Границы биосферы
Каждую часть планеты, от полярных льдов до экватора, населяют живые организмы. Последние достижения в области микробиологии показали, что микроорганизмы обитают глубоко под земной поверхностью и возможно их общая биомасса превышает биомассу всего животного и растительного мира на поверхности Земли.
В настоящее время фактические границы биосферы измерить невозможно. Как правило, большинство видов птицы летают на высотах 650 — 1800 метров, а рыбы были обнаружены на глубине — до 8372 метров в океаническом Жёлобе Пуэрто-Рико. Но также есть более экстремальные примеры жизни на планете. Африканский сип, или гриф Рюппеля был замечен на высоте более 11000 метров, горные гуси обычно мигрируют на высоте не менее 8300 метров, дикие яки обитают в горных районах Тибета на высоте около 3200 — 5400 метров над уровнем моря, а горные козлы живут на высотах до 3000 метров.
Микроскопические организмы способны жить в более экстремальных условиях и если брать их во внимания, то толщина биосферы намного больше, чем мы себе представляли. Некоторые микроорганизмы были обнаружены в верхних слоях атмосферы Земли на высоте 41 км. Вряд ли микробы являются активными на таких высотах, где температура и давление воздуха являются чрезвычайно незначительными, а ультрафиолетовое излучение очень интенсивным. Скорее всего, они были доставлены в верхние слои атмосферы ветрами или извержением вулканов. Также одноклеточные формы жизни были найдены в самой глубокой части Марианской впадины на глубине 11034 метров.
Несмотря на все вышеперечисленные примеры крайностей существования жизни, в общем слой биосферы Земли настолько тонкий, что его можно сравнить с кожурой яблока.
Этапы развития (эволюции) биосферы
Современная структура биосферы и границы обитания живых организмов формировались длительное время. Каждый временной промежуток эволюции биосферы характеризуется определенным комплексом экологических факторов и совокупностью живых организмов.
Можно выделить следующие исторические этапы развития (эволюции) биосферы:
- возникновение и развитие жизни в воде;
- заселение организмами суши и формирование наземно-воздушной и почвенной сред обитания;
- появление человека и его эволюция из обычного биологического вида в биосоциальное существо;
- переход биосферы в ноосферу под влиянием разумной деятельности человека.
Наша планета появилась около 5 млрд лет назад.
В то время температура земной поверхности была выше 100 °С, и жизнь на Земле существовать не могла. Снижение температуры способствовало формированию водной оболочки планеты — гидросферы. Масса гидросферы постепенно росла, увеличивалась ее площадь, что создало условия, благоприятные для зарождения жизни. Появление живого вещества в гидросфере способствовало формированию биологического круговорота вещества.
На этом этапе формирования биосферы важная роль принадлежала бактериям с различными способами питания (фото- и хемоавтотрофам, фото- и хемогетеротрофам).
Она состояла, прежде всего, в разложении мертвого органического вещества до биогенов, которые возвращались обратно в биологический круговорот. Деструктивная функция бактерий позволила поддерживать биомассу органического вещества планеты на постоянном уровне. В то же время древние фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии) насыщали гидросферу кислородом.
В дальнейшем в результате роста и размножения автотрофов количество кислорода возросло. Он начал выделяться в атмосферу и распространяться в ней. За счет кислорода в верхних слоях атмосферы появился озон.
Примерно 500 млн лет назад концентрация кислорода в атмосфере достигла современных значений.
Этот факт вместе с образованием озонового экрана позволил организмам выйти на сушу — началось формирование наземной флоры и фауны. Первые наземные растения (псилофиты и древние мохообразные) путем фотосинтеза образовали первичное органическое вещество суши.
Это готовое органическое вещество стало служить пищей гетеротрофным организмам. Так сформировалась наземно-воздушная среда обитания. Таким образом, живые организмы постепенно преобразовывали физико-химические параметры окружающей среды, делая ее благоприятной для существования.
В этом заключается еще одна важная функция живого вещества — средообразующая.
В то же время в гидросфере продолжала развиваться жизнь. Здесь она была представлена цианобактериями, красными и зелеными водорослями, а также почти всеми типами животных. Глубоководные организмы, постепенно продвигаясь все глубже ко дну, заселили всю гидросферу.
