4. Биосфера и ее эволюция

Биосфера – это область распространения жизни на Земле как целостной, активной и динамичной системы, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, практически всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.

3,6 – 3,8 млрд. лет – жизненный возраст биосферы.

1016 кг – масса биосферы

Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил концепцию биосферы, ещё не введя даже самого термина. Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.

История возникновения и эволюции биосферы - это история развития органического мира на Земле. С возникновением живых существ началось изменение ими окружающей среды. Появление зеленых растений привело к уменьшению количества углекислого газа в атмосфере и обогащению ее кислородом. Это было началом формирования биосферы. Развитие биосферы шло вместе с эволюцией органического мира - расширялись ее границы, ускорялась биогенная миграция атомов, изменялся состав ее компонентов.

Целостное учение о биосфере и протекающих в ней процессах было создано и развито в 30-х годах акад. В.И. Вернадским. Совокупность живых организмов – «живое вещество».

Эволюция живого вещества выражается в изменении и усложнении организации живых форм, уменьшении их прямой зависимости от среды обитания, в усовершенствовании способов ориентации и передвижения в пространстве и т.д.

Основная идея заключается в том, что биосфера формировалась под воздействием живых организмов. Начиная же с момента возникновения жизни происходит постоянный процесс эволюции живых существ: возникают многочисленные новые виды, осуществляется смена видов на нашей планете. Естественно, изменения затрагивают и саму биосферу.

На начальных этапах развития существовали гетеротрофные анаэробные организмы, существующие в Мировом океане за счет органических веществ, возникших в результате сложных химических процессов. Затем (по мере уменьшения запасов органических веществ) появляются автотрофные организмы, способные сами создавать органические вещества, используя энергию солнечного света. В результате их жизнедеятельности (фотосинтеза) в атмосферу стал выделяться кислород. Это стало предпосылкой появления аэробных организмов. Усложнение живого, увеличение его разнообразия приводили к изменению биосферы. Следовательно, эволюция биосферы сопряжена с эволюцией форм жизни на нашей планете.

В. И. Вернадский выделял три этапа развития биосферы:

1. Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы. Ведущие факторы здесь — геохимические и климатические изменения на Земле.

2. Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления многочисленных и разнообразных эукариотных организмов — как одноклеточных, так и многоклеточных. Движущим фактором выступает биологическая эволюция.

3. Третий этап — возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу.

В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:

-энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);

-биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);

информационный (принципы организации и управления в живой природе);

-пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);

-ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).

5. Строение и функции атмосферы

Атмосфера — это газовая оболочка, которая окружает .Землю. Наличие атмосферы — одно из самых важных условий жизни на планете. Без еды человек может обходитися месяц, без воды — неделю, а без воздуха не проживет и нескольких минут.

Атмосфера, как элемент глобальной экосистемы, выполняет несколько основных функций:

•защищает живые организмы от гиблого влияния космических излучений и ударов метеоритов;

•регулирует сезонные и суточные колебания температуры (если бы на Земле не существовало атмосферы, то суточные колебания температуры достигали бы ± 200 °С);

•является носителем тепла и влаги;

•есть депо газов, которые принимают участие в фотосинтезе и обеспечивают дыхание;

•предопределяет ряд сложных экзогенных процессов (выветривание горных пород, деятельность естественных вод, мерзлоты, ледников и тому подобное).

Выделяют несколько основных ее слоев, отличающихся характеристиками температуры, плотности и т.д. Нижний слой — тропосфера. Он нагревается от Земли, которая в свою очередь нагревается от Солнца. Наиболее прогретые слои тропосферы прилегают к Земле. С высотой нагрев уменьшается. Только в тропосфере происходят такие явления, как образование облаков, выпадение осадков, грозы и другие погодные явления. Выше тропосферы располагается стратосфера (до 50-55 км), которая отделена от нижнего слоя атмосферы переходным слоем — тропопаузой. В стратосфере воздух находится в разреженном состоянии, здесь не образуются облака, так как практически отсутствует водяной экран. Снижение температуры с высотой продолжается, но выше 25 км она начинает возрастать на 1-2°С на каждый километр. Это вызвано, по-видимому, тем, что слой озона поглощает и рассеивает солнечное излучение, мешая ему пройти к поверхности Земли. Над стратосферой тоже есть переходная зона — стратопауза, после которой идет следующий слой атмосферы — мезосфера (до 80-85 км). Воздух здесь еще более разрежен, а температура продолжает расти. Еще выше располагается слой, называемый термосферой. Сложные химические реакции в этих слоях атмосферы (выше 50 км) делают ее электропроводной. Поскольку при реакциях выделяются ионы, верхнюю часть атмосферы, куда входят мезосфера и термосфера, называют ионосферой. Именно в этих слоях и происходит полярное сияние. Выше 800 км располагается экзосфера («экзо» — внешний), здесь частицы газов очень редки, а температура достигает +2000°С.

