Функции биосферы в развитии Земли - Основы экологии
В развитии природы Земли одной из важнейших функций биосферы является превращение космических излучений в электрическую, химическую, механическую, тепловую и другие виды энергии.
Важной функцией биосферы является также биогенная миграция, или биогенный обмен вещества и энергии в природе. Эта функция проявляется очень широко:
В синтезе и разрушении органического вещества;
В жизнедеятельности всех живых организмов, включая человека;
Во взаимодействии всех элементов в системе каждого биогеоценоза и т. д.
Наиболее существенна геохимическая работа зеленых растений: их масса составляет более 99% всего живого вещества планеты, только они способны создавать органическое вещество и, ассимилируя химические элементы из горных пород, перерабатывать последние в новое природное тело -- почвы.
Позднее, после завершения Международной Биологической Программы, эта оценка была значительно уточнена. Коэффициент оборачиваемости вещества фитомассы (отношение годичной продукции фитомассы к общему запасу фитомассы) в океане составляет около 300, а на суше -- лишь 0,07. В итоге скорость ежегодного воспроизводства фитомассы в океане примерно в 4300 раз больше, чем на суше. При этом, общая сухая фитомасса в океане приблизительно в 12000 раз меньше общей фитомассы суши (на суше около 2400 млрд. т и в океане около 0,2 млрд. т). Такой парадокс, как известно, обусловлен преобладанием в фитопланктоне океана быстро (ежедневно) размножающихся одноклеточных водорослей.
В. И.Вернадский [1928] различает несколько основных форм биогенной миграции. В их числе:
Миграция, непосредственно связанная с веществом живого организма, -- некий ток атомов, идущий из внешней среды в организм и из организма во внешнюю среду;
Миграция, связанная с интенсивностью биогенного тока атомов (чем быстрее ток, тем скорее оборачиваются атомы при одном и том же количестве захваченных организмом атомов);
Миграция, производимая техникой жизни организмов (постройки землеройных животных, термитов, бобров и т. д.).
Особо следует отметить, что антропогенную миграцию вещества В. И.Вернадский считал составной частью третьей из выделенных форм биогенной миграции.
Биосфера способствует поддержанию динамических равновесий в природе Земли и в круговороте вещества и энергии. "Живое вещество в значительной мере определяет устойчивость природных систем, их равновесие" [Рябчиков, 1980, с.7].
Например, промышленность мира ежегодно выбрасывает в атмосферу около 300 млн. т окиси углерода, причем наибольшее загрязнение воздуха угарным газом в приземном слое наблюдается между 40 и 50 с. ш., где расположены наиболее индустриально развитые страны. Хотя антропогенное поступление в атмосферу угарного газа в 20 раз превышает природное поступление, соответствующего повышения содержания СО в воздухе не происходит благодаря существующим процессам поддержания динамического равновесия:
В приземном слое атмосферы -- анаэробными бактериями, некоторыми микроорганизмами и адсорбцией земной поверхностью;
В почве -- обильной микрофлорой (Achromobacter guttatum, Vibrio persolans, Hydrogemonas facilis и другие в общем весе до 9 кг/га), которая живет за счет окисления СО, и чем выше концентрация СО, тем обильнее развивается эта микрофлора;
В верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения окись углерода окисляется до СО2.
Ниже всего концентрация СО у озонового слоя (озон -- активный окислитель).
В. И.Вернадский [1965] и А. М. Алпатьев [1974] выделяют газовую функцию биосферы. Биогенное происхождение в атмосфере имеют кислород, азот, углекислый газ, сероводород и некоторые другие газы.
Тесно связана с ней окислительно-восстановительная функция.
Окислительная функция проявляется в превращении бактериями и некоторыми грибами относительно бедных кислородом соединений в почве, коре выветривания и гидросфере в более богатые кислородом соединения.
Восстановительная функция осуществляется при образовании сульфатов непосредственно или через биогенный сероводород, производимый различными бактериями.
