Биосфера как глобальная экосистема

План

1. Введение.

2. Живое вещество-компонент биосферы.

3. Абиотические (неживые) компоненты биосферы.

4. Почва- уникальный компонент биосферы.

5. Биосфера и космос.

6. Экологические взаимодействия живого вещества: кто как питается.

7. Биогенная миграция атомов- экосистемное свойство биосферы.

8. Как развивалась биосфера: пять экологических катастроф.

9. Устойчивость биосферы.

10. Биосфера и человек: экологическая опасность.

11. Человек должен сохранить разнообразие биосферы.

12. Заключение.

1. Введение

Сегодня во весь рост поднимается перед людьми одна из сложнейших проблем, независимо от того, живут ли они в Африке или в Европе, в больших городах или в джунглях. Она касается каждого из нас, и избежать её никому не дано.Это- проблема сохранения жизни на планете, выживания человека, как одного из уникальных видов живых существ.

Решение этой проблемы зависит от того, насколько каждый из нас и все человечество вместе осознают «запретную черту», переступить через которую человечество не должно ни при каких обстоятельствах. Такой «запретной чертой» являются законы жизни на планете.

Человек- обитатель биосферы. Именно биосфера- та оболочка Земли, в пределах которой протекает жизнь человечества в целом и каждого из нас.

Термин « биосфера» ввел австралийский геолог Эдуард Зюсс (1881-1914). Современная концепция биосферы связана с именем академикаВ.И. Вернадского.

Биосфера- область обитания живых организмов; оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Верхняя граница простирается до высоты озонового экрана ( 20-25 км), нижняя опускается на 1-2км ниже дна океана и в среднем 2-3 км на суше. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу, педосферу (почву), и верхнюю часть литосферы ( горные породы).

2. Живое вещество- компонент биосферы

Биосфера включает в себя все части планеты, освоенные жизнью. Это и атмосфера , и океан, и все части земной поверхности, где утвердилась жизнь в любых её формах. Главный компонент биосферы- это её живое вещество.

«…На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом» ( В.И. Вернадский).

В какой форме представлено живое вещество в биосфере ? Живое вещество в биосфере представлено в виде отдельных тел- индивидуальных организмов.

Живое вещество представлено организмами различных размеров. Самые крупные из них- киты. Длина тела современных китов от 1,1 до 33 м, масса от 30 кг до 150 т. К высочайшим деревьям относится секвойя вечнозеленая, которая достигает высоты 110-112 м и имеет диаметр 6-10 м.

По приблизительной оценке, за время существования жизни на Земле в биосфере существовало более миллиарда видов..

Среди живых существ преобладают насекомые (их около миллиона видов). Позвоночные составляют всего 2%. . Известный нам мир жизни более чем на 70% состоит из животных, 225 – это растения и грибы, 5%- одноклеточные организмы.

Живое вещество распределено в биосфере неравномерно, оно образует сгущения на границах раздела литосфера- гидросфера - атмосфера: в водоемах близ поверхности, на дне морей и океанов, на поверхности суши. На материках наблюдаются береговые, пойменные, озерные, тропические, субтропические сгущения жизни. На суше преобладают растения, а в океане - животные.

Масса живого вещества называется биомассой. Она выражается в единицах массы сухого или сырого вещества, отнесенной к единицам площади или объема места обитания.Известно, что продолжительность жизни каждого отдельного организма имеет пределы, он смертен. Как же поддерживается непрерывность жизни в биосфере? Непрерывно размножаясь, живые организмы образуют поток чередующихся поколений: на смену погибающим появляются новые существа. Тем самым современное живое существо по происхождению связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

Мириады живых существ населяют биосферу, составляют живое вещество биосферы. Химический состав живого вещества сходен с составом звезд и Солнца, что подтверждает единство природы. У живого вещества современными методами могут быть измерены масса, количество заключенной в нем энергии, характер отвечающего его пространства. Современному живому веществу присуще большое химическое разнообразие.

3. Абиотические (неживые) компоненты биосферы

Вода, воздух, почвы, их химический состав, физические свойства, в первую очередь температура, космическое излучение, гравитация, магнетизм- таковы абиотические компоненты биосферы.

