2. Основы учения о биосфере
Основные понятия:
биосфера, ноосфера, функции живого вещества, круговорот веществ
Земля как планета существует более 5 млрд. лет. Деятельность живого вещества привела к возникновению качественно нового образования – биосферы. Биосфера – это не только сфера распространения жизни, но и результат ее деятельности.
Все живые существа тесно связаны между собой и с окружающей средой, образуют экосистемы. Экосистемой является лишайник, прилепившийся к стволу дерева, степь и океан.
Экосистемы не изолированы друг от друга: организмы различных биогеоценозов вступают между собой в определенные взаимоотношения, прежде всего в пищевые, экосистемы обмениваются веществом и энергией. В тесной взаимосвязи они образуют единую планетарную экосистему – биосферу.
Термин впервые ввел в науку Ж.Б. Ламарк в 1803 г. (Биосфера – совокупность всех живых организмов на Земле).
Годом рождения учения о биосфере считается 1926 г., когда вышла книга академика В.И. Вернадского (1863-1945) «Биосфера», в которой ученый обобщил накопленные научные данные, раскрыл взаимосвязь жизни и неживого вещества планеты, показал, что Земля не только населена, но и активно преобразуется живыми организмами. В.И. Вернадский - выдающийся русский ученый, один из создателей современного учения о биосфере, определил ее как наружную оболочку Земли, населенную живыми организмами.
Состав биосферы
живое вещество - неживое вещество:
совокупность всех живых организмов 1. биогенное вещество
на нашей планете 2. биокосное вещество
3. Косное вещество
Биогенное вещество – результат жизнедеятельности организмов (нефть, каменный уголь, торф, природный газ и пр.).
Биокосное вещество – результат совместного действия организмов и небиологических процессов (почва, ил, природная вода рек, озер и пр.).
Косное вещество – не является продуктом жизнедеятельности организмов, но входит в биологический круговорот (вода, атмосферный азот, соли и пр.).
Энергетической основой существования жизни на Земле является Солнце: биосфера – открытая система.
Биосфера – живая оболочка Земли, состав и структура которой формируется совместной деятельностью живых организмов и определяется постоянным притоком солнечной энергии.
Эволюция биосферы протекает параллельно с эволюцией органического мира. С появлением жизни на Земле начался процесс эволюционного развития живых организмов. В результате эволюционного процесса, происходящего на Земле, развивались живые организмы и биосфера – оболочка Земли. Состав, структура, энергетика этой оболочки образовались благодаря прошлой и современной деятельности живых организмов.
На раннем этапе эволюции биосферы происходили следующие процессы: в начале живые организмы использовали готовые органические соединения первичного океана. В результате их деятельности образовывался углекислый газ, который выделялся в атмосферу. Когда органические вещества океана были израсходованы, преимущество получили микроорганизмы, использующие для синтеза органических веществ углекислый газ и водород из атмосферы. Но запасы водорода не бесконечны. С их истощением необходимо было найти новый источник энергии. Таким источником стал фотосинтез. Появились первые фотосинтезирующие организмы.
На разных этапах развития биосферы возникали экологические кризисы. Например, экологический кризис на раннем этапе развития биосферы был связан с истощением запасов водорода в атмосфере. Метановые бактерии лишились источника энергии для синтеза органических соединений. Выходом из кризиса было появление нового источника энергии – фотосинтеза. Появились первые фотосинтезирующие микроорганизмы. Фотосинтез на начальном этапе протекал без выделения кислорода в атмосферу.
Другим примером экологического кризиса на следующем этапе развития биосферы стало выделение кислорода в атмосферу в результате фотосинтеза. Для организмов того времени кислород – сильный яд. В борьбе за существование с неблагоприятными условиями выжили организмы, приспособившиеся использовать кислород.
Фотосинтез сыграл огромную роль в развитии органического мира и эволюции биосферы. Произошло изменение состава атмосферы Земли: в ней становилось все больше кислорода. Кислород в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей превращался в озон: произошло образование озонового слоя, который как экран защищает все живое на Земле от губительной ультрафиолетовой радиации. Это позволило организмам выйти на сушу и заселить ее.
В процессе дыхания организмы потребляли кислород, выделяли углекислый газ, который использовался для синтеза органического вещества при фотосинтезе. Сформировался современный круговорот углерода и кислорода.
