2.4 Механизмы устойчивости биосферы

В экосистеме между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие и система находится в устойчивом состоянии. Устойчивость – это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены. Устойчивость биосферы определяется:

- исключительным разнообразием живого вещества;

- взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем;

- дублированием звеньев биогеохимических циклов;

- жизненной активностью живого вещества.

Под биологическим разнообразием биосферы понимают разнообразие всех видов живых организмов, составляющих биосферу, а также все разнообразие генов, образующих генофонд любой популяции каждого вида, а также разнообразие экосистем биосферы в различных природных зонах. В настоящее время всевозможные виды хозяйственной деятельности человека проводят к снижению биологического разнообразия. Можно выделить несколько основных типов деградации окружающей среды, которые наиболее опасны для биологического разнообразия.

- Затопление или заиливание продуктивных земель, их бетонирование,

асфальтирование или застройка лишают диких животных мест обитания.

- Возделывание земель нерациональными методами снижает урожаи из-за эрозии и истощения плодородия почв. В мире потеряно около 1/3 почвенного слоя.

- Обильное орошение полей может привести к засолению почвы, т.е. происходит повышение концентрации солей до уровня, не переносимого растениями. Вследствие чего исчезают типичные растения этих мест.

- Вырубка леса на больших территориях при отсутствии восстановительных посадок приводит к уничтожению местообитаний диких животных, смене растительности, сокращению ее разнообразия. Леса вырублены на 2 / 3, степи как вид ландшафта исчезли совсем, животный и растительный мир только за ХХ век потерял 1/5 своего видового состава, процесс опустынивания идет со скоростью 6 млн.га в год, а сокращение площади лесов составляет 11 млн. га в год. Многие виды исчезают по причине их истребления, а также вследствие загрязнения окружающей среды. Огромных размеров достигло загрязнение: поверхность на больших площадях покрыта нефтяной пленкой, в почвах, донных отложениях, растениях, животных идет накопление тяжелых металлов, продуктов распада пестицидов, пластмасс, радионуклидов, и других вредных веществ. Объем мусора и отходов производства достиг 800 т на человека: мир вступил в эпоху «мусорной цивилизации».

Биохимические реакции протекают с участием мощных биологических катализаторов- ферментов, по скорости в тысячи раз превосходят реакции в неорганическом мире.

Участие ферментов сдвигает температурные и иные условия реакций. Жиры и углеводы, например, окисляются в организмах при температуре 37 ^оС, а в абиотических условиях те же реакции требуют 400-500 ^оС. Высокая химическая активность живого вещества способствует также постоянному вовлечению в круговорот элементов, активно извлекаемых из горных пород. В лабораторных условиях плесневый грибок за неделю высвободил из базальта 3 % содержащегося в нем кремния, 11% алюминия, 59 % магния, 64 % железа. По некоторым подсчетам, если принять, что биосфера существует 3-4 млрд. лет, то вся вода Мирового океана прошла через биологический цикл не менее 300 раз, а кислорода не менее 1 млн. раз. На высокой активности живого вещества основываются и регуляторные процессы в биосфере. Так продукция кислорода поддерживает озоновый экран. Как следствие, относительное постоянство потока лучистой энергии, достигающей поверхности земли. Современный газовый состав атмосферы практически целиком определяется деятельностью живых организмов.

В водной среде - различные организмы постоянно выводят в воду продукты метаболизма, растения выделяют кислород, поглощают СО₂, гидробионты -фильтраторы - извлекают взвешенные вещества и растворимые соли.

Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. Среди металлов по концентрации 1 место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния являются диатомитовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода - водоросли ламинарии, железа и марганца - особые бактерии.

Позвоночными животными накапливается фосфор, содержащийся в костях.

Выступая как важнейший агент связывания и перераспределения на поверхности Земли космической энергии, живое вещество выполняет тем самым функцию космического значения.

Однако в настоящее время появилась на Земле появилась сила, по мощности воздействия не уступающая суммарному воздействию живых организмов»- человечество с его социальными законами развития и мощной техникой, позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов.

Биосфера способна компенсировать возмущения, вызываемые хозяйственной деятельность человека до тех пор, пока потребление продукции биоты (живых организмов) не превышает 1 %. Вплоть до конца прошлого века глобальная доля потребления людей не превышала порогового значения. Поэтому загрязнения в биосфере в глобальном масштабе не накапливались. К настоящему времени доля потребляемой человеком продукции достигла первых десятков процентов. В результате биота перестала компенсировать возмущения окружающей среды человеком.

Вопросы для обсуждения

1. Что такое биосфера и чем она отличается от других оболочек Земли?

2. Чем обусловлена целостность биосферы?

3. В чем суть воззрений В.И. Вернадского о ноосфере? Как Вы понимаете смысл биосферной функции человечества.

4. Перечислите основные свойства живого вещества в масштабах планеты Земля.

5. Перечислите последствия крупномасштабной вырубки лесов. Почему леса называют «легкими» Земли?

6. Сформулируйте условия, поддерживающие или снижающие биологическое разнообразие, которое является основным фактором устойчивости биосферы.

7. Какие этапы круговорота азота могут осуществляться безучастия живых организмов, а какие нет?

8. Почему цикл серы в наибольшей степени подвергнут антропогенному воздействию?