Последующие этапы эволюции биосферы проходили в направлении бурного развития и распространения жизни на суше.
Появились мхи, древовидные плауны, хвощи, папоротники, голосеменные растения, на смену которым пришли покрытосеменные, быстро распространившиеся по всей планете.
Первыми животными суши были пауки и скорпионы.
В период около 300 млн лет назад появились первые земноводные. В дальнейшем, приблизительно 150 млн лет назад, массового распространения и процветания достигли пресмыкающиеся: динозавры, древние черепахи и крокодилы. Около 50 млн лет назад появились птицы и млекопитающие.
Биосферная роль животных связана с их гетеротрофным типом питания и способностью к передвижению.
Они потребляют органическое вещество, создаваемое растениями, перемещают его на значительные расстояния. Тем самым животные способствуют распространению плодов, семян, спор.
Завоевание суши живыми организмами привело к значительному росту биомассы живого вещества. В настоящий момент, как уже отмечалось, биомасса суши многократно превышает океаническую биомассу.
Венцом современной эволюции биосферы стало появление Человека разумного, которое произошло всего около 50 тыс.лет назад.
В процессе эволюции биосферы некоторые вещества на долгое время исключались из биологического круговорота. Благодаря этому на Земле в разные геологические эпохи сформировались залежи полезных ископаемых в виде нефти, известняков, железных руд и др. Именно эволюция биосферы позволила Земле приобрести свой уникальный облик и стать планетой жизни среди других планет Солнечной системы.
А главными факторами эволюции биосферы на рассмотренных этапах стали процессы, связанные с функционированием живого вещества: синтез, разрушение, круговорот.
Распространение и использование термина
Термин «биосфера» был впервые введен в научную литературу немецким ученым Эдуардом Зюссом в 1875 году. В своем труде «Die Gesichtspunkte der organischen Naturbetrachtung» (Принципы органического изучения природы) Зюсс использовал термин «биосфера» для обозначения земной оболочки, в которой происходят все жизненные процессы.
Однако популяризацией и широким распространением термина стало его использование русским ученым Владимиром Вернадским в его труде «Биосфера» (1926 год). Вернадский ввел термин «биосфера» для обозначения глобальной неживой оболочки Земли, в которой происходят все жизненные процессы и взаимодействие живых организмов со средой.
За последующие годы и десятилетия термин «биосфера» стал широко использоваться в научных и популярных текстах, а также в образовательных программах по экологии и биологии. Он стал ключевым понятием в изучении взаимодействия живых организмов и окружающей среды и помогает понять экологические процессы на планете Земля.
В настоящее время понятие «биосфера» широко используется в различных научных дисциплинах, включая экологию, географию, биологию, климатологию и другие. Оно стало неотъемлемой частью научного языка и представляет собой основу для изучения и понимания сложных экосистем и их взаимодействия с окружающей средой.
Понятие биосферы. Общие представления о биосфере.
12345Следующая ⇒
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра образовательных дисциплин
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине
«Экология»
Выполнил: ст-т группы ЭСз-10 Смалюк Анна Николаевна
Иркутск 2012г.
1. Понятие о биосфере. Общие представления о биосфере.
2. Закон толерантности.
3. Биологическое загрязнение окружающей среды.
4. Антропогенное воздействие на биосферу.
5. Список используемой литературы
6. Задача 1.
7. Задача 2.
8. Задача 3.
9. 3адача 4
Понятие биосферы. Общие представления о биосфере.
Биосфера, согласно учению академика В.И. Вернадского, представляет собой наружную оболочку Земли, включающую все живое вещество и область его распространения (среду обитания). Верхняя граница биосферы — защитный озоновый слой в атмосфере на высоте 20—25 км, выше которого жизнь невозможна ввиду воздействия ультрафиолетового излучения. Нижней границей биосферы являются: литосфера до глубины 3—5 км и гидросфера до глубины 11—12 км (рис. 1).
Рис 1. Строение биосферы (по В.И. Вернадскому)
Компоненты биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера — выполняют важнейшие функции по обеспечению жизни на Земле.
Биосфера возникла около 4,5 млрд лет назад и прошла несколько этапов эволюционного развития: от первоначального круговорота органического вещества к биологическому круговороту — непрерывному обмену веществом и энергией между живыми организмами и окружающей средой в течение всей жизни организмов и после их смерти.
