1.2.3. Роль и место человека в биосфере
При изучении этого вопроса следует усвоить, что развитие биосферы связано с появлением на Земле человека и определилось его присутствием как биологического вида.
Жизнь живых организмов, в том числе и человека, невозможна без окружающей среды, без природы. Человеку, как и всему живому на Земле, свойственны обмен веществ с окружающей средой, в том числе с его компонентами: растительностью, насекомыми, животными, микроорганизмами. Организм человека входит в глобальный круговорот веществ. Он подвержен влиянию суточных и сезонных ритмов, реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, интенсивность солнечной радиации.
Человек — часть природы. Благодаря эволюционному развитию биологических систем человек подошёл к той грани, за которой открылись его социальные возможности в эволюции. Сегодня человек является частью особой социальной среды — общества. Человек обладает уникальной способностью самопознания, познания и преобразования окружающего мира.
Человек как живое существо и человеческий род как совокупность индивидов подчиняются законам экосистемы и экосферы. Специфика экосистемы «человек — окружающая среда» определяется не только физическими и биологическими факторами, но также социально-экономическими условиями, которые по мере развития общества приобретают всё большее значение в отношениях человека и природы. В процессе целесообразной трудовой коллективной деятельности человек воздействует на природу, меняет способы организации своей жизни, создаёт особые формы общественных отношений.
Биологический обмен веществ между человеком и природой сохранился. Природа остаётся постоянным условием жизни человека и развития общества. Однако в результате производственной деятельности возник новый процесс обмена веществ и энергии между природой и обществом. Этот обмен носит техногенный характер и называется антропогенным, или социальным, обменом веществ и энергии.
Антропогенный обмен существенно изменяет общепланетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Он отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, носит открытый
характер [26]. На входе антропогенного обмена находятся природные ресурсы, а на выходе — производственные и бытовые отходы. Экологическое несовершенство антропогенного обмена заключается в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов, как правило, чрезвычайно низок, а отходы производства ухудшают природную среду, многие из них не разлагаются до природного состояния. В период научно-технического прогресса на стадии его интенсификации масштабы и скорость антропогенного обмена резко возрастают, вызывая заметные напряжения в биосфере.
До появления человека равновесие биосферы определяли пять энергетических факторов, в том числе солнечная радиация, сила гравитации, тектонические силы, химическая энергия (окислительно-восстановительные процессы), биогенная энергия (фотосинтез у растений, хемосинтез у бактерий, усвоение и окисление пищи у животных, размножение и продуктивность у биомассы).
Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места, времени и скорости процессов по уровням от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием, но это равновесие подвижное и динамичное [25].
В процессе своей деятельности человек постоянно воздействует на экосистему в целом или на её отдельные звенья, например при отстреле животных, вырубке деревьев, загрязнении природной среды. Не всегда и не сразу это ведёт к распаду всей системы, нарушению её стабильности. Но сохранение системы не означает, что она осталась неизменной. Система трансформируется, и оценить эти изменения крайне сложно.
В настоящее время на Земле практически не осталось экосистем, не подверженных влиянию человека. При изучении этого вопроса следует учитывать, что всякое вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. Например, вырубка лесов или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнений приводят к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде, возникающий по причине промышленных стоков, вызывает загнивание водоёмов и перерасход растворённого в воде кислорода, что препятствует развитию аэробных (потребляющих кислород) бактерий. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в детергентах (синтетические моющие средства), человек нарушает круговорот элементов.
Вопросы и задания для самоконтроля уровня знаний по теме 1.2.
Перечислите отрасли знаний, которые изучают вопросы биосферы.
Назовите основоположников теории биосферы.
Каково строение биосферы на Земле?
Почему биосферу рассматривают как грандиозную равновесную систему в круговороте веществ и энергии?
Что является источником энергии для биосферы и по каким направлениям она расходуется?
Перечислите основные группы организмов биоценоза.
Назовите два основных пути создания органического вещества в биосфере.
Приведите химическую зависимость процесса фотосинтеза в природе.
Какие процессы включает в себя круговорот веществ в биосфере?
Какие процессы происходят в большом круговороте веществ?
Какие процессы происходят в малом круговороте веществ?
На каком уровне происходит малый круговорот в биосфере?
Какие процессы происходят с веществами в ходе биохимического цикла?
Какие группы организмов участвуют в круговороте биохимического цикла?
Какие вещества потребляют и выделяют продуценты?
Что понимают под термином «продуктивность экосистемы»?
Какой путь в малом круговороте веществ проходит углерод и как долго?
Какой путь проходит углерод в большом круговороте и как долго?
Как долго в большом круговороте участвует азот?
Какой путь в круговороте проходит вода?
