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 пространство атмосферы, гидросферы и литосферы, где встречаются живые организмы.
Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) использовал этот термин и создал науку с аналогичным названием. Если с понятием "биосфера" по Зюссу связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки живых организмов, то по В. И.Вернадскому им отводится роль главнейшей преобразующей силы. В таком случае под биофсерой понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. В. И.Вернадский всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.
Ту часть биосферы, где встречаются живые организмы в настоящее время, обычно называют необиосферой, то есть современной биосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам. В качестве примеров последних можно назвать безжизненные скопления органических веществ (залежи полезных ископаемых).
Границы биосферы. Целесообразно различать границы нео - и палеобиосферы. Первая в атмосфере простирается примерно на высоту 25-30 км, фактически до озонового экрана, за пределами которого жизнь невозможна вследствие наличия губительных космических ультрафиолетовых лучей. По современным представлениям вся толща Мирового океана, в том числе и самая глубокая Марианская впадина (11022 м), занята жизнью. К необиосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов. В литосферу жизнь проникает на несколько метров, ограничиваясь в основном почвенным слоем, однако, простейшие формы жизни можно встретить и на более значительных глубинах - до 4000 м. Границы палеобиосферы в атмосфере примерно совпадают с необиосферой, под водами к палеобиосфере следует отнести и осадочные породы, которые по В. И.Вернадскому практически все претерпели переработку живыми организмами. Это толща от сотен метров до десятков километров. Сказанное относительно осадочных пород применимо и к литосфере, пережившей водную стадию функционирования.
Живое вещество, его свойства в биосфере
Живое вещество. Этот термин введен в литературу В. И.Вернадским. Под ним он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.
Вещества неживой природы относятся к косным (например, минералы). В природе, кроме этого, довольно широко представлены также биокосные вещества, образование и сложение которых обусловливается живыми и косными составляющими (почва, воздух, природная вода). Биогенными В. И.Вернадский назвал вещества, происходящие от живых организмов, такие как каменный уголь, нефть, мел и др.
Основой биосферы является живое вещество, хотя оно составляет крайне незначительную ее часть. Если его выделить и распределить равномерно по поверхности Земли, то это будет слой около 2 см или 0,01 % от массы всей биосферы. В чем же причина столь высокой химической и геологической активности живого вещества?
Свойства живого вещества.
- 1. Способность занимать все свободное жизненное пространство ("всюдность" жизни по В. И.Вернадскому). Данная способность связана как с интенсивным размножением (некоторые формы простейших организмов при наличии благоприятных условий могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней), так и со способностью организмов быстро увеличивать поверхность своего тела. Например, площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8-10 га и более. То же относится и к корневым системам. 2. Движение не только пассивное, но и активное. Например, против течения, против силы тяжести и т. п. 3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты), сохраняя при этом высокую физико-химическую активность. 4. Высокая приспособительная способность к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной и организменной), но и крайне неблагоприятнях по физико-химическим параметрам условий. Например, некоторые организмы переносят температуры, близкие к значениям абсолютного нуля, микроорганизмы встречаются в термальных источниках с температурами до 140О С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т. д. 5. Феноменально высокая скорость протекания химических реакций. Она на несколько порядков значительнее, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности. Например, гусеницы некоторых насекомых за день потребляют количество пищи, которое в 100-200 раз больше веса их тела. Особенно активны организмы-грунтоеды. Дождевые черви (биомасса их тела в 10 раз больше биомассы всего человечества) за 150-200 лет пропускают через свои организмы весь однометровый слой почвы. Такие же явления имеют место в донных отложениях океана. 6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши - 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни (например, планктон) - 33 дня.
Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. По В. И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов.
