Состав и строение биосферы

Состав и  строение биосферы

Содержание:

       Введение;

1. Состав и строение биосферы:
1. состав биосферы;
2. строение биосферы;

        Заключение.

1. состав биосферы:

Состав

По В. И. Вернадскому, биосфера состоит  из 3-х частей:

    1) живого вещества; 2) биогенного вещества;3)биокосного вещества;

Живое вещество – это совокупность всех живых  организмов нашей планеты. Каждый организм оказывает ничтожно малое воздействие  на окружающую среду, но их бесконечное  множество: более 2 млн. видов животных и микроорганизмов и около 500 тыс.видов зеленых растений.

99% веса живого  вещества составляют зеленые  растения (фитомасса – 2400 млрд.т.), остальная часть 1% - приходит на биомассу живых гетеротрофных организмов.

Биогенное вещество – обязано своим происхождением живым организмам. Это каменный уголь, битумы, горючие газы, торрф, озерный ил, лесная подстилка и почвенный гумус.

Биокосное вещество – в его создании участвовали и живые организмы, и неживая природа. К ним относятся почва, вода, приземная часть атмосферы – тропосфера, осадочные породы и глинистые минералы.

Современная биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферы и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биохимическими циклами  миграции вещества и энергии.

Элементарной  структурной единицей биосферы является биогеоценоз, представляющий собой  сообщества живых организмов (биоценоз) с неорганической средой обитания (биотоп).

В целом биосфера представляет собой единство на всех уровнях жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз. В биосфере Земли на всех ее участках встречается живое  вещество, либо следы его деятельности: газы атмосферы, запасы нефти и угля, известняки, глины, слаицы и др.

Вернадский  доказал, что живое вещество –  трансформирует солнечную энергию  и вовлекает неорганическую материю  в непрерывный кругооборот.

Живое вещество аккумулирует солнечную энергию, трансформирует ее в химическую, механическую и  тепловую энергию. Непрерывный обмен  веществ с косной материей обеспечивает образование нового вещества, определяя  процесс эволюции органического  мира.

2. Строение биосферы

Современная наука считает, что примерно 1 млрд. лет назад произошло разделений живых существ на два царства  — растений и животных. Различия между ними можно разделить на три группы: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности  к движению.

У животных клеток есть центриоли, но нет хлорофилла и клеточной стенки, мешающей изменению  формы. Большинство растений необходимые  для жизни вещества получают в  результате поглощения минеральных  соединений. Животные питаются готовыми органическими соединениями, которые  создают растения в процессе фотосинтеза.

Классификация растений и животных построена в  соответствии с их отличительными признаками. Основной структурной единицей был  признан вид, а более высокие  уровни составили последовательно  род, отряд, класс.

Итак, численность  видов по отделам (у дробянок, растений и грибов) и типам (у животных) распределяется следующим образом[2]:

-Царство  дробянки: Бактерии — 3000; Сине-зеленые  водоросли, или цианобактерии — 2000.

-Царство  растения: Явгленовые водоросли — 900—1000; Динофитовые водоросли — 300; Криптовитовые водоросли — 100; Золотистые водоросли — 400; Диатомовые водоросли — 20000; Желто-зеленые водоросли — 400; Красные водоросли — 4000; Бурые водоросли — 1500; Зеленые водоросли — 5700; Хоровые водоросли — 200—300; Минастники — 26 000; Моховидные — 25 000-35 000; Пауковидные — 970; Псилотовидные — 12; Папоротниковидные — не более 10 000; Хвощевидные — 30—35; Голосеменные — 600; Покрытосеменные, или цветковые — 250 000.

-Царство грибы: Слецевики — 400—500; Настоящие грибы — не более 100 000.

-Царство  животные: Простейшие — 25 000—30 000; Губки — 5000; Кишечнополостные  — 9000; Плоские черви — 15 000; Круглые черви, или нематоды  — 500 000; Немертины — 2000; Кольчатые  черви — 9400—9500; Мшанки — 4500; Плеченогие (иногда объединяемые с мшанками в тип червеобразных)-200; Моллюски — 107 000; Членистоногие — 1 500 000; в том числе насекомые — 1 000 000; Погонофоры — 100; Щетинкочелюстные — 50; Иглокожие — 6000; Хордовые — 41 000-46 000.

