Цель: сформировать представление о биосферном уровне организации жизни.
Задачи:
- познакомиться с понятиями «биосфера» и «ноосфера»;
- сформировать представление о биосфере как о глобальной экосистеме;
- развить знания о круговоротах веществ в природе;
- способствовать формированию ценностных представлений о необходимости бережного отношения к живому миру, восприятия природы как ценностного объекта охраны и защиты и зависимости человечества от состояния окружающей среды на глобальном уровне.
Вы узнаете: что такое биосфера и ноосфера.
Вы научитесь:
- описывать биосферу как глобальную экосистему и ее структуру;
- представлять основные особенности её организации;
- излагать суть учения В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере;
- воспринимать природу как ценностный объект охраны и защиты.
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
Биосфера (греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — это оболочка Земли, заселенная живыми организмами и преобразованная ими.
Впервые употребил понятие «биосфера» в 1804 г. Ж.-Б. Ламарк, а ввел термин Э. Зюсс в 1875 г., однако основоположником целостного учения о биосфере является В. И. Вернадский. Основные положения теории биосферы Земли, по В.И. Вернадскому: 1) биосфера включает в себя не только живое, но и неживое (косное) вещество; 2) между живым и косным веществом существует неразрывная и постоянная связь. Сущность учения В.И. Вернадского заключается в признании исключительной роли живого вещества, преобразующего облик планеты. Другой главнейший аспект учения Вернадского – разработанное им представление об организованности биосферы, которое проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого вещества, во взаимной приспособляемости организмов и среды.
Границы биосферы. Биосфера включает почти всю гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхнюю часть земной коры.
Границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для жизни различных организмов:
- Верхняя граница биосферы простирается от поверхности Земли до озонового экрана на высоте 20-25 км. Выше этой границы организмы жить не могут, так как там на них будут губительно действовать ультрафиолетовые лучи Солнца и низкая температура.
- Нижняя граница проходит по дну гидросферы и на глубине 4-8 км в земной коре материков (это зависит от того, на какой глубине температура горных пород достигает +100°С). Наиболее обильна жизнью часть биосферы у земной поверхности и до глубины 200 м в гидросфере. Однако жизнь не ограничена исключительно пределами биосферы. Микробы, споры и пыльца растений, органические молекулы обнаружены высоко в стратосфере. Не исключено, что они могут покидать Землю и уноситься в космическое пространство. Но это не означает расширения биосферы, так как за ее пределами могут существовать только неактивные формы жизни, находящиеся в состоянии скрытой жизнедеятельности.
Образование биосферы. Биосфера — сравнительно молодая оболочка Земли. Ее образование связано с появлением жизни на нашей планете. Вопрос о происхождении жизни издавна интересовал человека. Выдвигались разные предположения. В настоящее время ученые считают, что жизнь зародилась в воде, так как на суше в то время были сильные перепады температур, активная вулканическая деятельность, землетрясения. Первые существа, появившиеся в воде, были несравненно проще даже самых примитивных из ныне живущих. Проходили миллионы лет, и живые организмы становились все сложнее и разнообразнее. Примерно 500 млн. лет назад организмы начали приспосабливаться к жизни на суше. Различные растения (еще очень примитивные) и животные (простейшие) постепенно заселяли и осваивали разные участки суши, вырабатывая различные приспособления для жизни в них. Начинается их участие в образовании почвы. Таким образом, постепенно создавались условия для появления на суше высокоорганизованных растений (хвойных и цветковых). При этом в атмосферу начинает выделяться кислород, необходимый для дыхания. Постепенно все живые организмы расселялись во все сферы Земли. Живые организмы существенно изменили вид нашей планеты, преобразовали земную кору, гидросферу и нижние слои атмосферы. Важнейшим этапом в изменении облика нашей планеты является появление и расселение на Земле человека. Это произошло около 500 тыс. лет назад.
Структура биосферы. Всё вещество биосферы разделено на четыре категории: косное, биогенное, биокосное и живое. Каждая категория играет определённую роль.
Косное вещество – горные породы неорганического происхождения и вода; это вещество является субстратом или средой для проживания живых организмов.
Биогенное вещество – органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами в течение геологической истории: каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть, газы биосферы – кислород, углекислый газ, вода, аммиак, сероводород и другие.
Биокосное вещество – вещество, которое создаётся живыми организмами и биокосными процессами, представляя собой системы динамического равновесия: осадочные породы, почвы, илы - подводные грунты, природные воды.
