Атмосфера Землі

Атмосфера Землі, загальна маса якої 5,15·10¹⁵ т, складається з повітря — суміші в основному азоту (78,08%) і кисню (20,95%), 0,93% аргону, 0,03% вуглекислого газу, інше — це водяна пара, а також інертні та інші гази. Максимальна температура поверхні суходолу 57-58 °C (у тропічних пустелях Африки і Північної Америки), мінімальна — близько −90 °C (у центральних районах Антарктиди).

Атмосфера Землі захищає все живе від згубного впливу космічного випромінювання.

Хімічний склад атмосфери Землі: 78,1% — азот, 20 — кисень, 0,9 — аргон, решта — вуглекислий газ, водяна пара, водень, гелій, неон.

Атмосфера Землі включає:

• тропосферу (до 15 км)

• стратосферу (15—100 км)

• іоносферу (100 — 500 км).

Між тропосферою і стратосферою розміщується перехідний шар — тропопауза. У глибинах стратосфери під впливом сонячного світла створюється озоновий екран, який захищає живі організми від космічного випромінювання. Вище — мезо-, термо- й екзосфери.Нижній шар атмосфери називається тропосферою. В ній відбуваються явища, які визначають погоду. Внаслідок нерівномірного нагрівання поверхні Землі сонячною радіацією, в тропосфері безперестанно проходить циркуляція великих мас повітря. Основними повітряними течіями в атмосфері Землі є пасати в смузі до 30° обабіч екватора та західні вітри помірного поясу в смузі від 30° до 60°. Іншим фактором переносу тепла є система океанічних течій.

Вода здійснює на поверхні землі постійний кругообіг. Випаровуючись із поверхні вод та суходолу, при сприятливих умовах водяна пара піднімається вгору в атмосфері, що призводить до утворення хмар. Вода повертається на поверхню землі у вигляді атмосферних опадів і стікає до морів і океанів системою рік.

Кількість сонячної енергії, яку отримує поверхня Землі зменшується зі зростанням широти. Чим далі від екватора, тим менший кут падіння сонячних променів на поверхню, і тим більша відстань, яку повинен пройти промінь у атмосфері. Внаслідок цього середньорічна температура на рівні моря зменшується приблизно на 0.4 °C на один градус широти. Поврехню Землі розділяють на широтні пояси з приблизно одинаковим кліматом: тропічний, субтропічний, помірний та полярний. Класифікація кліматів залежить від температури та кількості опадів. Найбільше визнання здобула класифікація кліматів Кеппена, за якою виділяють п'ять широких груп — вологі тропіки, пустеля, вологі середні широти, континентальний клімат, холодний полярний клімат. Кожна з цих груп розділяється на специфічні підрупи.

Форма і розміри Землі

Земля, як й інші планети Сонячної системи, має кулясту форму. її діаметр становить в середньому 12 750 км.

У багатьох давніх народів існували уявлення про те, що Земля плоска. Пізніше, у Стародавній Греції часів Гомера (IX—VIII ст. до н. е.), Землю уявляли злегка опуклим диском, який з усіх боків омивається водами океану. У часи Піфагора (VI ст. до н. е.) стали припускати, що Земля — куля. Перші докази кулястості Землі належать давньогрецькому вченому Арістотелю (IV ст. до н. е.). Першим, хто визначив розміри земної кулі, був давньогрецький учений Ератосфен (III—II ст. до н. е.). Він визначив довжину дуги 1° меридіана і розрахував довжину всього кола Землі, яка дорівнювала майже 40 000 км.

У період Середньовіччя аж до XV ст. вчення про кулястість Землі відкидалося. Наприкінці XVст. починається період Великих географічних відкриттів. X. Колумб був упевнений, що Земля має форму кулі. Він шукав західний шлях до Індії і відкрив новий материк Америку (1492). Фернан Маґеллан і його супутники здійснили першу кругосвітню подорож (1519—1522 рр.). Відтоді Землю стали зображати у вигляді об'ємної моделі — глобуса. Перший відомий нам глобус діаметром понад 0,5 м був виготовлений німцем М. Бехаймом (1492).

Із розвитком знань про природу Землі уявлення про її форму удосконалювалися. Виявилося, що екваторіальний радіус Землі на 21,4 км довший за полярний.

Більш точно геометричну форму Землі відображає геоїд ("землеподібний").

Розуміння того, що Земля — куля, окремі вчені мали ще дві з половиною тисячі років тому. Так, Піфагор (VI ст. до н. е.) вважав, що Земля має форму кулі і вільно та нерухомо висить у центрі Всесвіту. Навколо неї за круговими орбітами рухаються Сонце, Місяць, планети і небесна сфера з розсипаними по ній зірками. Всі вони мають, як і Земля, кулясту форму, тобто найбільш досконалу.

З обчислень розмірів Землі, проведених у стародавні часи, найбільш відомі розрахунки грецького вченого Братосфена (276—194 pp. до н. е.). Зробив він це напрочуд просто. Ератосфену було відомо, що під час літнього сонцестояння в Сієні (нинішньому Асуані) Сонце опівдні знаходиться в зеніті, тому його відображення можна побачити на дні навіть дуже глибокого колодязя, що знаходився на острові в руслі Нілу. В той самий час в Александра промені Сонця падають під кутом 7° 12' — так показали вимірювання, здійснені Ератосфеном за допомогою вертикального обеліска, що знаходився у дворі знаменитої Александрійської бібліотеки, в якій він працював. Маючи ці відомості, Ератосфен пізніше використав добре відому теорему Фалеса, за якою перехресні кути, які утворилися при перетині двох паралельних прямих третьою прямою, рівні між собою. Паралельні лінії утворювали промені Сонця (рис. 3). Сонячні промені, вертикальні до земної поверхні в Сієні, можна було умовно продовжити до центра Землі. До центра Землі можна було продовжити і лінію обеліска, який стояв теж вертикально, але в Александрії. Тоді кут між сонячними променями і вертикальним обеліском повинен бути таким самим, як і кут біля центра Землі між умовно продовженими лініями сонячного променя в Сіені і обеліска в Александрії. Далі потрібно було знайти, якій частині кола дорівнює дуга, що стягує кут між Александрією і Сієною. Ератосфен обчислив, що вона дорівнює 1/50 всієї довжини кола.

Розрахунок розмірів Землі, зроблений Ератосфеном:

О — обеліск в Александрії; К — колодязь в Сіені; С — центр Землі; АВ — напрямок сонячних променів в Александрії; DC — напрямок сонячних променів у Сієні; а — перехресні кути

Тепер, щоб визначити довжину, яка відповідає одному градусу, необхідно було знати відстань між Александрією і Сієною. З розповідей мандрівників, які подорожували цим караванним шляхом, Ератосфену було відомо, що ця відстань дорівнює 5000 єгипетських стадій. Таку міру довжини ввели ще вавилонські жерці, які знали основи астрономії. Вони розрахували, що Сонце під час рівнодення описує від сходу до заходу дугу, яка дорівнює 360 діаметрам сонячного диска. Значить, за годину воно проходить дугу" рівну 30 діаметрам, а за дві хвилини — відстань в 1 діаметр. За цей час на верблюді можна проїхати в середньому 157,5 м. Саме таку відстань становила стадія — одиниця довжини, яку використав Братосфен для обчислення розмірів Землі. Довжина кола Землі, за Ератосфеном, виявилася рівною 252 000 стадіям, а її радіус — 6275 кілометрів. На той час — вражаючий результат!