Функция концентрации рассеянных в сферах Земли элементов. Живыми организмами захватываются такие элементы, как водород, углерод, азот, кислород, натрий, магний, алюминий, фосфор, сера, хлор, калий, кремний, кальций и железо, соединения которых содержатся в теле всех живых организмов.
Некоторые организмы особенно сильно концентрируют рассеянные в сферах Земли элементы. Например:
В морской воде содержание йода ничтожно (0,06 г в 1 м3 морской воды), однако некоторые морские водоросли, особенно ламинарии ("морская капуста"), накапливают в своем организме столько йода, что зола ламинарий является сырьем для добычи йода, а консервированная или сушеная морская капуста рекомендуется в пищу человеку в тех районах, где воды бедны йодом;
Лангуст (большой морской рак с твердым панцирем и без клешней) накапливает в своем организме кобальт;
Медузы концентрируют цинк, олово и свинец;
В пигменте крови асцидий (морских, обычно сидяче прикрепленных животных с телом без внутренних твердых частей) концентрация ванадия в миллиарды раз превышает его содержание в морской воде, поэтому в Японии на шельфах созданы "плантации" асцидий, которые используются для получения ванадия.
В последнее время чрезвычайную важность приобретает способность биосферы к самоочищению и к очищению окружающей среды.
Эта способность зависит от величины ультрафиолетовой радиации, стимулирующей различные фотохимические реакции, и от суммы активных температур воздуха и почв. На территории СНГ эти показатели изменяются с севера на юг соответственно от 100 до 800 Вт час/м2 и от 200 до 5500. Под действием этих факторов скорость разложения загрязняющих органических веществ изменяется, вероятно, подобно скорости разложения опада, показателем которой является опадно-подстилочный коэффициент (отношение массы накопившейся лесной подстилки или степного войлока к массе ежегодного надземного опада). В пределах СНГ этот коэффициент уменьшается от 75-90 в тундре до 0,7-0,3 во влажных субтропических лесах и пустынях.
В очищении окружающей среды большую роль играет почвенная фауна:
Ногохвостки и клещи, несколько изменяя химический состав пестицидов, делают их безвредными для животных и человека;
Дождевые черви, землеройки и кроты, перемешивая почву, способствуют закапыванию выпадающих из воздуха на ее поверхность ядовитых веществ -- свинца, меди, никеля, кадмия и других тяжелых металлов;
Почвенная фауна быстро уничтожает патогенную микрофлору и яйца глистов.
Установлено, что природное очищение морской воды связано с деятельностью обитающих в воде гетеротрофных микроорганизмов (питающихся готовыми органическими веществами -- большинство бактерий и др.), отличающихся широким спектром биохимической активности при разложении белковых соединений, углеводов, минеральных соединений азота и т. д. Интересно, что наибольшей активностью отличаются микроорганизмы в самых загрязненных участках моря. Большую роль в очищении морской воды играют также мидии -- широко распространенные моллюски с овально-клиновидной двустворчатой раковиной до 15 см длиной. Крупная мидия может пропускать через себя до 70 л воды в сутки, очищая ее от механических примесей и некоторых органических соединений. Подсчитано, что только в северо-западной части Черного моря мидии профильтровывают более 100 км3 морской воды в сутки. К тому же мидии весьма плодовиты -- самка моллюска за период икрометания производит миллионы икринок.
Примечательно, что расширение возможностей очищающей функции биосферы идет по пути возникновения новых трофических цепей организмов, которые начали поедать некоторые неприродные, создаваемые человеком соединения:
Ряд микроорганизмов (Pseudomonas dacunae и др.) используют неприродные соединения (синтетические лактамы -- соединения аминокарбоновых кислот и аминокислоты) в своей жизнедеятельности как единственный источник азота и углерода; это позволяет очищать сточные воды при производстве пластмасс, шинного корда и технических тканей даже при концентрации загрязнителей 1 г/л;
Замечен повышенный интерес к резине и пластикам автомашин у завезенных в ФРГ и размножившихся там енотов, которые разрушают автопокрышки, обрывают шланги радиаторов и т. д.
