Биосфера, ее структура и функции

Биосфера, ее структура  и функции.

Около 60 лет назад  выдающийся русский ученый академик В.И. Вернадский разработал учение о  биосфере - оболочке Земли, населенной живыми организмами. В.И. Вернадский распространил  понятие биосферы не только на организмы, но и на среду обитания. Он выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: "На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем  живые организмы, взятые в целом". Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая  населена и преобразуется живыми существами.

В составе биосферы различают:

- живое вещество, образованное совокупностью организмов;

- биогенное вещество, которое создается в процессе  жизнедеятельности организмов (газы  атмосферы, каменный уголь, известняки  и др. );

- косное вещество, образующееся без участия живых  организмов (основные породы, лава  вулканов, метеориты);

- биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как  космического тела и протекающих  в ее недрах химических преобразований, биологической эволюции живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые  делают невозможным существование  живых организмов. Верхняя граница  проходит примерно на высоте 20 км от поверхности  планеты и отграничена слоем  озона, который задерживает губительную  для жизни коротковолновую часть  ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы  могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В  гидросфере земной коры организмы проникают  на всю глубину Мирового океана - до 10-11км. В литосфере жизнь встречается  на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено  температурой земных недр и уровнем  проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера. Газовая  оболочка состоит в основном из азота  и кислорода. В небольших количествах  в ней содержится диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы  оказывает большое влияние на физические, химические и биологические  процессы на поверхности Земли и  в водной среде. Для биологических  процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера. Вода - важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования  живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70 % поверхности  Земного шара и содержит 1 300 млн. км.

Большое значение имеют  газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости  от температуры и присутствия  живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем  в атмосфере.

Гидросфера формировалась  в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической  истории Земли выделяла большое  количество водяного пара.

Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в  пределах литосферы, находится в  почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва  включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности  организмов.

Живые организмы (живое  вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются  относительно редко. Жизнь сосредоточена  главным образом на поверхности  земли, в почве и приповерхностном слое океана.

В распределении  живых организмов по видовому составу  наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21 % приходится на растения, но их вклад в общую  биомассу составляет 99 %. Среди животных 96 % видов беспозвоночные и только 4% позвоночные, из которых только десятая  часть - млекопитающие.

Таким образом, в  количественном отношении преобладают  формы, состоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.

Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного  вещества биосферы, одна она играет ведущую роль в геохимических  процессах. Вещества и энергию, необходимую  для обмена веществ, организмы черпают  из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются  и разлагаются.

Ежегодно благодаря  жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.

Главная функция  биосферы заключается в обеспечении  круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

Биосфера и человек.

Современный человек  сформировался около 30-40 тыс. лет  назад. С этого времени в эволюции биосферы стал действовать новый  фактор - антропогенный.

Первая созданная  человеком культура - палеолит (каменный век) продолжалась примерно 20-30- тыс. лет; она совпала с длительным периодом оледенения. Экономической основой  жизни человеческого общества была охота на крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого  носорога, осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят многочисленные кости диких  животных - свидетельство успешной охоты. Интенсивное истребление  крупных травоядных животных привело  к сравнительно быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов.

Если мелкие травоядные могли восполнять потери от преследования  охотниками благодаря высокой рождаемости, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены этой возможности. Дополнительные трудности для травоядных возникли вследствие изменения природных  условий в конце палеолита. 10-13 тыс. лет назад наступило резкое потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе , вымерли крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития, характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским отношением к окружающей среде. В следующую эпоху - неолита - наряду с охотой (на лошадь, дикую овцу, благородного оленя, кабана, зубра, и т.д.), рыбной ловлей и собирательством (моллюски, орехи, ягоды, плоды) все большее значение приобретает процесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тыс. лет назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу, ячмень, чечевицу, кости домашних животных - коз, овец, свиней. В разных местах Передней и Средней Азии, Кавказа, Южной Европы развиваются зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется огонь - и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается металлургия.

Рост населения, качественный скачок в развитии науки  и техники за последние два  столетия, особенно в наши дни, привели  к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы.

В.И. Вернадский считал, что влияние научной мысли  и человеческого труда обусловило переход биосферы в новое состояние - ноосферу (сферу разума).

Природные ресурсы  и их использование.

