Что относится к биокосному веществу биосферы

Учение Вернадского о биосфере

В 1926 году русский геохимик В.И. Вернадский опубликовал монографию «Биосфера». К тому времени науке уже была знакома теория существования на планете особого пространства, в котором обитают живые организмы. Впервые термин «биосфера» был предложен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году, однако ученый не сформировал для него точного определения. Целостное учение о новой науке представил Вернадский. Обобщив труды Ч. Дарвина, Д.И. Менделеева, А. Эйнштейна и многих других известных естествоиспытателей, он смог дать понятию определение. 

​Биосфера — это наружная оболочка планеты, которая включает в себя все живые организмы и среду их обитания. В ее состав входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы и вся гидросфера.

Биосфера включает в себя всю поверхность земли, а также часть ее недр, в которых расположены породы, возникшие в результате деятельности живых организмов. Ученый впервые описал биосферу как динамичную систему, в которой живая и неживая природа Земли взаимодействуют, составляя единый целостный механизм.

Вернадский считал, что изучение человеческой природы и особенностей ее взаимодействия с окружающими миром необходимо начинать с самых основ. То есть с начала появления на Земле растений, зверей, людей и других организмов. Для этого в своих работах он изучал компоненты биосферы, ее границы, особенности развития и эволюционные процессы. Высший уровень развития биосферы Вернадский называл ноосферой, когда разумная деятельность человека является определяющим фактором развития жизни.

Таким образом, ученый сформировал учение, которое позволило применить новый подход к проблемам сохранения и развития жизни, а также к изучению самой планеты.

Свойства биосферы по Вернадскому

Глубоко изучив природу биосферы, Вернадский выделил признаки, которые характеризуют ее наиболее полно.

1. Непрекращающийся круговорот веществ и энергии. Все атомы в биосфере находятся в постоянном и непрерывном движении. Они образуют миллионы разнообразных соединений, и этот процесс продолжается бесконечно не протяжении всего геологического времени. Непрерывность круговорота объясняется тем, что живые вещества являются самой могущественной химической силой, которая поддерживает существование биосферы. Они производят необходимые элементы — автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы участвуют в преобразовании солнечной энергии в химические соединения, а гетеротрофы потребляют получившуюся энергию и приводят к расщеплению органических веществ до минеральных соединений. Этот процесс имеет цикличный характер и является главным условием существования живых организмов в атмосфере, почве и гидросфере.
2. Способность к самовоспроизведению. Это свойство подразумевает беспрерывное движение организмов путем размножения, которое ученый считал самым важным признаком механизма биосферы.Процесс, в ходе которого производится огромная геохимическая работа, представляет собой форму проникновения энергии солнечного луча и ее распределения по поверхности планеты. Эту способность к размножению Вернадский назвал «растеканием жизни». Размножаясь, организмы захватывают всю поверхность земли, и если какая-то часть остается безжизненной в короткий срок, вскоре ее населяют живые организмы. Этот признак биосферы ученый назвал «всеюдностью жизни». При этом он выделял участок с наиболее высокой концентрацией жизни — «слой живого вещества» или «пленка жизни». Эта область населена около 500 видами растений и животных и почти 1 млн видов бактерий.
3. Тесная связь живых организмов с неживыми веществами. Живые организмы и окружающая среда составляют единую целостную систему, части которой находятся в тесном взаимодействии. Живое вещество приспосабливается ко всем изменениям условий среды, меняя свою форму или функции, но не состав. При этом неживое вещество претерпевает множество изменений. К примеру, гранит, образованный под воздействием высоких температур и давления, после попадания на поверхность земли начнет адаптироваться к новым условиям. Но также во влажном климате он изменит свои свойства и станет другим веществом в химическом и физическом отношении.
4. Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество распространяется по всей земной поверхности в результате работы, которую производит жизнь. Этот процесс заключается в переносе химических элементов и создании из них новых тел. При этом мелкие организмы размножаются намного быстрее крупных. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
5. Жизнь полностью определяется полем устойчивости зеленой растительности. Только зеленая часть живого вещества — растительность, содержащая хлорофилл — использует световой солнечный луч для создания химической энергии путем фотосинтеза. С этой зеленой частью неразрывно связан весь живой мир.

Биогеохимические функции живого вещества

Выделяют следующие важнейшие функции живого вещества на планете: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.

Энергетическая функция. Энергия является необходимым условием существования и развития биосферы. Энергетическая функция реализуется, прежде всего, зелеными растениями. Главным поставщиком энергии в биосферу является Солнце. Как вы уже знаете, растения в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в химических связях разнообразных органических соединений. После этого растительные организмы перераспределяют ее между всеми компонентами биосферы. Отметим, что из всей поступающей в биосферу солнечной энергии только около 1 % используется продуцентами для фотосинтеза и далее передается потребителям в составе органического вещества. Остальное поглощается атмосферой, гидросферой и литосферой, а также участвует в протекающих в биосфере физических и химических процессах, например: движение воздушных масс, выветривание горных пород и др.

