Тема 3. Экология биосферы
1. Основные вопросы теории
Биосферный уровень организации жизни.
Биосфера: компоненты, границы
Биосфера – живая оболочка Земли, пространство атмосферы, гидросферы, литосферы, населенное живыми организмами или представленная продуктами их жизнедеятельности; возникла с появлением живых существ в результате эволюции планеты.
Э. Зюсс, 1875 г. (термин).
Учение о биосфере – В.И. Вернадский (1863-1945 гг.):
– впервые раскрыл огромную биогеохимическую роль растений, животных, микроорганизмов в формировании биосферы;
– живые организмы – главнейшая геохимическая сила в процессах планетарного масштаба;
– им принадлежит первостепенная средообразующая роль: механизмы образования и разрушения геологических структур, круговорота веществ, изменения атмо-, гидро-, литосферы.
Компоненты биосферы
1. Живое вещество – совокупность всех живых организмов (m, Е, хим. состав).
2. Косное вещество – совокупность веществ, тел неживой природы (атмо-, гидро-, литосфера, минералы, горные породы, магма).
3. Биогенное вещество – совокупность веществ и тел, образовавшихся в результате жизнедеятельности живых организмов (осадочные породы: известняки, мел, нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы).
4. Биокосное вещество – вещество, образованное сложением живого и косного вещества (почва).
Границы биосферы
Границы биосферы определяются наличием живых организмов или продуктов их жизнедеятельности.
В.И. Вернадский выделяет:
– «поле устойчивости жизни» – случайно занесенные организмы, на границах биосферы;
– «поле существования жизни» – постоянно присутствующие организмы, в пределах основной части биосферы.
Атмосфера – легкая воздушная оболочка:
| ↓ | ↓ | ↓ |
| тропосфера | стратосфера | ионосфера |
| нижний слой атмосферы (до 15 км) | выше тропосферы (до 40 км), озоновый экран (15-25 км) | выше стратосферы, разреженные газы |
Живые организмы представлены до озонового экрана, за пределами которого жизнь невозможна из-за губительных космических и УФ-лучей (у полюсов – 8-10 км, у экватора – 17-18 км, над остальной поверхностью – 20-25 км).
Гидросфера – водная оболочка Земли (пар, облака, моря, океаны, ледники, подземные воды). Практически вся занята жизнью (11 022 м).
Литосфера – твердая оболочка Земли, земная кора. Жизнь ограничена почвенным слоем (до 3-4 км). Нижний предел ограничен высокими t недр Земли.
Таким образом, верхняя граница биосферы – 15-20 км от поверхности Земли (стратосфера); нижняя граница жизни – 3,5-7 км (литосфера) и 10-11 км (гидросфера).
max ρ жизни – у поверхности литосферы и гидросферы,
max биомасса – тропические леса,
min биомасса – льды Арктики, высокогорья.
Средообразующие функции живого вещества
1. Энергетическая – живые организмы обеспечивают фиксацию энергии солнечного излучения и передачу ее по трофическим связям.
2. Газовая – постоянный газообмен с окружающей средой в процессе дыхания растений и животных, фотосинтеза растений.
3. Концентрационная – способность организмов концентрировать в своем теле химические элементы, а затем после отмирания и минерализации они переходят в неживую природу (горючие ископаемые, рудники).
4. Окислительно-восстановительная связана с интенсификацией процессов окисления (в кислородной среде) и восстановления (разложение органических веществ при дефиците кислорода). (Болота – сероводород, метан.)
5. Биохимическая осуществляется в процессе обмена веществ в живых организмах (питания, дыхания, выделения) и разрушения отмерших организмов и продуктов их жизнедеятельности до простых неорганических веществ. Все это приводит к круговороту химических элементов в природе, их биогенной миграции.
6. Деструктивная (разрушение веществ редуцентами), транспортная (перенос веществ и Е в результате движения, миграций), средообразующая (преобразование параметров среды, формирование почвы, микроклимата), рассеивающая (рассеивание веществ с экскрементами, разложение), информационная (накопление информации, закрепление ее в наследственных структурах).
Круговорот веществ и превращение Е в биосфере
Солнечная Е вызывает на Земле 2 круговорота веществ:
| ↓ | ↓ |
| большой геологический | малый биологический |
| – круговорот воды; – циркуляция атмосферы. | круговорот С, Н, О, N, P, S, Ca, K, Mg. |
| Вода → испарение → облака ↓ ↑ ← океан ← осадки ← | Осуществляется растениями, животными, микроорганизмами по цепям питания. |
Круговорот углерода
(Видеофрагмент «Круговорот углерода».)
| СО2 | → | фотосинтез | → | органические вещества | → |
| ↑ | ↓ | ||||
| ← | разложение органических веществ, дыхание |
Круговорот азота
| N2 | → | азотофиксирующие бактерии→ | нитраты, нитриты | → растения |
| ↑ | ↑ | ↓ | ||
| ↑ | ↑ | построение белков растениями и животными | ||
| ← | ← | ← нитраты | ← HNO3 | разложение ← до NH3 |
В результате круговорота веществ в биосфере происходит непрерывная биогенная миграция элементов, которая включает:
1. Аккумуляцию элементов в живых организмах.
2. Минерализацию веществ в результате разложения мертвых организмов.
Таким образом, одно и то же вещество многократно используется для построения живой материи.
Ноосфера (сфера разума)
Ноосфера – новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.
Качественно новая форма взаимодействия природы и общества, планетарное и космическое пространство, которое преобразуется и управляется человеческим разумом.