К биосфере относят прежде всего те участки планеты, где есть условия не только для выживания, но и для размножения живых существ- это поле существования жизни. К нему прилегают территории, в которых живые существа страдают и лишь выживают, но не могут размножаться- поле устойчивости жизни.

Земные абиотические условия, которые определяют поле существования жизни:

- достаточное количество кислорода и углекислого газа,

- достаточное количество жидкой воды, а не льда или пара,

- благоприятные температуры: не слишком высокие, чтобы не свертывался белок, и не слишком низкие, чтобы нормально работали ферменты- ускорители биохимических реакций,

- живому существу необходим прожиточный минимум минеральных веществ.

Биосфера- глобальная экосистема, особая оболочка Земли, сфера распространения жизни, границы которой определяются наличием пригодных для организмов абиотических условий: температуры, жидкой воды, состава газов, элементов минерального питания.

4. Почва- уникальный компонент биосферы

В конце Х1Х в. великий русский естествоиспытатель В. В. Докучаев своими исследованиями чернозема и других почв Русской долины и Кавказа установил, что почвы представляют собой природные тела и по своим внешнимособенностям и свойствам сильно отличаются от горных пород, на которых они образовались. Их распределение на поверхности Земли подчинено строгим географическим закономерностям.

Разнообразие почв огромно. Это связано с многообразием сочетания факторов почвообразования: горных пород, возраста поверхности, растительного и животного населения, рельефа.

Почва-это особое природное тело и среда жизни, возникающая в результате преобразования горных пород поверхности суши совместной деятельностью живых организмов, воды и воздуха.

Почвообразовательные процессы на Земле -это грандиозные по своим планетарным масштабам и продолжительности процессы создания органического вещества почв, их биологического накопления и возникновения плодородия.

5. Биосфера и космос

Земля- уникальная планета, она находится на единственно возможном расстоянии от Солнца, которое определяет такую температуру поверхности Земли, при которой вода может находиться в жидком состоянии.

Земля получает от солнца огромное количество энергии и сохраняет приэтом примерно постоянную температуру. Значит наша планета излучает в космос почти такое же количество энергии, какое получает из космос: приход и расход должны быть сбалансированы, иначе система однажды потеряет устойчивость. Земля либо нагреется, либо замерзнет и превратится в безжизненное тело.

Биосфера тесно связана с космосом. Потоки энергии, поступающие к Земле, создают условия, обеспечивающие жизнь. Магнитное поле и озоновый экран защищают планету от излишних космических излучений и интенсивной солнечной радиации. Космические излучения, достигающие биосферы, обеспечивают фотосинтез и влияют на активность живых существ.

6. Экологические взаимодействия живого вещества: кто как питается

Планета Земля отличается от других планет тем, что её биосфера содержит вещество, чувствительное к потоку солнечного излучения- хлорофилл. Именно хлорофилл обеспечивает преобразование электромагнитной энергии солнечного излучения в химическую энергию, с помощью которой идет процесс восстановления окислов углерода и азота в реакциях биосинтеза.

В зеленом растении происходит фотосинтез – процесс образования углеводов из воды и двуокиси кислорода ( которая находится в воздухе или воде). При этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Зеленые растения относят к автотрофам- организмам, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма. Основной используемый автотрофами источник энергии-Солнце.Гетеротрофы-это организмы, которые нуждаются для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы постепенно преобразуют органическое вещество, образованное автотрофами, доводя его до первоначального- минерального- состояния.

Деструктивная (разрушающая) функция совершается представителями каждого из царств живого вещества. Распад, разложение- неотъемлемое свойство обмена веществ каждого живого организма. Растения образуют органические вещества и являются крупнейшими производителями углеводов на Земле; но они же выделяют и необходимый для жизни кислород как побочный продукт фотосинтеза.

В процессе дыхания в телах всех видов живого образуется углекислый газ, который растения вновь используют для фотосинтеза.Существуют и такие виды живого, для которых разрушение отмершего органического вещества являются способом питания.Существуют организмы со смешанным типом питания, их называют миксотрофами.

В биосфере происходят процессы преобразования неорганического, косного вещества в органическое и обратной перестройки органических веществ в минеральные. Движение и преобразование веществ в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества, все виды которого специализировались на различных способах питания.

