более 90% всего живого вещества Б., образованного гл. обр. углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97— 98% биомассы суши). Общая масса живого вещества в Б. оценивается в 1,8— 2,5-1018 г (в пересчёте на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть массы Б. (3-1024 г). Тем не менее Вернадский, опираясь на многочисленные данные, считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития.
Осн. источник биогеохимич. активности организмов — солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелёными растениями и нек-рыми микроорганизмами для создания органич. вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы. Благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов ок. 2 млрд. лет назад началось накопление в атмосфере свободного кислорода, затем образовался озоновый экран, защищающий живые организмы от жёсткого космич. излучения; фотосинтез и дыхание зелёных растений поддерживают совр. газовый состав атмосферы. Появление кислорода в первичной бескислородной атмосфере Земли рассматривается как важнейший этап эволюции Б.
Антропогенные воздействия на Б., принявшие глобальный характер (на Земле не осталось ни одного участка суши или моря, где нельзя было бы обнаружить следов деятельности человека), ставят под угрозу возможность поддержания гомеостаза в Б. Поэтому учение о Б. как о единой, определённым образом организованной динамической системе имеет исключит, важное значение. Оно оказало и оказывает огромное стимулируюшее влияние на развитие мн. наук во 2-й половине 20 в. (прежде всего, экологии, биогеоценологии), на самый характер подходов и мышления при решении не только естественнонаучных проблем, но и всего комплекса вопросов, связанных с взаимоотношениями природы и общества. Вернадский (1944) развил представление о переходе Б. в ноосферу, т. е. в такое её состояние, когда развитие Б. будет управляться разумом человека. Выход человека в космическое пространство расширяет пределы ноосферы за пределы Б.
Живое вещество — вся совокупность живых организмов в биосфере, вне зависимости от их систематической принадлежности. В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества. Вернадский писал:
|
Идея о том, что явления жизни можно объяснить существованием сложных углеродистых соединений – живых белков, бесповоротно опровергнута совокупностью эмпирических фактов геохимии... Живое вещество – это совокупность всех организмов. |
Живое вещество распределено в Б. крайне неравномерно. Максимум его приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика биомасса тропич. лесов) и гидросферы, где в массе развиваются зелёные растения и живущие за их счёт гетеротрофные организмы. Более 90% всего живого вещества Б., образованного гл. обр. углеродом, кислородом, азотом и водородом, приходится на наземную растительность (97— 98% биомассы суши).Тем не менее Вернадский, опираясь на многочисленные данные, считал живое вещество наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития. Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.
Специфика живого вещества заключается в следующем:
Значение. Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:
а) химической (биохимической) – I род геологической деятельности; б) механической – II род транспортной деятельности.
Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов.
Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В. И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами:
Выделяют пять основных функций живого вещества:
Средообразующие функции живого вещества . Всю деятельность живых организмов в биосфере можно, с определенной долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление об их преобразующей биосферно-геологической роли. В. И. Вернадский выделял девять функций живого вещества: газовую, кислородную, окислительную, кальциевую, восстановительную, концентрационную и другие. В настоящее время название этих функций несколько изменено, некоторые из них объединены. Средообразующая . Эта функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других функций). С ней в конечном счете связано преобразование физико-химических параметров среды. Эту функцию можно рассматривать в широком и более узком планах.
В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах.
В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании почв. В. И. Вернадский, как отмечалось выше, почву называл биокосным телом, подчеркивая тем самым большую роль живых организмов в ее создании и существовании. Роль живых организмов в образовании почв убедительно показал Ч. Дарвин в работе «Образование растительного слоя земли деятельностью дождевых червей». Известный ученый В. В. Докучаев назвал почву «зеркалом ландшафта», подчеркивая тем самым, что она продукт основного ландшафтообразующего элемента - биоценозов и, прежде всего, растительного покрова.