Куляста форма Землі обумовлює зменшення кута падіння сонячних променів па земну поверхню у напрямку від екватора до полюсів. Це приводить до перерозподілу тепла на поверхні Землі та закономірної зміни природних процесів і явищ у географічній оболонці у напрямку від екватора де полюсів.

Розміри і маса Землі визначають таку силу земного тяжіння, що утримує атмосферу певного складу і гідросферу, без яких неможливе життя.

Істотного просування у визначенні форм Землі вдалося добитися в 1735 р. французькому астроному Ж. Рішару, який задумав і здійснив дослід з маятниковим годинником. Рішар встановив, що годинник, який показував точний час у Парижі, в Кайєнні (Французька Гвіана) став відставати на 2 хв. 28 с на добу. Виявлений Рішаром ефект не був несподіваним для вчених того часу. Досягнутий рівень розвитку механіки давав підстави вченим зробити висновок, що внаслідок осьового обертання Землі вона повинна мати форму еліпсоїда. Використовуючи результати спостережень Рішара за ходом годинника, І. Ньютон і його сучасник X. Гюйгенс вперше визначили величину сплюснутості Землі. їх міркування зводилися до такого. Період коливання Т маятника залежить від його довжини l і прискорення сили тяжіння g:

Оскільки Рішар не змінював довжину маятника, а період коливань збільшився (годинник став відставати), прискорення сили тяжіння в Кайєнні повинно було зменшитися в порівнянні з Парижем. Відбувається це з двох причин. По-перше, в міру віддалення від вісі обертання зростає відцентрова сила. По-друге, Земля сплюснута біля полюсів, тому в Кайєнні, яка розташована близько до екватора, маятниковий годинник знаходиться далі від центру Землі і прискорення, що створюється діючою на нього силою тяжіння (згідно із законом всесвітнього тяжіння Ньютона), менше, ніжу Парижі.

За розрахунками Ньютона, величина сплюснутості Землі становила 1/230, що досить добре узгоджується з існуючими нині оцінками. Одержаний Ньютоном результат означав, що екваторіальний радіус Землі на 1/230 більше від полярного.

Дослід Рішара і результати математичних обчислень Гюйгенса і Ньютона показали, що гравітаційні вимірювання — дуже ефективний засіб для визначення форми Землі: порівняння ходу маятникового годинника у різних точках на поверхні Землі, які розташовані на різних широтах" дозволяє визначити сплюснутість Землі. Гравітаційні вимірювання форм Землі були виконані лише у XX столітті.

У XVIII і XIX ст. при визначенні форми Землі головна роль відводилася геодезичним вимірюванням. Основна ідея їх полягала у вимірюванні довжини меридіана і в розрахунках на основі одержаних даних радіусів Землі і сплюснутості. Безпосередньо виміряти повну довжину меридіана було б надзвичайно важко, тому, як правило, обмежували вимірюванням довжини відрізка меридіана, який знаходиться між двома точками з достатньо великою різницею широт. Далі за довжиною дуги обчислюють повну довжину меридіана, а також екваторіальний і полярний радіуси Землі.

Навіть при різниці широт лише в Г довжина дуги меридіана становить близько 111 км, тому виміряти її з необхідною точністю досить складно. Застосування тріангуляції стало способом, який дозволив зводити вимірювання довжин до простих і високоточних вимірювань кутів. Базується тріангуляція на тому, що в будь-якому трикутнику за відомою стороною і двома прилеглими до неї кутами можна обчислити фактичні довжини двох інших сторін. Отже, якщо в якому-небудь місці на Землі виміряти довжину лише однієї сторони то, вимірюючи пізніше тільки кути, можна визначити відстань до будь-якої точки. Довжину першої сторони трикутника (довжину базису) можна визначити з високою точністю.

Винахід способу вимірювання великих відстаней за допомогою тріангуляції прийнято пов'язувати з ім'ям відомого голландського вченого В. Снелліуса. Вимірювання базису В. Снелліус провів у Голландії між Лейденом і Гаагою, де він "побудував" трикутники і визначив місцеположення голландських міст від Алкмара до Бреди та відстань між ними. Широке практичне застосування тріангуляції мало величезне значення для розвитку знань про Землю.

У XVIII ст. великі французькі експедиції провели вимірювання еліпсоїда Землі і визначили на основі результатів цих робіт одиницю вимірювання довжини. Перша французька експедиція відбулася в 1723 р. Але внаслідок помилки в розрахунках форма Землі була визначена неправильно; еліпсоїд виявився витягнутим вздовж осі обертання Землі.

Друге вимірювання довжини меридіана було здійснене на основі результатів ретельно підготовлених експедицій 1736— 1748 pp. Визначити розміри земного еліпсоїда за довжинами дуг меридіанів можна тим точніше, чим більше відрізняються за широтою місця, де проводяться вимірювання. Тому було споряджено дві експедиції: одна працювала поблизу екватора в Перу, друга — поблизу Полярного кола в Лапландії.

Ще більш відомим стало третє вимірювання дуги меридіана, який проходить через Париж. На основі його результатів був створений еталон метра — одиниці довжини. За величину одного метра прийнято одну сорокамільйонну частину довжини паризького меридіана.

Яка ж форма і розміри Землі за сучасними даними? На основі численних геодезичних вимірювань, здійснених для найточнішого відображення загальних особливостей земної поверхні, були запропоновані різні значення параметрів земного еліпсоїда. У країнах Східної Європи для обчислення системи координат, обробки геодезичних даних і проведення картографічних робіт використовують еліпсоїд Ф.М. Красовського.

Він має такі параметри:

Екваторіальний радіус (а) 6 378,2 км

Полярний радіус (b) 6 356,8 км

Різниця між ними (а - b) 21,4 км

Середній радіус, або радіус

рівновеликої кулі 6 371,1 км

Площа поверхні земного еліпсоїда (округлена) 510,0 млн км²

Довжина кола за меридіаном 40 008,5 км

Довжина кола за екватором 40 075,6 км

Полярне сплющення Землі 

Внаслідок нерівномірного розподілу маси і неоднорідності речовинного складу Землі її форма відхиляється від правильної форми еліпсоїда. На це відхилення впливають також гравітаційні поля Галактики. Справжню форму Землі назвали геоїдом (слово "геоїд" буквально означає землеподібний). Це форма, яку утворила б спокійна поверхня Світового океану, вільна від впливу припливів, течій, відмінностей в розподілі атмосферного тиску. Уявити собі таку поверхню на суші можна, якщо поверхню океану умовно продовжити під континентами. У кожній точці геоїда напрям сили тяжіння перпендикулярний до його поверхні. Геоїд незначно відхиляється від земного еліпсоїда. Підняття геоїда над еліпсоїдом Красовського не перевищують 136 м, опускання — 162 м. При цьому поверхня геоїда здебільшого проходить над океанами і під материками. Це пов'язано з неоднорідною будовою земної кори під океанами і материками.

На основі вивчення даних, отриманих за допомогою штучних супутників Землі, було встановлено полярну асиметрію Землі. Виявилося, що наша планета має форму кардіоїда (серцеподібну форму), причому Північний полюс ц трохи піднятий у порівнянні з Південним приблизно на 70—100 м (рис. 4). Вважають, що полярна асиметрія зумовлена дією гравітаційних полів Галактики на тіло Землі.

