Понятие биосферы и ее сущность
Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем; глобальная экосистема Земли.
Биосфера отличается от других оболочек планеты тем, что не имеет конкретного ограничения. К примеру, возникновение других непрерывных слоев можно охарактеризовать следующим образом:
- Литосфера в виде земной и океанической коры идет вначале.
- Затем наблюдается гидросфера со всеми водными объектами.
- Далее следует атмосфера, которая является воздушной оболочкой и переходит в космос.
Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя из-за равномерного глобального распределения живых организмов по всей поверхности планеты в среде обитания, охватывающей все три стихии. Сущность биосферы можно понять по исследованиям самых древних фактов из истории Земли, однако данная оболочка является наиболее молодой из всех. Зарождение и поддержание жизни на Земле отмечено относительно недавно, около 3,8 миллиардов лет назад, что является несущественным сроком в масштабе возраста и динамического развития всей планеты. Имеется два определения биосферы:
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут
- Биосфера в виде совокупности всей органики на планете. Данная формулировка является основой современного определения оболочки.
- Согласно В.И. Вернадскому, биосфера является целостностью, неразрывным единством и взаимодействием живой и неживой природы в их широком смысле.
Примечание
Основной характеристикой биосферы является органическая составляющая. В этом заключается ее отличие от строения других оболочек планеты.
Происхождение термина
Концепция живой оболочки была сформирована в XIX столетии. Краткая характеристика биосферы была дана Жан Батистом Ламарком. В это время еще не появился официальный термин.
Впервые понятие биосферы было введено в 1875 году австрийским палеонтологом и геологом Эдуардом Зюссом. Данное определение используют и в современной науке.
Большое значение в исследовании живой оболочки имеют научные труды советского философа и биогеохимика В.И. Вернадского. Ученый известен, как создатель целостного учения о биосфере, в которой роль мощнейшей силы, непрерывно преобразовывающей планету, играли живые организмы.
Какие функции выполняет
Ключевые функции биосферы:
- Энергетическая. Данный функционал возложен на растения, которые существуют, благодаря фотосинтезу. Перерабатывая энергию солнца, растительные организмы распределяют ее между другими элементами биосферы, либо накапливают ее в отмершей органике. Таким образом, образуются залежи горючих полезных ископаемых в виде угля, торфа, нефти.
- Газовая. Живые организмы являются участниками непрерывного газового обмена.
- Концентрационная. Определенные формы жизни способны выборочно создавать запасы биогенных элементов из внешней среды. В дальнейшем они могут использоваться, как источник этих веществ.
- Деструктивная. Окружающая среда постоянно подвергается воздействию живых организмов. Ее поверхность разлагается и перерабатывается. Таким образом, происходит формирование косного и биокосного вещества.
- Средообразующая. Биосфера стабилизирует баланс между благоприятными и неблагоприятными условиями среды, благодаря которым поддерживается полноценная жизнедеятельность организмов.
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:
- Красная книга Казахстана (1981 год, переиздана в 1991 и 1996 годах.)
- 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 |
- Государственные природные заказники ( Территория на которой ограничена хозяйственная деятельность человека)- 49
- Государственные природные парки — 12
- 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
Живое, косное и биокосное вещество (по В.И.Вернадскому)
ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО — совокупность всех живых существ, населяющих планету (от простейших вирусов и клеточных до человека).
Живое вещество характеризуется химическим составом, массой и энергией. Оно трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный кругооборот.
КОСНОЕ ВЕЩЕСТВО — это не живое и не связанное с жизнью вещество.
К косному веществу относятся глубинные породы, выбрасываемые вулканами в процессе горообразования, газы и т.д. При контакте с живым веществом косное вещество постепенно превращается в биокосное.
БИОКОСНОЕ ВЕЩЕСТВО — вещество, имеющее минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов.
К биокосному веществу относится почвенный покров, плодородие которого обусловлено наличием органических веществ, а также воздух и вода.
