ГЛОБАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ
УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
1. Понятие биосферы. Экологические оболочки Земли.
2. Типы веществ на Земле.
3. Живое вещество биосферы. Биогеохимические круговороты веществ и функции живого вещества.
4. Свойства живого вещества.
5. Техносфера и ноосфера как стадии развития биосферы.
Понятие биосферы. Экологические оболочки Земли.
Термин «биосфера» предложил в 1875г. австрийский биолог Зюсс, в связи с изучением им экологических оболочек Земли. Учение создал академик Вернадский, который в 1926г. в Ленинграде опубликовал книгу «Биосфера – конспект лекций для студентов».
Биосфера – область планеты Земля, населенная живыми организмами в настоящее время, либо в прошлом.
Протяженность биосферы в экологических оболочках Земли:
1) Атмосфера – воздушная оболочка, состоящая из 3 основных слоев – тропосферы, стратосферы и ионосферы. Биосфера сосредоточена в нижних слоях атмосферы – в тропосфере, до озонового слоя (находится на границе тропосферы и стратосферы). Толщина озонового слоя – от нескольких мм над полюсами до 3-4 см над экватором. Функция – задержка до 99% УФО (защита жизни от жесткого ионизирующего излучения).
2) Гидросфера – водная оболочка Земли. Жизнь сосредоточена по всей толще гидросферы, концентрируясь в ее верхних слоях – «пленка жизни» (Вернадский). Максимальная глубина сосредоточия жизни – до 11 тыс. м (Марианская впадина).
3) Литосфера – твердая оболочка Земли. Наиболее заселена ее верхняя часть – верхний плодородный слой – почва. На глубине 3-4 км найдены нефтебактерии.
Наибольшая плотность жизни – в зонах соприкосновения оболочек (атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы и т.д.)
Типы веществ на Земле.
1) Живое вещество – совокупность всех живых организмов на Земле.
Живое вещество неоднородно заселяет различные среды жизни. Так, на суше преобладает растительное вещество (99%), общая биомасса животных – около 1%; в океанах больше по массе животного вещества – около 94%, растения же занимают всего 6% от всего живого вещества. Всего же биомасса живого вещества на Земле достигает 2423*109т сухого вещества.
2) Биогенное вещество – вещество, рожденное жизнью (каменный уголь, нефть, торф, гумус, известняк и др.). Большинство из них обладают энергией.
3) Косное вещество (неживое) – самое большой по массе. Представлено 3 состояниями – жидким, твердым и газообразным.
4) Биокосное вещество – неживое вещество, преобразованное живым. Приземная атмосфера, все природные воды, почва.
5) Радиоактивное вещество – все природные радиоактивные изотопы (радон, плутоний, уран и др.), составляющие естественный радиационный фон (ЕРФ).
6) Вещество рассеянных атомов – инертные вещества, рассредоточенные в биосфере в атомарном состоянии (инертные газы атмосферы).
7) Космическое вещество – вещество, попавшее на Землю из космоса.
Живое вещество биосферы. Биогеохимические круговороты веществ и функции живого вещества.
Живое вещество – совокупность всех живых организмов планеты Земля.
До Вернадского исследователи изучали влияние внешних условий (экологических факторов) на живые организмы. Вернадский впервые предположил, что живое вещество не только находится под воздействием внешних факторов, но и само является мощной геологической силой, определяющей перемещение огромных по масштабам величин химических элементов – биогеохимические круговороты.
Вильямс выделил 2 типа круговоротов веществ на Земле:
1) Большой или геологический круговорот:
- круговорот веществ, происходящий без участия живых организмов.
Пример: круговорот воды – перемещение воды между мировым океаном и сушей, движущей силой которого является тепловая энергия Солнца. Заключается в испарении воды с поверхности мирового океана, выпадении ее на сушу в виде осадков и обратный сток в океан. Полный круговорот воды на Земле – 2 млн. лет.
2) Малый или биологический круговорот:
- круговорот биогенных элементов, движущей силой которого являются живые организмы.
Пример: круговорот углерода:
СО2 атмосферы → фотосинтез → С органических соединений растений (первичная продукция) → С органических соединений животных (вторичная продукция) → деструкция мертвого органического вещества редуцентами → СО2 атмосферы.
Таким образом, особая роль в круговороте биогенных элементов принадлежит зеленым растениям, т.к. они, являясь фотосинтезирующими организмами, служат посредниками между солнечной космической энергией и живым веществом Земли. Если бы не было растений, солнечная энергия тратилась бы лишь на нагревание планеты и перемещение воздушных масс. Энергия бы не задерживалась на Земле и, тем более, не производила бы никакой работы, которую она производит в виде сложных органических молекул. Взаимосвязь между приходящей солнечной энергией и энергией первичного органического вещества выражается количественно. Количество сухого органического вещества приближается к 150 млрд. тонн.
По Вернадскому, биосфера – открытая термодинамическая система, которая аккумулирует и перераспределяет огромные по масштабам величины химических элементов, вовлекая их в биологический оборот.
Биогеохимические функции живого вещества:
1) Энергетическая – способность к образованию первичной продукции. Привела к образованию всего многообразия жизни на Земле.
2) Газовая – способность выделять и поглощать О2 и СО2. Привела к установлению современного газового состава атмосферы.
3) Концентрационная – способность концентрировать химические элементы в телах живых организмов. Если элемента в теле на 10% больше, чем в окружающей среде, то этот элемент концентрируется – концентрационный эффект.
4) Окислительно-восстановительная – способность к протеканию химических реакций с изменением степени окисления атомов в организмах. Привела к появлению множества новых индивидуальных соединений, специфических для живого организма.
5) Деструкционная – способность организма (в первую очередь бактерии и грибы – редуценты) к минерализации остатков до неорганических соединений. Особенно велика на суше – 93% детритных цепей, только 7% - пастбищных.
6) Антропогенная – вмешательства человека в биогеохимические круговороты, в основном, связанные с негативными изменениями в биосфере.