Варто зазначити, що справжня форма поверхні Землі відхиляється від будь-якої умовної теоретичної поверхні еліпсоїда чи геоїда. Всі нерівності рельєфу просто неможливо вписати в жодну відому математичну форму. Нагадаємо, що максимальна абсолютна висота фізичної поверхні над середнім рівнем Світового океану становить 8848 м (гора Еверест), найбільша глибина — 11 022 м (Маріанська западина). І все ж, незважаючи на значний перепад абсолютних і відносних висот, спеціалісти знайшли способи для зображення рельєфу на картах з досить високою точністю.

Географічне значення форми і розмірів Землі надзвичайно велике. Внаслідок її кулястої форми кут падіння сонячних променів на земну поверхню зменшується від екватора до полюсів, формуються пояси освітленості, теплові пояси і взагалі всі природні процеси і явища закономірно змінюються у напрямку від екватора до полюсів. Маса і розміри Землі визначають силу земного тяжіння, здатну утримувати атмосферу певного складу і гідросферу, без яких неможливе життя.

Як і інші планети Сонячної системи, Земля бере участь одночасно в кількох видах руху. Разом з Сонячною системою Земля робить один оборот навколо центру Галактики за галактичний рік (близько 230 млн. років), а навколо спільного з Місяцем центру мас вона звертається за 27,32 доби. Однак набагато більше всі, хто живе на Землі відчувають її добове обертання навколо осі і річний рух по орбіті навколо Сонця. З обертанням Землі пов'язані природні одиниці виміру часу.

Земля обертається навколо осі з заходу на схід, тобто проти годинникової стрілки, якщо дивитися на Землю з Полярної зірки (з Північного полюса), роблячи повний оборот за добу або 24 години. Для обліку впливу обертання рухомої системи відліку (якою є Земля) на відносний рух тіла у фізиці вводять спеціальну силу інерції - силу Коріоліса (по імені французького вченого Г. Коріоліса). На Землі це явище, яке правильніше називати прискоренням Коріоліса, проявляється в тому, що всі тіла, що рухаються відносно земної поверхні в Північній півкулі отримують прискоренні, спрямоване вправо, а в Південному - вліво від напрямку їх руху. Прискорення Коріоліса впливає на напрям руху повітряних мас, морських течій, викликає підмив відповідних берегів річок. На екваторі прискорення Коріоліса дорівнює нулю, а до полюсів наростає. Час повного оберту Землі навколо земної осі щодо зірок, між двома послідовними кульмінаціями (найбільш високим становищем якої-небудь зірки) називають зоряними добами і використовують при астрономічних спостереженнях. Зоряні добу рівні 23 год 56 хв. Однак вживаючи термін добу - зазвичай мають на увазі рівні 24 годинам сонячні добу - час повного оберту Землі навколо осі відносно Сонця.

Для вимірювання часу всю поверхню земної кулі розділили на 24 часових пояси по 15 ° кожний і користуються поясним часом - тобто місцевим часом середнього меридіана кожного пояса. Межі поясів пристосовуються до державних або адміністративних кордонів, природних рубежах. За нульовою прийнятий пояс, по середині якого проходить грінвічський меридіан, його час називається всесвітнім. Рахунок поясів ведеться на схід, і в сусідніх поясах час відрізняється на 1 ч. Наприклад столиця Австралії Канберра р. живе за місцевим часом меридіана 150 ° в. д., на 10 годину зрушене вперед щодо всесвітнього. За 180-му меридіану проходить лінія зміни дат, по обидві сторони від якої години та хвилини збігаються, а календарні дати відрізняються на одну добу.

Зміна дня і ночі створює добову ритміку живої та неживої природи, пов'язану зі змінами світлових і термічних умов. Найбільш яскраві прояви такої ритміки - добовий хід температури і вологості, денний і нічний бризи і гірсько-долинні вітри, пожвавлення вдень зелених рослина (оскільки тільки на світлі можливий фотосинтез) і нічне життя багатьох хижаків, летючих мишей і метеликів. Соціальна життя людини теж підпорядковується добовому ритму. Осьове обертання Землі дозволяє виділити полюси - нерухомі точки, які використовують при побудові на кулі градусної мережі з паралелей і меридіанів.

Лекція № 10. Гідросфера

План

1. Властивості води

2. Класифікація води

3. Водні багатства Землі

Список використаних джерел

1. Арканова Н.Д. Вода в житті тварин та людей // Країнознавство, Географія. Туризм, 2005. - №18, С.7

2. Білявський Г.О. Основи екології. - Навчальний посібник / К.: Либідь, 2006.- 408 c.

3. Воронцов А.І., Харитонова Н.З. Охорона природи. - М.: Вища школа, 1971. - 108 с.

4. Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: Навч. посібник - К.: Т-во "Знання", КОО, 2000. - 203 с.

5. Константінов В.М. Охорона навколишнього середовища - М.: Академія, 2000. - 99 с.

6. Константінов В.М., Челідзе Ю.Б. Екологічні основи природокористування. - М.: Академія, 2001. - 76с.

7. Малишко М. Екологічне право України: Навч. посібник. -К.: Юридична книга, 2001 - 392 с.

8. Пестушко В.Ю. Загальна географія: Підруч. для 6 кл. загальноосвіт. навч. закл. - К.: Генеза, 2006. - 240 с:

9. Родзевіч М.М., Пашканг К.В. Охорона і перетворення природи. - М.: Просвещение, 1986. - 144 с.

10. Романов Л.Г. Гідросфера // Географія, 2002. - №16, С. 4

11. Ященко Л.А. Охорона навколишнього середовища особливе питання сьогодення// Біологія, 2003. - №3, С.18

Вступ

Вода настільки міцно увійшла в наше життя, що ми і не мислимо своє існування без неї. Цю речовину справедливо називають колискою життя. Адже перші живі істоти, що з'явилися на нашій планеті мільйони років тому, мешкали у воді.

Отже серед природних ресурсів вода займає особливе місце. На протязі довгої геологічної історії вона створила на нашій планеті сприятливе середовище для виникнення всього живого, у тому числі й людини. Вода оболонка земної кулі – океани, моря, ріки, озера – називають гідросферою.

Сучасний світ рослин і тварин, сама людина завдячують своїм існуванням воді. Рослинам вона потрібна, щоб розчиняти і транспортувати поживні речовини по всьому тілу. Вода підтримує форму та пружність рослин. Зелені рослини на світлі з води та вуглекислого газу утворюють органічні речовини.

Для багатьох тварин і рослин вода є рідною домівкою місцем їхнього оселення . Густина води більша за гус тину повітря у 770 разів, тому мешканці водойм ще використовують її як опору.

Серед речовин, що входять до складу тіла тварин і людини, воді належить перше місце. Навіть кістки та зуби мають у своєму складі воду. Вода у тілі людини видіграває роль розчинника. Тисячі хімічних реакцій, що відбуваються в живому організмі з їжею, без води були б просто неможливі. Поживні речовини, які утворюються при цьому, та речовини, що підлягають видаленню з організму, переносяться кров'ю. А в складі крові багато води.

Улітку ми споживаємо води більше, ніж узимку. Це зумовлено ще однією важливою її роллю - захищати тіло людини і тварин від перегрівання.

Шляхом аналізу наукової літератури та джерел, більш детальніше хотілось би розглянути властивості та класифікацію води; охарактеризувати водні багатства Змелі; дослідити їх значення у природі та житті людини [1, с.7].