Вещества биокосного происхождения — это чаще всего трупы, отмершие части животных и растений, каменный уголь, нефть, торф и др.
Из космоса в биосферу поступает космическое вещество, например, в виде МЕТЕОРИТОВ. Космическое вещество также начинает участвовать в кругообороте веществ в биосфере.
Экосистема включает в себя следующие составные части:
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА — C(углерод), N(азот), CO2(диоксид углерода), Н2О(вода) и др.
они находятся в непрерывном круговороте веществ в природе (косное вещество),
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ — белки, углеводы, липиды и др.
Эти органические вещества связывают между собой живое и косное вещество (биокосное вещество).
ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ — воздушная и водная среда, климатический режим и другие физические факторы (косное вещество).
ПРОДУЦЕНТЫ — например, зеленые растения, которые могут производить пищу из простых органических веществ.
КОНСУМЕНТЫ — микро- и макроконсументы — живые организмы, не относящиеся к продуцентам (живое вещество).
Основные положения учения о биосфере
Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос». Ученый обозначил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу вместе с океаническими глубинами, земную поверхность (верхний слой литосферы) и часть атмосферы до уровня тропосферы. Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится.
Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете.
Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения:
- биосфера является организованной системой;
- живые организмы являются доминирующим фактором на планете, и они сформировали современное состояние нашей планеты;
- на земную жизнь оказывает влияние космическая энергия
Таким образом, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Многие его утверждения актуальны на сегодняшний день. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут.
Вещества биосферы и их классификация
Согласно классификации, предложенной академиком Вернадским, вещества биосферы можно разделить на семь типов. Каждый из этих типов играет свою уникальную роль в поддержании жизни на планете.
1. Атмосферные газы — это смесь газов, окружающих планету Земля. Главными компонентами атмосферы являются азот (около 78%) и кислород (около 21%). Также в атмосфере содержатся другие газы, такие как углекислый газ, водяной пар, аргон и др.
2. Водные вещества представлены океанами, морями, реками, озерами, ледниками и прочими водными объектами. Вода является основным растворителем, а также необходима для поддержания жизни всех организмов.
3. Гидросферные накопители представлены горными породами и почвой, в которых аккумулируются различные минеральные вещества, необходимые для жизнедеятельности растений и животных.
4. Живые организмы составляют основу биосферы. В зависимости от их характеристик и экологической ниши, они могут быть разделены на различные группы, включая растения, животных и микроорганизмы.
5. Биопродукция включает в себя органы и ткани живых организмов, такие как мясо, рыба, фрукты, овощи, зерно и др. Биопродукция является основным источником питания для человека и других живых организмов.
6. Органические вещества представлены остатками живых организмов, такими как древесина, турф, компост и прочее. Они являются основным сырьем для химической и энергетической промышленности.
7. Биогеохимические циклы — это процессы перехода веществ из одной формы в другую. Они включают в себя такие циклы, как углеродный, азотный, фосфорный и др. Биогеохимические циклы играют важную роль в поддержании равновесия в биосфере.
Классификация веществ биосферы по Вернадскому позволяет лучше понять ее устройство и функционирование. Она подчеркивает взаимосвязь и взаимозависимость всех компонентов биосферы и необходимость их бережного использования и охраны.
Вещества биосферы и их особенности
В биосфере существует семь основных типов веществ, которые играют ключевую роль в поддержании жизни на Земле. Каждый из этих типов веществ имеет свои уникальные особенности и выполняет важные функции.
- Вода — самый распространенный тип вещества в биосфере. Она является основным компонентом всех живых организмов и необходима для всех жизненно важных процессов, в том числе для обеспечения циркуляции питательных веществ и регуляции температуры.
- Углерод — еще один важный компонент биосферы. Он является основным строительным материалом всех органических соединений и существенно влияет на круговорот энергии в природных экосистемах. Углерод также играет роль в процессе фотосинтеза, который является основным источником кислорода в атмосфере.
