Биосфера

Биосфера – оболочка Земли, населенная живыми организмами. Ее состав и структура определяется деятельностью живых организмов.

Биосфера – это наиболее крупная экосистема, объединяющая все биогеоценозы планеты и осуществляющая глобальный круговорот веществ.

Границы биосферы

Границы биосферы определяются областью распространения живых организмов. На Земле имеются три геосферы, в пределах которых существует жизнь (нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы и вся гидросфе­ра).

Верхняя граница проходит в атмосфере на высоте 15–25 км. Слои атмосферы: тропосфера (самый нижний слой), стратосфера, ионосфера (верхний). Живые организмы встречаются только в тропосфере. В стратосфере на высоте 15–25 км расположен озоновый экран, выше которого жизни нет из-за ультрафиолетовой солнечной радиации. Озоновый экран поглощает коротковол­новое ультрафиолетовое излучение Солнца, вызывающее гибель живых организмов. Он определя­ет также температурный режим стратосферы.

Нижняя граница проходит в литосфере на глубине около 4 км. Жизнь ограничивается нарастающей температурой горных пород и подземных вод. Слои литосферы: верхний – слой осадочных пород; средний – гранитный; нижний – базальтовый. Наибольшая плотность живого вещества в литосфере отмечается в почве (поверхностный слой коры).

В гидросфере жизнь проникает на всю глубину Мирового океана (11 км – Марианская впадина), так как температура воды на дне океанических впадин около 0°С. 97 % гидросферы – соленые воды.

Компоненты биосферы

1. Живое вещество – совокупность всех живых организмов биосферы. Живое вещество распределено по Земле неравномерно. Наиболее высока концентрация живого вещества на границах раздела основных сред – в почве, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов. Живое вещество биосферы является главным, самым активным ее компонентом, обеспечивающим круговорот химических элементов в биосфере.

2. Биогенное вещество – созданные живыми организмами соединения и полезные ископаемые (нефть, газ, уголь, известняк, торф).

3. Косное (абиогенное) вещество – вещества, образуемые процессами, в которых живые организмы не участвуют (горные породы, вулканическая лава, минералы).

4. Биокосное вещество – создаваемое одновременно живыми организмами и процессами неорганической природы (почва, грунт водоемов).

Количественные меры живого вещества: биомасса и продукция.

Биомасса – количество живого вещества, приходящееся на единицу площади или объема.

Продукция – прирост биомассы на единице площади или объема за единицу времени.

Распределение биомассы. Биомасса материков – более 99%, биомасса океана – менее 1%. На суше: биомасса растений – 99%, биомасса животных и микроорганизмов – 1%. В океане: биомасса растений – 6%, биомасса животных и микроорганизмов – 94%.

По количеству создаваемой продукции и выделяемому кислороду океан и материки сопоставимы. Это объясняется большой скоростью образования продукции фитопланктоном.

Функции живого вещества

Основные:

Энергетическая – заключается в использовании энергии солнца в процессе фотосинтеза продуцентами, с последующей передачей этой энергии консументам и редуцентам.

Газовая – выделение газов живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Большинство газов атмосферы связаны с деятельностью живых организмов.

Концентрационная – организмы накапливают химические элементы (С, Н, О, N, P, S, Fe и др.) и соединения (соединения кальция накапливаются в костях, зубах и раковинах; кремний накапливают диатомовые водоросли; йод накапливают бурые водоросли и др.).

Окислительно-восстановительная – в ходе биохимических реакций, протекающих в живых организмах, меняется химическая валентность элементов. Окислительно-восстановительные реакции лежат в основе процессов обмена веществ.

Средообразующая – среда жизни живых организмов создана во многом благодаря деятельности самих организмов.

Второстепенные

Деструкционная – разрушение мертвого органического вещества редуцентами.

Транспортная – перенос вещества и энергии живыми организмами.

Рассеивающая – живые организмы в процессе своей жизнедеятельности способны рассеивать химические элементы. Эта функция противоположна концентрационной.

Информационная – передача наследственной информации последующим поколениям.

Элементарная структурная и функциональная единица биосферы – биогеоценоз. В биогеоценозе организмы и среда тесно взаимосвязаны. В нем осуществляется биологический круговорот веществ.

Биологический круговорот – биогенная миграция атомов в процессе круговорота веществ: накопление химических элементов в живых организмах и минерализация элементов в результате разложения мертвых организмов (биогеохимический цикл).

Биогеохимический цикл углерода

Углерод в биосфере в основном представлен СО₂. Первичный углекислый газ выделяется при вулканической деятельности. Миграция СО₂ происходит двумя путями:

1) поглощение в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующим отложением в виде торфа, угля, горючих сланцев;

2) создание карбонатной системы в разных водоемах, где СО₂ переходит в ионы НСО₃^-, СО₃^-2.; затем с помощью кальция или магния происходит осаждение карбонатов биогенным и абиогенным способами (образуются известняки); запасы СО₂ в атмосфере постоянно пополняются за счет дыхания организмов, процессов разложения органических остатков, а также массового сжигания топлива и выбросов промышленности.

