Тема Биосфера. Учение В.И. Вернадского.
Цель изучения темы: общие сведения о биосфере; В. И. Вернадский о биосфере; о биологических циклах углерода, кислорода, азота, фосфора; о глобальных проблемах биосферы
План изучения темы
Общие сведения о биосфере
Функции живого вещества.
Глобальные проблемы биосферы.
Сделайте свой вывод по данной теме.
Самой большой экосистемой является биосфера Земли — оболочка планеты, заселенная живыми организмами. Сведения о толщине биосферы различны. Но одно сравнение, верно, что биосфера по сравнению с диаметром Земли подобна кожице на большом яблоке.
Над поверхностью моря (или суши) живые организмы распространены примерно на высоте до 6 км, в толщу суши они опускаются на 15 км и на 11 км вглубь океана; следовательно, общая толщина биосферы составляет около 20 км.
Биосфера включает литосферу, в том числе почву, гидросферу (реки, озера, моря, океаны) и тропосферу (нижняя часть атмосферы). Но жизнь в этих слоях биосферы распределена неравномерно; основная масса живого вещества сосредоточена в поверхностном слое суши (50—100 м) — это высота лесного полога, а в океане — поверхностные слои воды (10—20 м). В этих слоях сконцентрировано больше 90% биомассы растений и животных. Вся совокупность живых организмов планеты составляет биомассу Земли. Она равна 2423 х 109 т сухой массы, из которой 97% составляют растения, а 3% — животные и микроорганизмы. Плотность жизни неодинакова в различных средах и на поверхности Земли. Хотя 71% всей поверхности земного шара покрыто водой, основная биомасса сосредоточена на суше — 99,8%.
Биосфера — многокомпонентная система, состоящая из отдельных структур. Эта система считается открытой, так как получает энергию Солнца извне. Структурным звеном биосферы являются биогеоценозы.
Учение о биосфере как особой оболочке Земли создал русский ученый В.И. Вернадский. В.И. Вернадский еще в молодости заинтересовался вопросом о влиянии организмов живой природы на ее мертвую, или, как он называл позднее, «косную» материю. В.И. Вернадский признал качественную и количественную эволюцию биосферы и стал намечать основные этапы такой эволюции. С этого времени он и вмешательство человека в дела природы стал рассматривать как исторически обусловленный, качественно новый этап развития биосферы. При этом он был уверен, что расхищение природных ресурсов, характерное для ранних стадий развития капиталистического общества, явление временное, связанное с недостатком знаний и низким культурным уровнем населения. В.И. Вернадский считал, что при разумном отношении к антропогенному преобразованию природной среды суммарные ресурсы биосферы могут возрастать быстрее, чем возрастает численность человечества, и что такая разумно преобразованная биосфера сможет удовлетворить материальные и духовные потребности человечества.
Термин «ноосфера» не принадлежит В.И. Вернадскому (его предложил французский математик и философ Э. Леруа в 1927 году, после того как им был прослушан курс лекций В.И. Вернадского по геохимии в Сорбонне). Ноос — древнегреческое название человеческого разума. Следовательно, ноосфера — это сфера человеческого разума. В дальнейшем употребление термина «ноосфера» связано с именем В.И. Вернадского.Все вещество В.И. Вернадскийподелил на группы:
живое вещество — всеживые организмы, населяющие нашу планету;
косное вещество — неживые тела, образованные без участия живых организмов;
биогенное вещество — тела, образованные при участии живых организмов;
биокосное вещество — особое природное тело — почва.
Функции живого вещества:
1. Газовая — поглощает и выделяет газы в процессе дыхания и фотосинтеза.
2. Окислительно-восстановительная — выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. В процессе расщепления преобладают окислительные реакции и выделяется энергия.
3. Концентрационная — это биогенная миграция атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах, а затем, после их отмирания, переходят вновь в неживую природу. Следствием является накопление полезных ископаемых в определенных местах земной коры (известняк, торф, каменный уголь, нефть).
4. Геохимическая — создает и поддерживает компоненты биосферы.
В.И. Вернадский доказал, что за 4 млрд. лет существования на планете Земля живые организмы вызвали огромные преобразования, полностью изменив облик нашей планеты: сделали ее зеленой, создали огромные запасы топлива — нефти, каменного угля, торфа; в морях образовали коралловые рифы и целые острова; создали голубую пелену нашей планеты, т. е. слой воздуха, в котором велика доля кислорода.
