3. Биосфера и место в ней человека
3.1 Биосфера как занятая жизнью оболочка Земли и как система жизнеобеспечения. Учения о биосфере в.И.Вернадского
Часто экологию определяют как науку, которая рассматривает проблемы взаимоотношения человека и биосферы. Иными словами всё, что нас окружает и подвергается нашему воздействию, имеет отношение к экологической науке.
Перед современным обществом стоит задача сохранить природные богатства сегодня и предупредить отрицательные последствия в будущем. Для того, чтобы иметь возможность прогнозировать последствия воздействия хозяйственной деятельности человечества на природную среду, следует знать характер взаимодействия животного и растительного мира с неживой природой и изучить «опыт» природных сообществ, которые в течение миллиардов лет своего существования умели избавляться от отходов жизнедеятельности, не загрязняя среду обитания благодаря замкнутому кругообороту вещества. Основой этих знаний является учение о биосфере Земли.
При всех огромных размерах земного шара реальная жизнь существует только на его поверхности, в той части Земли, которую называют биосферой. В этом тонком слое земной поверхности взаимодействуют воздух, вода, земля, животный и растительный мир. Все живое на Земле зависит от сохранения целостности биосферы. Что же угрожает биосфере, можно ли защитить ее от разрушений? Чтобы понять это, необходимо, прежде всего, рассмотреть составляющие биосферы, ее живые и неживые компоненты, их сложнейшие взаимодействия, которые поддерживают и уравновешивают биосферу как единое целое.
Проблемой характера взаимодействия живой и неживой природы начали всерьез заниматься в конце ХIХ века, когда австрийский геолог Э.Зюсс в 1875г впервые ввел термин «биосфера», а русский естествоиспытатель В.И. Вернадский стал основоположником современного учения (1863–1945гг.) и создал биогеохимию – науку, изучающую роль живого вещества (биоты) в геологических процессах планеты [8]. Современная наука рассматривает биосферу как сложную общепланетарную саморегулирующуюся систему живого вещества (биоты) и неживой материи (экотопа), термодинамически открытую, аккумулирующую и перераспределяющую огромные ресурсы энергии. Возраст биосферы приблизительно 4млрд. лет [8].
Под биосферой подразумевают литосферу (слой земной коры глубиной до 3км), гидросферу (водную среду, представленную, в основном, мировым океаном), атмосферу (её нижний слой – тропосферу) и совокупность всех живых организмов – биоту. Все составляющие биосферы играют важную роль в жизненных процессах на Земле, но главным компонентом биосферы всё же является живое вещество.
Нижняя часть биосферы распространяется на 3 км на суше и на 2 км ниже дна океана. Верхняя граница – озоновый слой толщиной несколько мм, выше которого УФ излучения солнца исключают органическую жизнь (рис.7) [23]. Основой органической жизни является углерод (С).
Верхняя граница – озоновый слой
10000 Эверест (8848 м) 
Тропосфера
Литосфера Гидросфера 
3000 Нижняя граница
Рис.7 Границы биосферы на Земле
Решающее значение в истории образования биосферы имело появление на Земле растений, которые в процессе фотосинтеза синтезируют органические вещества из СО2 и Н2О под действием солнечного света. В результате фотосинтеза ежегодно образуется 100 млрд. тонн органического вещества. Именно благодаря растениям на Земле получили развитие различные виды животных, и осуществляется обмен веществом и энергией между живой и неживой природой.
Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.
В.И.Вернадский выделяет в биосфере глубоко отличных и в то же время генетически связанных частей:
1) Живое вещество – живые организмы.
Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть и т.п.).
3) Косное вещество – горные породы (минералы, глины).
4) Биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды).
5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.).
6) Рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии.
7) Вещество космического происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны [5].
Живое вещество – это совокупность и биомасса живых организмов в биосфере, количественное соотношение которых отражено в табл.1 [5].