Сейчас человек  использует для своих нужд все  большую часть территории планеты  и все большие количества минеральных  ресурсов. Биологические, в том числе  пищевые, ресурсы планеты обуславливают  возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат основой материального производства человеческого общества.

Среди природных  богатств планеты различают неисчерпаемые и исчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы. Неисчерпаемые природные ресурсы  подразделяются на космические, климатические и водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную воду можно рассматривать как ресурс исчерпаемый, поскольку во многих регионах Земного шара возник острый дефицит воды. Уже идет речь о неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования ввиду загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом. Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии использования воздуха и воды эти ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных программ, направленных на их восстановление.

Исчерпаемые ресурсы. Они делятся на возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие почв. К невозобновляемым ресурсам относятся полезные ископаемые. Их использование человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами, которые нашли применение, были самородное золото и медь. Добывать и плавить руды, содержащие медь, а также олово, серебро, свинец, умели уже за 4 тыс. лет до нашей эры.

В настоящее время  человек вовлек в сферу своей  промышленной деятельности преобладающую  часть известных минеральных  руд, каменного угля, нефти и газа. Научно-технический прогресс открывает  все новые области применения черных и цветных металлов, различного неметаллического сырья. В результате расширяется разработка бедных руд, увеличивается добыча нефти со дна  моря.

В хозяйственный  оборот вовлекаются все новые  территории, растет использование древесины  и промысловых животных. Подвергаются обработке значительные площади  суши с целью выращивания растительных продуктов питания и создания кормовой базы для животноводства.

В современных условиях значительная часть поверхности  Земли распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и  сельского хозяйства потребовало  больших площадей для строительства  городов, промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения коммуникаций. Всего, таким образом, около 20 % суши к настоящему времени преобразовано деятельностью человека.

Значительные площади  поверхности суши исключены из хозяйственной  деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и  невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча полезных ископаемых. На прилегающих  территориях создаются карьеры, терриконы- земляные конусы, провальный воронки, возникающие на местах пустот под землей.

Из числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни человека играет лес. Лес  имеет немаловажное значение как  географический и экологический  фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают поверхностные  воды, т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддерживанию уровня грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и другая дичь. В нашей стране леса занимают около 760 млн. га, или 33% всей ее суши, и являются одним из основных природных богатств.

Несмотря на длительную историю культурного земледелия, дикая природа продолжает служить  для человека существенным источником продуктов питания. В первую очередь  это рыболовство. В разных странах  мира в белковом рационе человека рыба составляет от 17 до 83 %. Из рыбы получают витамины, кормовую муку для скота, малоценные сорта рыб перерабатывают на удобрение для полей. Основная доля рыбных богатств сосредоточена  в морях. Важный объект морского промысла - водные млекопитающие. Добыча китов  составляет несколько десятков тысяч  особей в год. Киты и ластоногие служат источником мяса, жира; некоторые виды добывают ради шкур с прочным и  красивым мехом.

Значение диких  растений и животных для человека не исчерпывается пищевой ценностью. Подавляющее большинство их необходимы как обязательные компоненты биоценозов (биоценоз - это целостная группа популяций с общей территорией  обитания, отличающейся от других соседних территорий химическим составом почвы, воды и рядом других физических показателей: климатом, влажностью и т.д.), без  них понятие "природа" просто утрачивает свое значение. Растения, например лекарственные, приносят человеку ощутимую пользу. Дикорастущие виды до сих пор являются исходным материалом для селекции. Среди диких  животных есть виды, перспективные  для одомашнивания.

Таким образом, человечество интенсивно потребляет как живые, так  минеральные природные ресурсы. Однако такое использование окружающей среды имеет свои отрицательные  последствия.

Последствия хозяйственной  деятельности человека для окружающей среды.

В соответствии с  плотностью населения меняется и  степень воздействия человека на окружающую среду. Однако при современном  уровне развития производительных сил  деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом. Человечество с его социальными законами развития и мощной техникой вполне способно влиять на вековой ход биосферных процессов.

Загрязнение воздуха. В процессе своей деятельности человек  загрязняет воздушную среду. Над  городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые в сельской местности  содержатся в очень небольших  количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и выпадая  в виде кислых дождей, ухудшает качество почвы и снижают урожай.