7. Биогенная миграция атомов- экосистемное свойство биосферы

Конечное количество вещества, которое есть в биосфере, приобрело свойство бесконечности через круговорот веществ.

Образ круговорота вещества в биосфере создает колесо водяной мельницы. Однако, чтобы колесо вертелось, нужен постоянный приток воды. Подобно этому , поток солнечной энергии, поступающей из космоса, крутит « колесо жизни» на нашей планете. Насколько быстро вертится колесо? В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное количество раз через живое существо. Например, весь кислород атмосферы «оборачивается» через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ- за 200-300лет, а вся вода биосферы- за 2 млн лет.

Живое вещество является совершенным приемником солнечной энергии.

Энергия, поглощенная и использованная в реакции фотосинтеза, а затем запасенная в виде химической энергии углеводов, очень велика, есть сведения что она сопоставима с энергией, которую потребляют 100 тысяч больших городов в течение 100 лет. Гетеротрофы используют органическое вещество растений, как пищу: органика окисляется кислородом, который доставляют в организм органы дыхания, с образованием углекислого газа- реакция идет в обратном направлении. Таким образом, «вечной» делает жизнь одновременное существование автотрофов и гетеротрофов.

Факты и рассуждения о «колесе жизни» в биосфере дают право говорить о законе биогенной миграции атомов, который сформулировал В.И. Вернадский: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое сейчас населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.

Живое вещество разных царств и разного рода обеспечивает непрерывный круговорот веществ и преобразование энергии. Тем самым обнаруживается закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского: в биосфере миграция химических элементов происходит при обязательном непосредственном участии живых организмов. Биогенная миграция атомов обеспечивает непрерывность жизни в биосфере при конечном количестве вещества и постоянном притоке энергии.

8. Как развивалась биосфера:пять экологических катастроф

С тех пор, как основатели современной палеонтологии открыли, что окаменелые осадки позволяют прочесть путь развития жизни, мы узнали, что органический мир на Земле не один раз переживал трагические события, приводившие почти к полному уничтожению жизни на планете. За последние 500 млн лет Земля несколько раз неожиданно оказывалась тяжело больной, а однажды- это было 250 млн лет назад- жизнь на Земле почти прекратилась.

Специалисты выделяют пять крупнейших катастроф, которые пережила биосфера: каменно- угольный период, пермский период, триас , юрский период, меловой период. Каждая из катастроф приводила к развитию живого вещества: более полному приспособлению к окружающей среде; появлению большего числа видов; проникновению их в новые условия обитания.

При каждой катастрофе , происходившей в биосфере, наряду с массой поверженных видов мы видим и победителей. Вначале их очень мало, н они умели « пожинать» плоды своей победы, заполняя себе подобными освободившееся пространство. Однако ни один новый вид нельзя упрекнуть в том, что он причастен к самой катастрофе ради процветания своего вида или семейства. Катаклизмы происходили по космическим или чисто земным причинам вследствие особенностей развития живой материи, когда одни её части угнетали или вовсе стирали с лица планеты другие, не сумевшие приспособиться к изменившимся природным условиям.

Развитие живого вещества биосферы- повышение уровня его организации и степени приспособленности к окружающей среде происходило через катастрофы- резкие изменения абиотической среды. Противоречия между сложившимися абиотическими и биотическими компонентами биосферы при резких для геологического времени изменениях среды разрешалось всякий раз за счет разнообразия и изменчивости живого вещества биосферы. Живое вещество всякий раз сохраняло жизнь в биосфере за счет выживания более приспособленных видов.

9.Устойчивость биосферы

Богатство живого мира издревле увлекало и восхищало человека. Мореплаватели и купцы миссионеры и авантюристы, путешественники и лекари, а затем и ученые привозили домой образцы удивительных растений и животных из всех стран мира. Немалым был объем естественнонаучных знаний уже в древнейших цивилизациях Нила, Двуречья, Индии и Китая.

Разнообразие видов не исчерпывает всего биологического разнообразия. В рамках каждого вида его популяции и особи, в том числе и люди, различаются генетически в гораздо большей степени, чем думали раньше. Два случайно выбранных человека будут различаться по сотням, а возможно, и тысячам различий в хромосомах. Подобные различия очень важны, многие из них связаны с чувствительностью к изменению параметров среды, определяют приспособляемость или даже возможность выживания отдельных организмов, напоминая, что естественный отбор продолжается.