Властивості води

Гідросфера - це водна оболонка Землі, Така оболонка утворилась завдяки незвичайним властивостям води. Адже вода у природі може перебувати у трьох станах. Найчастіше ми бачимо воду у рідкому стані. Проте при нагоді вода, може стати невидимкою, тобто може випаруватися і перейти у газоподібний стан. А коли температура опускається нижче нуля градусів, вода перетворюється на лід або сніг, тобто набуває твердого стану.

Сукупність усіх вод земної кулі - океани і моря, річки і озера, болота і водосховища, сніги і льодовики, підземні води і багаторічна мерзлота, а також вода, що перебуває в атмосфері у вигляді пари та хмар, - утворюють разом водну оболонку Землі – гідросферу [10, с. 4].

Завдяки здатності змінювати свій стан вода може мандрувати світом на великі відстані. Безперервно триває цей процес переміщення води на земній кулі - великий, або світовий, колообіг води в природі: океан - атмосфера - суходіл - океан.

Трапляється, що вода, яка випаровується з поверхні океану, повертається у вигляді атмосферних опадів одразу в той самий океан. Це малий колообіг води в природі: океан - атмосфера - океан. На Землі водночас відбуваються і великий, і малий колообіги води.

Океан - головний приймач і акумулятор сонячної енергії, оскільки вода має високу теплопровідність [8, с. 150].

Загальні властивості води визначаються за твердістю, загальним вмістом солей, прозорістю, наявністю домішок, мікроорганізмів.

Такі фактори, як освітленість, солоність, механічні сили водних мас, зумовлюють чіткий розподіл морських організмів за зонами умов життя (мілководні, середньоглибинні, глибоководні).

Основними фізичними властивостями водного середовища є її щільність (в 800 разів вище густини повітря) і в'язкість (вище повітряної в 55 разів). Крім того, вода характеризується рухливістю в просторі, що сприяє підтримці відносної гомогенності фізичних і хімічних характеристик. Водні об'єкти характеризуються зміною температури води на глибині. Температурний режим має істотні добові, сезонні, річні коливання, але в цілому динаміка коливань температури води менше, ніж повітря. Світловий режим води під поверхнею визначається її прозорістю (мутністю). Від цих властивостей залежить фотосинтез бактерій, фітопланктону, вищих рослин, а отже, і накопичення органічної речовини, що можливо лише в межах евфотіческой зони, тобто в тому шарі, де процеси синтезу переважають над процесами дихання. Мутність і прозорість залежать від вмісту у воді зважених речовин органічного і мінерального походження. З найбільш значущих для живих організмів абіотичних факторів у водних об'єктах слід відзначити солоність води - вміст у ній розчинених карбонатів, сульфатів, хлоридів. У прісних водах їх мало, причому переважають карбонати (до 80%). У океанічної воді переважають хлориди і частково сульфати. У морській воді розчинені практично всі елементи періодичної системи, включаючи метали. Інша характеристика хімічних властивостей води пов'язана з присутністю в ній розчиненого кисню і діоксиду вуглецю. Особливо важливий кисень, що йде на дихання водних організмів. Життєдіяльність і поширення організмів у воді залежать від концентрації іонів водню (рН). Усі мешканці води - гідробіонти пристосувалися до певного рівня рН: одні вважають за краще кислу, інші - лужну, третє - нейтральне середовище. Зміна цих характеристик, перш за все в результаті промислового впливу, призводить до загибелі гідробіонтів або до заміщення одних видів іншими [9, с. 117-118].

Класифікація води

Воду поділяють за походженням і призначенням:

1. За походженням води бувають атмосферними, поверхневими та підземними.

Атмосферні води випадають на поверхню Землі у вигляді дощу, снігу, граду, роси, інею, ці води насичені сірководнем, оксидом азоту та іншими газами, якими забруднена атмосфера особливо у промислових районах. Атмосферна води не містить солей, кальцію та магнію.

До поверхневих вод належать води річок, озер, морів, океанів, водосховищ. У цих водах крім домішок, на які багата атмосферна вода, містяться солі та інші речовини, як є в ґрунтовому розчині. Води річок та озер самоочищаються під впливом сонячної енергії та дії корисних мікроорганізмів, рослин та водоростей, інших підводних мешканців, шкідливі мікроби, що перебувають у воді, часто гинуть.

Підземні води – це води джерел, артезіанських колодязів, гейзерів, копалень. Склад їх залежить від ґрунтів, через які вони просочуються. У більшості випадків це прозорі й позбавлені мікроорганізмів води. Солі кольорових і рідкісних металів, стад, бром, сірководень тощо, часто містять води копалень. Підземні води є унікальною сировиною для хімічної промисловості так, вода з розчиненим у ній хлористим натрієм використовується для отримання хлору, їдкого натру, водню. Деякі з цих вод мають лікувальні властивості – води Трускавця, Миргородська, Сатанова.

2. За призначенням води умовно поділяються на питну та промислову воду. У кожній з них вміст домішок регламентується відповідними стандартами.

Питна вода згідно із санітарними вимогами має бути безпечною для вживання, не мати запаху, присмаку та забарвлення. Вода придатна для пиття, не повинна містити домішок більше встановленої норми, оскільки їх надмірність шкідлива для життя організмів.

Ґрунтова вода буває:

1) хімічно зв’язана (кристалізована) вода - входить до складу мінералів, займає перше місце в їхній кристалічній структурі, не бере безпосередньої участі в процесах грунтовотворення;

2) пароподібна, яка утворюється через випаровування поверхневої і ґрунтової вологи при наявності в ґрунті вільної рідкої води.

3) сорбіційно зв’язана ґрунтова вода, яка утворюється в наслідок дії поверхневих сил твердої фази ґрунту на молекули води;

4) Вільну воду ґрунту доступну рослинам поділяють на капілярну і гравітаційну.

Капілярна вода переміщується в тонких норах під дією капілярних сил. Утримується вона на стиках між частинами ґрунту.

Капілярна волога є найбільш доступною для рослин. Вона відіграє важливу роль в процесі перерозподілу в ґрунті легко розчинних сполук.

Гравітаційна вода перемішується в ґрунті під дією сил тяжіння. Ця вода вільно просочується в верхніх горизонтах у глибші, накопичуються у породі або поповнюючи запаси підгрунтової вологи.

Гравітаційна волога доступна рослинам, але вона досить рухлива, що дещо ускладнює доступ до неї [4, с. 178-180].

Водні багатства Землі

На глосусі переважає голубий колір. Ним позначають воду океанів, морів, річок, озер.

Світовий океан — безперервний водний простір на поверхні Землі.

Світовий океан - важлива складова гідросфери: адже саме на океан припадає більша частина (96 %) її об'єму. Слово «океан» прийшло до нас з давньогрецьких міфів. Так називали бога однойменної великої ріки, яка омиває увесь земний світ. Звідси й з'явилося поняття «світовий океан». Простори, охоплені ним, настільки значні, що нашу планету іноді називають водною планетою. Світовий океан охоплює 3/4 території Землі, і лише 1/4 її поверхні припадає на суходіл. Поверхню Світового океану називають акваторією.

Світовий океан і суходіл дуже відрізняються, проте вони не ізольовані один від одного: між ними постійно відбувається обмін речовин, зокрема завдяки колообігу води у природі.

За останні 1500 років рівень Світового океану безперервно підвищувався. Протягом XX ст. він піднявся на 0,1-0,2 м. Причиною цьому, ймовірно, стало танення льоду на суходолі, зумовлене глобальним потеплінням. Нині рівень океану підвищується у Північному Льодовитому океані на 2,6 мм/рік, в Атлантичному - близько 2 мм/рік, у Тихому - 1 мм/рік, в Індійському - 0,6 мм/рік.