Биогеохимический цикл азота

Азот содержится в воздухе. Фиксация атмосферного азота осуществляется азотфиксирующими бактериями и цианобактериями. Они синтезируют нитриты, а затем нитраты (NО₂^-→ NО₃^-), которые становятся доступными для использования растениями. В растениях азот переходит в состав органических соединений: белков, нуклеиновых кислот и др. Растения поедаются животными. Азотсодержащие органические вещества отмерших организмов и выделяемая моча животных разлагаются аммонифицирующими (гнилостными) бактериями до аммиака, который подвергается далее нитрифицирующими бактериями нитрификации (окисляют аммиак до нитритов и нитратов). Далее денитрифицирующие бактерии восстанавливают нитриты и нитраты до газообразного азота (денитрификация). В малых количествах атмосферный азот связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов в атмосфере, а затем с дождями поступает на поверхность Земли.

Биогеохимический цикл воды

Вода – самое распространенное вещество в биосфере. Основные запасы – соленые воды морей и океанов. Пресной воды только 3%. Вода испаряется с поверхности водоемов и выпадает в виде дождей. Растения в результате транспирации также обеспечивают испарение огромного количества воды.

Зональность. Зональность – это распределение на поверхности Земли растительного и животного мира, почв и др. Бывает широтной и высотной. Главный фактор зональности – солнечная радиация в сочетании с шарообразностью Земли. Помимо этого влияют: высота местности, соотношение суши и моря. Зональность биосферы отражают ландшафтно-географические зоны (арктические пустыни, тундра, тайга, широколиственные леса, степи, пустыни, тропические леса). В пределах каждой зоны формируются биомы Земли – совокупность организмов и среды их обитания в ландшафтно-географических зонах.

Наименьшую биомассу живого вещества на суше имеют пустыни и тундра, наибольшую – влажные тропические леса.

В океане наименьшая биомасса характерна для открытого океана, наибольшая – коралловым рифам, мелководью (шельф).

Влияние человека на биосферу. С возникновением человеческого общества наступил новый этап развития биосферы – формирование ноосферы («сфера разума»), при котором осуществляется разумное регулирование отношений человека и природы. В период ноосферы деятельность человека становится главным фактором развития и биосферы.

Природные ресурсы

Невозобновляемые природные ресурсы – источники минерального сырья, образующиеся в земной коре за сотни миллионов лет (уголь, нефть, газ, песок, мрамор).

Возобновляемые природные ресурсы – растения, животные, грибы, микроорганизмы.

Изменение среды обитания

Распашка целинных земель, создание крупных населенных пунктов и промышленных предприятий, строительство плотин, водохранилищ, оросительных систем существенно изменяют среду обитания, превращая ее в промышленный или сельскохозяйственный ландшафт, не пригодный для существования биогеоценозов.

Загрязнение окружающей среды

Виды загрязнения:

Физическое: повышение радиоактивного фона, увеличение уровня шума.

Химическое: попадание в атмосферу оксидов азота, сернистого газа, фреонов, использование пестицидов, инсектицидов.

Биологическое: попадание в водоемы возбудителей заболеваний – вирусов, бактерий.

Загрязнение воздуха. Выбросы СО₂ вызывают парниковый эффект. Промышленные выбросы вредных газов (NО₂, SО₂ и др.) соединяются в атмосфере с водой, что приводит к выпадению кислотных дождей. Загрязнение атмосферы фреоном приводит к разрушению озонового экрана.

Загрязнение воды: попадание в водоемы нефти и нефтепродуктов нарушает газообмен (гибель планктона, рыб и др.); смыв с сельскохозяйственных угодий удобрений, поступление в водоемы промышленных и бытовых стоков стимулирует процессы эвтрофикации (понижение в воде содержания О₂ и повышение содержания органических веществ).

Опасность представляет радиоактивное загрязнение, связанное с авариями на АЭС, испытаниями ядерного оружия и затоплениями радиоактивных отходов на дне океана. Радиоактивные изотопы иода преимущественно накапливаются в щитовидной железе, стронция – в костях, полония – в печени и почках.

Загрязнение почвы: пестициды, тяжелые металлы, минеральные удобрения.

Накопление загрязняющих веществ в количествах, превышающих способность биосферы к их переработке, нарушает способность экосистем к саморегуляции.

Охрана природы

Охрана природы – система мероприятий, направленных на сохранение, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов.

Принципы охраны природы:

- учет местных условий при охране и использовании каждого природного ресурса;

- охрана одного объекта природы означает охрану и других объектов, с ним связанных.

Создана система глобального экологического мониторинга – регулярных наблюдений, контроля и прогнозирования изменений окружающей среды, вызванных хозяйственной деятельностью человека.

Красные книги. Организованная при МСОП (международный союз охраны природы при ЮНЕСКО) комиссия по редким и исчезающим видам издает Международную Красную книгу (список редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений и животных). В настоящее время в нее включено около 20 тыс. видов исчезающих, редких и малоизученных видов. В государствах издаются национальные Красные книги.

Охраняемые природные территории и объекты. К особо охраняемым природным территориям относятся: заповедники, национальные парки, заказники и памятники природы.

В заповедниках осуществляется преимущественно научно-исследовательская работа, в национальных парках – туризм и отдых населения, в заказниках – промысел не охраняемых видов животных и растений.

Памятники природы – уникальные природные объекты (гейзеры, озера, водопады, пещеры, места захоронения ископаемых остатков вымерших организмов, редкостные и исторически ценные деревья и др.) имеют научное, историко-культурное и эстетическое значение (озеро Свитязь, царь-дуб в Беловежской пуще и др.).

На территории Беларуси расположены Березинский биосферный заповедник, Полесский радиационно-экологический заповедник. Национальные парки Беларуси: Беловежская пуща; Припятский; Браславские озера; Нарочанский.