Биосфера схема строения биосферы вещественный состав биосферы

Реферат на тему: «Понятие о биосфере. Состав и структура биосферы»

Студентка 231 группы

Понятие про биосферу

1. Понятие, состав и структура биосферы

Биосфера — глобальная экологическая система планеты, включающая в себя все живые организмы вместе со средой их обитания.

Биосфера представляет собой совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их влиянием и занята продуктами их жизнедеятельности.

В 20-е годы X X — го столетия учение о биосфере было развито и преобразовано выдающимся естествоиспытателем академиком В.И. Вернадским. Он впервые подчеркнул исключительную роль живых организмов в образовании биосферы. По его определению, биосфера — структурная оболочка Земли, созданная самой жизнью, где не только живут, но которая преобразована живыми организмами и связана с их жизнедеятельностью. Таким образом, биосфера — это и среда жизни, и результат жизнедеятельности организмов.

Размеры биосферы. По учению В.И. Вернадского, биосфера — это область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается воздействию живых организмов. Поэтому биосфера представляет собой область существования не только современных экосистем, но и включает области, где находятся вещества, возникшие в результате жизнедеятельности живых организмов. Такие вещества называют биогенными. Почти весь кислород атмосферы имеет биогенное происхождение. Биогенными являются также многие полезные ископаемые (нефть, уголь, газ и др.).

Благодаря такому подходу В.И. Вернадский существенно расширил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу (глубиной до 11 км), нижние слои атмосферы (до озонового слоя, высотой 25-35 км), где сосредоточен практически весь кислород, и часть литосферы до глубины залегания полезных ископаемых биогенного происхождения (8-10 м, реже 3 км).

Структура биосферы. Биосфера имеет иерархическую структуру. Традиционно в структуре биосферы выделяют атмосферу, гидросферу и литосферу. Атмосфера делится на слои в зависимости от температуры воздуха: ниже 0°С -альтобиосфера, выше 0 «С — тропобиосфера. Гидросфера включает в себя океанобиосферу и аквабиосферу, т.е. солено- и пресноводную среду, и также делится на слои в зависимости от освещенности: фото-, дисфото- и афотосферы. Гео(био)сфера состоит из террабиосферы (твердо-водной среды) и литобиосферы (твердо-воздушной среды). Выделенные подсферы включают экосистемы различного иерархического уровня.

Состав биосферы включает 7 глубоко разнородных частей:

вещество в радиоактивном распаде:

вещество рассеянных атомов, не связанных химическими реакциями;

вещество космического происхождения.

Живое вещество совокупность организмов на планете (растительный и животный мир, микроорганизмы).

Биогенное вещество — совокупность веществ, возникших в результате жизнедеятельности организмов (торф, нефть, мел, природный газ и др.).

Косное вещество — совокупность веществ, в образовании которых живые организмы не участвуют, т.е. горные породы магматического, неорганического происхождения, вода,

Биокосное вещество — продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почва, природные воды).

Источник

Биосфера

Разработал учение о биосфере Владимир Иванович Вернадский («Биосфера» 1926 г). Биосфера — общепланетарная оболочка, обусловленная деятельностью живых организмов в течение геологического времени.

I. Строение биосферы.
В состав биосферы входят (рис. 45):
1. Воздушная оболочка (нижняя часть атмосферы — тропосфера).
2. Водная оболочка (вся гидросфера).
3. Твердая оболочка (верхняя часть литосферы).