Благодаря жизнедеятельности организмов в биосфере непрерывно протекают процессы синтеза и распада органических веществ, и происходят круговороты веществ, обеспечивающих стабильность функционирования биосферы.
Около 2,5 млн. лет назад появились первые люди. Человек от охоты и собирательства перешел к земледелию, скотоводству, создав искусственный круговорот веществ в природе.
В.И. Вернадский утверждал, что вмешательство человека в природные процессы столь существенно, что следует говорить о новой фазе развития биосферы – ноосфере («сфере разума»).
Экологический кризис, о котором говорят сегодня, - результат деятельности человека. С развитием промышленности изменения окружающей среды становятся необратимыми. Загрязнение воды, почвы, атмосферы, исчезновение многих видов организмов, разрушение естественных биогеоценозов – это неполный перечень деятельности человека. Чтобы предотвратить беду, необходимо не только изменить промышленные технологии, но и перестроить собственное сознание.
Человек – вершина эволюции живого на Земле. Как биологический вид человек отличается от других наличием речи и мышления, способностью к осознанной деятельности, умением изготовлять и использовать орудия труда. Человек появился в кайнозойскую эру. Период, который связан с появлением человека, получил название антропоген. На первых этапах своего существования человек вписался в естественный круговорот веществ в природе. Но с развитием земледелия и скотоводства, добычей и использованием полезных ископаемых человек стал активно вмешиваться в естественный круговорот веществ, вовлекая в него новые вещества. Бурное развитие промышленности начинается в XVIII веке. С тех пор и по сегодняшний день влияние человека на биосферу растет. Часто деятельность человека носит разрушительный характер: уничтожаются леса и болота, истреблены многие виды организмов, уменьшается разнообразие естественной среды, происходит загрязнение почвы, воды, воздуха, нарушается равновесие в природе. Человек, в отличие от всех других организмов, не приспосабливается к окружающей среде, а среду приспосабливает к своим потребностям. Человечество представляет лишь небольшую массу в биосфере, но деятельность его по своим масштабам носит планетарный характер, она грандиозна.
Экологический кризис на нашей планете вызван результатами деятельности человека. Загрязнение оболочек Земли, сокращение и исчезновение биологических видов, изменение флоры и фауны в результате искусственного отбора, изменение среды обитания при вырубке лесов, осушения болот, распашке и застройке, испытание атомных бомб, неправильное захоронение радиоактивных отходов – все это приводит к необратимым последствиям. Происходит быстрое истощение невозобновимых природных ресурсов.
Классификация природных ресурсов:
Природные ресурсы |
Примеры |
Исчерпаемые:
2) возобновимые |
|
Неисчерпаемые |
Солнечная радиация, ветер, морские приливы и отливы, гидроэнергетические ресурсы, тепло земных недр. |
Выход из экологического кризиса – разумный подход всего человечества к планете, на которой мы живем: необходимо создать новую оболочку, ноосферу - разумную оболочку Земли. Для сохранения человеческой цивилизации необходимо построить природосберегающее общество, разумно использующее природные ресурсы. Поиск путей рационального управления природными ресурсами – одна из важнейших задач современности.
Охрана окружающей среды должна включать следующие виды деятельности:
- экологический мониторинг (измерение и контроль состояния важнейших характеристик окружающей среды);
- восстановление и охрана лесов от пожаров, вредителей, болезней;
- расширение и увеличение числа заповедников, природных комплексов;
- просвещение и экологическое образование населения;
- международное сотрудничество в деле охраны среды.
Границы биосферы можно определить приблизительно:
1. Биосфера ограничивается на высоте 20-25 км озоновым слоем, защищающим живые организмы от разрушительного воздействия жесткого излучения. (Бактерии и споры обнаружены на высоте до 85 км).
2. В гидросфере жизнь распространена повсюду. В Марианской впадине на глубине 11км , где давление 1100 атмосфер и температура 2,4°С, обнаружены беспозвоночные и даже рыбы. Бактерии обнаружены под слоем морского ила в 1 км.
3. В нефтяных скважинах на глубине до 1,7 км обнаруженыбактерии.
Общая мощность биосферы в разных частях планеты изменяется от 12-15 до 30-35 км.