Биосфера реферат

Тема реферата: Биосфера

Все экосистемы Земли являются только подразделениями,   составными   частями   единой  гигантской   экосистемы,   охватывающей   всю   поверхность планеты. Эту глобальную экосистему называют биосферой.

Учение о биосфере. Учение о биосфере созда­но русским геохимиком В. И. Вернадским. Он впервые оценил масшта­бы влияния жизни на физическую природу.

Биосфера, по В. И, Вернадскому, — это общепланетарная оболочка, та область Земли, где существует или существовала жизнь и которая подвергается или подвергалась ее воздействию. Биосфера охватывает всю поверхность суши, моря и океаны, а также ту часть недр Земли, где находятся породы, созданные деятельностью живых организмов.

В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном — тонким слоем газа озона на высоте 16—20 км. Он задер­живает   губительные   ультрафиолетовые   лучи   солнца.   Океан   насыщен жизнью целиком, до дна самых глубоких впадин в 10—11 км. В глубину твердой части Зем­ли активная жизнь проникает местами до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях). Резуль­таты жизнедеятельности организмов в виде оса­дочных пород прослеживаются еще глубже.

Размножение, рост, обмен веществ и активность живых организмов за миллиарды лет полностью преобразовали эту часть нашей планеты.

Всю массу организмов всех видов В. И. Вер­надский назвал живым веществом Земли.

В химический состав живого вещества входят те же самые атомы, которые составляют неживую природу, но в ином соотношении. В ходе обмена веществ живые существа постоянно перераспределяют химические элементы в природе. Таким образом меняется химизм биосферы.

В. И. Вернадский писал, что на земной поверхности нет химической силы более постоянно  действующей, а потому и более могущественной  по своим последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. За миллиарды лет фотосинтезирующие организмы свя­зали и превратили в химическую работу огромное количество солнеч­ной энергии. Часть ее запасов в ходе геологической истории накопилась в виде залежей угля и других ископаемых органических веществ — неф­ти, торфа и др.

За счет фотосинтеза накоплен кислород атмосферы (рис. 82). На ран­ней Земле в атмосфере преобладали другие газы: водород, метай, ам­миак, углекислый газ. За счет кислорода возник озоновый экран. Моле­кулы этого газа состоят из трех атомов кислорода и образуются при дей­ствии на молекулярный кислород ультрафиолетовых лучей. Таким образом, жизнь сама создала защитный слой в атмосфере, задерживаю­щий большинство этих лучей.

Большая часть углекислого газа современной атмосферы выделяет­ся в процессах дыхания бесчисленных живых существ или сжигания органического топлива. Атмосферный азот тоже следствие деятельно­сти жизни, он образуется в результате активности ряда почвенных бак­терий.

Благодаря живым существам возникли многие горные породы на Земле. Организмы обладают способностью избирательно поглощать и на­капливать в себе отдельные элементы в гораздо большем количестве, чем они есть в окружающей среде. Например, многие морские виды концен­трируют в своих скелетах кальций, кремний или фосфор и, отмирая, соз­дают на дне водоемов большие толщи осадочных пород: залежи известня­ков, мела, кремнистых сланцев, фосфоритов. Такие породы называются органогенными, так как они обязаны своим происхождением живым ор­ганизмам.

Жизнью создан на поверхности суши почвенный слой. В почве так тесно связаны между собой минеральные компоненты, разлагающиеся органические вещества и многочисленные мик­ро и макроорганизмы, что В. И. Вернадский отнес ее к особым, биокосным телам природы. Такой же биокосный состав имеют и воды Миро­вого океана, насыщенные продуктами обмена веществ и населенные бесчисленными обита­телями.

Живые организмы, играют большую роль в разрушении и выветривании горных по­род на суше. Они — главные разрушители мертвого органического вещества.

Таким образом, за период своего существования жизнь преобразовала атмосферу Земли, состав вод океана, создала озоновый экран, почвы, многие горные породы. Изменились условия выветривания пород, большую роль стал играть микроклимат, создаваемый растительностью, изменился и климат Земли,

Совершая гигантский биологический круговорот веществ в биосфере, жизнь поддерживает стабильные условия для своего существования и существования .в ней человека.

Живые организмы создают в биосфере круговороты важнейших  биогенных элементов, которые попеременно переходят и» живого вещества в неорганическую материю. Эти циклы делят на две основ­ные группы:  круговороты газов и осадочные круговороты, В первом случае главный поставщик элементов — атмосфера (углерод, кисло­род, азот), во втором — горные осадочные породы (фосфор, сера и др.).