Важнейшими компонентами биосферы являются:
• живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);
• биогенное вещество органического происхождения (уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.);
• косное вещество (горные породы неорганического происхождения);
• биокосное вещество (продукты распада и переработки горных пород живыми организмами).
Важным во взаимоотношениях организмов является пищевой — трофический фактор (от греч. trophe— пища). Первичное органическое вещество создают зеленые растения {продуценты — производители), используя солнечную энергию. Они потребляют углекислый газ, воду, соли и выделяют кислород.
Потребителей (консументов) можно разделит на два порядка:
I — организмы, питающиеся растительной пищей;
II — организмы, питающиеся животной пищей.
Редуценты (восстановители) — организмы, питающиеся разлагающимися организмами, бактерии и грибы. Здесь особенно велика роль микроорганизмов, до конца разрушающих органические остатки и превращающих их в конечные продукты (минеральные соли, углекислый газ, воду, простейшие органические вещества), поступающие в почву и вновь потребляемые растениями.
Способность живых организмов адаптироваться к факторам среды характеризуется экологической валентностью, или пластичностью.
Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, состоящей из множества меняющихся во времени и пространстве явлений, условий, элементов, называемых экологическими факторами среды. Это любые условия окружающей среды, оказывающие длительное или кратковременное влияние на живые организмы, реагирующие на эти влияния приспособительными реакциями. Они делятся на абиотические (факторы неживой природы) и биотические (факторы живой природы). Принятый сегодня вариант классификации экологических факторов среды представлен в табл. 1.
Таблица 1. Классификация экологических факторов среды
| Абиотические | Биотические |
| Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление | Фитогенные: растительные организмы |
| Эдафогенные («эдафос» — почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность | Зоогенные: животные |
| Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона | Микробиогенные: вирусы, простейшие, бактерии, риккетсии |
| Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов | Антропогенные: деятельность человека (в том числе строительная) |
Биотические экологические факторы определяют взаимоотношения организмов. Указанные факторы в этом случае называют трофическими, т.е. пищевыми.
Экологические факторы под действием вновь полученных химических веществ, которых нет в природе, и техногенных компонентов, созданных человеком, сильно изменены.
Эволюция биосферы
За долгую историю Земли формы жизни резко изменили химический состав биосферы. В то же время химический состав биосферы повлиял на то, какие формы жизни населяют Землю. В прошлом скорость превращения питательных веществ из одной химической формы в другую не всегда равнялась их преобразованию обратно в первоначальную форму. Это привело к изменению относительных концентраций химических веществ в биосфере, таких как диоксид углерода и кислород. Снижение содержания углекислого газа и увеличение содержания кислорода в атмосфере обусловлено фотосинтезом, происходящим с большей скоростью, чем дыхание. Углерод, который присутствовал в атмосфере в виде диоксида углерода, теперь находится в залежах ископаемого топлива и известняковой скале.
Полезно знать
Пособие к разделам «Биосфера»
Основные черты структурно – функциональной организации биосферы.
Вопрос — Назовите важнейшие черты учения о биосфере?
Ответ – В настоящее время учение о биосфере приобрело не только большое научное, но и практическое значение. Вместе с тем многие положения В.И. Вернадского до сих пор продолжают оставаться сложными для интерпретации. В.И. Вернадский не только наполнил концепцию биосферы биогеохимическим смыслом, но и разработал основы ее структурно- функциональной организации. За прошедшие годы система взглядов на учение о биосфере претерпела концептуальную и структурную перестройку, включая периоды интегрирования и дифференцирования. Учение о биосфере послужило становлению биогеохимии в основе, которой по определению В.В. Ковальского(1985), лежит системная организованность биосферы. Одной из важнейших тенденций в изучении биосферы является исключительно повышенный интерес к составу и роли живых организмов в процессах аккумуляции, трансформации и перераспределения космической энергии. Наиболее актуальным в развитии концепции биосферы продолжает оставаться ее исследование как единой системы на планетарном уровне, а в будущем и определение ее роли и места в вещественном и энергетическом поле космического пространства. Несомненно, что проблема биосферы примыкает вообще к вопросам изучения земных оболочек. К настоящему времени кроме биосферы Существует много других терминов, обозначающих земную оболочку, населенную живыми организмами: фитогеосфера (Е.М.