Приведенные примеры самоочищения биосферы и других сфер от загрязнения, к сожалению, носят частный характер и никоим образом не покрывают масштабы и разнообразие современного загрязнения природной среды. Иначе говоря, развитие очищающей способности биосферы все более отстает от возрастающей скорости антропогенного загрязнения среды, которое уже достигло угрожающих размеров и продолжает увеличиваться. Биосфера явно не успевает адаптироваться к нарастающему воздействию человека.
Обзор основных функций биосферы убедительно показывает, насколько сложными и разнообразными путями живое вещество взаимодействует с неорганическим веществом всех сфер Земли. Становится очевидной громадная роль биосферы в эволюции планеты в целом и человека в том числе. Отсюда вытекает неотложная необходимость глубокого познания всех функций биосферы и построения всей деятельности человека таким образом, чтобы он не разрушал природные системы биосферы и не нарушал протекающие в ней природные процессы.
Похожие статьи
-
Современные проблемы биосферы, Экология биосферы - Основы экологии
Экология биосферы Понятие "биосфера". В 1875 г. Австрийский ученый-геолог Э. Зюсс ввел в научную литературу термин "биосфера".ю понимая под ним все то...
-
ФУНКЦИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА В БИОСФЕРЕ - Основы экологии
Под живым веществом Вернадский понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию или химический состав. 1. Энергетическая -...
-
БИОСФЕРА, Основные свойства и функции биосферы, Биосфера и космическая энергия - Основы экологии
Биосфера -- одна из оболочек (сфер) Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены главным образом деятельностью живых организмов. Охватывает...
-
Сопряженная эволюция (коэволюция) на внутривидовом и межвидовом уровнях характеризуется тем, что при ней обмен генетической информацией минимален. На...
-
Современные проблемы биосферы - Основы экологии
Глобалистика - это учение о глобальных естественно-научных и общественных проблемах современности. В пакет глобальных проблем входят главные :...
-
Развитие экосистемных исследований - Экология как наука: история становления
Термин "экосистема" был предложен в 1935 году видным английским экологом-ботаником Артуром Тенсли (1871-1955) для обозначения естественного комплекса...
-
Основы учения о биосфере Определение понятия "биосфера" Биосфера (греч. bios - жизнь, sphaira - шар, сфера) - сложная наружная оболочка Земли, населенная...
-
Предмет и задачи экологии. История развития экологии - Основы экологии
Термин "экология" был предложен в 1866 г немецким зоологом Э. Геккелем (труд "Всеобщая морфология организмов"). В буквальном смысле он означает наука о...
-
Состояние окружающей среды и здоровье человека - Проблемы экологии биосферы
В настоящее время значительная часть болезней человека связаны с ухудшением экологической обстановки в нашей среде обитания: загрязнениями атмосферы,...
-
Современное состояние биосферы. Взаимодействие человека и природы - Проблемы экологии биосферы
Биосфера - это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном...
-
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное...
-
КЛАССИФИКАЦИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ ПО ТИПУ ПИТАНИЯ. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ЭКОСИСТЕМЕ - Основы экологии
По способу питания все организмы подразделяются на автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы ( От греч. autos - сам) - осуществляют превращение неорганических...
-
Роль В. И. Вернадского в формировании современного учения о биосфере - Общая экология
Учение В. И. Вернадского о биосфере - целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле,...
-
На земной поверхности нет химической силы, могущественней по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Что принципиально отличает...
-
Экосистема - основное понятие экологии - Основы общей экологии
Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы...
-
В. И.Вернадский считал, что термин биосфера в биологии был впервые применен Ж. Б.Ламарком. В 1875 г в геологии его обосновал Э. Зюсс. Основоположником...
