Содержание

Введение_________________________________________________ 3

Биосфера как одна из оболочек Земли________________________ 4

Состав и границы биосферы________________________________ 9

Заключение______________________________________________ 15

Список используемой литературы__________________________ 16

Введение

 

Биосфера — это среда нашей жизни, это та природа, которая нас окружает, о которой мы говорим в разговорном языке. Человек — прежде всего — своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой “природой”, хотя бы он жил в городе или в уединенном домике.

В. И. Вернадский

Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и количество вовлеченного в оборот вещества.

С появлением и развитием человечества процесс эволюции заметно видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ, истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации, особенно после промышленной революции конца средних веков, человечество овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества - как органического, живого, так и минерального, косного.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в результате очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. При современном уровне развития производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом.

Биосфера как одна из оболочек Земли

Биосфера (греч. bios — жизнь, sphaira — шар, сфера) — сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Впервые термин “биосфера” был введен в науку геологом из Австрии Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась настолько велика, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании —учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Земля и окружающая ее среда сформировалась в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Как и другие планеты. Земля получает энергию от Солнца, достигающую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло — одно из главных слагаемых климата Земли основа для развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток Исходит из глубины Земли.

По новейшим данным, масса Земли составляет 6-10²¹ т, объем — 1,083-Ю¹² км³, площадь поверхности — 510,2 млн км². Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) — внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним — литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли — биосфера.

Литосфера (грея. “литое” — камень) — каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы) (рис. 1.1). Земная кора сложена горными породами. Доля различных горных породе земной коре неодинакова — более 70% приходится на базальты, граниты и другие магматические породы, около 17% — на преобразованные давлением и высокой температурой породы и лишь чуть больше 12% — на осадочные (табл. 1.1).

Земная кора — важнейший ресурс для человечества. Она содержит горючие полезные ископаемые (уголь, нефть, горючие сланцы), рудные (железо, алюминий, медь, олово и др.) и нерудные (фосфориты, апатиты и др.) полезные ископаемые, естественные строительные материалы (известняки, пески, гравий и др.).

Гидросфера (греч. “гидора” — вода) — водная оболочка Земли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную

Поверхностная гидросфера — водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды постоянно или временно располагаются на земной поверхности и носят название поверхностных.

Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8%.

Подземная гидросфера — включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.

По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан (табл. 1.2). На долю подземных вод приходится 23,4 млн км², или 1,69% от общего объема гидросферы, остальное — воды рек, озер и ледников.

Более 98 % всех водных ресурсов Земли составляют солевые воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на земле равен 28,25 млн км³, или около 2% общего объема гидросферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится 4,2 млн км³ воды, или всего лишь 0,3% объема гидросферы.

Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет и на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой, и т. д.).

Атмосфера (греч. “атмос” — пар) — газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли (табл. 1.3 по Н. Реймерсу, 1990). Общая масса атмосферы'— 5,15•10'⁵т. На высоте от 10до50лм, с максимумом концентрации на высоте 20—25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Атмосфера физически, химически и механически воздействует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги.

Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, давления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воздуха и является источником всех осадков. -Атмосфера поддерживает различные формы жизни на Земле.

В формировании природной среды Земли велика роль тропосферы (нижний слой атмосферы до высоты 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах) и в меньшей степени стратосферы, области холодного разреженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км: Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее выбрасывается вулканическая пыль, а в прошлом и продукты ядерных взрывов в атмосфере.

В тропосфере происходят глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс, во многом определяющие круговорот воды, теплообмен, трансграничный перенос пылевых частиц и загрязнении.

Атмосферные процессы тесно связаны с процессами, происходящими в литосфере и водной оболочке.

К атмосферным явлениям относят: осадки, облака, туман, грозу, гололед, пыльную (песчаную) бурю, шквал, метель, изморозь, росу, иней, обледенение, полярное сияние и др.

Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодействуют между собой. Практически все поверхностные экзогенные геологические процессы обусловлены этим взаимодействием и проходят, как правило, в биосферу.

Биосфера — внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25—30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Взаимодействие абиотической части биосферы — воздуха, воды и горных пород и органического вещества — биоты обусловило формирование почв и осадочных пород. Последние, по В. И. Вернадскому, несут на себе следы деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые геологические эпохи.

Таблица 1.1Соотношение горных пород земной коры

 .Рис 1.1 Схема строения литосферы

Таблица 1.2 Распределение вод на Земле

Таблица 1.3. Состав атмосферы

Состав и границы биосферы

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства; 2) атмосферным, воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни;

3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 1.2).

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

— стремиться к максимальному проявлению, к “всюдности” жизни;

— обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых организмов “захватить” все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера. Один из вариантов границ биосферы приведен на рис. 1.5.