Локальная средообразующая деятельность живых организмов и особенно их сообществ проявляется также в трансформации ими метеорологических параметров среды. Это прежде всего относится к сообществам с большой массой органического вещества (биомассой). Например, в лесных сообществах микроклимат существенно отличается от открытых (полевых) пространств. Здесь меньше суточные и годовые колебания температур, выше влажность воздуха, ниже содержание углекислоты в атмосфере на уровне полога, насыщенного листьями (результат фотосинтеза), и повышенное ее количество в припочвенном слое (следствие интенсивно идущих процессов разложения органического вещества на почве и в верхних горизонтах почвы).
Существует два аспекта проблемы эволюции биосферы. Первый из них относится к истории биосферы за время возникновения жизни на Земле до начала действия деятельности человека на биосферу. Второй связан с изучением биосферы в эпоху влияния, все усиливается, на нее антропогенных факторов.
Имеющиеся сведения об изменениях биосферы в геологическом прошлом очень неравномерно освещают эволюцию ее основных компонентов. В результате успехов палеонтологических исследований получена обширная информация о изменения последовательных флор и фаун, значительно меньше сведений г об изменениях среды обитания организмов, особенно об изменениях атмосферы. В результате этого существовали значительные трудности в решении ключевого понимания механизма эволюции биосферы вопрос о взаимодействии изменений ее биотичеських и абиотических компонентов.
Только в последнее время в результате прогресса в изучении развития абиотических компонентов биосферы возникли реальные возможности выяснения закономерностей эволюции биосферы в геологическом прошлом. Изучение этих закономерностей, имеющих существенное значение для понимания истории
биосферы, необходимо также для выяснения тенденций развития биосферы, необходимо также развития биосферы в современную эпоху для выяснения тенденций и для оценки ожидаемых изменений биосферы в будущем.
Хотя в наше время антропогенные факторы часто делают более весомое влияние на биосферу по сравнению с природными факторами ее эволюции, для оценки антропогенных изменений биосферы во многих случаях требуется определение ее фоновых изменений в ходе естественной эволюции. Вместе с этим материалы о
естественные изменения биосферы в прошлом имеют большое значение для обоснование и проверки моделей современных изменений биосферы.
Как указано выше, вопрос о антропогенные изменения биосферы привлекло внимание во второй половине нашего столетия, когда резко усилилось внимание деятельности человека на навколишнг среду. Загрязнение атмосферы, вод суши и океанов, уничтожение растительного покрова, вымирание многих Видрова животных, разрушениепочв и другиепоследствіяхозяйственной деятельности человекасделалінеобходімим значительное расширение экологических исследований. Подавляющее большинство этих исследований было посвящено этих локальным проблемам экологии, т.е. изучению взаимодействия организмов и внешней среды в региональных экологических системах. Глобальные проблемы экологии. Относящихся к биосферы в целом или к ее значительных частей, изучались сравнительно немногими исследователями.
БИОСФЕРА
(от био... и греч. sphaira — шар), оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов.
Б. охватывает часть атмосферы до вые. озонового экрана (20—25 км), часть литосферы, особенно кору выветривания, и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2—3 км на суше и на 1—2 км ниже дна океана. Вернадский рассматривал Б. как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания.
В составе биосферы различают:
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА
специфическое воздействие живого вещества на химический состав окружающей среды. Различают общие (воздействие совокупности всех организмов) и специфические (воздействие отдельных групп организмов). Биогеохимические функции живого вещества — движущая сила биогенеза.
Осн. источник биогеохимич. активности организмов — солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелёными растениями и нек-рыми микроорганизмами для создания органич. вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органич. вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов хим. элементов (прежде всего биогенных — С, Н, О, N, P, S, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, К и др.) — их биогеохимические циклы. В ходе биогеохимич. циклов атомы большинства хим. элементов проходили бесчисленное число раз через живое вещество. Так, напр., весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ — за 200 (300) лет, а вся вода Б.— за 2 млн. лет. Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания разл. элементы, напр. железобактерии — железо, простейшие кокколитофориды и фораминиферы, а также мн. моллюски и кишечнополостные — кальций, хвощи, диатомовые водоросли, радиолярии и др. — кремний, губки — йод, асцидии — ванадий, и т. д. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Cr, S, P, N, W), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т. п. Большим разнообразием органич. соединений характеризуется состав самих организмов. Благодаря живому веществу на планете образовались почвы и органоминеральное топливо.