Под влиянием и при участии жизнедеятельности организмов в биосфере происходит круговорот воды, кислорода, углерода, азота и других веществ. Такой обмен элементами различных слоев биосферы обеспечивает возможность жизни в ней живых существ.
Глобальные проблемы биосферы. Первая проблема — угроза парникового эффекта.
Вторая проблема — разрушение озонового слоя, расположенного на высоте 15—50 км от земной поверхности и защищающего живые организмы от губительного действия коротковолновых ультрафиолетовых лучей (УФЛ). Уменьшение озонового слоя на 1% влечет за собой увеличение ультрафиолетового излучения (УФИ) на 1,5%. Полное исчезновение озонового слоя означало бы гибель живых организмов на Земле. Даже его утончение приводит к росту раковых заболеваний, гибели многих организмов, к изменению генетического кода и, как следствие, к увеличению числа мутаций. Кроме этого, утончение озонового слоя приведет к увеличению нагрева Земли, усилению ветров, наступлению пустынь. Озоновый слой разрушается в результате попадания в него летучих хлор- и фторорганических соединений, которые распадаются под действием солнечного света. Каждый атом хлора или фтора, попавший в озоновый слой, может разрушить до 100 000 молекул озона. Источники таких хлор- и фторорганических соединений — различные растворители, фреон холодильников и аэрозольных баллонов. Накопление различных аэрозолей в атмосфере очень вредит озоновому экрану. Поэтому во всем мире идет поиск заменителей этих опасных веществ. Запуски ракет также представляют опасность для целостности озонового слоя.
Третья важнейшая проблема биосферыэто аридизация (или опустынивание) суши.
Опустынивание — это процесс крайней деградации земель, ведущий к тому, что они становятся похожими на пустыню. Происходит это в результате снижения уровня грунтовых вод и эрозии (разрушения) почвы.
Вообще опустынивание — это взаимодействие засухи и хозяйственной деятельности человека. Многие государства Древнего мира — Малой Азии, Месопотамии, а также Рим, Греция потеряли свое могущество, а иные (Хорезм, страны Сирии, Северной Африки) и совсем исчезли в результате хищнического отношения к почве. Истощение почв превращает страну в пустыню. Так, земли в районе Оклахомы превратились в «пыльную чашу». Другой пример — описание вида, открывающегося с Великой китайской стены: «Вся долина, бывшая некогда прекрасными фермерскими угодьями, превратилась в пустыню из песка и гравия, то влажную, то сухую, но всегда бесплодную. Ее единственный урожай сейчас — это пыль, подхватываемая сильными зимними ветрами».
Рассмотрим причины опустынивания.
Перевыпас — увеличение поголовья скота, бесконтрольный выпас которого приводит к вытаптыванию пастбищ.
Упрощение экосистем — выжигание кустарников для лучшего роста травы, уничтожение травы животными, не оставляющими ее перегнивать в почве.
Сельское хозяйство интенсивное земледелие, не оставляющее поля под пар, вынос химических элементов с; урожаем.
Заготовка древесины непланомерная вырубка лесов.
Засоление — в результате орошения происходит испарение воды, а соль остается.
Перерасход грунтовых вод — грунтовые воды расходуются быстрее, чем возобновляются.
Четвертая проблема — истощение природных ресур сов. В древние времена человек добывал 19 элементов Периодической системы Д.М. Менделеева, к началу XVIII века — 25, в XIX веке — до 50, а в настоящее время в производство вовлечено около 100 элементов. Количество ежегодно добываемых полезных ископаемых превышает 100 млрд. т, и темпы добычи растут. По разным оценкам, невозобновимые природные ресурсы истощатся через 50—100 лет.
Проблема исчерпаемости природных ресурсов приобретает все большую актуальность. Это связано с осознанием их ограниченности и с все более увеличивающимся потреблением. Особый интерес представляет скорость использования различных видов топлива (каменный уголь, нефть, газ), поскольку с их использованием связаны проблемы загрязнения атмосферы и соответственно — парниковый эффект, кислотные дожди и другие явления.