Воздушная оболочка. Верхняя граница жизни в атмосфере доходит до высоты около 22 км, где ещё обнаруживаются живые организмы, занесенные восходящими потоками воздуха. Именно на этой высоте находится озоновый слой; все живое, поднявшееся выше, уничтожается жестким ультрафиолетовым облучением. Химический состав атмосферы регулируется деятельностью живых организмов и протеканием геохимических процессов на планете. Из четырех основных газов атмосферы (азот — 78%, кислород — 21%, аргон — 0,9%, СО2 — 0,03%) только аргон не связан с жизнедеятельностью живых организмов.
Водная оболочка. Гидросфера занимает 70% поверхности Земли. Нижняя граница жизни достигает глубины 11 км. Химический состав гидросферы формируется под действием организмов непосредственно или косвенно. 96,5% воды гидросферы сосредоточено в океанах, 1,7% это льды, 1,7% подземные воды и др. Пресной воды в гидросфере всего 2,8%, из них 62% сосредоточено в Антарктиде в виде льда. Твердая оболочка. Максимальное количество организмов литосферы сосредоточено в почве, всего в нескольких метрах. Исходным материалом для почвообразования служат поверхностные слои горных пород, которые подвергаются действию климатических факторов, микроорганизмов, растений и животных. Отмирание и разложение животных приводит к аккумулированию биологических элементов почвы (гумус). Основоположник учения о почвах — В.В. Докучаев. В литосфере жизнь обнаружена до 7500 м глубины (нефтяные бактерии), вследствие движения земной коры. Органогенное происхождение в литосфере имеют: известняк, диатомит, угли, горючие сланцы, нефть, торфы, сапропели, марганцевые руды, железные руды, фосфориты, бокситы и т.д.

II. Компоненты биосферы.
В состав биосферы входят:
1. Живое вещество — совокупность всех организмов в целом (биомасса планеты).
2. Биогенное вещество — создается и преобразуется в процессе жизнедеятельности организмов.
3. Косное вещество — образуется без участия живых организмов.
4. Биокосное вещество — результат совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва).
Живое вещество составляет 0,01% массы земной коры. Распределение живых организмов на поверхности Земли неравномерно. Масса живого вещества, располагающегося на поверхности суши , составляет 99,87%, соответственно водного 0,13%. Биомасса растений 99%, животных 1%. Человечество от всей биомассы составляет 0,0002%.

III. Биотический круговорот (миграция элементов) — это циркуляция веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами (рис. 46).

«Жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности. Под ее влиянием эти атомы находятся в непрерывном интенсивном движении. Из них все время создаются миллионы разнообразных соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древнейшей археозойской эры до нашего времени» (В.И. Вернадский).
В результате этих процессов наблюдается баланс между автотрофами и гетеротрофами, в основе которого лежит циркуляция веществ. Одно и то же вещество многократно используется для построения живой материи. Так, круговорот воды составляет 2 млн лет, углерода — 300 лет, кислорода — 2000 лет. В биосфере практически все атомы почти всех элементов прошли через состояние живого вещества.

