Лекция № 8 по теме: Биосфера и ее устойчивость

План:

1. Формирование концепции биосферы. Эволюция биосферы

2. Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере

3.Концепция живого вещества. Выявление глобальной роли живого вещества

4.Концепция антропогенного воздействия как мощного геологического и геохимического фактора. Место человека в экосистеме

5.Круговорот веществ в биосфере. Глобальные биогеохимические

циклы

6. Основные биогеохимические законы В. И. Вернадского

Биосфера– сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты, и часть планеты, которая находится в непрерывном обмене с ним.

Термин «биосфера» ввел в науку австрийский геолог Э. Зюсс в 1875 г. Под биосферой он понимал тонкую пленку жизнина земной поверхности. Но основоположником …
учения о биосфере является великий русский ученый В.И. Вернадский.

Биосфера (от греч. bios – жизнь и sphaira – шар) – оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.

Земля и окружающая ее среда сформировалась в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 миллиардов лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Тепло на Землю идет не только от Солнца, но и из глубин Земли. Масса Земли составляет 6∙1021 тонн,

объем равен 1,083∙1012 км3, площадь поверхности равна 510,2 млн. км2 . Земля имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) внутренних и внешних.

Внутренние — ядро, мантия; внешние – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли — биосфера.

В.И. Вернадский выделил в биосфере семь разных типов веществ.

1. Живое вещество— живые организмы, населяющие нашу планету.

2. Биогенное веществоминеральные компоненты — продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, торф, нефть, газ, известняки, мел, кислород атмосферы и т.д.).

3. Косное вещество— неживые тела, образующиеся в результатепроцессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы.

4. Биокосное вещество— биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.).

5. Радиоактивное вещество– атомы радиоактивных элементов (изотопы урана, радия, радона, калия, рубидия, кальция, циркония, трития, бериллия, углерода и др.).

6. Рассеянные атомы– атомы элементов, встречающиеся в природе в рас -сеянном состоянии( марганец, кобальт, медь, золото, ртуть и т. д.).

7. Вещество космического происхождения– метеориты, космическая пыль.

Таким образом, биосфера— наиболее крупная, глобальная экосистема, поддерживающая планетарный круговорот веществ.

Важнейшей частью учения о биосфере В.И. Вернадского являются представления о ее возникновении и развитии.Первые формы жизни были представлены анаэробными бактериями.Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением автотрофов— цианобактерий и синезеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело решающее значение для формирования современной биосферы.

Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции.

Параллельно развивались и гетеротрофы,и прежде всего животные. Главными этапами их развития являются выход на сушу и заселение материков и, наконец, появление человека.

Венцом творчества В.И. Вернадского стало учение о ноосфере, т.е. сфере разума. Среди живых существ он выделил человекакак мощную геологическуюсилу. Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохимических и других процессов. Вся среда обитания весьма существенно изменяется человеком благодаря его труду. Таким образом, ноосфера— окружающая человека среда, в которой природные процессы обмена веществ и энергии контролируются обществом.

Кроме понятия «ноосфера», часто употребляют такие понятия как «антропосфера», «техносфера» и др.

Антропосфера сфера Земли, где живет и куда временно проникает (с помощью спутников и т.п.) человечество. Понятие «антропосфера» употребляют для характеристики пространственного положения человечества и его хозяйственной деятельности.

Техносфера часть биосферы (со временем, по-видимому, вся биосфера), преобразованная технической деятельностью человека. Понятие «техносфера» используют, когда хотят подчеркнуть вещественную сторону отношений человек—природа, а также то, что на настоящем этапе хозяйственная деятельность людей не настолько разумна, чтобы говорить о ноосфере.

В целом учение о биосфере В.И. Вернадского заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы.

Свойства живого вещества

Живое вещество биосферы обладает уникальными особенностями, обусловливающими его крайне высокую преобразующую деятельность (по Н.А. Воронкову, 1997).

Функции живого вещества в биосфере

Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества.

1.Энергетическая (биохимическая) связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества.

2. Газовая способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3. Концентрационная «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них (в большей степени, чем в окружающей среде) атомов биогенных химических элементов.

4. 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, Сг, S, P, N, W), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

5. 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) — сапротрофные грибы и бактерии.

6. Транспортная перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая — преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной — представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна сред обитания, и более локальные структуры. К средообразующим свойствам растительного покрова относятся: создание микроклимата, очистка воздуха и вод от загрязняющих веществ, усиление питания грунтовых вод, защита почв от эрозии и т.п.

8. Рассеивающая функция, противоположная концентрационной — рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов.

9 .Информационная накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. 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.

Таким образом, биосферу можно также определить как сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

В наши дни учение В.И. Вернадского о биосфере служит естественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биогенный и биохимический).

Большой круговоротдлится сотни миллионов лет.

Малый круговоротв биосфере делят на:

1) круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере или гидросфере (азот, кислород, углекислый газ, водяные пары);

2) круговороты осадочного типа с менее обширными резервуарами в земной коре (фосфор, кальций, железо).

Круговорот водымежду Мировым океаном и сушей — важнейшее звено в поддержании жизни земных организмов

Круговорот углеродазависит от деятельности живых организмов.

Круговорот азота.Круговорот осуществляют микроорганизмы, превращая азот в усвояемую форму.

Круговорот кислорода.Весь кислород атмосферы проходит через живое вещество Земли за 2 тысячи лет.

Круговорот фосфора.Основная масса фосфора содержится в горных породах. Поэтому он и включается в круговорот в процессе их выветривания.

Круговорот серы.Сера находится в отложениях, почве и в атмосфере. Круговорот осуществляется микроорганизмами.

Энергия течет в одном направлении а вещество «вращается» на месте, почему? Попав на планету и приведя в движение «жернова биосферы», энергия как бы стекает с них в форме теплового излучения. При этом тепло переходит с вовлеченного в круговорот вещества в окружающую среду и навсегда покидает живую оболочку планеты.

Таким образом, в биосфере все связано со всем, и все нужны всем.

При этом громадна роль живых организмов — деструкторов.Без них скопилось бы такое количество отбросов, при котором жизнь стала бы невозможной.

Биосфера тесно связана с Космосом. Потоки космической энергии создают на Земле условия, которые обеспечивают жизнь. Магнитное поле и озоновый экран защищают жизнь от космического излучения и солнечной радиации. С другой стороны жизнь активно ищет пути поддержания своего существования и развития.

В 1940 г. В.И. Вернадский открыл фундаментальные законы (принципы) геохимической деятельности живых организмов в биосфере (биогеохимические принципы):

1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.

3. В течение всей истории планеты ее заселение было максимально возможным для живого вещества, которое тогда существовало.

Указанный принцип тесно связан с другим законом константности:количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа.

На стабильность биосферы распространяются два закона:

1) принцип Ле Шателье — Брауна:при внешнем воздействии, выводящем экосистему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

2) правило одного процента:изменение энергетики природной системы в среднем на 1% выводит последнюю из состояния гомеостаза (равновесия).