- Азот — важный компонент биологического процесса. Он является неотъемлемой частью белков, одних из главных строительных блоков живых организмов. Кроме того, азот участвует в регуляции обмена энергии и осуществлении некоторых жизненно важных функций.
- Кислород — необходим для дыхания организмов и осуществления окислительных процессов. Кислород также играет важную роль в обмене веществ и энергии, а также в поддержании экологического баланса.
- Фосфор — в составе биологических молекул, таких как ДНК и РНК, он играет важную роль в передаче и хранении генетической информации. Фосфор также необходим для энергетических процессов, роста и развития организмов.
- Сера — важный компонент биологических молекул и участвует в регуляции обмена энергии. Сера также играет важную роль в образовании дисульфидных связей, которые являются важными для структурных протеинов.
- Минералы — представляют собой различные элементы, такие как кальций, железо, магний и другие, которые необходимы для поддержания здоровья организмов. Минералы участвуют во многих биохимических реакциях и играют важную роль в поддержании стабильности и функционирования биосферы.
Изучение веществ биосферы и их особенностей позволяет лучше понять ее функционирование и разрабатывать более эффективные методы сохранения и охраны природных экосистем.
Особенности распределения биомассы на Земле
Состав и распределение биосферы – один из интереснейших вопросов в биологии.
Биосфера включает в себя огромное количество растений, животных и других форм жизни нашей планеты. Термин «ноосфера», предложенный Вернадским в начале 20-го столетия, получил широкое распространение.
Биогенные вещества — созданные в процессе жизнедеятельности организмов соединения, например, природный газ, нефть, известняк.
Изучение биомассы крайне важно для понимания климатических сдвигов, путей передачи и трансформации углерода и других элементов. Разнообразие живых и неживых организмов, взаимодействующих между собой, обменивающихся веществами, называется экосистемой
Приспособленность видов к условиям существования происходит непрерывно. Биосфера имеет четкую структурную организацию и является глобальной экосистемой планеты. В.И. Вернадский создал учение о роли живых организмов, о воздействии живого на преобразование земной коры. Состав биосферы и свойства зависят от взаимодействия её биотического и абиотического компонентов. Основной объем массы живой материи приходится на растительный мир, он составляет 80% от биомассы планеты. На втором месте, после растений, идут бактерии. Ученые, с использованием углеродного метода, определили, что все живые организмы содержат суммарно 550 миллиардов тонн углерода. Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большой массой продуцентов на поверхности Земли. Наибольшая плотность жизни отмечается в тех зонах, где виды специфически приспособились к совместному существованию. К структурообразующим факторам биосферы относят свет, как условия формирования и усовершенствования жизни. Под воздействием микроорганизмов, растений и животных сформировался почвенный слой. В почве обитает больше редуцентов. К ним относятся бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до неорганических веществ. В почве происходит особый газообмен. Ночью, при охлаждении и сжатии газов, в неё проникает некоторое количество воздуха, его поглощают и перерабатывают почвенные организмы. Почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ, в почвообразовании и формировании плодородного слоя. Большая биомасса почвы, в сочетании с высоким видовым разнообразием, обеспечивает сложность экосистем. Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения. В морской биомассе содержится больше консументов, чем продуцентов. В состав океанической и морской воды входят минеральные соли. Микроорганизмы, живущие в океанических термальных источниках, являются хемотрофами, основными продуцентами океанического дна. Несмотря на многообразие водных обитателей, их можно поделить на 3 группы, с учетом мест обитания в воде. Между каждой группой организмов существуют тесные связи, они обмениваются веществом и энергией. В современном мире воздействие человека на биомассу океана огромно. Бентосные организмы в океане живут на дне и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными. Воздушная среда характеризуется значительным количеством кислорода, солнечной энергии, но в ней, зачастую, не хватает влаги. Поэтому, обитатели засушливых мест имеют специальные приспособления для добычи, запасания и экономной траты драгоценной влаги. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней. Каждому наземному биогеоценозу присущи свои черты. Так, в экваториальных биоценозах сильно развита конкуренция за обладание местом обитания, пищей, светом и кислородом.