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В. И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое. Его химический состав подтверждает единство природы — он состоит из тех же элементов, что неживая природа (рис. 1.3), только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное (рис. 1.4).

Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли.

По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли — атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду — в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.

“Всюдность жизни” в биосфере обязана потенциальным возможностям и масштабу приспособляемостй организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и захватили ее. В. И. Вернадский считает, что этот захват продолжается.

На рис. 1.5 наглядно показаны границы биосферы — от высот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает 12 тыс. атм. Это стало возможным потому, что пределы толерантности температур у различных организмов — от абсолютного нуля до +180 ° С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов — от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ по отношению к отдельным факторам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у них есть еще определенный “запас прочности” и потенциальные возможности к распространению.

Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их местообитание, существует биогенный ток атомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в наземных условиях, если бы не было почв.

Почвы — важнейший компонент биосферы, оказывающий наряду с Мировым океаном решающее влияние на всю глобальную экосистему в целом. Именно почвы обеспечивают питание биогенными веществами растения, которые кормят весь мир гетеротрофов. Почвы на Земле разнообразны и их плодородие тоже разное.

Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит от климатических условий и рельефа местности. Наиболее богаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро, а минерализация идет медленно. Наименее богаты гумусом лесные почвы, где минерализация по скорости опережает гумификацию.

Выделяют по различным признакам множество типов почв. Под типом почв понимается большая группа почв, формирующихся в однородных условиях и характеризующаяся определенным почвенным профилем и направленностью почвообразования.

Поскольку важнейшим почвообразующим фактором является климат, то, в значительной мере, генетические типы почв совпадают с географической зональностью: арктическиеи тундровые почвы, подзолистые почвы, черноземы, каштановые, серо-бурые почвы и сероземы, красноземы и желтоземы. Распространение основных типов почв на земном шаре показано на рис. 1.6.

Время формирования почв зависит от интенсивности гумификации. Скорость накопления гумуса в почвах можно определить в единицах, измеряющих мощность (толщину), гумусового слоя по отношению к времени их формирования, например, в мм/год. Такие цифры приводятся в табл. 1.4.

Зная скорость накопления гумуса и мощность гумусового горизонта, можна рассчитать возраст различных типов почв (Геннадиев, 1987). На Русской равнине черноземы образовались за 2500—3000 лет, серые и бурые лесные почвы — за 800— 1000 лет, подзолистые примерно за 1500 лет. Скорость образования почв зависит и от типа материнской породы — на гранитах во влажном тропическом климате для образования настоящей почвы надо 20 000 лет.

Таблица 1.4

Скорость формирования гумусового горизонта почв Русской равнины

(по А. Н. Геннадиеву и др., 1987)

Эти данные позволяют количественно оценивать допустимый смыв при интенсивном антропогенном воздействии. Одновременно они свидетельствуют, как легко можно разрушить эту тонкую “коричневую пленку”, и сколько нужно времени, не считая затрат, чтобы восстановить утраченное.

Почва является граничным слоем между атмосферой и биосферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто смешение живого и неживого компонентов природы, но и их взаимодействие в рамках почвенной экосистемы. Главное назначение этой экосистемы — обеспечение круговорота веществ в биосфере.

Рис. 1.2 Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы

Рис 1.3. Участие различных химических элементов в построение живого вещества атмосферы , гидросферы  литосферы(относительные числа атомов ) (по В.Лахеру, 1978 .Выделены самые распространенные элементы.

Рис. 1.4. Структурные формулы некоторых органических соединений живой клетки

Рис.1.5. Распределение живых организмов в биосфере : 1- озоновый слой ; 2- граница снегов; 3- почва; 4- животные обитающие в пещерах; 5- бактерии в нефтяных водах ( высота и глубина дана в метрах )

Таблица1.4.Скорость формирования гумусового горизонта почв Русской равнины ( по . А.Н. Геннадиеву и др., 1978)

Рис.1.6.Схематичнская карта зональных типов почв мира:

1- тундра, 2- подзолы, 3- серо-бурые подзолитстые почвы , бурые лесные почвы и тд , 4- латеритные почвы, 5- почвы прерий и деградированные черноземы, 6- чернозёмы ,7- каштановые и бурые почвы 8- сероземы и пустынные почвы, 9- почвы гор и горных долин 10- ледяной покров

 

Заключение

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная  экосистема, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи   биогенных и абиогенных процессов, на согласовывании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.

Однако стабильность атмосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.

Выступая как важнейший агент связывания и перераспределения на поверхности Земли космической энергии, живое вещество выполняет тем самым функцию космического значения.

Список используемой литературы

            Чернова Н.М., Былова А.М., Экология. Учебное пособие для педагогических институтов, М., Просвещение, 1988;

             Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П., Экология, М., Издательский дом "Дрофа", 1995;

             Общая биология. Справочные материалы, Составитель В.В.Захаров, М., Издательский дом «Дрофа», 1995.