2.(12). Вещество биосферы. Семь типов вещества. Основные свойства и биогеохимические функции живого вещества.

Вещество биосферы (совокупность живой и неживой природ) создается в результате разности потенциалов между элементами и частями биосферы и особенно между неживой и живой природой, т.е состоит из элементов, к активно участвуют в круговоратах веществ (C, N,P)

Семь типов веществ.

• Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю.

• Неживое или косное вещество – продукты, образующиеся без участия живых организмов, химический состав атмосферы, гидросферы.

• Биогенное вещество – продукт жизнедеятельности живого организма, то что остается от живых организмов (уголь, нефть, торф, известняк и т.д.)

• Биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно живыми организмами и костными процессами (почва, ил).

• Вещество, радиоактивного происхождения

• Вещество, космического происхождения

• Вещество рассеянных атомов, вещество находящиеся в минимальных концентрациях

Свойства живого вещества:

• Живое вещество хар-ся огромной свободной энергией. В природе такая энергия находится только в незастывшей лаве, кратковременно.

• Скорость протекания хим.реакций в живом веществе больше в 1000-1млн.раз чем в неживом. Слагающие «кирпичики»живых организмов (белки, ферменты) устойчивы только в живых организмах.

• Произвольное движение живого вещества (пассивная – планктон, с водным течением и активная)

• Размеры живых организмов колеблятся от 20 мм до 100 и более м. По мнению Вернадского размеры зависят от возможности организма обмениваться с ОС газовыми составляющими.

• Живое вещество никогда не находится в чистой морфологической форме, оно всегда представлено в виде биоценозов.

• Все живое живет по принципу Реди «все живое из живого»

• Наличие эволюционного процесса

• Масса живого вещества увелицивается в ходе эволюции, а неживого остается постоянной.

• Способны к размножению

• Способность быстро занимать все свободное пространство («всюдность жизни» по Вернадскому)

• Высокая приспособительная способность к различным условиям жизни.

Биохимические функции

• Энергетическая – связана с запасанием солнечной энергии, ее передачей по цепям питания, рассеиванием. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненые явления на Земле.

• Газовая – способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

• Окислительно-восстановительная – связана с интенсификацией процессов окисления (благодаря выделению кислорода) и восстановления, протекающих под действием живого вещества

• Концентрационая – способность организмов извлекать из ОС и накапливать в своем теле как биогенные, так и рассеянные элементы (залежи полезных ископаемых)

• Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности органические и косные вещества и включение их в круговорот (цианобактерии)

• Транспорная – перенос вещества и энергии в результате активного движения живых организмов (миграции, перелеты)

• Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности (дожд.червь измен механич состав почвы).

3. (13). Биогеохимические круговороты веществ: геологический и биологический круговороты. Резервный и обменные фонды. Два основных типа биогеохимических циклов. Биогеохимические круговороты азота, углерода и фосфора

Круговорот веществ на Земле- это повторяющиеся процессы превраащения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Это является основным условием устойчивости биосферы.

Различают два осн круговорота:болыпой(геологический) и малый(биологически).

Большой круговорот, обусловлен взаимодействием солнечной Ё с глубинной Е Земли и осуществляет перераспределение в-ва между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь погружаются в зону высоких t° и давлений. Там они переплавляются и образуют магму — источник новых магматических пород. После поднятия этих пород на земную поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит трансформация их в новые осадочные породы. Символом круговорота веществ является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма значительным изменениям.

Большой круговорот — это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация водяного пара — выпадение осадков на эту же водную поверхность океана. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете.

Малый круговорот (часть большого) происходит на уровне экосистемы и состоит в том, что питательные в-ва, вода и углерод аккумулируются в в-ве растений, расходуются на построение тела и на жизненные процессы как самих этих растений, так и других организмов, которые поедают эти растения (консументы). Продукты распада органического в-ва под действием деструкторов и микроорганизмов (бактерии, грибы, черви) вновь разлагаются до минеральнх компонентов, доступных растениям и вовлекаемых ими в потоки в-ва. Выделяют 2 вида малого круговорота.