Каким образом биологическое разнообразие обеспечивает устойчивость биосферы? Ответ прост: через множество взаимосвязей и взаимодействий, как между собой, так и с косвенным веществом. В биосфере имеется большой набор процессов регулирования с обратной связью и , как следствие, набор циклических процессов, позволяющих ей компенсировать изменяющиеся условия. Поэтому биосфера сравнительно легко справляется с задачами автоматического регулирования необходимых ей условий жизни.

Стабильность глобальной экосистемы обеспечивается избыточностью её функциональных компонентов. Если в экосистеме имеется несколько видов автотрофов, каждый из которых имеет свои оптимальные температурные условия фотосинтеза, то суммарная скорость фотосинтеза может остаться неизменной при колебаниях температуры.

Приспособляемость биосферы к изменению внешних условий- упорядоченный процесс, в котором один вид может замещаться другим, и вто же время это поток сдвигающихся динамических равновесий. Биологическое разнообразие биосферы обеспечивает непрерывный биохимический круговорот вещества и потоки энергии, поддерживая связи всех геосфер: атмосферы, литосферы, гидросферы, создавая целостность природной среды.

10. Биосфера и человек: экологическая опасность

Мир уже знает о грозящей ему опасности. И на сей раз известно живое существо, повинное в приближающейся катастрофе, - африканский примат, который за 5 млн лет сильно размножился и теперь нарушает равновесие в биосфере. Этот нарушитель- человек. Его появлению предшествовал длительный период, в котором возникали, эволюционировали, уступали место одни другим предки Homosapiens- гоминиды. Они развивались и жили в общем потоке жизни, были его участниками и обладали целым рядом потребностей и инстинктов, абсолютно необходимых для жизни и эволюции. Всё это делало поток жизни , с одной стороны, целостным, легко ранимым в отдельных звеньях, а с другой – хорошо самозащищенным и защищаемым системой.

Прошли тысячелетия, возникали и гибли великие цивилизации, созданные человеком. Все великолепие современной цивилизации- обилие и разнообразие товаров, транспорт, космические полеты, возможность огромному количеству людей заниматься наукой, искусством, наконец, обеспеченная старость – все это следствие того огромного количества искусственной энергии, которое стало теперь производить человечество. Мы живем не энергией Солнца, как растения и животные, а расходуем запасы углеродов- нефти, угля, газа, сланцев, которые накоплены прошлыми биосферами за сотни миллионов лет.

Но что при этом происходит с тепловым балансом планеты? Искусственная энергия рассеивается и идет на нагревание Земли, её тверди, океана, атмосферы. Наступит время, когда искусственная энергия начнет сказываться на структуре теплового баланса планеты.

Таким образом, распространенное представление о том, что увеличение количества производимой людьми энергии всегда благо, также требует пересмотра: увеличение средних температур планеты на 4-5 градусов грозит человечеству экологической катастрофой. И здесь есть черта, переступать которую нельзя.

Предсказать заранее даже в самых общих чертах результаты такого потепления совсем не просто. При повышении средней температуры уменьшается перепад температур между экватором и полюсом. А это- главный двигатель, благодаря которому происходит движение атмосферы, переносящее тепло от экваториальных зон к полярным. Если увеличивается перепад температур , то и интенсивность атмосферной циркуляции увеличивается. Если уменьшается- циркуляция атмосферы делается более вялой, уменьшается влагоперенос. Значит, засушливые зоны становятся еще более засушливыми, продуктивность биоты падает.

Еще в прошлом веке известный географ, климатолог, геофизик профессор А. И.Войков, основатель первой геофизической обсерватории в России, сформулировал известный закон: тепло на Севере- сухо на Юге. Этот закон, который носит теперь название закона Воейкова, подытоживает многолетние наблюдения. Всякий раз, когда в ходе циклического изменения средних температур на Севере начинает теплеть, в Заволжье, Казахстане и других районах юго - востока Евразии увеличивается количество засушливых лет. Особенно чутко откликается на изменение количества осадков растительность пустынь и полупыстынь.