Круговорот углерода.  Источником его для фотосинтеза служит углекислый газ (диоксид углерода), находящийся в атмосфере или растворенный в воде. Углерод, связанный в горных породах, вовле­кается в круговорот значительно медленнее. В составе синтезированных растением органических веществ углерод поступает затем в цени пита­ния через живые или мертвые ткани растений и возвращается о атмо­сферу снова в форме углекислого газа в результате дыхания, брожения или сгорания топлива (древесины, нефти, угля и т. п.). Продолжитель­ность цикла углерода равна трем-четырем столетиям,

Круговорот азота. Растения получают азот в основном из разлагающегося мертвого органического вещества посредством деятельности бактерий, которые превращают азот белков в усваиваемую растениями форму. Другой источник – свободный азот атмосферы – растениям непосредственно недоступен. Но его связывают, т.е. переводят  в другие химические формы, некоторые группы бактерий и синезеленые водоросли, они обогащают им почву. Многие растения находятся в симбиозе с азотфиксирующими бактериями, образующими клубеньки на их корнях. Из отмерших растений или трупов животных часть азота, за счет деятельности других групп бактерий, превращается в свободную форму и вновь поступает в атмосферу.

Круговорот фосфора и серы. Фосфор и сера содержатся в горных породах. При их разрушении и эрозии они поступают в почву, оттуда используются растениями. Деятельность организмов — редуцентов снова возвращает их в почву. Часть соединений азота и фосфора смывается дождями в реки, а оттуда  в моря и океаны и используется водоросля­ми. Но в конце концов в составе мертвого органического вещества они оседают на дно и снова включаются в состав горных пород.

Цикл кислорода. Цикл кислорода занимает на Земле около 2000 лет, воды — около 2 млн лет. Это значит, что атомы этих веществ за ис­торию Земли многократно проходили через живое вещество, побывав в телах древних бактерий, водорослей, древовидных папоротников, дино­завров и мамонтов.

Биосфера прошла длительный период развития, в течение которо­го жизнь меняла формы, распространилась из воды на сушу, изменила систему круговоротов. Содержание кислорода в атмосфере постепенно росло.

За последние 600 млн. лет скорости и характер круговоротов приблизились к современным. Биосфера функционирует как гигантская слаженная экосистема, где организмы не только приспосабливаются к среде, но и сами создают и поддерживают на Земле условия, благоприятные для жизни.

В результате развития жизни на Земле возникла биосфера как глобальная экосистема, поддерживаемая биологическим круговоротом веществ и потоками солнечной энергии. Условия в биосфере определяются состоянием жизни, ее активностью и разнообразием. Человечество целиком зависит от состояния биосферы и должен направлять свою деятельность в соответствии с законами живой природы, а не против них.