Границы
Границы биосферы в км
Чем определяются границы распространения биосферы?
Поскольку Живое — главная составляющая биосферы, ее границы определяются возможностью выживать отдельных индивидуумов в условиях окружающей среды. В верхних слоях ультрафиолетовое излечение не дает развиваться живым организмам – это определяет верхнюю границу биосферы. Высокие температуры в земных глубинах устанавливают нижнюю черту жизни.
Где проходят границы биосферы?
Атмосфера – воздушный слой земного шара, состоит из азота, кислорода, диоксида углерода и др. Она защищает Землю от перегрева, действия космической радиации, ультрафиолета, метеоритов. В составе атмосферы выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу.
Тропосфера (озоновый слой земли) является верхней границей биосферы, находится на высоте 20 км.
Стратосфера – располагается на высоте 50 км над уровнем моря, воздух разжижается, нагревается, увеличивается концентрация озона, условия становятся непригодными для жизни.
Ионосфера – поверхностный слой атмосферы, поддается воздействию космического излучения, поэтому сильно ионизированный.
Литосфера – земная кора, твердый слой, который уходит на глубину 200км. К биосфере относится верхний шар, населенный живыми организмами. Нижняя граница по литосфере достигает 4км, глубина где были найдены бактерии. Опускаясь ниже, температура возрастает, достигая 100 градусов, что несовместимо с существованием живых организмов, происходит денатурация белка, все живое – гибнет.
Гидросфера – совокупность наземных и подземных вод. Это одна из оболочек нашей планеты, которая окружает материки и острова, составляет 70% поверхности земного шара. Нижняя граница биосферы расположена на глубине около 11 км. (в области Тихого океана).
Схема границ биосферы
Слои биосферы
Эубиосфера – основная прослойка биосфера. 99,9% живых существ постоянно населяют данный слой. Ширина эубиосферы 12-17км.
Парабиосфера, метабиосфера – соответственно верхний и нижний слои бисоферы, куда жизнь попадет случайно, заносится из эубиосферы.
Апобиосфера и абиосфера — самый верхний и самый нижний слои, куда жизнь не может попасть даже случайно.
В зависимости от среды обитания живых организмов выделяют:
- Аэробиосферу (жизнь осуществляется за счет атмосферной влаги и солнечной энергии, от верхушек деревьев до стратосферы);
- геобиосферу (организмы населяют почву, поверхность суши, деревья);
- гидробиосферу (все водные структуры заселенные гидробионтами, исключая подземные воды).
Функции живого вещества в биосфере
Остановимся подробнее на функциях живого вещества в биосфере:
- Энергетическая функция выражается в улавливании живым веществом энергии, а также передача ее внутри пищевой цепи.Примером этой функции живого вещества в биосфере может служить фотосинтетическая деятельность растений. Результатом является первичная продукция, составляющая 98%, которая потребляется животными.
- Осуществление предыдущей функции живого вещества сопровождается трансформацией газов. В процессе деятельности организмов происходит выделение и поглощение кислорода, углекислого газа и некоторых других соединений. Благодаря газовой функции живого вещества сформировался современный состав атмосферы, сильно отличающийся от добиосферного периода.
- Концентрационная функция проявляется в извлечении и избирательном накоплении организмами химических элементов окружающей среды. Примером этой функции живого вещества в биосфере могут служить накопления соединений кальция в раковинах моллюсков, минеральных включений в тканях растений, кремнезема в панцирях диатомовых одноклеточных существ.
Раковины моллюсков Источник
В результате трансформации органических веществ произошло накопление залежей полезных ископаемых. К примеру, известняк, торф, каменный уголь представляют собой концентрацию различных соединений в телах отмерших организмов. Доказательством этому служат находки окаменелостей в осадочных породах.
Окаменелости в известняке Источник
- Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биологическим круговоротом веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях.Например, молекулярный азот – один из важнейших биогенных элементов. Усваивается он живыми организмами в виде различных соединений. В клетках расщепление соединений происходит очень быстро под влиянием ферментов, и молекулярный азот используется для процессов жизнедеятельности. В природе же образование свободного азота происходит очень медленно.
Если бы живые организмы не могли осуществлять данные процессы, то они ощутили бы нехватку многих элементов.