В какой круговорот веществ и энергии входит организм человека?
Как называют круговорот веществ и энергии между природой и обществом?
Каким глобальным законам природы подчиняется человек в своей деятельности?
Как называют согласованность явлений в круговороте веществ и энергии в природе?
Всегда ли деятельность человека на Земле и космосе приводит к распаду и нарушению стабильности экосистемы?
Подвержен ли человек влиянию суточных и сезонных ритмов природы?
2.3. Роль и место человека в биосфере
При изучении этого вопроса следует усвоить, что развитие биосферы связано с появлением на Земле человека и определилось его присутствием как биологического вида.
Жизнь живых организмов, в том числе и человека, невозможна без окружающей среды, без природы. Человеку, как и всему живому на Земле, свойственны обмен веществ с окружающей средой, в том числе с его компонентами: растительностью, насекомыми, животными, микроорганизмами. Организм человека входит в глобальный круговорот веществ. Он подвержен влиянию суточных и сезонных ритмов, реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, интенсивность солнечной радиации.
Человек — часть природы. Благодаря эволюционному развитию биологических систем человек подошёл к той грани, за которой открылись его социальные возможности в эволюции. Сегодня человек является частью особой социальной среды — общества. Человек обладает уникальной способностью самопознания, познания и преобразования окружающего мира.
Человек как живое существо и человеческий род как совокупность индивидов подчиняются законам экосистемы и экосферы. Специфика экосистемы «человек — окружающая среда» определяется не только физическими и биологическими факторами, но также социально-экономическими условиями, которые по мере развития общества приобретают всё большее значение в отношениях человека и природы. В процессе целесообразной трудовой коллективной деятельности человек воздействует на природу, меняет способы организации своей жизни, создаёт особые формы общественных отношений.
Биологический обмен веществ между человеком и природой сохранился. Природа остаётся постоянным условием жизни человека и развития общества. Однако в результате производственной деятельности возник новый процесс обмена веществ и энергии между природой и обществом. Этот обмен носит техногенный характер и называется антропогенным, или социальным, обменом веществ и энергии.
Антропогенный обмен существенно изменяет общепланетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Он отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, носит открытый
характер [26]. На входе антропогенного обмена находятся природные ресурсы, а на выходе — производственные и бытовые отходы. Экологическое несовершенство антропогенного обмена заключается в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов, как правило, чрезвычайно низок, а отходы производства ухудшают природную среду, многие из них не разлагаются до природного состояния. В период научно-технического прогресса на стадии его интенсификации масштабы и скорость антропогенного обмена резко возрастают, вызывая заметные напряжения в биосфере.
До появления человека равновесие биосферы определяли пять энергетических факторов, в том числе солнечная радиация, сила гравитации, тектонические силы, химическая энергия (окислительно-восстановительные процессы), биогенная энергия (фотосинтез у растений, хемосинтез у бактерий, усвоение и окисление пищи у животных, размножение и продуктивность у биомассы).
Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места, времени и скорости процессов по уровням от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием, но это равновесие подвижное и динамичное [25].
В процессе своей деятельности человек постоянно воздействует на экосистему в целом или на её отдельные звенья, например при отстреле животных, вырубке деревьев, загрязнении природной среды. Не всегда и не сразу это ведёт к распаду всей системы, нарушению её стабильности. Но сохранение системы не означает, что она осталась неизменной. Система трансформируется, и оценить эти изменения крайне сложно.
В настоящее время на Земле практически не осталось экосистем, не подверженных влиянию человека. При изучении этого вопроса следует учитывать, что всякое вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. Например, вырубка лесов или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнений приводят к снижению ин- тенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде, возникающий по причине промышленных стоков, вызывает загнивание водоёмов и перерасход растворённого в воде кислорода, что препятствует развитию аэробных (потребляющих кислород) бактерий. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в детергентах (синтетические моющие средства), человек нарушает круговорот элементов.
Вопросы и задания для самоконтроля уровня знаний по теме 2
Перечислите отрасли знаний, которые изучают вопросы биосферы.
Назовите основоположников теории биосферы.
Каково строение биосферы на Земле?
Почему биосферу рассматривают как грандиозную равновесную систему в круговороте веществ и энергии?
Что является источником энергии для биосферы и по каким направлениям она расходуется?
Перечислите основные группы организмов биоценоза.
Назовите два основных пути создания органического вещества в биосфере.
Приведите химическую зависимость процесса фотосинтеза в природе.
Какие процессы включает в себя круговорот веществ в биосфере?
Какие процессы происходят в большом круговороте веществ?
Какие процессы происходят в малом круговороте веществ?
На каком уровне происходит малый круговорот в биосфере?
Какие процессы происходят с веществами в ходе биохимического цикла?