III. Биосфера и место в ней человека
Закончив анализ идей В.И., относящихся к организации биосферы и ее живого вещества, обратимся к положению человека в системе биосферы Земли. Оно определяется тем, что «Человечество как живое вещество неразрывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки земли — ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту». Однако и само человечество есть закономерный продукт развития биосферы, развития образующего ее живого вещества, как природного тела. В.И. подчеркивает: «Организованность биосферы, организованность живого вещества — должна рассматриваться как равновесия, подвижные, все время колеблющиеся в историческом и геологическом времени около точно выражаемого среднего. Смещения и колебания этого среднего непрерывно проявляются не в историческом, а в геологическом времени. никогда какая ни будь точка (например атом или химический элемент) не возвращается в зоны веков тождественно к прежнему положению». Организованность биосферы, живого вещества и образующих его организмов, в подобной трактовке, при примерно равной его массе на протяжении геологической истории Земли, неизбежно ведет к тому, что: «Во первых, в ходе геологического времени растет мощность выявления живого вещества в биосфере, увеличивается его в ней значение и его воздействие на косное вещество биосферы». И не менее важно второе — «. процесс эволюции видов в ходе геологического времени — резкое изменение самих живых природных тел». В.И. подчеркивает, что «Только в живом веществе мы наблюдаем резкое изменение самих природных тел с ходом геологического времени. (и очень точное, прим.авт.) — Живое вещество является пластичным, приспосабливается к изменениям среды, но, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне за-висимости от изменения среды». Ученик и последователь В.И.Вернадского, ак. К. П. Флоренский, оценивая научное наследие В.И.Вернадского, подчеркивает обнаруженный Вернадским факт, что «. на фоне почти постоянного количества живого вещества, которое заняло все биологические ниши на заре истории Земли, на фоне морфологической эволюции организмов, в которой усовершенствование идет медленно и достаточно беспорядочно, есть один и четко направленный и важный для человечества процесс — это процесс цефализации, т.е. усовершенствования центральной нервной системы. Мозг оказался наиболее важным средством, обеспечившим развитие вида. Постепенно развиваясь, на каком то этапе именно мозг человека, его разум, поставил человека в особые отношения со средой». Примечательны аргументы В.И.Вернадского в неизбежности именно такого хода событий. «Длившийся более двух миллиардов лет этот выражаемый полярным вектором, т.е. проявляющий направленность, эволюционный процесс неизбежно привел к созданию мозга человека рода Homo, примерно больше половины миллиона лет тому назад». И далее, апофеоз человеческой мысли: «Без образования мозга человека не было бы его научной мысли, а без научной мысли не было бы геологического эффекта — перестройки биосферы человеком». Следовательно, неизбежно, что «. эволюция видов переходит в эволюцию биосферы» и, в свою очередь, «Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние — ноосферу». Поскольку мысль и деятельность человека охватили все пространство земли, завершился процесс «полного заселения биосферы человеком. «. Отсюда вытекает, в свою очередь, что и мысль человека есть явление планетного масштаба. Здесь мы прикасаемся к вопросу до конца не разработанному, но безусловно требующему глубокого осмысления. Рассматривая биогенную миграцию атомов (надо напомнить, что это форма существавания живого вещества), В.И.Вернадский подразделяет ее на три рода: биогенная миграция атомов 1-го рода осуществляется микроскопическими организмами и микробами, характеризуется огромной интенсивностью, связанной с малым их объемом и весом и биогенную миграцию атомов 2-го рода, свойственную организмам многоклеточным. В.И. подчеркивает, что в геологическом и геохимическом отношении роль одноклеточных многократно превалировала до последнего времени. Однако жизнь каждого организма проявляется еще и в возникновении 3-го вида биохимической миграции атомов, связанного не столько с размножением и физическим развитием данного вида, сколько именно с его жизнедеятельностью. В качестве примера он приводит воздействие на почву грызунов землероев, дождевых червей, термитов. Подчеркивая, что до участия человека, этот вид геохимической миграции атомов играл резко подчиненную роль. Оценивая биохимические функции человека так же, как и других многоклеточных организмов, В.И. подчеркивает, что создаваемая таким образом энергия отходит на второй план перед биогенной миграцией атомов 3-го рода, поскольку человек получил возможность регулировать биогенную миграцию атомов 2-города: свое размножение и размножение всех других организмов, в среде которых он живет. «Перед ним открылись перспективы, которых еще не существовало на нашей планете и в пределах планеты не видно границ, которые могут быть поставлены биогенной миграции атомов 3-го рода, вызываемой человеческим разумом и трудом. «. Действительно, таких пределов, объективно говоря нет. И, одновременно, нельзя не видеть стремительного разрушения природной среды, связанного именно 3-м видом биохимической миграции атомов, приводящим к нарушению химического баланса биосферы и образующего ее живого вещества. Можно аргументировать высказаное частным примером: за последние 100 лет численность людей на Земле и, соответственно, накопленной им биологической энергии, возросли в 5 раз. В то же время энергетический потенциал человечества, представляющий собой 3-й вид биогенной (в современной терминологии — антропогенной или техногенной) миграции атомов, обеспечивающий его весьма относительное благополучие, возрос, за тот же период, в 1000 раз. Однако, такие возможности многократного изменения темпов биогенной миграции атомов, восстановления накопленной в процессе эволюции земной коры солнечной энергии, использование энергии ядерной, становятся возможны лишь благодаря развитию и работе человеческой мысли. В.И.Вернадский подчеркивает парадоксальность сложившейся ситуации, суть которой сводится к тому, что не являясь формой энергии, «..человеческий разум производит действия, как будто ей отвечающие».
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
Содержание
Биосфера, ее структура и функции
Биосфера и человек.
1. Природные ресурсы и их использование.
2. Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды
3. Охрана природы и перспективы рационального природопользования
III. Биосфера и место в ней человека
V. Список литературы:
I. Биосфера, ее структура и функции.
Около 60 лет назад выдающийся русский ученый академик В.И. Вернадский разработал учение о биосфере – оболочке Земли, населенной живыми организмами. В.И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду обитания. Он выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: «На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми существами.
В составе биосферы различают:
живое вещество, образованное совокупностью организмов;
биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др. );
косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);
биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).
Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюции живых организмов и развитием человеческого общества.
Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и отграничена слоем озона, который задерживает губительную для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана – до 10-11км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.
Атмосфера. Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород – в результате фотосинтеза.
Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70 % поверхности Земного шара и содержит 1 300 млн. км.
Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.
Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.
Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества – продукты жизнедеятельности организмов.
Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и приповерхностном слое океана.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21 % приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99 %. Среди животных 96 % видов беспозвоночные и только 4% позвоночные, из которых только десятая часть – млекопитающие.
Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, состоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.
Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, одна она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются.
Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.