1. Биологический - перенос в-ва и Е осуществл-ся посредством трофич связей (пищевых цепей). Он предполагает замкнутый цикл веществ, многократно используемых трофической цепью и имеет место в водных экосистемах, особенно в планктоне с его активным метаболизмом. Но в наземных экосистемах он невозможен, за исключением дождевых тропических лесов, где может быть обеспечена передача питательных веществ от растения к растению. В масштабах биосферы такой круговорот невозможен. Здесь действует другой круговорот.

2. Биогеохимический -обмен микро- и макроэлементов и простых неорганич в-тв(С02,Н20)с в-ом атмосф, гидросфер и литосферы.При рассмотрении биогеохимич круговорота любого в-ва необходимо выделять две части запаса этого в-ва: 1)обменный фонд - часть элемента, которая находится в круговороте, он составляет незначительную часть общего объема элемента; 2)резервный фонд - это часть элемента, которая не циркулирует, но при необходимости м.б. включена в круговорот. Резервные фонды отличаются по степени подвижности и легкости вовлечения в круговорот. Различают газообразн резервный фонд, который находится в атмосф и является наиболее подвижным и доступным (N-азот, О-кислород, С-углерод), и осадочный резервный фонд, который находится в литосфер или гидросфере и труднее включается в обменный фонд по двум причинам:

1) он предварительно должен быть переведен в водорастворимое состояние, чтобы живые организмы могли его ассимилировать; 2)он доступен не одинаково,т.к. может находиться под землей на разной глубине. Для биосфер в целом можно выделить два основных типа биогеохимич циклов:

• круговорот газообразных в-тв, с резервным фондом в атмосфер или гидросфере;

• осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Это разделение биогеохимич циклов основано на том, что нектрые круговороты, например те, в ктрых участв С, N и О, из-за наличия крупных атмосферн или океанич фондов быстро компенсируют нарушения. Накопленный в к-либо месте избыток С02 быстро рассеивается воздушнпотоками, а увеличение его концентрации в атмосф способствует большему потреблению раст-ми и превращению в карбонаты в море.

Осадочный цикл, в котором приним участие такие химич эл-ты, как Р и Fe, в меньшей степени способен к саморегуляции и поэтому легче нарушается. Это связано с тем, что основная часть химич в-тв сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном фонде земной коры. Если изъятие химич эл-ов в этих циклах происходит быстрее, чем возврат, какая-то их часть может на длительное время выбывать из круговорота. Механизмы возвращения химических элементов в круговорот основаны главным образом на биологических процессах.

Круговорот углерода (нефть, камен уголь, торф)

Углерод составляет приблизительно 0,027%массы земной коры. B несвязанном состоянии он встречается в виде алмазов и графита. Каменный уголь содержит до 90% углерода. Из углерода в биосфере создаются миллионы органич соединений. Углекислота из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные органические соединения растений. Растения частично поедаются животными. В конечном счете, органическая масса в результате дыхания, гниения и горения превращается,в углекислый газ или отлагается в виде гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим др соединениям - каменным углям; нефти. В процессах распада органич веществ, их минерализации, огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а так же многие грибы (например, плесневые.). Огромное количество углекислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород.

Между СО2 атмосферы и водой океана существует равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосф пополняется СО2 -ом благодаря процессам разложения органич в-тв, карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы, газы ктрых состоят из паров воды и С02.

Круговорот азота (клубеньковые бактерии)

Запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78%), но поглощение его растениями ограниченно, т.к. они усваивают азот только в форме соединений с углеродом и кислородом. Усваивать азот из воздуха могут азотофиксирующие клубеньковые бактерии, являющиеся симбионтами бобовых культур и обитающие в клубеньках на корнях последних.

Редуценты (деструкторы) - почвенные бактерии - постепенно разлагают белковые в-ва отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды, загрязняя их. Азот в форме нитратов и нитритов может усваиваться растениями и передаваться по пищевым цепям.Азот возвращается в атмосферу вместе с газами, выделяемыми при гниении. Рoль бактерий в цикле азота такова, что по мнению некоторых ученых, если будет уничтожено 12 видов бактерий, участвующих в превршдениях азота, жизнь на Земле прекратится.