Газовая функция заключается в постоянно протекающем газообмене кислорода и углекислого газа между живыми организмами и окружающей средой в процессе фотосинтеза и дыхания. Такие газы, как азот, сероводород, метан, также могут являться продуктами жизнедеятельности живых организмов и иметь биогенное происхождение. Благодаря живым организмам в атмосфере нашей планеты поддерживается постоянство газового состава.

Окислительно-восстановительная функция заключается в многообразии химических реакций, протекающих в организме в процессе его жизнедеятельности. Она обусловлена наличием в составе живых организмов химических элементов с переменной степенью окисления (марганец, железо, хром). Благодаря им и обеспечивается многообразие протекающих в организме окислительновосстановительных процессов. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. А в процессе окисления и расщепления в присутствии кислорода преобладают окислительные реакции с выделением энергии. Таким образом, жизнь в биосфере представляет собой непрерывный синтез и распад органических веществ, которые объединяют все живые организмы на Земле.

Концентрационная функция — избирательное накопление живым веществом химических элементов, рассеянных в окружающей среде. Например, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных, раковины моллюсков — все это проявления концентрационной функции живого вещества. Образование биогенного вещества биосферы в виде залежей полезных ископаемых также является результатом концентрационной функции живого вещества.

Основные характеристики

Основными характеристиками биокосных веществ являются:

• Наличие уникальной структуры, которая определяет их специфические свойства и активность;
• Высокая биологическая активность, благодаря которой они проявляются взаимодействием с другими биологическими системами;
• Низкая токсичность и отсутствие негативного влияния на окружающую среду;
• Способность к биоразложению и утилизации в природных процессах;
• Возможность использования в различных сферах деятельности человека.

Биокосные вещества нашли широкое применение в медицине, косметологии, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях. Они используются в производстве лекарственных препаратов, косметических средств, добавок пищевого значения, удобрений, пестицидов и т.д. Благодаря своим уникальным свойствам, биокосные вещества позволяют создавать эффективные и безопасные продукты для человека и окружающей среды.

Законы В.И.Вернадского

В.И. Вернадский (1863-1945гг.), основатель геохимии, биогеохимии, автор многочисленных трудов по философии естествознания, изучая эволюцию биосферы Земли, сформулировал следующие законы, занимающие важнейшее место в современной экологии.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН: масса вещества, вовлекаемого в жизненные процессы, постепенно увеличивается в процессе эволюции биосферы.

ВТОРОЙ ЗАКОН: скорость оборачиваемости вещества увеличивается в процессе эволюции биосферы.

Каждая экосистема находится в непрерывном развитии, которое обозначают термином СУКЦЕССИЯ (от лат. сукцессио -преемственность, наследование).

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СУКЦЕССИЯ — это упорядоченный процесс развития сообщества животных, который происходит вместе с изменением окружающей среды.

В этом упорядоченном процессе развития сообщество изменяет окружающую среду так, что в новых условиях постепенно вместо старых видов образуются другие популяции, другие виды.

Этот упорядоченный процесс развития на определенной стадии выходит на равновесное состояние.

Имеется ввиду равновесие между живым веществом и биокосным и косным веществом. Это равновесие — зрелая стадия экологической системы.

В естественных условиях в экологической системе Земли — биосфере имеет место УСТОЙЧИВОЕ РАВНОВЕСИЕ: жизнь создает необходимый для жизни состав земной атмосферы, воды и почвы.

Антропогенное воздействие на биосферу приводит к нарушению этого равновесия, изменяя состав атмосферы, воды и почвы. Из атмосферы все больше потребляется кислорода на нужды промышленности и транспорта, сокращаются площади лесов, загрязняются воды Мирового океана, уменьшается количество морского фитопланктона, который как и растения на суше, поставляет кислород в атмосферу.

Общее содержание кислорода в атмосфере уменьшается.

Одновременно увеличивается содержание углекислого газа.

За последнее столетие значительно возросло производство электроэнергии, 80% которой вырабатывается на тепловых электростанциях за счет энергии ископаемого углерода.

То есть человеческая цивилизация невольно стремится нарушить сложившееся в процессе экологической сукцессии равновесие в биосфере.

Биосфера Земли обладает определенным запасом устойчивости, но он не беспределен.

Поэтому такое большое значение имеет рациональное использование ресурсов биосферы.