■      Примеры и дополнительная информация

1. На ранней Земле, когда не было растительного покрова, испарение воды с суши было понижено, а сток в реки и моря — повышен. Появление наземных растений и почв и постепенное увеличение занятых ими площадей сильно уменьшило сток. В воздух стало по­ступать значительно больше паров через испарение растительно­стью, что привело к увеличению количества осадков на суше. В свою очередь это способствовало продвижению растений в глубь континентов. Таким образом растительность изменяла климат в благоприятную для себя сторону. Это пример положительной обратной связи между организмами и окружающей средой, когда начавшийся процесс усиливает сам себя и ведет к направленным изменениям условий.
2. В составе живого вещества обнаружено больше половины элемен­тов таблицы Менделеева, но преобладают 14 из них. Десятки про­центов веса приходятся всего на два элемента — кислород и водо­род, проценты — на углерод, азот и кальций, десятые доли про­цента составляют фосфор, кремний, калий и сера, сотые доли — магний, железо, натрий, хлор и алюминий. Остальные элементы более редки, хотя часто бывают необходимы. Эти 14 элементов не случайная совокупность. На них приходится 99,9% общей массы живых организмов, и они же образуют 98,9% веса всей земной ко­ры, хотя и находятся в ней в иных пропорциях. Таким образом, жизнь — «плоть от плоти» химическое производное нашей Земли.
3. Жизнь распределена на поверхности Земли неравномерно. Су­ществуют области ее повышенной концентрации в биосфере — на границах раздела разных сред: воды, воздуха и горных по­род. В. И. Вернадский назвал их «пленками жизни». В верхнем 100-метровом слое океанов сосредоточено 95% всего планктона, в 1 г почвы находится до 2,5 млрд. клеток микроорганизмов. Наи­более полно развита жизнь и наиболее активны биогеохимические процессы в местах контакта всех трех сред: воды, воздуха и твер­дого субстрата. Здесь в оптимуме находятся все факторы, необхо­димые для жизни. В устьях рек, на побережьях морей развивают­ся богатые сообщества, которые могут быть названы «сгущениями жизни». Дополнительная неравномерность распределения жизни на Земле обусловлена географической зональностью и масштаба­ми поступления солнечной энергии на разные участки земной по­верхности.
4. На суше ежегодно   в   круговорот   веществ   поступает   около 150 млрд. т растительной продукции. Океаны создают вдвое меньше. Если принять общую первичную продукцию суши за 100% , то вклад разных континентов будет примерно следующим: Европа — 6%, Азия — 28, Африка — 22, Северная Америка — 13, Южная Америка — 26, Австралия с островами Океании— 5%. Если же сравнить продуктивность растений на единицу площади, напри­мер на гектар, то она составляет (в процентах от средней по всем континентам) в  Европе 89, в Азии — 103, в Африке — 108, в Северной Америке — 86, в Южной Америке —  220, в Австра­лии — 90.
5. Весь кислород, содержащийся в атмосфере, а также во многих по­верхностных минералах, накоплен за счет фотосинтеза. При пол­ностью замкнутом биологическом круговороте накопления кисло­рода не должно происходить, так как все его количество полно­стью расходовалось бы в процессах дыхания живых организмов и разложения мертвых остатков. Однако значительное количество органического вещества выпадало в прошлом из круговорота, пре­вращаясь в каменный уголь, торф, горючие сланцы и др. Поэтому содержание кислорода в воздухе постепенно росло.
6. Вес живого вещества в биосфере ничтожен, он составляет пример­но десятитысячную долю процента от веса земной коры. Ежегодно производится около 0,1 от существующей массы и столько же раз­рушается. Следовательно, за 10 млн. лет через живые организмы проходит масса вещества, равная весу земной коры. Если можно было бы собрать всю биомассу, произведенную на Земле за послед­ние 600 млн. лет, то она покрыла бы Землю слоем 2000 км.

□  Вопросы. 1. Каковы закономерности распределения биомассы растений по климатическим зонам Земли? 2. Как связаны между собой различные экосисте­мы Земли? Приведите примеры, 3. Почему биосферу часто называют глобальной экосистемой? 4. Один из крупнейших русских ученых, К. А. Тимирязев, исследо­вавший фотосинтез растений, писал, что растения выполняют космическую роль на Земле. Подтвердите его точку зрения. 5. Следы препарата ДДТ, использовав­шегося против вредных насекомых в сельском хозяйстве развитых стран, обнару­жены на берегах Антарктиды. Какими путями мог попасть туда этот препарат?

□  Задание.   Рассмотрите карту продуктивности разных районов земного шара. Оцените приблизительно, какова доля наиболее и наименее продуктивных рай­онов 8 общей территории суши и океана. В каком по продуктивности районе мира расположена наша страна?

□  Темы ДЛЯ дискуссий. 1. Вечна ли биосфера? 2. Могут ли люди усовер­шенствовать биосферу? 3. Как изменятся условия жизни на Земле, если все захо­роненное в недрах органическое вещество будет сожжено или подвергнется раз­ложению? 4. Почему считают, что человечество стало сейчас силой геологическо­го масштаба?

 Экология как научная основа природопользования

Люди живут за счет природы, обеспечивая свое благополучие и разви­тие общества. В использовании и преобразовании природы современное общество руководствуется научными знаниями. На их основе работают заводы и фабрики, горнодобывающая и строительная промышленность, энергетические предприятия, сельское хозяйство и системы связи. Как же служит человечеству экологическая наука? Почему экология счита­ется сейчас важнейшей областью знания, способной указать новые пути сохранения и развития человеческой цивилизации?

В центре внимания экологии — живая природа. А ведь именно она обеспечивает и пищевые ресурсы людей, и регуляцию условий жизни в биосфере. Что станет с человечеством, если живая природа Земли бу­дет сильно разрушена в результате мощного наступления техники, как это уже происходит в настоящее время? Как предвидеть последствия разных форм человеческой деятельности, при которых сильно изменя­ется природная среда? Как выгоднее, разумнее вести хозяйство, чтобы не навредить будущим поколениям?