Світовий океан такий великий, що материки на його поверхні виглядають як острови. Проте саме материки поділяють Світовий океан на основні частини, що дістали назви Тихий, Атлантичний, Індійський і Північний Льодовитий океани. Найбільший серед них Тихий океан. Його розміри вражають - 15 000 км з півночі на південь і стільки ж зі сходу на захід. Кожний з океанів має свої природні особливості. Водночас усі океани мають багато спільного, оскільки їхні води вільно сполучаються і перемішуються.

Частини океанів, які глибоко заходять у сушу або відокремлені від океанів островами і півостровами, називають морями. Океани та моря - це великі маси солоної води, що заповнюють западини в поверхні землі . Розрізняють окраїнні, Середземні та міжострівні моря. Окраїнні моря розміщуються по окраїнах материків і мало вдаються в суходіл, як-от: Баренцове в Північному Льодовитому океані, Аравійське в Індійському океані, Берингове в Тихому океані [8, с. 150-151].

Середземні моря розташовуються всередині материка або між материками і з'єднуються з океаном однією або кількома протоками. Прикладом морів цього типу є Чорне, Середземне і Азовське в Атлантичному океані, Біле море в Північному Льодовитому океані, Червоне море в Індійському океані.

Міжострівні моря розміщуються між островами. Прикладом морів цього типу є Яванське, Банда в Тихому океані. У Світовому океані є лише одне море без берегів - Саргасове.

Частину території України займають Чорне та Азовське моря.

Річки - це потоки прісної води, що течуть у виробленій ним заглибині (річковій долині). Зазвичай річка починається з невеликого джерельця. Річкову систему утворює головна річка з усіма притоками. Річки руйнують, переносять і накопичують гірські породи.

Більшість річок планети впадає у моря. Найбільша річка України Дніпро впадає у Чорне море. Територією України несуть свої води річки Буг, Дністер, Прут, Десна та інші [8, с. 167].

Озера — заповнені водою западини суходолу, безпосередньо не пов'язані з морем. В озерах нашої планети міститься набагато більше води, ніж у річках, проте їхнє життя порівняно з річками нетривале. І якщо води озера не поповнюються атмосферними опадами, водою річок і струмків, підземними водами, то через деякий час воно міліє, а в районах з сухим кліматом висихає, стає солоним, бідним на рослинність. У районах з вологим кліматом таке озеро заростає і поступово перетворюється на болото. Озера трапляються на рівнинах і в горах. Вони дуже відрізняються одне від одного площею і глибиною, походженням улоговини, властивостями води, а також за біологічними особливостями.

Вода в них здебільшого прісна, тобто несолона, але трапляються озера з солоною водою. Все більше з'являється штучних озер – водосховищ, ставків і каналів. Людина створює їх для своїх господарських потреб [8, с. 174].

Використання водних ресурсів

Вода – найцінніший природний ресурс. Вона відіграє виняткову роль у процесах обміну речовин, що становлять основу життя. Величезне значення вода має в промисловому і сільськогосподарському виробництві. Загальновідома необхідність її для побутових потреб людини, всіх рослин і тварин.

Зростання міст, бурхливий розвиток промисловості, інтенсифікація сільського господарства, значне розширення площ зрошуваних земель, поліпшення культурно-побутових умов і ряд інших чинників все більше ускладнюють проблеми забезпечення водою. Потреби у воді величезні і щорічно зростають [3, с. 47].

У залежності від того, яким чином використовують водні ресурси, всі галузі народного господарства поділяють на дві категорії:

1) водокористувачі - це галузі, які використовують водойми для різних цілей, але безповоротний водозабір не ведуть. До них відносяться гідроенергетика, водний транспорт, рибне господарство, місцеві органи, що використовують воду для цілей і потреб населення, тобто служби господарсько-питного споживання.

2) водоспоживачів - це галузі, які беруть воду з водойм, причому частина її використовується безповоротно. Найбільшими водопотребителями є теплоенергетика (особливо АЕС), сільське господарство, а з промисловості - хімічна і металургійна.

Сучасне місто з населенням 1 млн осіб споживає за добу 300 тис.м ³ води, з яких 75-80% перетворюються в стічні води.

Наслідки нераціонального використання водних ресурсів:

1. Перевитрата поверхневих вод.

При довгостроковому плануванні варто враховувати неминучі посушливі роки, коли річковий стік падає до аномально низького рівня. Вважається, що не можна використовувати більше 30% середньорічного річкового стоку без ризику випробувати недолік води. На ряді річок потреби у воді перевищують 90% середньорічного стоку.

Екологічні наслідки перевитрати поверхневих вод зачіпають не тільки саму річку, а весь біоценоз пов'язаний з річкою (пересихання боліт, загибель рослинності і тварин і т.д.).

2. Перевитрата грунтових вод.

Підземні водосховища, як будь-які інші, виснажуються, якщо споживання з них води йде швидше поповнення. Проблема стоїть особливо гостро в регіонах з низькою кількістю опадів, де швидкість поповнення дуже невелика, а потреба у воді висока через нестачу поверхневих водойм.

Падіння рівня грунтових вод впливає на поверхневі водойми, тому що це падіння призводить до скорочення джерел і пов'язаних з ними поверхневих водойм, що посилює їх екологічні проблеми.

3. Осідання грунту.

Грунтові води вимивають у надрах землі порожнини, які заповнюються водою. Вода сама частково підтримує вищерозміщені породи і грунту. Коли рівень грунтових вод падає, ця опора зникає, і може відбуватися поступове опускання поверхні суші зване осіданням грунту.

4. Підтік солоної води.

Через виснаження запасів грунтових вод виникає ще одна проблема - підтікання солоної води. Зниження рівня грунтових вод або велика швидкість їх споживання можуть знизити тиск у водоносному горизонті, що дозволить проникати в нього, а, отже, і в колодязі і артезіанські свердловини солоній воді.

5. Забруднення вод.

Основними причинами забруднення поверхневих вод є: скид неочищених та не досить очищених комунально-побутових і промислових стічних вод безпосередньо у водні об'єкти та через систему міської каналізації [11, с. 18].

Охорона водних ресурсів

Дефіцит прісної води вже зараз стає світовою проблемою. Все більш зростаючі потреби промисловості і сільського господарства у воді примушують всі країни, вчених світу шукати різноманітні засоби для вирішення цієї проблеми.

На сучасному етапі визначаються такі напрями раціонального використання водних ресурсів:

• більш повне використовування і розширене відтворювання ресурсів прісних вод;

• розробка нових технологічних процесів, що дозволяють запобігти забрудненню водоймищ і звести до мінімуму споживання свіжої води.

Відповідно до водяного кодексу України всі води становлять її водний фонд. До нього належать:

I. - поверхневі води: природні водойми (озера, водостоки – річки, струмки), штучні водостоки (водосховища, ставки, канави, інші водні об’єкти).

II. – підземні води та джерела.

III. – внутрішні морські води та територіальне море.

Усі води підлягають охороні від забруднення, засмічення, вичерпання, та інших дій, які можуть погіршити умови водопостачання, завдати шкоди здоров’ю людей, зменшенню рибних запасів, погіршенню умов існування деяких тварин, зниження родючості землі та інші несприятливі явища в наслідок зміни фізичних і хімічних властивостей вод, зниження їх здатності до природного очищення, порушення гідрологічного і гідрогеологічного режиму вод [2, с. 115].