Круговорот фосфора

Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В бгх круговорот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность земли в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде апатита. Общий круговорот фосфора можно подразделить на две часть: водную и наземную.В водных эк-мах он усваивается планктоном и передается по трофич цепи до консументов 3-го порядка - морских птиц. Их экскременты вновь попадают в море и вступают в круговорот или накапл-ся на берегучи затем смываются в море. Из отмирающих животных фосфор частично попадает по трофич цепям в круговорот, а частично скелеты достигают больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы. В наземных экосистемах фосфор извлекается из почвы растениями и далее распростр-ся по трофич цепи. В почву он возвращается или с экскрементами или после отмирания животных. Теряется фосфор из почв в результате водной эрозии. Повышенное содержание фосфора в водных путях вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение» водоемов, их эвтрофикацию. Большая часть фосфора уносится в море и там осаждается, выводясь из круговорота на долгие годы.

4. (14) Современные концепции биосферы: биогеохимическая, термодинамическая биокибернетическая, математическая, концепция устойчивости. Глобальные экологические проблемы как результат нарушения сложившейся организованности биосферы.

Биологическая концепция. самые ранние представления о биосфере как совокупности живых организмов. Первым термин употребил Ламарк (биосфера - область жизни). Милль и Зюсс: « Биосфера - совокупность живых существ». Биогеохимическая концепция. По Вернадскому 3 принципа: 1.биогенная миграция химич эл-ов в биосфере всегда стремится к МАХзначению. 2.живому в-ву присуща высокая скорость протекания химич реакций по сравнению с в-ом неживым, где похожие процессы идут в тысячи раз медленнее.3. в течение всего геологического времени заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого вещества.

Термодинамическая концепция. Биосфера - система, которая обменивается с космосом энергией и подчиняется Второму Закону термодинамики. Кибернетическая концепция. Биосфера - система саморегулирующаяся, которую можно моделировать и изучать протекающие в ней процессы. Геохимическая концепция. Живые организмы взаимодействуют между собой и с ОС. При этом создаются глубокие метаболические связи с геохимическими факторами. Минеральные в-ва идут на построениие скелета, регуляцию космоса, функции кровеносной системы, включается в обмен в-тв. Изменяется среда - изменяется состав организмов. Концепция УР подразумевает неограниченно долгое существование и развитие человечества. Стратегия УР направлена на достижение гармонии между людьми, между обществом и природой. Одним из центральных вопросов построения устойчивого развития общества является организация хозяйственной деятельности человека в рамках экологической ёмкости биосферы. Биосфера должна, рассматриваться как фундаментальная основа жизни, а не как источник ресурсов, так как без биосферы функционирование социально-экономической системы невозможно. Концепция УР содержит в себе три взаимосвязанных компоненты, три составляющие: Экологическую, Социальную, Экономическую.

Глобальные экологические проблемы:

1.демографич проблема (негативные последствия роста численности населения); 2.энергетическая проблема (дефицит энергии порождает поиск новых ее источников и связанным с их добычей и использованием загрязнением); З.пищевая проблема (необходимость достижения полноценного уровня питания человека ставит вопросы в области сельского хозяйства и использования удобрений); 4.проблема сохранения природных ресурсов (сырьевые и минеральные ресурсы истощаются еще с бронзового века, актуально сохранение генофонда человечества и биоразнообразия, пресная вода и кислород атмосферы ограничены); 5.проблема защиты ОС и чела от действия ВВ (известны факты массового выбрасывания китов на побережье,ртутных,нефт катастроф и ими вызванных отравл). б.Глобальное потепление климата, которое привело к подтаиванию льда снизу, (из-за увеличения углекислого газа в атмосфере, а это выбросы пром предприятий). А также: нарушение озонового слоя, обезлесивание и опустынивание территорий, загрязнение атмосферы и гидросферы, выпадение кислотных дождей, уменьшение биоразнообразия.