-
Биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов - 8-10 км, у экватора - 17-18 км, над остальными территориями - 20-25 км)....
-
Основы аутэкологии (факториальной экологии), Организм и среда - Общая экология
Организм и среда Живые организмы во всем многообразии их связей являются предметом изучения экологии. К живым организмам относятся все формы...
-
Взаимоотношения живых организмов в биосфере - Основы экологии
В процессе развития жизни на Земле первичные живые существа разделились на две группы -- автотрофов (организмов, синтезирующих из неорганических...
-
Рекультивация земель - Основы экологии
Земли, на которых в результате хозяйственной деятельности уничтожена растительность, изменены гидрологический режим и рельеф местности, разрушен и...
-
СРЕДЫ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ - Основы экологии
Жизненные среды. В пределах биосферы можно выделить четыре основные среды обитания. Это водная среда, на-земно-воздушная среда, почва и среда, образуемая...
-
НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИИ - Основы экологии
Загрязнение окружающей среды - это процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических,...
-
Экология почвы - Основы экологии
Почва -- основное средство производства в сельском хозяйстве Почва как естественно-историческое тело представляет собой поверхностный слой земной коры,...
-
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА. КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА, КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА - Основы экологии
Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с...
-
Биотические процессы в биосфере - Общая экология
Жизнь на Земле зависит от двух фундаментальных процессов - однонаправленного потока энергии, исходящей от Солнца и круговорота в экосфере химических...
-
Учение В. И. Вернадского1 о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина,...
-
Растительность, Запасы и продукция фитомассы - Основы экологии
Запасы и продукция фитомассы В запасах биомассы суши преобладает фитомасса, а в запасах биомассы океана -- зоомасса. Запасы фитомассы суши оцениваются...
-
Биосфера и человек в биосфере - Экология в современном мире
Биосфера - это часть верхней оболочки Земли, в которой существует или способно существовать живое вещество. К биосфере принято относить атмосферу,...
-
Масштабы антропогенного воздействия на биосферу. Ответные реакции природы - Общая экология
Новое время человечества, с точки зрения отношений с природной средой, начало практически под тем же знаком, что и всю свою историю - существование...
-
Воздействие человека на экосистему - Основы общей экологии
Воздействие человека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разных аспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки...
-
Функционирование экосистем - Основы общей экологии
Энергия В Экосистемах. Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с...
-
У. чение В. И. Вернадского о ноосфере, т. е. сфере разума, стало венцом его научного творчества. Ноосфера ("ноо" - разум, "сфера разума", "мыслящая...
-
Азотные удобрения и проблема нитратов - Основы экологии
1. Нитратные формы азота почвой не поглощаются, поэтому они легко могут вымываться атмосферными осадками и поливными водами, некоторое количество...
-
Какие загрязнители (поллютаны) представляют наибольшую опасность - Основы экологии
Поллютанты - техногенные загрязнители среды обитания живых существ: воздуха (аэрополлютанты), воды (гидрополлютанты), земли (терраполлютанты). Различают...
-
Свойства биосферы - Характеристика социальной экологии
Биосфера (греч. bios - жизнь и sphaira - шар) - оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или...
-
ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ - Основы экологии
Поверхностные слои почвы легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений - токсикантов пагубно влияют на...
-
Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Вода - основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода. в...
-
ХАРАКТЕРИСТИКА И СОСТАВ БИОСФЕРЫ - Биосфера и ноосфера
В буквальном переводе термин"биосфера" означает сферу жизни, и в таком значении он был впервые введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и...
-
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой) как и любая экосистема состоит из абиотической и биотической части. Абиотическая часть представлена:...
-
В этой главе рассмотрим последствия негативного влияния человека на окружающую среду: на атмосферу, гидросферу, почвы, растительный и животный мир....
Функции биосферы в развитии Земли - Основы экологии