В своей практической деятельности человек всегда был вынужден считаться с законами живой природы, особенно в сельском хозяйстве, лесоводстве и промыслах. Сначала это происходило стихийно, на основе опыта, проб и ошибок. С развитием научной экологии стало ясно, что именно она является основой, на которой возможно не стихийное, а сознательное, грамотное хозяйствование людей на Земле. Ведь эколо­гия — наука о связях, на которых основывается устойчивость всех форм жизни.

Практическая значимость экологии проявляется в каждом ее раз­деле, любом положении, от глобальных законов до частных зависимо­стей.

Так, когда были оценены масштабы биологической продукции на планете, стало ясным, что наступило время соотносить деятельность и потребности людей с возможностями биосферы. Понимание того, как устроены и поддерживают себя природные экосистемы, позволяет по­вышать устойчивость агроценозов, культурных ландшафтов, городской среды. Человеческая цивилизация не может уже развиваться, не счита­ясь с законами устойчивости природы. Главный из них — поддержание и усиление интенсивности круговорота веществ. Современные техноло­гии промышленности и сельского хозяйства таковы, что не могут не на­рушать природную среду. Стремительно ухудшаются и условия жизни людей. Поэтому встает вопрос об изменении методов использования при­роды и ее ресурсов.

Основной принцип экологически грамотного хозяйствования — дей­ствовать не против природы, а в соответствии с ее законами. Любое экологическое знание молено превратить в полезную и выгодную людям тех­нологию.

Например, если мы знаем, что по цепям питания передаются и ядо­химикаты, которые попадают из загрязненной среды сначала в расте­ния, а затем в животных, то на основе этого может быть разработана и технология очистки почв или водоемов. Сейчас испытываете метод очистки почв, при котором на загрязненных тяжелыми металлами уча­стках выращивают специально подобранные растения с высоким коэф­фициентом усвоения этих соединений, а затем превращают их в золу, очищая почвы. Еще эффективнее может быть использование для этих долей животных — сапрофагов, питающихся загрязненными раститель­ными остатками.

Популяционная экология раскрывает возможности управления чис­ленностью видов. Это важно и для получения нужной биологической продукции, и для предупреждения размножения вредителей, и для борь­бы со многими возбудителями болезней.

Знание экологии сообществ позволяет не только поддерживать при­родные биоценозы, но и управлять производительностью полей, паст­бищ и садов. Зная законы самовосстановления и саморазвития сооб­ществ, можно ускорить залечивание ран, нанесенных природе сведени­ем лесов или добычей полезных ископаемых.

Экология становится наукой, необходимой во всех сферах деятель­ности человека. Она обладает огромным практическим потенциалом. Люди еще не научились полностью использовать уже накопленные эко­логические знания,

Трудности заключаются в том, что необходимо знать не только об­щие принципы, управляющие жизнью организмов, популяций,  сообществ, экосистем и биосферы в целом. Ведь важнейшая черта жизни не только ее упорядоченность, но и огромное биологическое разнообразие. Каждый объект жизни уникален, поэтому нужно знать также отличи­тельные особенности любой природной системы, на которую распростра­няется влияние человека.

Экологическое образование не кончается» а только начинается с познания основ общей экологии. Далее требуются развитие профессио­нальных знаний и экологическая специализация в любой отрасли дея­тельности.

Экология  — многогранная и универсальная наука, затрагивающая

все формы взаимоотношений человека с природой. Само человечество, как. часть  живой природы, также подчиняется многим экологическим зависимостям. Они составляют предмет особой области знания — соци­альной экологии,

