2. Глобальная экология

2.1 Общие представления о геосферах

Изучая биосферу, как особую оболочку земного шара, необходимо знать, что наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концент­рических оболочек (геосфер). В направлении атмосферы к центру Земли различают магнитосферу, атмосферу, гидросферу, земную кору, мантию Земли и ядро Земли.

Магнитосфера – область околоземного пространства, граница которой (магнитопауза) определяется равенством давления магнитного поля Земли и динамического давления солнечного света. Конфигурация ее постоянно меняется. При этом частицы солнечного ветра вторгаются в магнитосферу, увеличивая яркость полярных сияний, возникновения электромагнитных шумов, нарушения радиосвязи и т.д.

Атмосфера – газовая оболочка Земли, которая удерживается планетой посредством силы тяжести и принимает участие в ее суточном и годовом вращении. Она состоит из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Она делится на слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу, которые отличаются температурой, ионизацией молекул и другими параметрами. Атмосфера является активным участником физических процессов протекающих на суше и в верхних слоях водоемов (выветривание, морские течения и т.п.).

Гидросфера – прерывистая водная оболочка Земли, находящаяся между атмосферой и земной корой. Она включает совокупность всех вод планеты: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических и атмосферных. Гидросфера является колыбелью жизни на нашей планете и играет огромную роль в формировании природной среды Земли.

Земная кора – твердая внешняя оболочка толщиной до 70 км в горных областях, около 30 км под равнинами, 5-7 км – под океанами. Верхняя часть ее – осадочный слой, состоящий из осадочных пород, средняя - «гранитный слой», нижняя - «базальтовый слой».

Мантия располагается под земной корой (толщиной около 2900 км), занимает 83 % Земли (без атмосферы) по объему и 67 % по массе. Состоит из тяжелых минералов и железа. С процессами происходящими в верхней ман­тии Земли, тесно связаны тектонические движения, вулканизмы, газообразо­вание и др.).

Земная кора и верхняя (твердая) часть верхней мантии Земли составляет литосферу.

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, ограниченная сверху атмосферой и гидросферой, а снизу – астеносферой. Мощность литосферы колеблется в пределах 50-200 км. Процесс преобразования литосферы живыми организмами привел к образованию почвы, ее мощность достигает 2-3 м.

Ядро Земли – наиболее плотная центральная часть (геосфера) Земли. Его плотность составляет от 9400 кг/м³ в периферической области до 17200кг/м³ в более глубоких слоях, давление достигает 1,4-3,5 млн. атм., тем­пература – 2000 < 5000 ºС. Предположительно находится в металлическом состоянии.

2.2 Учение о биосфере

Биосфера – сложная наружная оболочка Земли, населенная организ­мами, составляющими в совокупности живое вещество планеты – это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека. В первой половине 20-го века возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании – учение о биос­фере, основоположником которого является великий русский ученный В.И. Вернадский. Под биосферой он понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов.

В сжатом виде идеи В.И. Вернадского об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера – предвестник окружающей сре­ды, а затем после появления жизни на суше – биосфера.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не было эпох, лишенных жизни, следовательно современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох.

3. Живые организмы – главный фактор миграции химических элемен­тов в земной коре.

4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обус­ловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они в течение бесконечно большого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере явля­ется биохимическая энергия живого вещества.

Исходя из учения В.И. Вернадского, биосфера включает:

- живое вещество планеты;

- биогенное вещество (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, извест­няки и пр.), которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятель­ности живого вещества;

- косное вещество (продукты тектонической деятельности, метеориты), которое образуется без участия живого вещества;

- биокосное вещество (почва), образуется в результате совместной де­ятельности организмов и абиогенных процессов.

Общая масса биосферы равна 3.19²⁴ m.

Верхний предел биосферы – озоновый экран или озоносфера (20-25 км над земной поверхностью) образование и разложение озона (О₃) связано с поглощением ультрафиолетовой радиации Солнца, губительной для жизни. Озоновый экран поглощает эту радиацию, сохраняя живые организмы.

Нижние пределы биосферы – максимальные глубины океана (до 11 км) и отметки в литосфере изотермы 100 ºС.

От нижних пределов биосферы до максимальных отметок суши (гор­ные вершины Гималаев) выделяют часть биосферы с активной жизнью – эубиосферу. Слой атмосферы выше эубиосферы до озонового экрана назы­вают парабиосферой, где жизнь существует ввиде спор и микроорганизмов.

Эубиосфера подразделяется на аэробиосферу, гидробиосферу и литос­феру. Дополнительно выделяют педобиосферу (почвенный покров) и терра­биосферу – слой над поверхностью земли, ограниченный высотой надземной растительности и полетом птиц, насекомых, семян и спор растений.

Живые организмы осуществляют ток атомов благодаря своему дыха­нию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы – абиотической (почвой и подстилающими ее породами, атмосферным воздухом, водной средой) и биотической (живых организмов). Важнейшая функция биосферы, без которой не может существовать жизнь – биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рисунок 2).

Солнечная радиация

АВТОТРОФЫ

(зелёные растения)

Литосфера

Атмосфера

Почвы

Гидросфера

ГЕТЕРОТРОФЫ

(животные и микроорганизмы)

Рисунок 2 – Взаимосвязи живых организмов с компонентами биосферы

Венцом учения о биосфере В.И. Вернадского является учение о ноо-

сфере – сфере разума, когда человек будет разумно управлять всеми процес­сами биосферы, которые обеспечивают ему жизнь. К ноосфере биосфера придет через техносферу, т.е. биосферу, частично управляемую человеком.

По определению В.И. Вернадского биосфера в процессе эволюции и че­ловеческой деятельности может достичь своей высшей стадии развития и превратиться в ноосферу.

В основе учения о биосфере лежит понятие «живого вещества».