Человек ищет способы ограничить свое пагубное воздействие на природу, потому что осознал свою зависимость от состояния биосферы. Люди поняли, что их деятельность должна коренным образом измениться и соответствовать природным законам биосферы, в границах которых только и может протекать всякая жизнедеятельность.

Мы проследили лишь одно явление, которое подтверждает, что человек теперь способен очень легко переступить ту «роковую черту», ту грань, за которой начнутся необратимые процессы изменения условий его существования. Биосфера начнет переходить в новое состояние, и места для человека в её новом состоянии может не оказаться. Вот почему человечество должно быть способным предвидеть результаты своих действий и знать, где проходит «запретная черта», отделяющая возможность дальнейшего развития цивилизации от её более или менее быстрого угасания.

11. Человек должен сохранить разнообразие биосферы

Каждый биологический вид (и человек тут не исключение)может жить в довольно узких рамках той среды, к которой он генетически приспособлен. Если среда жизни изменяется быстрее, чем может наступить адаптация или переформирование вида в новое образование, организм неизбежно вымирает.

Покров живого вещества на планете резко меняется. Он сжимается подобно бальзаковской шагреневой коже. Да и сама кожа истончается, даже в чисто механическом смысле- исчезают леса, идет деградация черноземов и т. п. Из под ног человечества уходит фундамент как непосредственной среды его жизни, так и экономического развития.

В настоящее время процесс обеднения живого вещества, исчезновения видов живого идет в десять, а в некоторых случаях и в сто раз интенсивнее, чем шло 65 миллионов лет назад вымирание динозавров. Виды не просто исчезают, меняется вся структура живого вещества. Крупные животные и растения сменяются более мелкими: копытные- грызунами, грызуны- растительноядными насекомыми.

Потери в составе живого вещества могут привести к авральному разрушению биогеохимической системы планеты Глобальное искажение биогеохимических циклов грозит тем, что природа станет иной, не той, к которой приспособлено современное хозяйство. Понадобится грандиозная перестройка. Потомкам в результате нынешних воздействий человека грозит природно- ресурсная нищета, истощение естественных ресурсов.

Человечество должно сохранить биологическое разнообразие биосферы, так как его сокращение ведет к нарушению биосферных процессов, к катастро-

фическим изменениям условий жизни на планете.

12. Заключение

Человечество осознало, как мала наша Земля, поняло, что вмешиваться в процессы, протекающие в природе, нужно крайне осторожно.

Наша планета уникальна, потому что на ней есть жизнь. Жизнь пронизывает не только водную и воздушную стихии, но и земную твердь. Жизнь а Земле представлена живым веществом, которое образовано миллионами видов и миллиардами особей. Живое вещество, все биологическое разнообразие Земли защищено от космических лучей геомагнитным полем и озоновым экраном. Все формы и проявления жизни не существуют сами по себе, они связаны сложными взаимоотношениями в единый комплекс жизни- глобальную экосистему (биосферу). Эти взаимоотношения и связи в живой природе удивительны! Каждая группа родственных видов, образующих царство, выполняет определенную роль в круговороте веществ: создание, преобразование, разрушение органических веществ.

Основным источником энергии в биосфере является Солнце. Биогенный круговорот веществ не дает прерваться жизни на планете Земля. Живые существа биосферы преобразовали химический состав воздуха, воды, почвы, определили и их современный состав, повлияли на формирование минералов и горных пород, на рельеф Земли. Биосфера- среда жизни и результат жизнедеятельности.

Одна из главных задач ХХ1 века, в решение которой существенный вклад должна внести экология, - это достижение гармонии между человеком и природой.

Литература

1. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии: Учеб.пособие.-СПб., 2001.

2. Владимиров В.А., Измалков В.И. Катастрофы и экология.- М.,2000.

3. Данилов- Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие. – М., 2000.

4. Мамедов Н.М. Основы общей экологии: Учебник.-М.,1998.

5. Общая экология: Учебник для вузов/ автор-составитель А.С.Сте-

пановских /.- М., 2001.

6. Окружающая среда: энциклопедический словарь- справочник:-Т.1.-М.,1999.

7. Хван Т.А., Хван П.А. Безопасность жизнедеятельности.-

Ростов н/Д., 2001