  Примеры и дополнительная информация

1. В настоящее время стала очевидной огромная роль болот в поддер­жании стабильности климата Земли, До недавнего времени болота старались осушать и мелиорировать в целях преобразования при­роды. Сейчас подсчитано, что болотистые районы являются одни­ми из главных поставщиков в атмосферу газа метана. Его выраба­тывают бактерии, содержащиеся в бескислородных нижних слоях болот. Метан относится к так называемым «парниковым» газам, которые задерживают часть теплового излучения Земли в косми­ческое пространство. Если содержание метана в атмосфере резко упадет, климат Земли похолодает вплоть до наступления нового ледникового периода. Болота Западной Сибири вносят особо ощу­тимый вклад в регуляцию парниковых газов в атмосфере всей Зем­ли. Проекты осушения этих болот оказались антиэкологичными. Они подорвали бы биосферное равновесие.
2. Некоторые сложные органические соединения важны для ряда областей промышленности, хотя нужны в очень небольших коли­чествах. Например, некоторые ферменты, вызывающие свечение белков. Для их синтетического получения необходимо разрабаты­вать сложные и дорогие химические технологии, загрязняющие среду. Эти же соединения легко получать в готовом виде из светя­щихся животных. Если освоить,  например, разведение жуков-светляков, производство обойдется в тысячи раз дешевле и безо­паснее для природы.
3. В природе продукты жизнедеятельности одних организмов пере­рабатываются другими вплоть до полного разложения на простые соединения, вновь вовлекаемые в круговорот. Этот же принцип не­обходимо использовать и в организации промышленности. Произ­водство построено экологически  грамотно,  если  отходы  одних предприятий являются сырьем для других и из них снова создает­ся нужная человеку продукция.

Например, тепловые электростанции и другие предприятия, сжи­гающие уголь, выбрасывают в атмосферу большое количество сер­нистых соединений. Сера — ценное сырье для промышленности. Улавливание ее из промышленных выбросов и дальнейшая пере­работка частично заменяют дорогостоящую добычу из земных недр. При этом не происходит загрязнения атмосферы.

4. Для борьбы с почвенными личинками жуков, которые в степной по­лосе наносят сильный вред всходам зерновых, на полях используют большое количество ядохимикатов. Яды убивают не только вреди­телей, но и полезных обитателей почвы, и в конце концов по цепям питания попадают к людям. Ростовскими учеными разработан эко­логически чистый метод борьбы с этими вредителями. Установле­но, что личинок привлекает даже слабый запах особого вещества — лизина, выделяемого прорастающими семенами. Для отвлечения вредителей от растений в почву вносят рядами специальные при­манки, содержащие лизин из отходов пищевого производства. Личинки активно собираются возле них с расстояния в несколько метров. За время их передвижения, занимающего несколько дней, растения подрастают и вредители становятся им не страшны.
5. Сплошные рубки леса проводят без учета экологических связей. Для восстановления после такой рубки еловых лесов требуется не менее 100 лет, а лесов из кедровой сосны на Дальнем Востоке — более 200. Самое прибыльное ведение лесного хозяйства — выборочная рубка деревьев, при которой не нарушается все лесное сообщество. Такой лес можно использовать непрерывно, он самовос­станавливается. Выборочная рубка освобождает соседние деревья от конкуренции и усиливает их рост. Создается также пространственная мозаика лесного биоценоза, которая, по экологическим законам, способствует устойчивости экосистемы.

Экологические принципы лесного хозяйства были разработаны еще в начале века крупнейшим ученым-лесоводом Г. Ф. Морозовым. Они во многом нарушались в связи с применением мощной лесоповальной техники, позволяющей быстро вырубать леса на больших площадях. Так как сведение лесов и в нашей стране, и во всем мире принимает угрожающий характер, вновь возвращаются к пропаганде старых, экологически оправданных методов ведения лесного хозяйства.

 Вопросы. 1. Если бы вас попросили экологически грамотно спланировать бу­дущий город, что бы вы предложили в вашем проекте? 2. Что более правильно с экологических позиций — широкое развитие общественного транспорта, вклю­чая междугородный, или личные автомобили в каждой семье? 3. В одной из книг вредители сельского хозяйства названы «незаконным порождением законов био­ценологии». Попробуйте разъяснить мысль автора. 4. Приведите примеры, какие экологические проблемы можно, а какие нельзя решить а рамках одного государ­ства. 5. В каких областях деятельности человеку приходится создавать искусст­венные биоценозы?

6. Минеральные удобрения часто сравнивают с кислородной подушкой для больных. Почему? Обсудите, может ли современное сельское хо­зяйство обходиться без минеральных удобрений. 7. Распространяются ли законы роста популяций и на человеческое общество? 8. Как экологически грамотно может работать тракторист? инженер-атомщик? нефтяник? школьный учитель? 9. Промышленность и транспорт забирают много кислорода из атмосферы. Пред­ложите принципы какой-либо биотехнологии для увеличения содержания кисло­рода в воздухе. 10. Какие разрешения и запреты должны содержать экологиче­ски грамотные правила любительской рыбной ловли?