Лекция №5. Биосфера и ее устойчивость Эволюция биосферы

Цель: дать понятию биосферы и определение биосферы

Ключевые слова: биосфера, живое вещество, биокосное вещество, ноосфера.

План:

1. Определение биосферы.

2. Живое вещество биосферы, его особенности и функции

3. Законы Коммонера.

4. Эволюция биосферы.

5. Ноосфера.

1. Понятие и определение биосферы. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Понятие ноосферы.

Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.

Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты.

Биосферой называют ту часть оболочки Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены прошлой и современной деятельностью живых организмов.

В 20-х годах ХХ века В.И.Вернадский разработал концепцию о биосфере как о глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью.

Ранее большинство процессов, меняющих лик нашей планеты, рассматривались как чисто физические, химические или физико-химические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.д.). Вернадский создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования земной коры.

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

Абиотическая часть представлена:

I) 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.

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

— стремление к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

— обеспечение выживания 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.

Атмосфера – газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси газов, водяных паров и пыли. Состав: азот – 78%, кислород – 21%, аргон – 1%, углекислый газ – 0,03%.

Атмосферу делят на тропосферу (8-17 км), стратосферу (до 50-55 км), мезосферу (до 80 км), термосферу или ионосферу (до 1000 км), экзосферу. На высоте 10-25 км располагается основная масса озона, максимальная концентрация – на высоте 22-24 км. Жизнью заполнена тропосфера.

Гидросфера – совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Вся гидросфера заполнена жизнью – даже на глубине 11 000 м (Марианская впадина).

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли. Живые организмы проникает до ничтожной глубины, основная масса сосредоточена в верхнем слое почвы до нескольких десятков сантиметров, редко до нескольких метров – корни растений. По трещинам, колодцам, скважинам жизнь может проникать до 2-3 км.

2. Живое вещество – вся совокупность живых организмов

Косное вещество - все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими.

Биокосное вещество – создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других (океаниче­ские воды, и т. п.; важнейшее значение как биокосное вещество имеет почва).

Биогенное вещество—геологиче­ские породы, созданные деятельностью живого вещества (известняки, каменный уголь, нефть и т. п.).

В.И. Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер.

Концепция живого вещества

Вернадский подчеркивал, что живое вещество – самая активная форма материи во вселенной.

Жизнь – это химическое производное земной коры. В организмах обнаружены почти все элементы таблицы Менделеева. Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием углерода.

В. И. Вернадский выделяет пять биогеохимических функ­ций живого вещества:

— первая функция — газовая — основные газы атмосферы Зем­ли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все подземные газы — продукт разложения отмершей органи­ки;

— вторая функция — концентрационная — организмы накап­ливают в своих телах многие химические элементы, среди которых на первом месте стоит углерод, среди металлов — первый кальций, концентраторами кремния являются диа­томовые водоросли, йода — водоросли (ламинария), фос­фора — скелеты позвоночных животных;

— третья функция — окислительно-восстановительная — ор­ганизмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный режим и создают условия для растворения или же осажде­ния ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с перемен­ной валентностью;

— четвертая функция — биохимическая — размножение, рост и перемещение в пространстве («расползание») живого ве­щества;

— пятая функция — биогеохимическая деятельность челове­ка — охватывает все разрастающееся количество веществ земной коры, в том числе таких концентраторов углерода, как уголь, нефть, газ и др., для хозяйственных и бытовых нужд человека.

Следует отметить, лишь один-единствен­ный на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот, свя­зывает солнечную энергию и даже накапливает ее — это соз­дание органического вещества в результате фотосинтеза. В свя­зывании и запасании солнечной энергии и заключается основ­ная планетарная функция живого вещества на Земле.

Закон целостности биосферы

Биогенный ток между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных, таким образом, целостность биосферы обусловлена обменом вещества и энергии между ее составными частями.

Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского) имеет важное теоретическое и практическое значение. «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или она протекает в среде, геохимические особенности которой (кислород, углекислый газ, водород и т.д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферы, так и тем, которое существовало на Земле в течение всей геологической истории».

3. Б. Коммонер выдвинул ряд предложений, которые сегодня называют «законами» экологии:

1) все связано со всем;

2) все должно куда-то деваться;

3) природа «знает» лучше;

4) ничего на дается даром.

Первый закон отражает существование сложнейшей сети взаимодействий в экосфере. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Второй закон вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромное количество веществ извлечено из Земли, преобразовано в новые соединения и рассеяно в окружающей среде без учета того факта, что «все должно куда-то деваться». И, как результат, - большие количества веществ зачастую накапливаются там, где в природе их не должно быть.

Третий закон исходит из того, что «структуры организмов нынешних живых существ или организмов современной природной экосистемы – наилучшие в том смысле, что они были тщательно отобраны из неудачных вариантов и что любой новый вариант, скорее всего, будет хуже существующего ныне». Этот закон призывает к тщательному изучению естественных био- и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

Четвертый закон, по мнению Коммонера, объединяет предшествующие 3 закона, потому что биосфера, как глобальная экосистема, представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеком, должно быть возмещено.

Эволюция биосферы.

В сжатом виде идеи В. И. Вернадского об эволюции био­сферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера — предвестник ок­ружающей среды, а затем после появления жизни на суше — биосфера.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т. е. лишен­ные жизни). Следовательно, современное живое вещество ге­нетически связано с живым веществом прошлых геологиче­ских эпох.

3. Живые организмы — главный фактор миграции хими­ческих элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обуслов­лено жизнью» (В. И. Вернадский, 1934).

4. Грандиозный геологический эффект деятельности ор­ганизмов обусловлен тем, что их количество бесконечно ве­лико и действуют они практически в течение бесконечно боль­шого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

Венцом творчества В. И. Вернадского стало учение о ноо­сфере, т. е. сфере разума.

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

5. Ноосфера(«мыслящая оболочка», сфера разума) — выс­шая стадия развития биосферы. Это «сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человече­ская деятельность становится главным, определяющим фак­тором развития» (закон ноосферы Вернадского).

Признаки ноосферы:

1. Возрастающее количество механически извлекаемого материала литосферы (более 100 млн тонн в год)

2. Массовое потребление продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, химическое равновесие смещается в сторону углекислого газа.

3. До появления человека биосфера накапливала энергию, в ноосфере происходит рассеивание энергии.

4. Создаются вещества, которые раньше отсутствовали.

5. Появились новые трансурановые химические элементы.

6. С возникновением космонавтики ноосфера выходит за пределы биосферы.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое биосфера?

2. Вещества биосферы.

3. Функции живого вещества.

Список использованной литературы:

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология.: Учебник. – М.: ЮНИТИ,2009.- 556 с.

2. Бигалиев А.Б. Общая экология/Издание второе, переработанное и дополненное.-Алматы: Издательство «NURPRESS», 2011.

3. Денисова В.В. Экология. Учебное пособие.-М., 2004.

4. Абубакирова К.Д., Кожагулов С.О. Экология и устойчивое развитие. Алматы, 2001.