Функции живого вещества
- 1. Энергетическая. Связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием. 2. Газовая - способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углекислого газа в прочесы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало его аккумуляцию в биогенном веществе. В результате этого шло уменьшение концентрации углерода и его соединений (СО2) в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03 %. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам 3. Окислительно-восстановительная. Связана с интенсификацией под влиянием живого вещества как окисления, благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления, прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органического вещества при дефиците кислорода. Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием сероводорода и метана. 4. Концентрационная - способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Результат концентрационной деятельности - залежи горючих ископаемых, рудные месторождения и др. 5. Деструктивная - разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как остатков органического вещества, так и косных веществ. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее важную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни - грибы, бактерии (редуценты). 6. Транспортная - перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на большие расстояния, например при миграциях и кочевках животных. 7. Средообразующая. Эта функция является в значительной мере интегративной. С ней, в конечном счете, связано преобразование физико-химических параметров среды. В широком смысле результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии ее параметры. В более узком плане средообразующая функция живого вещества проявляется, например, в образовании почв. Также данная функция проявляется живыми организмами метеорологических параметров среды. Так, лесные сообщества отличаются от луговых меньшими колебаниями температур (суточными, годовыми), более низким содержанием углекислоты на уровне полога листьев и др. 8. Наряду с концентрационной функцией живого вещества выделяется противоположная ей по результатам - рассеивающая. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов.
Важна также информационная функция живого вещества, выражающаяся в том, что живые организмы и их сообщества накапливают определенную информацию, закрепляют ее в наследственных структурах, а затем передают последующим поколениям.
Основные свойства биосферы
- 1. Биосфера - система с прямыми, обратными (положительными и отрицательными) свойствами, которые, в конечном счете, обусловливают механизмы ее функционирования и устойчивости. 2. Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В. И.Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается человеком и в настоящее время в центр биосферы ставится только один вид - человек (антропоцентризм). 3. Биосфера - открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. 4. Биосфера - саморегулирующаяся система, для которой характерна организованность. В настоящее время это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в первую очередь с живым веществом, его свойствами и функциями. Опасность современной экологической ситуации связана с тем, что нарушаются многие механизмы гомеостаза если не в планетарном, то в крупных региональных масштабах. Их следствие - различные экологические проблемы и даже кризисы. 5. Биосфера - система, характеризующаяся большим видовым разнообразием. Последнее обуславливается многими причинами и факторами. Это и разные среды жизни, и разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным и др. свойствам.
В настоящее время описано около 2 млн. видов (1,5 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений). Полагают, однако, что число видов организмов на Земле в 2-3 раза больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях. Для любой экосистемы разнообразие - одно из важнейших ее свойств. С ним связана возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев цепей питания другими. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это свойство настолько универсально, что сформулировано в виде закона (автор его У. Р.Эшби).
К сожалению, вся деятельность человека направлена на упрощение экосистем любого ранга. Сюда следует отнести и уничтожение отдельных видов или резкое уменьшение их численности, и создание агроценозов на месте сложных природных систем. Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время получить значительный объем нужной продукции, но за это приходится рассчитываться снижением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.
6. Важное свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной "строительный материал" живого - углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоротам обеспечивается непрерывность процессов в биосфере. Как отмечал академик В. Р.Вильямс, есть единственный способ сделать какой-то процесс бесконечным - пустить его по пути круговоротов.
Ноосфера и техносфера
Высшую стадию развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится важнейшим преобразующим фактором, В. И.Вернадский называет ноосферой ( от греч. "ноос" - разум). К сожалению, современная деятельность человечества является далеко не всегда разумной, научно обоснованной и может причинять значительный ущерб окружающей среде. Это касается грубого вмешательства в природные экосистемы, нарушения взаимосвязей между различными организмами, глобального загрязнения и т. д. Поэтому современное состояние биосферы нельзя рассматривать как ноосферу, правильнее называть его техносферой. Техносфера - это биосфера, полностью преобразованная технической и технологической деятельностью человечества.
Похожие статьи
-
Функции биосферы в развитии Земли - Основы экологии
В развитии природы Земли одной из важнейших функций биосферы является превращение космических излучений в электрическую, химическую, механическую,...
-
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...
-
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,...
-
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...
-
Пределы устойчивости - Уровни организации живой материи. Экологические проблемы биосферы
Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик нашей планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические или физические...