6. Озоновый слой, его ф-ии и причины образования озоновых дыр

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км, в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О2, образуя озон (О3).

Функции:

Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря

этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие

атмосферы.

Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно

его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного

влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с

интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений

выхлопных газов автомашин.

Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя

бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко

возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и

животного мира.

Уже доказано, что отсутствие или малая концентрация озона может или приводит

к раковым заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на

человечестве и его способностью к воспроизводству.

Причины возникновения “озоновых дыр” до конца не ясны. Впервые они обнаружены в начале 80-х гг. настоящего столетия, и короткий период наблюдений не дает достаточных оснований для каких-либо категоричных выводов о причинах изменений концентрации озона.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). Эти хлорфторуглероды, кипящие при комнатной температуре, широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода баллончиках, холодильных установках и т. п.

Для широкого использования в качестве пропиллентов фреоны избраны как весьма стойкие (инертные) газы. Однако чисто технический подход к их оценке только по одному свойству привел к непредвиденному отрицательному эффекту. Оказалось, что именно благодаря высокой устойчивости (живут более 100 лет) фреоны оказались способными достигать озонового слоя, в агрессивной среде которого из них высвобождается хлор. Каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тысяч атомов озона.

В ряде стран (США, Великобритания, Франция) фреоны (ХФУ) заменяются на гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ), срок жизни которых значительно короче (2 – 25 лет), а потенциал разложения в озоне в десятки раз ниже, чем ХФУ.

Наиболее интенсивно озоновый слой разрушается весной. Это связывают с тем, что низкие температуры и повышенная облачность зимой способствуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон наиболее интенсивно весной, когда температура несколько повышается. Более интенсивное разрушение озона в приполярных областях связывают с тем, что ответственный за разрушение озона хлор здесь в меньшей мере блокируется метанной группой, чем в более низких широтах.

В последнее время ученые все чаще стали высказываться о том, что нет веских доказательств для утверждений, что появление “озоновых дыр” – результат деятельности человека (Вестник РАН, 1996 Т. 61. № 9). Ученые считают, что аналогичные явления имели место ранее и обусловливались исключительно природными процессами, в частности 11-летними циклами солнечной активности. Что касается фреонов, то пузырьки воздуха из кернов льда подтверждают наличие его в атмосфере и в доиндустриальную эпоху.

Из других причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Высказывается также предположение, что над Антарктикой существуют своеобразные восходящие вихри, способствующие рассеиванию озона.

Зарегистрировано также разрушение озона при выводе в космос летательных аппаратов (только один запуск “Шаттла” ответственен за потерю 10 млн.т озона), при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Существует также гипотеза срыва озонового слоя кометой Галлея. Полагают, что с ее уходом концентрация озона обычно восстанавливается.

7. Строение и значение литосферы, почва, ее состав.

Литосфера (от греч. lithos — камень, sphaire — шар) — верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли.

Строение литосферы

Характерная особенность верхней мантии — ее расслоенность, установленная геофизическими методами исследований. На глубине около 100 км под материками и 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится астеносфера (от греч. asthenes — слабый, sphaire — шар). Это слой, обнаруженный в 1914 г. немецким геофизиком Б. Гутенбергом. В данном слое установлено резкое снижение скорости распространения упругих колебаний, что объясняют размягченностью вещества в нем. Предполагают, что вещество там находится в твердожидком состоянии; твердые гранулы окружены пленкой расплава.

Выше астеносферы породы мантии находятся в твердом состоянии и совместно с земной корой образуют литосферу.

Ниже астеносферы располагается слой, в котором плотность вещества возрастает, что увеличивает скорость распространения сейсмических волн. Слой назван в честь русского ученого Б. Б. Голицина, впервые указавшего на его существование. Предполагается, что он состоит из сверхплотных разновидностей кремнезема и силикатов.

Верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая под влиянием механического и химического воздействий погодноклиматических факторов, растений и животных, выделяется в отдельный слой, называемый корой выветривания.

Состав:

Кислород 49,13, Магний 2,35, Железо 4,20, Углерод 0,35, Калий 2,35, Алюминий 26,00, Титан 0,61, Натрий 2,40, Кремний 26,00, Водород 1,00, Кальций 3,25, Хлор 0,20

Экологическое значение литосферы большое. В первую очередь, на ее наружности живет больше всего растительных и животных организмов, в частности и человек. Во-вторых, верхняя тонкая оболочка литосферы на материках - грунты, которые обеспечивают условия жизнедеятельности для растений и - основное условием для получения продуктов питания людей. В-третьих, литосфера - источник получения полезных ископаемых - энергетического сырья, руд металлов, минеральных удобрений, строительных материалов и т.п.. В рамках литосферы время от времени происходили и происходят грозные экологические процессы (извержения вулканов, землетрясения, сели, оползни, оползни, эрозия земной наружности), которые имеют большое значение для образования экологических ситуаций в конкретных участках небесные тела, а время от времени приводят к глобальным экологическим катастрофам.