На Земле  существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, в том числе  позвоночных — 70 тыс., птиц — 16 тыс., млекопитающих — 12 540 видов. Подобная систематизация различных форм жизни  создала предпосылки для изучения живого вещества как целого, что  впервые осуществил выдающийся русский  ученый В. И. Вернадский в своем учении о биосфере.

Хотя границы  биосферы довольно узки, живые организмы  в их пределах распределены очень  неравномерно. На большой высоте и  в глубинах гидросферы и литосферы  организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным  образом на поверхности Земли, в  почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% — животными  и микроорганизмами. Напротив, в  океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов  — 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена  главным образом на суше. Суммарная  биомасса океана составляет всего 0,03х1012, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих  на Земле. 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  десятая часть — млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в  геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой  материи воссоздаются, преобразуются  и разлагаются. Ежегодно, благодаря  жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы. Кроме растений и животных, В. И. Вернадский включает в понятие "живое вещество" и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых  существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает  на остальные живые существа.

 

Жизнь на Земле  ныне полностью зависит от фотосинтеза. Фиксируя энергию солнечного света  в продуктах фотосинтеза, растения выполняют космическую роль энергетического  очага на Земле. Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света  и поглощающих свет пигментов  простейших соединений в сложные  органические вещества, необходимые  для жизнедеятельности всех организмов. При этом растения усваивают из атмосферы  до 170 млрд т углекислого газа и разлагают до 130 млрд т воды, выделяя до 115 млрд т свободного кислорода[3].

Таким образом, все биотические компоненты экосистемы разделены на три основные группы: продуценты, консументы, или потребители, и редуценты, или разрушители. Все живые организмы, так или иначе, используя друг друга, образуют гигантский биологический круговорот биосферы. Этот круговорот не полностью замкнут: кроме энергетического входа он имеет и выход — часть отмирающего органического вещества после разложения микроорганизмами — минерализаторами может попадать в водные растворы и откладываться в виде осадочных пород, а другая часть образует отложения таких биогенных пород, как каменный уголь, торф, сапропель и т. п.

В этом большом  биогеохимическом круговороте вещества и энергии выделяется целый ряд  более частных круговоротов веществ  — воды, углерода, кислорода, азота, серы, фосфора и др., в ходе которых  происходит обмен химических элементов  между живыми организмами и неорганической средой. Существование этих биогеохимических круговоротов определяет облик современных  экосистем, устойчивость и саморегуляцию биосферы в целом. Поэтому как бы сложны и многообразны ни были проявления жизни на Земле, все формы жизни связаны между собой через круговорот вещества и энергии.

 

 

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает  сферу  жизни  и  в

таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом  и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако  задолго  до  этого  под другими названиями, в частности  "пространство  жизни",  "картина  природы", "живая оболочка  Земли"  и т.п.,  его содержание  рассматривалось  многимидругими естествоиспытателями. Первоначально  под  всеми  этими  терминами  подразумевалась   только совокупность живых организмов, обитающих на нашей  планете,  хотя  иногда  и

указывалась  их  связь  с  географическими,  геологическими  и  космическими процессами, но при этом скорее  обращалось  внимание  на  зависимость  живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор  самого  термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик  Земли",  опубликованной  спустя  почти тридцать  лет  после  введения  термина  (1909  г.),  не  замечал обратного воздействия  биосферы  и  определял   ее   как   "совокупность   организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитавшую на поверхности Земли".

      Первым из  биологов,  который   ясно  указал  на  огромную  роль  живых

организмов  в образовании земной коры,  был  Ж.Б.Ламарк  (1744  – 1829).  Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на  поверхности земного шара  и образующие  его кору,   сформировались   благодаря   деятельности   живых  организмов.