- Одной из важнейших функций является средообразующая. Деятельность живых существ преобразует среду обитания. Живое вещество в биосфере способствовало формированию современного состава атмосферы, благодаря организмам создается почва и поддерживается ее плодородие.
Растительный покров определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности территории. Благодаря трансформации веществ и энергии происходит поддержание на постоянном уровне основных параметров окружающей среды, например, содержание газов в атмосфере.
- Деструкционная функция обусловливает процессы разложения организмов после их смерти. Редуценты разрушают отмершее органическое вещество до минеральных соединений. Далее эти вещества вновь включаются в биологический круговорот.
Выполняя все эти функции, живые организмы являются важной составной частью в биологическом круговороте веществ
Как экология влияет на человека?
– И перед ним, его мыслью и работой стоит вопрос о реконструкции биосферы в интересах всего свободомыслящего человечества”. (“Химическая структура биосферы Земли и ее окружения”, 1943). Неудивительно, что общая концепция экологии быстро распространилась и на социальную сферу. Французский философ П. Тейяр де Шарден ввел понятие “экология человека”. Он написал: “Этот внезапный водопад разумной деятельности, это нашествие нового вида животных, постепенно подчиняющих себе все остальные формы жизни, этот неудержимый приток полей, фабрик, заводов, этот огромный рост материального и духовного творчества – все это предвещает изменение жизни на Земле, изменение планетарного значения”. (“Феномен человека”, 1948). Объект “экологии человека” (“глобальная экология”, “геогигиена”, “социоэкология”) – это изучение процесса взаимодействия природы и общества в планетарном масштабе с целью определения законов взаимодействия и взаимопроникновения их элементов и создания теории управления этими процессами, М., 1975; Ramad F., Основы прикладной экологии, перевод с французского, Л., 1981; Одум Й., Экология, т. 1-2, перевод с английского, М., 1986.
Синонимы:
….. смотреть
Состав
Биосфера включает такие элементы, как:
- живое существо — это все разновидности организмов;
- биогенное вещество — это все то, что образуется в результате деятельности живых организмов (яркий пример — минеральные залежи полезных ископаемых);
- косное вещество — его образование происходит без непосредственного воздействия живых организмов и их участия;
- биокосное вещество — это то, что формируется при воздействии и живых организмов, и неживых сред, за счет чего происходит динамичное равновесие (например, ил, почва);
- вещества, которые находятся в радиоактивном распаде.
Также сюда относятся рассеянные атомы, формированию которых способствует космическое излучение и какой-то элемент биосферы, а также вещества космического происхождения.
Значение термина «биосфера» в современной науке
Термин «биосфера» в современной науке имеет особое значение и широкое применение. Биосфера представляет собой самую верхнюю часть Земли, где существуют все живые организмы. Включает в себя атмосферу, гидросферу и литосферу.
Само понятие «биосфера» было введено австрийским ученым Эдуардом Зюссом в 1875 году. Он использовал его, чтобы описать все живое на Земле и его взаимодействие с окружающей средой.
В современной науке биосфера изучается в различных областях, таких как экология, география, биология и другие. Она играет важную роль в понимании взаимосвязи между живыми организмами и их окружающей средой.
Биосфера также имеет значительное значение для человека. Она обеспечивает нам природные ресурсы, такие как пища, вода и энергия. Без биосферы жизнь на Земле была бы невозможна.
Исследование биосферы позволяет нам лучше понять ее функционирование и развитие, а также поиск путей сохранения и устойчивого использования ее ресурсов. Это особенно актуально в свете текущих проблем экологического кризиса и изменения климата.
- Биосфера является уникальным экологическим балансом, который необходимо сохранить для будущих поколений.
- Исследование биосферы помогает разрабатывать методы охраны и восстановления экосистем.
- Биосфера предоставляет место обитания для множества видов животных и растений, что способствует биологическому разнообразию.
- Биосфера имеет глобальное значение, поскольку все ее части взаимодействуют друг с другом и влияют на климат, погоду и другие факторы окружающей среды.
Таким образом, понятие «биосфера» играет ключевую роль в современной науке и является фундаментальным для понимания жизни на Земле и сохранения окружающей среды. Его изучение позволяет нам лучше понять взаимосвязь между людьми, живыми организмами и природой в целом.