8.Структура и границы биосферы

Биосфера (от греч. bbs - «жизнь», spbaira - «шар») - одна из оболочек (сфер) Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определены работой живого вещества. Термин введен Э. Зюссом в 1875 г., в результате работ В.И. Вернадского этот термин стал обозначать всю ту наружную область планеты Земля, в которой не только существует жизнь, но которая в той или иной степени видоизменена или сформирована жизнью. Биосфера включает в себя тропосферу, гидросферу, литосферу.

Область современного обитания живых организмов охватывает в среднем 1217 км - несколько меньше на суше, больше в океане. Сфера случайного попадания организмов и биогенных элементов колеблется до 4050 км. Считается, что нижняя граница биосферы в среднем лежит на глубине 3 км от поверхности суши и на 0,5 км ниже дна океана, хотя в буровых скважинах живые микроорганизмы обнаружены на глубине 4 км, а микробиологические остатки - до 7 км. В «черных курильщиках» - выходах термальных вод на дне океана на глубинах в 3 км при давлении около 300 атм (34 107 Па) обнаружены живые организмы при температуре 250 С (с повышением давления при t > 100 С вода не кипит). Растения поднимаются в горы до высоты около 5 км. Дальше царствует вечный холод, но жизнь здесь теплится - обитают некоторые паукообразные и микроорганизмы. Верхняя граница биосферы находится на высоте 2025 км на уровне озонового слоя, защищающего все живое от жесткого ультрафиолетового излучения. Выше случайно залетают только споры бактерий и грибов.Биосфера не только сфера жизни. Это видно из состава вещества биосферы, состоящего из глубоко разнородных геологически не случайных частей:

1) вещества, образуемые процессами, в которых живое вещество не участвует, - косное вещество, твердое, жидкое и газообразное;

2) биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других. Организмы в их образовании играют ведущую роль;

3) вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Это вещество в такой форме является одной из самых мощных сил, меняющей всю энергию биосферы;

4) вещество космического происхождения, атомы.

С точки зрения иерархии уровней организации живой материи и системного подхода биосфера - совокупность всех экосистем (биогеоценозов). Все экологические ниши, пригодные для жизни, заняты биосферой, возникшей одновременно с появлением жизни на Земле (около 4 млрд лет назад) в виде примитивных протобиоценозов в первичном Мировом океане.

9. Экосистемы. Роль живых организмов в биосфере.

Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов ) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами . Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер. В круговороте веществ принимают участие все живые организмы, поглощающие из внешней среды одни вещества и выделяющие в нее другие. Так, растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы — в живые организмы, а из них — в окружающую среду, пополняя таким образом неживое вещество биосферы . Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Так, например, весь атмосферный кислород проходит через живое вещество за 2 тыс. лет, весь углекислый газ — за 200—300 лет. Непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Необходимость такой циркуляции объясняется ограниченностью их запасов на планете. Чтобы обеспечить бесконечность жизни, химические элементы должны совершать движение по кругу. Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т. е. все круговороты тесно связаны между собой. Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой биогенного круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия. Связанная в органических веществах энергия но ступеням пищевой цепи уменьшается, потому что большая ее часть поступает в окружающую среду в виде тепла или же тратится на осуществление процессов, происходящих в организмах, Поэтому в биосфере наблюдается поток энергии и ее преобразование. Таким образом, биосфера может быть устойчивой только при условии постоянного круговорота веществ и притока солнечной энергии.

10.Динамика и устойчивость биосферы. Биосфера Земли не является каким-то застывшим образованием в ней идут закономерные изменения различных сред обитания и в соответствии с ними изменений состояния и функционирования живых организмов. Главной причиной динамики биосферы является поток поступающей на Землю энергии (УФ, ИК, рентгеновского и иных видов излучений). Большая часть этих излучений задерживается в верхних слоях атмосферы, в озоновом слое, и на границе с косметическим пространством, проходя через атмосферу и взаимодействуя с ней, поток энергии определяет совокупность климатических процессов у поверхности Земли. Основные проявления динамики биосферы и их последствия. 1.Неравномерность прогрева атмосферы обуславливает постоянное перемешивание и перемещение воздушных масс.

2.Прогрев мирового океана и континентальных водоёмов определяют круговорот воды, перенос паров и выпадение осадков. 3.Геокосмические ритмы (процессы взаимодействия планет и их спутников) определяет длительность и условия протекания многих биологических процессов. 4.Антропогенная деятельность. Несмотря на большое количество динамических факторов биосфера и составляющие её живые организмы обладают определённой устойчивостью, что обусловлено свойствами планеты, возникшими в ходе исторического развития. Основными причинами устойчивости считаются: 1.Наличие собственного магнитного поля Земли, которая защищает планету излучения. 2.наличие озонового слоя, который защищает живые организмы от УФ излучения. 3.Значительное разнообразие организмов в биосфере, которые выполняют различные функции в поддержании и распределении общего потока вещества и энергии. Стабильное состояние биосферы обусловлено прежде всего деятельностью живого вещества. Эволюция биосферы и её переход в ноосферу. На протяжении большей части истории Земли, эволюция биосферы осуществлялась под влиянием 2-х факторов: 1.Естественных геологических и климатических изменений. 2.Изменений видового состава и количества живых организмов. На современном этапе развития планеты появился 3-ий фактор – развивающееся человеческое общество. Вернадский впервые указал на громадную преобразующую роль человека в жизни планеты, явно превосходящую деятельность любых других организмов. Воздействие человека на биосферу приведёт к созданию совершенно иной среды обитания, именно её называют ноосферой. Существует 2 понимания сущности ноосферы: 1.Господство разума (Фихте). 2.Разумное взаимодействие человека и природы. Вернадский развивал концепцию ноосферы, как растущее сознание последствий вторжения человека в глобальные естественные циклы, что ведёт к целенаправленному контролю человека над природой. И в XX веке человек, опираясь на свой разум, технологическую мощь и социальные организации, стал активно изменять окружающий мир. Однако ограниченность ноосферы в том, что человек рассматривается как разумное существо, однако общество и индивидуумы редко ведут себя разумно по отношению к природе. По своему предназначению и роли, человек должен не бороться с природой и не покорять её, а взаимодействовать с ней, поскольку является в ней составной частью. Глобальный экологический кризис XX века однозначно демонстрирует опасность потребительского отношения к природным ресурсам, уничтожая среду своего обитания, человек создаёт невыносимые условия для собственного существования. Именно поэтому необходим переход от природопокорительской идеологии к новому экологическому мышлению, направленному на совместную эволюцию человеческого общества и природы.