IV. Современное состояние биосферы
Самой мощной химической силой на Земле до появления человека было живое вещество в целом. Но появившийся человек приобрел особые свойства, такие как разум и производные от него социальную организацию и производственную деятельность, что позволило ему приспосабливать окружающую среду к своим потребностям. Благодаря этому человечество улучшило условия жизни, что сказалось на ее продолжительности и укреплении здоровья населения. Но имеются и негативные моменты, устранение которых привело бы к более выраженному улучшению перечисленных показателей.
Геохимическая мощь человечества на данном этапе превосходит силу самого живого вещества, неразумное использование которой нарушает поток элементов и гомеостаз биосферы. Антропогенное воздействие влияет на все оболочки биосферы.
Воздействие на литосферу. Литосфера в своем составе содержит максимальное количество живого вещества. С 1600 с Земли исчезло 63 вида и 55 подвидов млекопитающих, 103 вида и подвида птиц, 21 вид рептилий и 23 вида рыб. Около 600 видов позвоночных на грани полного истребления. Ежегодно полностью исчезает 1-2 вида организмов. Это приводит к упрощению сложных природных экосистем, чем нарушается их устойчивость.
Сейчас 10% поверхности земли — пахотные земли, которые лишь в редуцированном виде повторяют биогеоценоз и функционально неполноценны; в связи с этим они не могут существовать без минеральных удобрений, пестицидов, гербицидов, дефолиантов. При этом обрабатываемые почвы теряют в среднем 1-2% гумуса в год.
В настоящее время лесами покрыта одна треть суши. В доисторическое время лесами было занято не менее 70 % суши. В районах древних цивилизаций лес был безвозвратно уничтожен. Сейчас вырубка леса продолжается с возрастающими темпами. Ежегодно вырубается 100000 км2 леса. Вырубка леса и распахивание территории приводит к опустыниванию Земли.
За время существования человечества общая масса живых организмов сократилась. За последние 300 лет биомасса уменьшилась на четверть.
Воздействие на атмосферу. Для производства энергии человек сжигает топливо, в результате чего происходит выброс СО2. Ежегодный выброс углекислого газа составляет около 5 миллиардов тонн. За последние 100 лет концентрация СО2 в атмосфере увеличилась на 10-12%. СО2 препятствует тепловому излучению земли, что приводит к, так называемому, парниковому эффекту. На данный момент температура Земли повысилась на 0,5- 0,6°С, что привело к поднятию уровня океана за последние 100 лет на 10-14 см. Но кроме СО2 парниковыми газами являются и другие антропогенные загрязнители атмосферы, такие как метан (CH4), закись азота (N2O), хлор-фтор-углероды, «галоны» и др. Таким образом, в случае продолжения увеличения выбросов этих газов потепление может идти более резкими темпами.
Выброс в атмосферу оксида серы (SO2) в год составляет около 146 млн тонн, а закиси азота (N2O) 53 млн. тонн. Эти вещества в определенных условиях в атмосфере реагируют с водой, образуя серную (H2SO4) и азотную кислоту (HNO3), что приводит к выпадению «кислотных» дождей. Подкисление почвы и водоемов существенно изменяет ценозы. Эта проблема наиболее характерна для северного полушария.
Следующая глобальная проблема — нарушение озонового слоя. Озоновый слой (О3) образуется в атмосфере на высоте в среднем 20 — 25 км в результате действия солнечного излучения на кислород (О2); он защищает Землю от ультрафиолетового облучения (УФО). Попадая в верхние слои атмосферы, некоторые антропогенные газы (такие как хлор-фтор-углероды, закись азота и др.) окисляют озон, что приводит к истончению озонового слоя, крайним проявлением которого является появление «озоновых дыр» (снижение содержания озона на 40 %). В результате этого увеличивается УФ облучение поверхности Земли, что приводит к нарушению экосистем и вредному влиянию на здоровье человека.
Воздействие на гидросферу. По данным ВОЗ (Всемирная Организация Здравоохранения) 80% всех болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством воды или ее нехваткой. Сооружение каналов, переброска водостока рек приводит к истощению грунтовых вод, осушению территорий, засыханию лесов, а нерациональное использование воды в области земледелия приводит к засолению почв. В настоящее время в мире подверглись засолению и не дают урожая 40 — 45 млн га земли. Сооружение плотин нарушает путь миграции рыб, что приводит к резкому уменьшению их численности.
Химическое загрязнение воздействует на все оболочки биосферы. Загрязнители номер один — пестициды, вещества, используемые для уничтожения вредителей сельского хозяйства. К ним относится очень большой спектр химических веществ. Печально известный пример — ДДТ (ди-хлор-дифинил-трихлорэтан). Он широко использовался в 50-60-х годах, так как был высокоэффективным не только в борьбе с вредителями сельского хозяйства, но и с комарами, как переносчиками малярии, но оказался токсичным и очень устойчивым во внешней среде. В районах бесконтрольного его применения детская смертность возросла в 5 раз. И после запрета ДДТ в 1964 году, он до сих пор содержится в организмах, так как время его распада составляет 150 лет.
На втором месте, по токсикологическим оценкам «стресс-индексов»загрязнителей веществ — тяжелые металлы. Содержание тяжелых металлов в городах и промышленных центрах превышает нормативы в 10 — 20 раз. В теле современного человека, по сравнению с первобытными людьми, тяжелых металлов содержится в 50 раз больше. Тяжелые металлы обладают широким спектром действия (например, свинец и ртуть действуют на ЦНС, а также обладают эмбриотоксическим и мутагенным эффектом).
Это лишь отдельно взятые примеры; спектр опасных химических веществ, попадающих во внешнюю среду, значительно больше и с каждым годом он увеличивается. Ежегодно синтезируется около 250 тысяч новых веществ, из них около 500 начинают использовать. Таким образом, действия человека уже нарушили биосферный гомеостаз. В связи с этим, какие имеются дальнейшие перспективы развития биосферы? Можно выделить два пути: 1 путь — дальнейшее неконтролируемое воздействие на биосферу, которое приведет к экологической катастрофе; 2 путь — ноосфера — сфера разумного регулирования процессов, происходящих в биосфере.