Какие группы организмов участвуют в круговороте биохимического цикла?
Какие вещества потребляют и выделяют продуценты?
Что понимают под термином «продуктивность экосистемы»?
Какой путь в малом круговороте веществ проходит углерод и как долго?
Какой путь проходит углерод в большом круговороте и как долго?
Как долго в большом круговороте участвует азот?
Какой путь в круговороте проходит вода?
В какой круговорот веществ и энергии входит организм человека?
Как называют круговорот веществ и энергии между природой и обществом?
Каким глобальным законам природы подчиняется человек в своей деятельности?
Как называют согласованность явлений в круговороте веществ и энергии в природе?
Всегда ли деятельность человека на Земле и космосе приводит к распаду и нарушению стабильности экосистемы?
Подвержен ли человек влиянию суточных и сезонных ритмов природы?
16. Биосфера и место человека в биосфере
Термин «биосфера» появился в науке в 1875 г., однако первые представления о биосфере складывались уже в начале 19 в. Эти первые представления были, в частности, отражены в работе «Гидрология» Ж.Б. Ламарка (1802). Не пользуясь понятием «биосфера, он писал, что «все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов». В 1826 г. немецкий ученый Гумбольдт ввел понятие «жизненная среда», понимая под этим оболочку Земли, куда включал атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органический мир. Так в науке формировалось понятие пространства, охватываемого жизнью и ей же создаваемого. Геолог Э. Зюсс назвал это пространство «биосферой». Впоследствии понятие биосферы разрабатывалось разными исследователями. Считается, что наиболее полно концепция биосферы разработана в трудах отечественного естествоиспытатели и философа В.И. Вернадского (1863-1945). В 1926 г. вышла его работа «Биосфера», в котором ученый изложил свое учение о «живом веществе» и его геологических функциях. Суть его учения заключается в следующем:
биосфера – это целостная организованная система живого вещества;
все явления в ней – часть единого механизма биосферы;
живое вещество – это то звено, которое соединяет историю химических элементов с с эволюцией организмов и человека и с эволюцией всей биосферы.
Биосфера сыграла определяющую роль в возникновении атмосферы, гидросферы и литосчферы. Биосфера представляет собой единство живого и минеральных элементов, вовлеченных в сферу жизни. Биосфера в своем естественном состоянии – это монолит жизни.
Органическая жизнь сосредоточена в литосфере (верхняя часть твердой поверхности земной коры), в гидросфере (моря, реки, озера и Мировой океан), а также в тропосфере (нижние слои атмосферы).
Нижняя граница биосферы опускается на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана, а верхней служит так называемый озоновый экран на высоте 20-25 км, выше которого жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца убивает все живое. Человеческое общество с его производством и созданной им искусственной средой – техносферой также является частью биосферы. Суммарная биомасса живых организмов Земли оценивается примерно в 2,4×10 12 т, причем основная ее часть (более 99%) образована наземными животными, растениями и организмами. Биомасса организмов океана ничтожно мала по сравнению с биомассой наземных организмов.
Жизнь распространена по земной поверхности крайне неравномерно и в различных природных условиях принимает вид относительно независимых комплексов – биогеоценозов или экосистем. Живая часть биогеоценоза носит название биоценоза.
Разнообразные процессы и явления, протекающие в биосфере, являются объектом исследований различных наук. Особое место при этом отводится экологии. Э.Геккель, впервые применивший этот термин (от греч. ойкос – дом, жилище, логос – наука) определил экологию как «..познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно антагонистические и неантагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом,экология – это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование». В результате деятельности человека экология, дифференцируясь на множество самостоятельных наук, все больше приобретает политический и социальный оттенок, включая в себя вопросы права, экономики, социологии, технологии и др.
Связи между компонентами биосферы.Биосфера выполняет свои функции благодаря многостороннимтрофико-метаболическим(т.е. обменным) связям. Все живые организмы связаны между собой энергетическими отношениями, поскольку являются объектами питания других организмов.
Рис.5. Связь между компонентами биосферы
Экологические факторы.Среда, окружающая живые организмы, т.е. материальные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях, характеризуется огромным разнообразием. Это многообразие элементов, явлений, условий рассматриваются в качестве экологических факторов.
Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз индивидуального развития. Организм, в свою очередь, реагирует на экологический фактор специфичными приспособительными реакциями. Экологические факторы подразделяются на две категории: факторы неживой природы (абиотические) и факторы живой природы (биотические).
Абиотические факторы.Абиотические факторы могут быть классифицированы следующим образом:
климатические:солнечный свет, температура, влага, скорость движения воздуха, давление;
химические:газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов;
эдафогенные, илипочвенные: механический состав почв, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость;