19. Основные свойства биосферы.

Основные свойства биосферы такие как «биосфера – открытая система», «биосфера – система с прямыми и обратными связями», которые обеспечивают ее функционирование и устойчивость, «биосфера – саморегулирующая система» были рассмотрены нами при раскрытии темы «Экология - системная наука» подробно с приведением примеров.

Следующее важнейшее свойство биосферы как системы – это биоразнообразие - многообразие видов животных, растений и микроорганизмов, обитающих в биосфере. Разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это свойство настолько универсально, что сформулировано в качестве закона, автором которого является У.Р.Эшби.

Вопрос биоразнообразия является на данный момент одной из актуальных проблем международного масштаба, поэтому будет выделен в специальный раздел и подробно рассмотрен нами ниже.

Другим важным свойством биосферы является – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. Благодаря круговоротам мы наблюдаем непрерывность процессов в биосфере. Мы рассмотрим несколько примеров круговорота таких элементов как углерод, азот и фосфор.

Круговорот углерода. Как видно из рис. углерод, включающийся в процессы биологического круговорота, содержится в основном в атмосфер в виде двуокиси (СО₂). В состав органического вещества он включатся в процессе фотосинтеза растений. Затем его основная масса его поступает в пищевые цепи животных и накапливается в их телах в виде различного рода углеводов. Для обеспечения процессов жизнедеятельности значительная часть органических веществ растений и животных разлагается в процессе дыхания с выделением СО₂ в атмосферу. Мертвое органическое вещество разлагается особой группой организмов - редуцентами до исходных минеральных веществ и углекислоты (СО₂), которая также возвращается в атмосферу. Некоторая часть углерода включается в большой, или круговорот между сушей и океаном. В океане она также включается в круговорот, начинающийся с фотосинтезирующих организмов (фитопланктон). Небольшая доля органического вещества и содержащегося в нем углерода, по выражению В.И.Вернадского, ускользает от круговорота и уходит в геологию (в ископаемое состояние) в виде угля, торфа, нефти и других соединений. Другая часть таким же образом концентрируется в донных карбонатных отложениях океана. Этот углерод, как и углерод горючих ископаемых, в настоящее время в больших объемах высвобождается человеком, для использования их в качестве энергетических, строительных и других ресурсов.

Круговорот азота. Схема круговорота азота представлена на рис. Основным источником данного элемента является атмосфера, откуда в почву, а затем в растительные организмы азот попадает только в результате превращения в усвояемое соединение – нитраты (NO₃). Нитраты образуются в основном в результате деятельности организмов – азотфиксаторов. К ним относятся отдельные виды бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов (актиномицетов). Частично нитраты образуются при грозовых разрядах и при фотохимических реакциях в атмосфере, откуда с осадками они попадают в почву.

Другой источник азота для растений – результат разложения органических веществ и, в частности, белков особой группой организмов-аммонификаторов. При этом в начале образуется аммиак (NH₃), который в результате деятельности бактерий-нитрификаторов преобразуется в нитриты (соли азотистой кислоты HNO₂). Далее нитратные бактерии переводят азотистую кислоту в азотную (HNO₃), соли которой (нитраты) хорошо растворяются и усваиваются растениями.

Возвращение азота в атмосферу происходит в результате деятельности бактерий-денитрификаторов, разлагающих нитраты до свободного азота и кислорода.

Значительная часть азота, попадая в океан (в основном со стоком вод с континентов) используется водными фотосинтезирующими организмами (фитопланктоном), а затем, попадая в цепи питания животных, частично возвращается на сушу с продуктами морского промысла или птицами. Небольшая часть азота, как и углерод, попадает в осадочные соединения.

Круговорот фосфора. В круговороте фосфора (рис ) отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления его организмами на суше и в водной среде он выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Не компенсируются эти потребности и в результате использования природных минеральных соединений. Дефицит фосфора в значительной мере восполняется через внесение минеральных удобрений, которые представляют в основном продукты переработки морских осадочных пород.

Рис. Схема круговорота углерода

Рис. Схема круговорота азота

Рис. Схема круговорота серы

Рис. Схема круговорота фосфора

Таким образом, из вышеизложенной темы, можно сделать вывод о могущественной силе живых организмов, которые создали среду, в которой мы живем и одновременно являемся сами продуктом этой среды. Поэтому стабильность и устойчивость биосферы возможна при сохранении всего многообразия организмов и их деятельности.

В настоящее время, когда новые технологические процессы являются энергоемкими, и потребность в сырье для различных производств возрастает, интенсивно стали использоваться природные ресурсы. Закономерно возник вопрос об истощении ресурсов и его последствий на устойчивость и стабильность биосферы. Для решения этих проблем появилась необходимость в управлении природопользованием, под которым понимается рациональное использование человеческим обществом природных ресурсов. Таким образом, мы переходим к следующему разделу, где хотели бы осветить некоторые принципы рационального природопользования.

Вопросы для обсуждения

1. Роль биоразнообразия в природе?

2. Кем осуществляется круговорот веществ в природе?

3. Для чего в основном используется углекислый газ живыми организмами?

4. Усваивается ли живыми организмами азот воздуха?

5. Как восполняется недостаток фосфора?

ЧЕЛОВЕК И БИОСФЕРА