      Факты и положения  о   биосфере  накапливались  постепенно  в  связи  с

развитием   ботаники,   почвоведения,   географии    растений    и    других

преимущественно биологических наук,  а  также  геологических дисциплин.  Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в  целом,оказались связанными  с возникновением  экологии,  науки,  которая  изучает взаимоотношения   организмов   и   окружающей   среды.   Биосфера   является определенной  природной  системой,  а  ее  существование  в  первую  очередь

выражается  в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

       Очень  важным  для  понимания   биосферы  было  установление  немецким

физиологом  Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:

автотрофное  –  построение   организма   за   счет   использования   веществ

неорганической  природы;

гетеротрофное – строение организма за счет  использования  низкомолекулярных

органических  соединений;

микотрофное   –   смешанный   тип    построения    организма    (автотрофно-

гетеротрофный).

      Биосфера (в современном  понимании)  –  своеобразная  оболочка  Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту  часть  вещества  планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера охватывает  нижнюю  часть  атмосферы,  гидросферу  и  верхнюю часть литосферы.

Атмосфера –  наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит  с  космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества  и энергии с космосом. Атмосфера имеет несколько слоев:

тропосфера  – нижний слой, примыкающий к  поверхности Земли (высота 9–17  км). В нем сосредоточено около 80% газового  состава  атмосферы  и  весь  водяной пар; стратосфера; ноосфера – там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2  (78%),  O2  (21%), CO2 (0,03%).

Гидросфера  – водная оболочка Земли. В  следствие  высокой подвижности вода проникает повсеместно  в  различные  природные  образования,  даже  наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мг/л растворимых веществ. Преобладающие элементы химического  состава  гидросферы:  Na+,  Mg2+,  Ca2+, Cl–, S, C.  Концентрация того или  иного  элемента  в  воде  еще  ничего  не говорит о том, насколько он важен для растительных  и  животных  организмов, обитающих в ней. В  этом  отношении  ведущая роль  принадлежит N,  P,  Si, которые усваиваются живыми организмами.  Главной  особенностью  океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным  соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера –  внешняя  твердая  оболочка  Земли,  состоящая  из  осадочных  и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать  верхний слой  твердого  тела  планеты,  расположенный  выше   сейсмической   границы Мохоровичича.  Поверхностный слой  литосферы,  в   котором   осуществляется взаимодействие живой материи с  минеральной  (неорганической),  представляет собой  почву.  Остатки  организмов  после  разложения  переходят   в   гумус (плодородную часть почвы).  Составными  частями  почвы  служат   минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. Преобладающие элементы химического состава литосферы: O,  Si,  Al,  Fe,  Ca, Mg, Na, K.

      Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится  половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан  с  другими элементами в  главных  породообразующих  минералах.  Т.о.  в  количественном отношении земная кора – это  “царство”  кислорода,  химически  связанного  в ходе геологического развития земной коры.

Постепенно  идея о тесной взаимосвязи между  живой и  неживой  природой,

об обратном воздействии живых  организмов  и  их  систем  на  окружающие  их физические, химические и геологические факторы все настойчивее  проникала  в  сознание ученых и находила реализацию в их конкретных  исследованиях.  Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе  естествоиспытателей к изучению природы. Они  все  больше  убеждались  в  том,  что  обособленное исследование  явлений  и  процессов  природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв.  в  науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению

природы, которые  в наше время сформировались в  системный метод ее изучения.

      Результаты такого подхода незамедлительно сказались  при  исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на  абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав  морской  воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие  на песчаной  почве,  значительно  изменяют  ее  структуру.   Живые   организмы контролируют даже состав нашей  атмосферы.  Число  подобных  примеров  легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой  и неживой природой, в результате которой живое вещество  в  значительной  мере меняет лик нашей Земли.  Таким  образом,  биосферу  нельзя  рассматривать  в отрыве от неживой природы, от которой она, с  одной  стороны  зависит,  а  с другой –  сама  воздействует  на  нее.  Поэтому  перед  естествоиспытателямивозникает задача – конкретно исследовать,  каким  образом  и  в  какой  мере живое  вещество  влияет  на  физико-химические  и  геологические   процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре.  Только  подобный  подход может дать ясное  и  глубокое  представление о концепции биосферы.  Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый  ВладимирИванович Вернадский (1863 – 1945).