-
Эволюция биосферы - Уровни организации живой материи. Экологические проблемы биосферы
Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам...
-
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 -...
-
Основы учения о биосфере Определение понятия "биосфера" Биосфера (греч. bios - жизнь, sphaira - шар, сфера) - сложная наружная оболочка Земли, населенная...
-
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...
-
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,...
-
Современное состояние природной среды Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом...
-
На земной поверхности нет химической силы, могущественней по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Что принципиально отличает...
-
Что такое организм и как в нем происходят метаболические процессы - Основы экологии
Организм -- любое живое существо. Он отличается от неживой природы определенной совокупностью свойств, присущих только живой материи: клеточная...
-
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...
-
АДАПТАЦИЯ К ТЕМПЕРАТУРЕ, КАК ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ ФАКТОРУ - Основы экологии
Тепловой режим - важнейшее условие существования живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным...
-
Роль среды для жизни - Основные проблемы экологии и роль среды для жизни
Каждый человек должен заботиться об обеспечении здоровой окружающей среды, постоянно защищать растительный и животный мир, воздух, воду и почву от...
-
Взаимодействие биосферы и общества - Экология в современном мире
Вернадский первым, еще в самом начале ХХ века, понял, что человек становится "основной геологообразующей силой планеты" и проблема взаимодействия...
-
Структура биосферы Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе...
-
Уровни организации живой материи - Уровни организации живой материи. Экологические проблемы биосферы
Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно...
-
Функционирование экосистем - Основы общей экологии
Энергия В Экосистемах. Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с...
-
Экосистема - основное понятие экологии - Основы общей экологии
Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы...
-
Виды систем и виды связей в системах - Основы экологии
Предметом изучения экологии являются живые системы, следовательно, важно познакомиться с общими положениями теории систем. Различают три вида систем: 1....
-
Новые проблемы - Экология в современном мире
Промышленная революция, начавшаяся в Европе в XVIII веке, внесла существенные изменения во взаимоотношения Природы и человека. До поры до времени...
-
Современные проблемы биосферы - Основы экологии
Глобалистика - это учение о глобальных естественно-научных и общественных проблемах современности. В пакет глобальных проблем входят главные :...
-
Уровни организации живых систем - Основы экологии
Экология изучает живые системы различных уровней организации в их взаимодействии со средой обитания. А что представляют собой живые системы? Что такое...
-
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...
-
Сопряженная эволюция (коэволюция) на внутривидовом и межвидовом уровнях характеризуется тем, что при ней обмен генетической информацией минимален. На...
-
В этой главе рассмотрим последствия негативного влияния человека на окружающую среду: на атмосферу, гидросферу, почвы, растительный и животный мир....
-
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...
-
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...
-
Введение, Общее понятие - биосферы - Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение
Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала...
-
Проблема тяжелых металлов - Основы экологии
К тяжелым металлам (ТМ) относят более 40 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева, масса атомов которых составляет свыше 50 атомных...
-
Современное состояние природной среды - Антропогенные воздействия на биосферу
Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от чисто...
-
Учение В. И. Вернадского1 о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина,...
-
Круговороты вещества и энергии - Уровни организации живой материи. Экологические проблемы биосферы
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой,...
-
Нейтральные отношения - Уровни организации живой материи. Экологические проблемы биосферы
Антропогенный биосфера охрана природа Нейтрализм - форма взаимоотношений, при которых обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга....
-
Основу возникновения и существования биоценозов представляют отношения организмов, их связи, в которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же...
-
Биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов - 8-10 км, у экватора - 17-18 км, над остальными территориями - 20-25 км)....
-
Биотическая структура экосистем - Основы общей экологии
Экология биотический толерантность закон Экосистема основана на единстве живого и неживого вещества. Суть этого единства проявляется в следующем. Из...
-
У. чение В. И. Вернадского о ноосфере, т. е. сфере разума, стало венцом его научного творчества. Ноосфера ("ноо" - разум, "сфера разума", "мыслящая...
Современные проблемы биосферы, Экология биосферы - Основы экологии