Живое вещество (биомасса) – все количество живых организмов планеты как единое целое. Играет ведущую роль в поддержании свойств биокосных веществ. Величина биомассы огромна, но в сравнении с массой земной коры ничтожна. Правда, биомасса имеет замечательную способность обновляться, так как организмы размножаются. Обновляясь, живое вещество планеты производит в течение года около 250 млрд. тонн биологической массы в сухом весе. Такая активность жизни делает ее могучим геологическим и географическим фактором на планете.
Круговорот веществ на Земле. Биосфера структурно организована и рассматривается как глобальная экосистема. Жизнь на Земле зависит от круговорота важнейших химических веществ, в которых непосредственное участие принимает живое вещество. Круговорот связывает в единое целое организм и его среду.
Поступление солнечной энергии привело к формированию на Земле двух круговоротов веществ:
1)малый биологический (внутриэкосистемный) – постоянное перемещение веществ (химических элементов и молекул). Суть этого круговорота – создание и разрушение органического вещества живыми организмами по пищевым сетям. Наиболее активно вовлекается в него кислород, углерод (и их соединение — углекислый газ), азот, фосфор, сера, вода и другие – это макроэлементы (химическая основа тканей живых организмов, их около 40), которые составляют 99,9%, оставшиеся 0,1% - приходится на микроэлементы (их около 30), которые нужны живым организмам в малых количествах. Время оборачиваемости разных химических элементов различно.
Биомасса Земли пропускает через себя всю воду Земли за 2 млн. лет, весь кислород атмосферы — за 2 тыс. лет, а углекислый газ из атмосферы — за 300. Значит, за долгое время геологической истории живое вещество (биомасса) многократно переработало все главные газы атмосферы, всю воду планеты и значительную часть горных пород земной коры.
2)большой геологический (биосферный). Продукты жизнедеятельности всего живущего на Земле, увлекаемые перемещением водных масс и атмосферными газами, так или иначе попадают в большой геологический цикл круговорота веществ.
Биогеохимический цикл – это круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций. Биогеохимический круговорот — важнейший процесс, проходящий в биосфере. Благодаря ему происходит взаимосвязь всех оболочек Земли, населенных живыми существами.
Сила, движущая могучий биогеохимический круговорот в биосфере, — солнечная энергия. Ее ежегодно на Землю поступает столько, что она во много раз превышает мощность любого другого источника энергии Земли. Земные растения улавливают эту энергию в процессе фотосинтеза, но менее 1% от поступающей. В результате фотосинтеза в растениях образуются органические вещества, идущие на питание их, а часть органических веществ откладывается. Вместе с зеленой массой эта отложенная часть может переходить в организм животных (сначала травоядных, а потом хищных) и там частично распадаться до более простых химических соединений. После гибели растений и животных микроорганизмы заканчивают разрушение органического вещества, что создает питательную среду, в том числе почвы, для возрождения и следующего цикла развития биомассы.
Ноосфера –это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Научная мысль и деятельность человека изменили структуру биосферы, обусловили физические и химические изменения всех ее оболочек (атмосферы, литосферы, гидросферы).
Впервые термин «ноосфера» был предложен в начале ХХ века французскими философами и естествоиспытателями Тейяр де Шарден и Ле-Руа. В буквальном смысле термин означает «сфера разума». Понятие «ноосфера» наполнил смыслом и развил В.И. Вернадский, который подчеркивал особую роль живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы. Среди всех живых существ он выделил человека как мощную геологическую силу, способную оказывать влияние на ход различных процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве. Человек способен перестраивать эту среду согласно своим представлениям и потребностям (благодаря человеческому труду, интеллекту).
Охрана биосферы — комплекс мероприятий, действующих с пользой для живого вещества и всей биосферы. От успеха этих мероприятий во многом зависит судьба жизни на Земле и будущее человечества.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какой ученый впервые ввёл термин «биосфера»:
а) А. Д. Тенсли б) Э. Зюсс в) В. И. Вернадский г) Ж.Б. Ламарк
2. Вещества в биосфере, в образовании которых живые организмы участия не принимают, называют….вещество.
3. Химические элементы, требующиеся для жизнедеятельности организмов, общее содержание в клетке более 95 %.
4. Внешняя оболочка Земли, населённая живыми организмами.
5. Непрерывный процесс перемещения элементов в природе с участием живых организмов.
6. Основоположником учения о биосфере является:
а) А. Д. Тенсли б) Э. Зюсс в) В. И. Вернадский г) Ж.Б. Ламарк
7. Сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития называется:
а) биосфера б) ноосфера в) атмосфера г) литосфера
8. Все количество живых организмов планеты как единое целое называют… вещество.
9. Поверхностный слой Земли, обладающий плодородием, образовавшийся в результате жизнедеятельности живых организмов и биокосных процессов.
10. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы и обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций.