Понятие о биосфере, ее структуре и функции. Устойчивость биосферных процессов

В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических методов в биологические исследования снова и все настойчивее стали выдвигаться гипотезы об абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили о химической эволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической, стадии возникновения жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными, но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал ни божественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенес возникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность ее появлении в биосфере при определенных условиях. Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.

Биосфера включает в себя 3000000 видов животных, 300000 видов растений и 100000 видов микроорганизмов и простейших.

Вернадский выделяет в биосфере глубоко отличных и в то же время генетически связанных частей:

1) Живое вещество - живые  организмы.

2) Биогенное вещество - продукты  жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть и т.п.).

3) Косное вещество - горные  породы (минералы, глины...).

4) Биокосное вещество - продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды).

5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада  радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.).

6) Рассеянные атомы (химические  элементы), находящиеся в земной  коре в рассеянном состоянии.

7) Вещество космического  происхождения - метеориты, протоны, нейтроны, электроны.

 

Живое вещество - это совокупность и биомасса живых организмов в биосфере. (рис.2)

Рис.2 – Соотношение биомасс

Трофический уровень — это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней.

Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные животные — второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающие травоядных, — третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники — четвертый (уровень третичных консументов). Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней. (рис.3)

Такая последовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней групп организмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме, основу ее организации.

Рис. 3 – Трофические уровни экосистемы

Круговорот веществ и превращение энергии как основа существования биосферы

 

Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер. (рис. 4)

Рис.4 - Круговорот веществ в биосфере

Биосферные процессы. Динамика биосферы

 

Устойчивость биосферных процессов

 

Биосфера представляет собой открытую систему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Это возможно потому, что в экосистеме присутствуют не только автотрофы — производители органического вещества, но и гетеротрофы — потребители и разрушители органического вещества. Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие, и экосистема остается устойчивой. Устойчивость — это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены.

Устойчивость биосферы определяется:

— исключительным разнообразием живого вещества;

— взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем;

— дублированием звеньев биогеохимических циклов;

— жизненной активностью живого вещества.

Биологическое разнообразие обеспечивает богатство информационных, вещественных и энергетических связей живого и косного вещества, а также взаимосвязи биосферы с космосом, геосферами, процессы глобального биогеохимического круговорота. Существование каждого вида зависит от множества других видов, уничтожение одного из видов может привести к исчезновению связанных с ним иных видов. Особи одного вида и продукты их жизнедеятельности, а также их отмершие тела являются пищей для других видов, что обеспечивает самоочищение экосистем.

Социально-экономическое развитие общества пришло и явное противоречие с ограниченными ресурсовоспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Происходит истощение естественных ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря видов растений и животных, загрязнение окружающей среды, упрощение и деградация экосистем. Поэтому человечество ищет пути устойчивого развития общества и природы.

Опасность обеднения биологического разнообразия видов и экосистем

Биологическое разнообразие — генетическое, видовое, экосистемное — является первопричиной устойчивости как биосферы в целом, так и каждой отдельной экосистемы. Жизнь как устойчивое планетарное явление возможна лишь в том случае, когда она представлена разнообразными видами и экосистемами.

Но в современных условиях настолько возросли масштабы хозяйственной деятельности человека, что возникает опасность потери биологического разнообразия. Разные виды деятельности человека приводят к прямому или косвенному уничтожению разнообразных видов и экосистем биосферы.

Можно выделить несколько основных типов деградации окружающей среды, которые в настоящее время являются наиболее опасными для биологического разнообразия. Например, затопление или заиление продуктивных земель, их бетонирование, асфальтирование или застройка лишают диких животных мест обитания. Возделывание земель нерациональными методами снижает урожаи из-за эрозии и истощения плодородия почв. Обильное орошение полей может привести к засолению, т. е. к повышению концентрации солей в почве до уровня, не переносимого растениями. Вследствие чего исчезают типичные растения этих мест. Вырубка леса на больших территориях при отсутствии восстановительных посадок приводит к уничтожению местообитаний диких животных, смене растительности, сокращению ее разнообразия. Многие виды исчезают по причине их истребления, а также вследствие загрязнения окружающей среды. Большинство видов исчезает по причине уничтожения естественных мест обитания, разрушения природных экосистем. Это и является одной из главных причин обеднения биологического разнообразия.

В начале 20 века ежегодно погибал один биологический вид. В настоящее время, в связи с антропогенными изменениями нашей планеты Физического и химического состояния изменения воздуха, воды, пищи…), ежедневно исчезает 100 видов (рис.5).

Рис.5 – Вымирание биологических видов в год

В течение истории Земли необратимость биологической эволюции определила необратимость динамики веществ в биосфере, выявляемых по характеру древних осадков.

Барри Коммонер (1974) выдвинул ряд положений, которые сегодня называют законами экологии:

1) «правило 10%» - триггерный  эффект (или эффект спускового  крючка), который включает разрушение  экосистемы при дальнейшем отрицательном  воздействии человека, обусловленным  лавинообразным разрушением с  образованием катаценоза.

2) «все должно куда-то деваться» - вытекает из фундаментального закона сохранения материи. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства. Огромные количества веществ извлечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде без учета того факта, что «все куда-то девается». И как результат — большие количества веществ зачастую накапливаются там, где по природе их не должно быть.

3) природа «знает» лучше - исходит из того, что «структура организма 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 Барри призывает к тщательному изучению естественных био и экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразования природы недопустимы никакие ее «улучшения».

4) «ничто не дается даром» - затрагивает проблемы, обобщённые законом о внутреннем динамическом равновесии и законом о развитии природной системы за счёт окружающей её среды. По словам Коммонера, в рамках единого целого глобальной экосистемы нельзя ничего выиграть или потерять. Это не объект всеобщего улучшения – всё, что человек извлёк из неё своим трудом, он обязательно должен возместить.

В законах Барри Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе: любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, не знакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Иллюстрацией здесь может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела (рис.6.).

Рис.6 – Законы экологии

Выводы

 

1. Изучено понятие о биосфере, ее структура, функции биосферы, а также устойчивость биосферных процессов.
2. Установлено
3. Рекомендовано

 

Литература

 

1. Шимова, О.С. Основы экологии и экономика природопользования: Учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. - Мн.: БГЭУ, 2001 -367 с.
2. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л.А. Муравья. - М. ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с.
3. Маврищев, В.В. Основы общей экологии: Учеб. пособие / В.В. Маврищев. - Мн.: Выш. шк., 2000, - 317 с.
4. www. wikipedia.org