Круговорот водыКруговорот воды на Земле, непрерывное перемещение воды на Земле (в её атмосфере, гидросфере и земной коре), сопровождающееся её фазовыми превращениями и имеющее более или менее выраженный циклический характер. К. в. состоит из испарения воды с подстилающей поверхности, переноса её с места испарения воздушными течениями, конденсации водяного пара и выпадения осадков и перемещения вод в водоёмах, по поверхности суши и внутри земной коры (подробнее см. Влагооборот). Основная масса воды испаряется с поверхности Мирового океана и на неё же выпадает, меньше переносится воздушными течениями с океана на сушу. Вынос влаги, испарившейся с поверхности суши, воздушными массами в океан незначителен. Количественно К. в. характеризуется водным балансом. В зависимости от места испарения воды и выпадения осадков, а также от путей её переноса различают малый круговорот: море (океан) ® атмосфера ® море (океан) и большой круговорот: океан ® атмосфера ® суша ® океан. На континентах влага многократно испаряется, переносится в атмосфере, конденсируется, вновь выпадает в виде осадков и вновь испаряется. Этот комплекс процессов называется внутриматериковым круговоротом. Для замкнутых межгорных котловин характерен внутренний круговорот влаги. К. в. на Земле — часть общего комплекса процессов круговорота веществ на Земле, |
круговорот веществ малый, возникший одновременно с появлением жизни на Земле круговорот химических элементов и веществ, осуществляемый жизнедеятельностью организмов. Основную роль в биологическом круговороте играют первичные продуценты (зеленые растения и хемосинтезирующие микроорганизмы), консументы (животные) и редуценты (сапрофитные организмы, преимущественно бактерии). Биологический круговорот осуществляется по трофическим цепям (сетям) экосистемы и подчиняется закону Линдемана. Биологический круговорот тесно взаимодействует с биогеохимическими циклами.
Процессы созидания и разрушения органического вещества образуют биологические круговороты. Они сопряжены с круговоротами воды, воздуха, энергии, минеральных веществ подобно тому, как множество деталей составляют единый часовой механизм. Круговорот основных веществ в биосфере показан на рисунке. Под биологическим круговоротом понимают поступление химических элементов из почвы, воды и воздуха в живые организмы, их превращение в новые соединения и возвращение в окружающее пространство в процессе жизнедеятельности организмов. Биологический (или биотический) круговорот - явление непрерывное, циклическое, неравномерное во времени и пространстве. Оно сопровождается более или менее значительными потерями вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного уровня организации - от биогеоценоза до биосферы.
Круговороты в биосфере имеют свою специфику, поскольку различают собственный биологический цикл жизни организма, его вовлеченность в общегеографический круговорот и частные круговороты атмосферы, гидросферы, литосферы, где каждому виду отведена своя роль.
Круговороты в биосфере выглядят очень сложными, с множеством линейных и нелинейных связей и взаимоотношений. Полного круговорота веществ в пределах геосистем не происходит, так как часть веществ всегда уходит за их пределы.
Исходная ветвь биологического круговорота - фотосинтез, в результате которого создается органическое вещество. Одновременно с фотосинтезом в каждом растении идет обратный процесс - дыхание. Кроме того, растения погибают, утрачивают часть надземных и подземных органов, образуя мертвое органическое вещество детрит, которое разлагается (минерализуется - pppa.ru). Дыхание и разложение органического вещества не уравновешивают полностью процесс фотосинтеза. В нормально развивающихся фитоценозах количество создаваемого органического вещества превышает ту его часть, которая разрушается, т.е. существует положительный баланс органического вещества. Схематично этот процесс можно представить следующим образом:
1) в зеленых растениях на дневном свету идет фотосинтез: в хлорофилловых зернах разлагается вода, водород используется на построение органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу;
2) органические вещества животных и растений после смерти организмов разлагаются микробами до простейших соединений - СО2, воды, аммиака и др.;
3) минеральные соединения, возникшие описанным путем, снова поглощаются растениями, животными, микробами и снова входят в состав сложных органических веществ.