Відповідно до Водного кодексу України забороняються:

- введення в дію підприємств, споруд та інших об’єктів що впливають на сток вод.

- скидання у водні об’єкти виробничих, побутових, радіоактивних та інших відходів і сміття.

- підприємствам, установам, організаціям і громадянам заборонене забруднення, засмічування поверхні водозаборів, льодового покриву водойм, водостоків, а також морів, їх заток, лиманів, виробничими побутовими та іншими забруднюючими речовинами.

- власники засобів водного транспорту, трубопроводів, плаваючих та інших споруд зобов’язані забезпечувати охорону вод від забруднення мастильними, паливними, хімічними, нафтовими та інших забруднюючими речовинами.

Обов’язкове отримання запобігання забрудненню при зберіганні, транспортуванні та використанні добрив, хімічних засобів захисту рослин та інших токсичних препаратів і речовин сільськогосподарськими підприємствами.

Підприємства, установи і організації, діяльність яких може впливати на стан підземних вод, які експлуатують накопичувачі промислових, побутових і сільськогосподарських стоків чи відходів, повинні здійснювати заходи щодо попередження забруднення підземних вод, а також об’єднувати локальні мережі спостережувальних свердловин для контролю за якісним станом цих вод.

За забруднення, засмічення, порушення водного законодавства винні притягуються до адміністративної, цивільної або кримінальної відповідальності, самовільне порушення правил водокористування, права державної власності на воду, самовільне захоплення водних об’єктів або самовільне водокористування, забруднення і засмічення вод, пошкодження водогосподарських споруд карається штрафом. Кримінальна відповідальність, що передбачає позбавлення волі встановлене за забруднення річок, озер, морів та інших водних об’єктів неочищеними і не знешкодженими стічними водами, що заподіяли шкоду здоров’ю людей, сільськогосподарському виробництву, або рибним запасам. Цивільна відповідальність полягає у відшкодуванні збитків заподіяних порушенням водного законодавства [7, с. 279-280].

Лекція № 11. Біосфера.

План.

1.Поняття про біосферу, її межі, особливості.

2.Загальні закономірності розподілу живих організмів.

3.Роль живих організмів у біосфері.

4. Кругообіг речовин у біосфері.

5. Поняття про ноосферу.

Список літератури

1. В.М. Голуб. Основи загального землезнавства. Умань. – 2007. - С. 116-118

Біосфера (гр. bios – життя, + sphaira – куля) – область поширення на Землі організмів та продуктів їх життєдіяльності. Біосфера оболонка Землі, склад, структура і енергетика якої в сучасних рисах зумовлені минулою або сучасною діяльністю живих організмів. Поняття про біосферу не раз змінювалось з часу появи цього слова. Початок вчення про біосферу пов’язують з іменем відомого французького натураліста Ж.Б. Ла-Марка (1802), який запропонував термін “біологія” для всіх живих організмів, що населяють Землю. Визначення біосфери як особливої оболонки Землі та її назва були запропоновані відомим австрійським геологом Е. Зюссом (1875) у його праці з геології Альп. Окремі факти і положення про біосферу знаходимо у працях А. Гумбольдта, В. Докучаєва, Я. Молешотта та інших дослідників. Детально розробив вчення про біосферу український вчений В.І. Вернадський – перший президент Української Академії наук. Біосфера, за Вернадським, це оболонка Землі, де жива речовина відіграє домінуючу роль, значно впливає на всі процеси, що в ній відбуваються. Вернадський дав таке визначення біосфери: “Біосфера являє собою оболонку життя – область існування живої речовини”. У численних своїх працях В.І. Вернадський виклав вчення про біосферу як особливу оболонку Землі, яка включає як область поширення живої речовини, так і саму речовину, в якій життєдіяльність організмів (утому числі людини) проявляється як могутній геохімічний фактор планетарного масштабу і значення.

Біосфера включає нижню частину атмосфери (7 км на полюсах і 18 – 20 км на екваторі), всю гідросферу (11 км), і літосферу (до глибини 3 км на суші та 0,5…1 км під дном океану). За В.І. Вернадським, нижня межа життя в земній корі визначається температурою 100(С, яка спостерігається до глибини 2,5…3,5 км. Але в 70-х та 80-х роках в нафтогазоносних водах були знайдені мікроорганізми на глибині 4,5…6 км. Якщо включити в біосферу шари атмосфери, де спостерігається перенесення живих організмів, зачатків організмів, то межі по вертикалі будуть становити 25…40 км.

Об’єм біосфери – 10·109 км? (0.4% об’єму Землі), маса біосфери 3·1018 т – близько 0,05% маси землі (5,96·1027 г). Компонентами біосфери є жива речовина, гірські породи, вода, повітря, сонячна радіація. Для біосфери є характерним те, що вона включає речовину у твердому, рідкому і газоподібному станах, тобто вона трифазна. Основним джерелом всіх процесів, які в ній відбуваються є сонячна енергія. У зв’язку з цим для біосфери характерний постійний кругообіг речовини та енергії, в якому найактивнішу роль відіграють живі організми. Область існування живої речовини охоплює атмосферу (до тропопаузи), літосферу (кору вивітрювання), всю гідросферу, тобто біосфера триярусна. Літосфера, гідросфера, атмосфера і жива речовина сна. Літосфера, гідросфера, атмосфера і жива речовина співвідносяться між собою так, як, наприклад, кам’яна чаша, масою 51,26 кг, вода, масою 45,36 г, копійка і поштова марка. У межах біосфери існують області, в межах яких активне життя неможливе. Так, у верхніх шарах тропосфери, а також в найбільш холодних і жарких районах земної кулі організми можуть існувати лише в стані спокою.

Сукупність таких областей біосфери називають парабіосферою (Хатчінсон, 1972).

Але і в інших областях біосфери, де організми можуть існувати в активному стані, життя розподілене нерівномірно. Неперервний шар живої речовини, як його назвав В.І. Вернадський, займає водну товщу, і вузькою смугою простягається на межі літосфери, і тропосфери, де включає ґрунт з корінням рослин, грибами, мікроорганізмами і тваринами, а також включає приземну частину тропосфери, в якій розміщені частини рослин і переноситься основна маса пилку, спор, насіння. Цей шар В.Б. Сочава (1944) назвав фітосферою, а Е.М. Лавренко (1949) – фітогеосферою.

Потужність фітогеосфери найбільша в океанічних областях, де вона досягає 11 км, по суші вона може досягати 100…150 м.

Загальні закономірності розподілу живих організмів.

Все живе в біосфері утворює живу речовину. Зараз нараховують 0,5 млн. видів рослин і 1,5 млн. (за іншими даними 2 млн.) видів тварин, у тому числі хребетних 42 тис, членистоногих – 1 млн. видів. Життя зародилось в океані, однак сьогодні більшість організмів живе на суші. У Світовому океані нині налічують 160 тис. видів тварин і рослин, за кількістю перше місце посідають молюски (60 тис. видів), друге – ракоподібні (20 тис. видів), третє – риби (16 тис. видів).