V. Ноосфера — это биосфера Земли, гармонично измененная научной мыслью и производственной деятельностью человека.
Сейчас только начальный этап рождения ноосферы, человек только учится целенаправленному, разумному воздействию на биосферу. На этом пути сделаны уже первые шаги. Запрещены испытания ядерного оружия в атмосфере и гидросфере. Приняты соглашения по очистке мирового океана от нефти. Приняты ограничения выброса многих химических веществ во внешнюю среду. Созданы национальные парки, заказники, биосферные заповедники. Созданы международные организации при ООН, ЮНЕСКО и ЮНЕП, координирующие и направляющие усилия разных стран в этом направлении. Объявлен «Всемирный день охраны окружающей среды» — 5 июня. Но эти и другие мероприятия — только первые шаги на пути сохранения гомеостаза биосферы.

Источник

14. Учение о биосфере. Состав и структура биосферы. Функции живого вещества. Круговороты веществ:биологический и экологический. Роль живых организмов в круговоротах в-в

Заслуга в разработке стройного, целостного научного учения о биосфере, как «области жизни», принадлежит русскому академику В.И. Вернадскому (1926). В основе его учения лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.

По современным представлениям, биосфера — это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Вещественный состав биосферы в соответствии с учением В.И. Вернадского включает в себя семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

живое вещество — совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету (люди, животные, птицы, растения, рыбы, микроорганизмы и т.д.);

биогенное вещество — органические и органоминеральные вещества, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории Земли и являющиеся источником чрезвычайно мощной энергии (все формы детрита, а также торф, уголь, известняк, нефть, газ биогенного происхождения и т.д.);

косное вещество — совокупность всех неживых тел, образующихся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы и т.д.);

биокосное вещество — совокупность неживых тел, образованных в результате жизнедеятельности живых организмов (почва, кора выветривания, ил, природные воды, приземный воздух атмосферы и т.д.);

вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);

рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и т.д.

В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:

энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);

биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);

информационный (принципы организации и управления в живой природе);

пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);

ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду

Живое вещество — это совокупность всех форм жизни в биосфере.

Единство действия живого вещества в биосфере, сформулированное В. И. Вернадским, считается одним из основных законов всего органического мира.

Другое важное обобщение, сделанное В. И. Вернадским и названное им как биогеохимический принцип, заключается в том, что в биосфере с помощью живого вещества постоянно совершается биогенная миграция химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.

Важнейшая функция биосферы — регулярное создание живого вещества. Количество живого вещества всех групп растительных и животных организмов составляют биосферу.

Основными функциями живого вещества в биосфере являются:

Газовая — способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Они строго контролируют концентрации газов, оптимальные для всей биоты. Преобладающая масса газов на Земле (азот, метан) имеет биогенное происхождение.

Концентрационная — «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Пропуская через своё тело большие объёмы природных веществ, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. В теле живых организмов в основном концентрируются водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, кремний, кальций, калий, хлор, сера. Это объясняет неоднородность химического состава биосферы и её отличие от химического состава неживого вещества планеты.

Энергетическая — связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

Окислительно-восстановительная — окисление и восстановление различных веществ с помощью живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, P, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

Информационная — для живых организмов активная информация записана в молекулярной накопленной живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

Деструктивная — разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) — сапрофитные грибы и бактерии.

Транспортная — перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

Средообразующая — преобразование физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности организмов.

Рассеивающая — функция, противоположная концентрационной, — рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п.

Биогеохимическая деятельность человека — превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода — нефти, угля, газа и др.

Круговоротом веществ называют взаимный обмен веществами между различными природными телами. На Земле различают два круговорота веществ: большой, или геологический, и малый, или биологический.

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Этот круговорот в системе «магматические породы — осадочные породы — метаморфические породы (преобразованные температурой и давлением) — магматические породы» происходят за счет процессов магматизма, метаморфизма, литогенеза и динамики земной коры. Символом круговорота веществ является спираль: каждый новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое, что со временем приводит к весьма глубоким изменениям

Малым, или биологическим, круговоротом веществ называют обмен химическими элементами (атомами) между живыми организмами и косными компонентами биосферы: атмосферой, гидросферой и литосферой.

Биологический круговорот характеризуется наличием четырех обязательных взаимосвязанных компонентов:

Источник