Таким образом, одни и те же элементы многократно образуют органические соединения живых организмов и многократно переходят в минеральное состояние. Темпы биологического круговорота определяют важнейшие черты миграции химических элементов в ландшафтной оболочке и характер связей между атмосферой, гидросферой и литосферой. Значение биологического круговорота тем более велико, что он действует уже многие сотни миллионов лет.
АЭРОБИОСФЕРА
(от аэро... и биосфера), приземный слой атмосферы (от поверхности Земли до 7—8 тыс. м над нею), в котором постоянно присутствуют живые организмы.
Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
Энергия
Поток энергии в биосфере складывается из энергии Солнца и внутренней энергии Земли. Однако энергетический обмен охватывает все составные части биосферы, включая и живое вещество.
Биосфера представляет собой сбалансированную самоорганизующуюся систему. Этот баланс осуществляется с участием энергии солнечного излучения, тепла Земли, живого вещества, энергии геологических процессов, гравитационного влияния естественного спутника Земли – Луны. Возмущающим фактором естественных процессов, происходящих в биосфере, является хозяйственная деятельность человека.
Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024 Дж солнечной энергии; 42 % из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 % энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана.
Помимо солнечной энергии в биосферу поступает энергия внутреннего тепла Земли, которая высвобождается в форме периодически активизирующихся вулканов, а также в форме непрерывного теплового потока из ее глубин за счет существующего термоградиента2. Это еще мало востребованный энергетический источник человечеством.
Роль вулканизма в формировании живого вещества на нашей планете огромна. Именно с его помощью формировалась атмосфера и гидросфера, земная кора, а живое вещество активно влияло на направленность изменения состава всех оболочек Земли. По современным данным подводного исследования вулканов в непосредственной близости к ним отмечаются проявления высокоорганизованной формы жизни. Это говорит о том, что не только солнечная энергия явилась причиной возникновения жизни на Земле. Значительная роль в появлении жизни на ранних этапах эволюции Земли могла принадлежать энергии внутреннего тепла планеты (вулканической деятельности под водой и на материках). И лишь позже главная энергетическая составляющая для развития жизни на Земле была связана с солнечной энергией.
Одной из причин формирования устойчивого теплового потока явилась радиоактивность, которая на ранних этапах геологической истории была важнейшим энергетическим фактором, ответственным за формирование эндогенного источника тепла и, вероятно, первых жизненных форм. В последствии, с понижением радиации Земли, развитие и усложнение жизненных форм происходило на фоне непрерывного снижения радиоактивного фона. Таким образом, парадокс заключается в том, что возникновение жизни на Земле обязано радиоактивности в купе с энергетическим потенциалом Солнца и Земли. В то же время высокий радиоактивный фон губителен для высокоорганизованной живой материи.
Значительной внутренней энергией обладает Мировой океан за счёт высокой теплоёмкости воды. Он аккумулирует громадное количество тепла и является, наряду с атмосферой, ледниками, основным фактором, ответственным за формирование климата на Земле. Например, средняя температура поверхности океана близка к 14,6°С, а средняя температура океана близка к 18,4°С. Неравнозначность поверхностной температуры океана и суши, наличие угла наклона земной оси к земной орбите приводит к естественному обмену теплом между океаном, сушей и атмосферой, формируя, т.о., между северным и южным полушариями цикличные сезонные изменения погоды.
Значимыми факторами, влияющими на энергетический баланс биосферы, являются и различные фазовые преобразования воды, вещества во внутренних слоях Земли. Они в общем энергетическом балансе биосферы до сих пор мало исследованы, а, стало быть, не учитываются при построении различных моделей климата. Таким образом, энергетический баланс биосферы в течение миллиардов лет эволюции создал уникальные условия возникновения и поддержания развития жизни.