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

Эрозия почв

6. Загрязнение почв радиоактивными веществами( регионы Бетпакдалы, Балхаша, Мугоджар, Мангистау, Каспия, Иртыша, район Семипалатинского ядерного полигона)

Загрязнение почв тяжелыми металлами(свинцом – Риддер, Усть-Каменогорск, Заряновск), ядовитыми веществами (Павлодар, Экибастуз, Тараз, Каратау), гептилом ( Атырауская область, район озера Балхаш)

Мероприятия по охране природы в Казахстане:

1. Красная книга Казахстана (1981 год, переиздана в 1991 и 1996 годах.)
2. Государственные природные заповедники ( Территория на которой полностью запрещена хозяйственная деятельность человека) :

Название	Место расположения	Объект охраны
1.Аксу — Жабаглы	Южно – Казахстанская область	Ландшафт Таласского Алатау
2. Алматинский	Алматинская область	Заилийский Алатау
3. Барсакельмес	Кызылординская область	Озеро Барсакельмес
4. Наурызум	Костанайская область	Сосновые леса, степи, озера.
5. Коргалджын	Акмолинская и Карагандинская области	Экосистема озёр
6.Маркаколь	Восточно-Казахстанская область	Ландшафт Южного Алтая, озеро Маркаколь.
7. Устюртский	Мангистауская область	Степной ландшафт
8. Западно – Алтайский	Восточно-Казахстанская область	Горный ландшафт Западного Алтая
9. Алаколь	Алматинская область	Водная экосистема
10 .Каратау	Южно – Казахстанская область	Эндемики Каратау

1. Государственные природные заказники ( Территория на которой ограничена хозяйственная деятельность человека)- 49
2. Государственные природные парки — 12
3. Природные памятники ( территория имеющая научное, историческое, культурное и эстетическое значение) — 26

Впервые ввёл термин «биосфера» в неуку – Ж.Б. Ламарк ( 1802)

Создал учение о биосфере — В.И. Вернадский

Применение

Биокосные вещества биосферы обладают широким спектром применения в различных отраслях человеческой деятельности.

В медицине биокосные вещества используются как основной компонент в процессе производства лекарственных препаратов. Они способствуют укреплению иммунной системы организма, улучшению обменных процессов, а также имеют противовоспалительное и противоаллергическое действие.

В пищевой промышленности биокосные вещества применяются как добавки в продукты питания для улучшения их качества. Они могут использоваться как антиоксиданты, усилители вкуса и аромата, а также стабилизаторы или консерванты.

В промышленности биокосные вещества используются как составляющая часть биотехнологических процессов, например, при производстве биопластиков или биотоплива.

Кроме того, биокосные вещества находят применение в сельском хозяйстве. Они могут быть использованы в качестве кормовых добавок для животных, улучшающих их пищеварение и повышающих продуктивность. Также биокосные вещества используются в процессе биологической борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы

Биомасса представляет собой общую массу животных, растений и микроорганизмов, присутствующих в биосфере. Полная биологическая масса Земли оценивается приблизительно в 2420 млрд т. Биомассы живого вещества (зеленых растений, животных и микроорганизмов) на суше материков и в Мировом океане существенно различаются:

Биомасса живого вещества планеты (в пересчете на сухое вещество)

Организмы	Биомасса живого вещества
Материковая часть	Мировой океан
млрд т	%	млрд т	%
Зеленые растения	2400	99,2	0,2	6,3
Животные и микроорганизмы	20	0,8	3,0	93,7
Всего	2420	100	3,2	100

Как видно из таблицы, наибольшая масса живых организмов биосферы сосредоточена на материках (более 98,7 %). Вклад океанической части в общую биомассу невелик (около 0,13 %). На суше значительно преобладает живое вещество растений (более 99 %), в океане — животных (более 93 %). В то же время при сравнении их абсолютных значений: 2400 млрд т растений и 3 млрд т животных — видно, что живое вещество на планете в подавляющем большинстве представлено наземными зелеными растениями. Биомасса гетеротрофных организмов составляет всего около 1 %.

Биомасса суши увеличивается от полюсов к экватору. Наибольшая биомасса живого вещества суши сконцентрирована в тропических лесах. Они являются наиболее продуктивными сообществами материковой части биосферы.

Мировой океан занимает более 2/3 поверхности планеты. Биомасса в нем распространена неравномерно и представлена преимущественно в верхней части планктоном. Биомасса наземных растений в 1000 раз превосходит общую массу океанических живых организмов. В то же время именно Мировой океан считается самой продуктивной средой по созданию биомассы. Это связано с интенсивными темпами размножения микроскопических представителей фито- и зоопланктона, их быстрым ростом и короткой продолжительностью жизни. Поэтому общий объем первичной годовой продукции, образуемой продуцентами Мирового океана, сопоставим с объемом продукции растений суши.

Почва как среда обитания характеризуется собственной биомассой, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью многих организмов. Биомасса почвы — совокупность живых организмов, обитающих в почве и играющих ведущую роль в процессе ее формирования. В почве много микроорганизмов, протистов, червей, разлагающих органическое вещество. В поверхностных слоях живут зеленые водоросли и цианобактерии, снабжающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Кроме того, в почве обитают муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и др. Все они ведут большую почвообразовательную работу, создавая плодородие почвы, а после гибели становятся источником органического вещества для бактерий. Биомасса почвы, подобно растительной биомассе, имеет тенденцию к увеличению от полюсов к экватору.