Жива речовина нашої планети існує у вигляді великої кількості організмів із своїми індивідуальними ознаками різноманітністю форм і розмірів. Серед живих організмів зустрічаються дуже різні за розмірами мікроорганізми і багатоклітинні тварини і рослини великих розмірів. Органічний світ суші у видовому відношенні більш різноманітний, ніж органічний світ водного середовища. Якщо кількість видів сухопутних тварин складає 93%, то водних – лише 3%. Для рослин характерне аналогічне співвідношення. На наземні флори припадає 92% видів і 8% на водні. Наведені цифри свідчать про те, що можливості для видоутворення на суші були більш сприятливі, ніж у водному середовищі.

Для порівняння кількості живих організмів використовують поняття “біомаса”, “продукція живих організмів” тощо.

Біомаса (гр. bios – життя + massa - тісто) – загальна маса особин одного

виду, груп або всього угруповання живих організмів на одиницю площі або об’єму. В середньому на 1 см? земної поверхні припадає 580 мг сухої органічної речовини. До складу цієї біомаси входить біомаса рослин, тварин, грибів, бактерій. У біосфері біомаса розподілена нерівномірно і змінюється від нуля (крига Антарктиди) до 60 кг/м? (тропічні ліси). Біомаса всієї біосфери – приблизно 1841…2440 млрд. т, що становить близько 0,00001% маси земної кори. Жива речовина, якої так небагато у біосфері, постійно виникаючи і руйнуючись, перетворюючи сонячну енергію осфері, постійно виникаючи і руйнуючись, перетворюючи сонячну енергію в хімічну, виконує величезну геохімічну роботу (газову, концентраційну, енергетичну, окислювально-відновну, деструктивну).

Біологічна продукція – відтворення біомаси рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, які входять до складу екосистеми, за певний період часу. Найчастіше біопродукція виражається як маса сухої речовини за рік на одиницю площі, або об’єму (води, ґрунту). Розрізняють первинну і вторинну біопродукцію. Первинна або валова первинна, продукція – це маса органічної речовини та енергії, яка утворюється в процесі фотосинтезу рослин. Валова продукція частково (до 50%) витрачається на дихання самих рослин, решту становить чиста первинна продукція. Щорічно частину чистої продукції (7…10% у наземних і до 40% у морських екосистемах) поїдають гетеротрофи – рослиноїдні тварини та паразити рослин, частина використовується мінералізаторами, частина іде на приріст біомаси.

Чиста продукція і біомаса не завжди перебувають у прямій залежності. Тільки в однорічників співвідношення їх 1:1. У багаторічників співвідношення біомаси і чистої продукції змінюється у широких межах: у лісах вона може досягти 50:1, у лугових і степових угрупованнях – 3:1. В молодих екосистемах біомаса невелика, а чиста продукція переважає. У зрілих екосистемах біомаса досягає максимуму, а чиста продукція – мінімуму У Світовому океані біомаса рослин невелика (3,9 млрд. т), а чиста продукція у 14 разів більша (55 млрд. т). Треба підкреслити, що “мета” у природи і мета людини різна: природа збільшує валову продукцію, а людина – чисту продукцію. Величина чистої первинної біопродукції біосфери оцінюється авторами по-різному: від 50 млрд. т сухої органічної речовини за рік. Причому, 2/3 її виробляється на суші, 1/3 – в океані. Майже 70% чистої продукції утворюється в лісах Землі. Проте людина інтенсивно знищує ліси: 20 га за хвилину; 15 млн. га щороку вирубується. Це у 18 разів більше ніж приріст лісів за той самий час.

Розподіляється чиста первинна продукція на Землі дуже нерівномірно і змінюється від 0 до 45 кг/м² у рік: в тундрі – 0,1…3,0 (в середньому – 0,6), в степах – 0,2…5,0 (1,6), напівпустинях – 0,10…4,0 (0,7) кг/м² у рік. Велика маса чистої первинної продукції спостерігається у певних районах Землі. На континентах – у тропіках, в океанах між 40° і 60° північної і південної широт. Саме у цих районах рослини одержують тепло, воду і поживні речовини в оптимальному співвідношенні. Але в загальному плані чиста первинна продукція на земній кулі зменшується із зниженням температури, тобто від екватора до полюсів. Майже 60% усієї продукції суші утворюється в тропіках, 20% - у субтропіках, і 20% на решті територій.

Вторинна біопродукція – маса живої речовини, виробленої гетеротрофами. Загальна маса живої речовини на Землі була підрахована В.І. Вернадським, який в 1927 році представив наближену величину – 1021 г. Однак ця величина була дещо завищеною і з того часу різні дослідники наводять свої оцінки біомаси Землі. Найбільш точними вважають дані, одержані М.І. Базилевич та іншими. Незалежно від методів підрахунків існують зональні закономірності розподілу біомаси організмів на суші та в океані:

* в океані загальна біомаса організмів значно нижча, ніж на суші;

* основна біомаса рослин зосереджена на суші;

* біомаса тварин в океані більша ніж біомаса тварин на суші;

*  на суші біомаса рослин перевищує біомасу тварин.

Роль живих організмів у біосфері.

Значення організмів у створенні і переробці органічних речовин дуже різноманітне. Виділяють три основні групи організмів: продуценти, консументи і редуценти.

Продуценти – це автотрофні організми, які синтезують з неорганічних сполук органічні речовини з використанням сонячної енергії або енергії, що виділяється під час хімічних реакцій (хемотрофи), (зелені рослини – фотосинтез, бактерії – хемосинтез). Бактерії (водневі, нітрифікуючі, сіркобактерії, залізо…) внаслідок своєї діяльності синтезують органічні речовини з СО2, використовуючи енергію, вивільнену при окисленні аміаку, сірководню, сірки.

Консументи – організми, що живляться органічною речовиною (первинною чи вторинною) трансформуючи її в інші форми. Це всі тварини, частина мікроорганізмів, паразитичні та комахоїдні рослини. Виділяють консументи першого порядку – фітофаги, рослиноїдні організми, другого порядку – хижаки і паразити, що споживають рослинні організми, третього порядку – хижаки і паразити, що споживають хижих тварин і паразитів.

Редуценти (деструктори, детритофаги) – організми, що живляться мертвою органічною речовиною (бактерії, гриби, мікроорганізми) і розкладають її до мінеральної. Обмін речовин, який відбувається в природі, можливий лише за участі представників всіх трьох груп організмів: без продуцентів неможливе життя, так як тільки вони створюють основу життя – первинну продукцію органічних речовин, консументи різних порядків, споживаючи первинну і вторинну і вторинну продукцію, перетворюючи органічну речовину з однієї форми в іншу, сприяють зростанню різноманітності форм життя на Землі і зміні поколінь; Редуценти розкладаючи органічні речовини до мінеральних, перешкоджають перетворенню планети в кладовище мертвих решток. Так відбувається кругообіг біогенних речовин та енергії в біосфері. Постійне надходження енергії Сонця живить цей циклічний процес і компенсує неминучу втрату енергії біосфери через теплове випромінювання. Тому біосферу В.І. Вернадський назвав глобальною “біологічною машиною” по трансформації енергії Сонця, яка підтримує біологічний кругообіг речовини.

Кругообіг речовин у біосфері.

Життя – це кругообіг елементів між організмами і середовищем. Причина кругообігу – обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів. ність елементів, з яких будується тіло організмів.

Розрізняють два види кругообігу речовин та енергії у біосфері:

- геологічний (великий), який відбувається між сушею та океаном;

- біологічний (малий), який відбувається або на суші, або в океані.

Біологічний кругообіг включає як горизонтальну, так і вертикальну міграцію та складається з двох протилежних процесів: синтез органічної речовини з неорганічної за допомогою сонячної енергії; мінералізація органічних решток і виділення енергії.

