Тема 6:учение о биосфере

План:

1. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере.

2. Строение и свойства биосферы.

3. Современная биосфера.

4. Круговорот веществ и основные биогеохимические законы В.И. Вернадского.

Термин «биосфера» в научную литературу введён в 1875 г. австрийским учёным-геологом Эдуардом Зюссом. В. И. Вернадский (1863-1945) использовал этот термин и создал науку с аналогичным названием. Под биосферой понимается всё пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.В. И. Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, и самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой, илинеобиосферой, а древние биосферы относят кпалеобиосферам, или белым биосферам. Около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газо-пылеватого вещества образовалась планета Земля. По новейшим данным, масса Земли составляет 6*10²¹т, объёмом – 1,083*10¹²км³, площадь поверхности – 510,2 млн. км². Размеры, а, следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены. Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка земли – биосфера.Литосфера(греч. «литос» - камень) – каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океаном) до 80 км (горные системы). Земная кора сложена горными породами.Гидросфера (греч. «гидора» - вода) – водная оболочка Земли. Её подразделяют на поверхностную и подземную.Атмосфера (греч. «атмос» - пар) – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли.Биосфера – внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что, они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты.

Согласно В. И. Вернадскому вещество биосферы состоит из: живого вещества – биомассы современных живых организмов; биогенного вещества – всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения; детрит – мёртвое органическое вещество в экосистеме совокупно взвешенных и осевших на дно органических минеральных частиц; биокосного вещества – смесей биогенных веществ с минеральными породами не биогенного происхождения (почва или природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битумные пески, часть осадочных карбонатов; косного вещества – горных пород, минералов, осадков, не затронутых прямыми биогеохимическим воздействием организмов. По данным, основанным на содержании энергии или углерода, количества живого, биогенного и биокосного вещества в биосфере соотносятся как 1:20:4000. Подживым веществомВ. И. Вернадский понимает всё количество живых организмов планеты как единое целое. Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли, его масса составляет 2420 млрд. т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой лёгкой оболочки Земли – атмосферы. К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую среднеобразующую деятельность, можно отнести следующие:способность быстро занимать (осваивать) всё свободное пространство;движение не только пассивное (под действие силы тяжести, гравитационных сил и т.п.), но и активное;устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти;высокая приспособительная способность(адаптация) к различным условиям;феноменально высокая скорость протекания реакций; высокая скорость обновления живого вещества. Геохимическими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшиефункции живого веществав биосфере. В 1944 г. В.И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу.Ноосфера– сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором её развития.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).Большой круговорот веществ в природе (геологический)обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Большой круговорот – это икруговорот водымежду сушей и океаном через атмосферу. Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет.Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический), в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвалбиогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощённые организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называютбиофильными. Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых в основном состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода наиболее совершенны. Благодаря большим атмосферным резервам, они способны к быстрой саморегуляции. В круговороте углерода, а точнее – наиболее подвижной его формы – углекислый газ, чётко прослеживается трофическая цепь:продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе,консументы– поглощение углерода вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков,редуцентов– возвращающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота углекислого газа составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере). Скоростькруговорота кислорода– 2 тыс. лет. Биогеохимическийкруговорот азотане менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом. Редуценты постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их, а также азот в виде нитратов и нитритов усваивается растениями и может передаваться по пищевым (трофическим) цепям. Биогеохимические циклы фосфора и серы, важнейших биогенных элементов, значительно менее совершенны, так как находятся в «недоступном» фонде.Круговорот серы и фосфора – типичный осадочный биохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот сера может лишь в результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом биофильных компонентов. Сера является одним из наиболее опасных загрязнителей. Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере. В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления его организмами на суше и водной среде он, в конечном счете, выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передаётся по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море. Биосфере, как и составляющим её другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают её функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них:Биосфера – централизованная система.Биосфера – открытая система.Биосфера – саморегулирующая система. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием.Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечёт за собой сопряжённое изменение всех остальных.

Литература:1.Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.151-176.2.Николайкин Н.И. и др. Экология. – М., 2004. с.196-309.3.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М., 1998. с. 105-114. 4. Аскарова М.А. Общая экология. – Алматы, 2004. с. 122-133.5.Алишева К.А. Экология. – Алматы., 2006. с. 50-63