В современном мире огромное влияние на биомассу оказывает человек. Сокращаются площади, производящие живую массу.
Смотри также:
- Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека
- Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем.
- Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция 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.
Вещество биосферы: что это?
Согласно Вернадскому, существует семь основных типов вещества биосферы:
Тип вещества
Описание
Органическое вещество
Состоит из углерода и других элементов, содержится во всех живых организмах.
Неорганическое вещество
Состоит из минералов и других неорганических соединений, присутствует в почве, воде и воздухе.
Вода
Одно из основных веществ биосферы, важное для жизни всех организмов.
Воздух
Смесь газов, необходимая для дыхания живых организмов.
Почва
Состоит из различных минералов, органического вещества и воды, предоставляет питательные вещества для растений.
Биота
Все живые организмы, включая растения, животных и микроорганизмы.
Антропогенные вещества
Вещества, которые происходят от деятельности человека и оказывают влияние на биосферу.
Вещество биосферы периодически переходит из одного состояния в другое и участвует в круговороте веществ в природе. Это важный компонент глобальных экологических процессов и имеет влияние на здоровье планеты и всех ее обитателей. Понимание и изучение вещества биосферы необходимо для разработки и применения устойчивых методов использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.
Слои и оболочки биосферы
Чтобы понять масштабы обитаемой оболочки Земли, нужно знать, из чего состоит биосфера. Оболочка имеет сферическую форму и полностью окружает планету, создавая тесную связь экосистем. Морфологическая структура биосферы представлена следующими слоями:
- атмосфера;
- литосфера;
- гидросфера.
С биосферой соприкасаются внешние слои, в которые живые организмы попадают только лишь случайным образом. Под литосферой расположена метабиосфера, которая сформирована ранее существовавшими в ней живыми формами, но необитаемая в настоящем. Верхняя часть атмосферы – парабиосфера. В этом пространстве организмы могут существовать условно, не размножаясь и не доживая до естественной гибели.
В глобальном понимании, во всех этих слоях земного пространства происходит или когда-то происходило воздействие живой среды на неживую. Общее название всех оболочек – мегабиосфера. С учетом деятельности человека в околоземном пространстве (космической экспансии), конгломерат слоев называют панбиосферой.
Атмосфера (воздушная оболочка)
Газовая прослойка, в состав которой входят кислород, азот, двуокись углерода, является неотъемлемой частью биосферы. Химические соединения отвечают за дыхательные процессы и переход мертвой органики в минералы, формируют биомассу, участвуют в фотосинтезе. Атмосфера защищена озоном, слой которого защищает живые формы от воздействия губительного УФ излучения.
Литосфера (твердая оболочка)
Один из слоев биосферы – литосфера, которая объединяет земную кору и часть мантии. Жизненные формы распространены только в верхнем слое грунта. Бактерии обнаруживаются на глубине 2-3 м под поверхностью (в отдельных случаях обнаружены микроорганизмы на глубине до 4 км). Почвенный слой сформирован из минеральных и органических останков биомассы. В новом цикле роста жизненные формы получают питание из почвы, затем удобряют ее в течение жизни, а также после гибели.
Гидросфера (водная оболочка)
Гидросфера содержит в себе все водные запасы на планете, включая снеговой и ледяной покровы, водяной пар, донные отложения. Вода, из которой состоит этот слой биосферы – главное условие для существования углеродных форм жизни и растений. Большая часть животной органики поглощает и выделяет энергию именно в воде.
Вывод
Работы известного российского ученого распространены по всему миру и используются в наше время. Широкое применение учений Вернадского можно увидеть не только в экологии, но и в географии. Благодаря работам ученого охрана и забота о человечестве стала одной из самых актуальных задач на сегодняшний день. К сожалению, с каждым годом проблем с окружающей средой становится всё больше, что ставит под угрозу полноценное существование биосферы в будущем. В связи с этим, необходимо обеспечить устойчивое развитие системы и минимизировать развитие негативных воздействий на окружающую среду.