Біологічний кругообіг – це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які протікають у біосфері. В зв’язку з цим біосферу визначають як область Землі, де протікають три основних процеси: кругообіг вуглецю, азоту, сірки, в яких беруть участь 5 елементів (H, O, C, N, S), що рухаються через атмосферу, гідросферу, літосферу. У природі кругообіг здійснюють не речовини, а хімічні елементи. Ці 5 елементів рухаються і окремо, і в таких сполуках, як вода, нітрати, двооксид вуглецю, двооксид сірки.

Кругообіг вуглецю. У біосфері вуглецю багато – 12000 млрд. т. Це пояснюється тим, що еволюція життя на Землі – це еволюція сполук вуглецю, які безперервно виникають, змінюються і розкладаються. Кругообіг вуглецю відбувається фактично між живою речовиною та двооксидом вуглецю. У процесі фотосинтезу, здійснюваного рослинами, СО₂ і вода з допомогою енергії сонячного світла перетворюються на різні органічні сполуки. Щорічно вищі рослини і водорості поглинають при фотосинтезі 200 млрд. т вуглецю. Якби вуглець повертався в атмосферу, його запас (700 млрд. т) у ній швидко б вичерпався. Але він повертається в результаті процесу дихання рослин і тварин. Відмерлі рослинні і тваринні організми розкладаються грибами і мікроорганізмами до СО2, який теж повертається в атмосферу. Повний цикл обміну атмосферного вуглецю здійснюється за 300 років. Але частина вуглецю вилучається у вигляді торфу, нафти, вугілля, вапняку, мармуру – викопних відкладів і осадових порід.

Вважають, що на кругообіг вуглецю часом дуже впливає діяльність людини. Використання викопного палива і автомобілізація порушили динамічну рівновагу між кількістю виділеного і поглинутого вуглецю у бік його збільшення в атмосфері. У наш час людство виробляє стільки ж СО2, як і всі організми фотосинтетики. Зараз в атмосфері СО2 близько 0,03%. Вчені припускають, що до кінця 20 століття кількість його може збільшитися на 12…20%. Швидкість кругообігу азоту, фосфору і сірки при цьому різко зросте. Крім того, припускається, що збільшення СО2 в атмосфері у 2 рази ипускається, що збільшення СО2 в атмосфері у 2 рази підвищить (внаслідок парникового ефекту) середню глобальну температуру на 3…6°С. А це має спричинити катастрофу – рівень морів і океанів може значно піднятися. Можуть бути затоплені найбільш родючі низинні землі.

До того ж потепління високоширотних зон зменшить перепад температур

головного двигуна циркуляції повітряних мас атмосфери. Внаслідок цього вологі області Землі стануть ще більш вологими, а сухі – більш сухими.

Кругообіг кисню. Щорічно лісові масиви виробляють 55 млрд. т кисню. Він використовується живими організмами для дихання і бере участь в окисних реакціях в атмосфері, літосфері, гідросфері. Циркулюючи через біосферу, кисень перетворюється то на органічну речовину, то на воду, то на молекулярний кисень. Весь кисень атмосфери (2,8·1014 – 1,2·1015 т) за кожні 2 тис. років проходить через живу речовину біосфери. За час свого існування людство безповоротно втратило близько 273 млрд. т кисню. У наш час щорічно на спалення вугілля, нафтопродуктів і газу витрачається 13*10⁹ т кисню. Інтенсивність цього процесу збільшується щороку на 6%. Майже 3 млрд. років рослини збагачували атмосферу киснем. Але при збереженні нинішніх темпів його споживання вже через два століття концентрація кисню можливо знизиться до критичного рівня. Основні поглиначі кисню – промисловість і автомашини. Кожній людині на добу потрібно 80 л. кисню, автомашині ж для згоряння 1 л. бензину – 200 л. А в світі налічується понад 300 млн. автомашин.

 Кругообіг азоту, фосфору, сірки. Діяльність людини прискорює кругообіг цих елементів. Головна причина цього прискорення – використання фосфору в добривах, що призводить до еутрифікації – надудобрення. Еутрифікація в першу чергу діє на континентальні водойми. При еутрифікації відбувається бурхливе розмноження водоростей – цвітіння води. Це призводить до зменшення кількості розчиненого у воді кисню. Продукти обміну водоростей знищують рибу та інші організми. Сформовані екосистеми при цьому руйнуються. Процес еутрифікації змогла б зменшити нестача азоту і сірки. Але індустрія і вихлопи двигунів внутрішнього згоряння викидають щорічно багато нітратів і сульфатів. Потрапляючи на землю разом з дощами, вони засвоюються рослинами.

Кругообіг води. На Землі води багато – гідросфера становить 1/4000 її маси. Вода покриває 3/4 поверхні Землі. За 1 хвилину під дією сонячного тепла з поверхні водойм Землі випаровується до 1 млрд. т води. Після охолодження пари утворюються хмари, випадає дощ і сніг. Опади частково проникають у ґрунт. Ґрунтові води повертаються на поверхню землі через коріння рослин джерела, наноси, тощо. Швидкість циркуляції води досить велика: вода океанів поновлюється за 2 млн. років, ґрунтова вода – за рік, річкова за 12 діб, пара в атмосфері – за 9 діб. Двигуном кругообігу є енергія Сонця. Щорічно для створення первинної продукції рослини біосфери використовують при фотосинтезі 1% води, що потрапляє у вигляді опадів. Людина тільки для побутових і промислових потреб використовує 20 мм для побутових і промислових потреб використовує 20 мм опадів – 2,5% загальної їх кількості за рік, Безповоротний щорічний водозабір тепер становить 5,5 тис. м?. Щорічно він збільшується на 4…5%. Якщо такий приріст збережеться, то до 2100 р. людство вичерпає запаси прісної води на Землі.

Поняття про ноосферу.

Поступовий розвиток живої речовини в межах біосфери Землі приводить до зміни якісного стану самої біосфери, до переходу її в ноосферу. Під ноосферою розуміють сферу взаємодії природи і суспільства, в якій розумова діяльність людей стає головним, визначальним фактором розвитку.

Ноосфера (гр. noos – розум і sphaira - куля). Термін “ноосфера” вперше був введений французьким вченим-математиком Е. Леруа в 1927 році. Під ноосферою він розумів сучасну геологічну стадію розвитку біосфери. В подальшому власні уявлення про ноосферу розробив геолог П. Тейяр-де-Шарден і виклав їх у своїй книзі “Феномен людини”. Уявлення цього вченого щодо ноосфери мали дещо ідеалістичний характер. Розвиваючи своє вчення про біосферу В.І. Вернадський надав поняттю “ноосфера” матеріалістичного змісту. Він розглядав ноосферу як вищу стадію розвитку біосфери, пов’язану з виникненням і розвитком в ній людського суспільства, яке пізнаючи закони природи і розвиваючи техніку до найвищого рівня, стає могутньою планетарною силою, яка за своїми масштабами перевищує всі відомі геологічні процеси. Для ноосфери як сучасного етапу розвитку біосфери характерні такі якісно нові форми впливу людини:

1. Безперервне видобування матеріалів із земних глибин і насичення ними біосфери. Щороку із земних надр видобувається близько 100 млрд. т різних корисних копалин. Це майже в чотири рази перевищує кількість поверхневого (із завислими твердими частинками) стоку у Світовий океан.

2. Використання продуктів фотосинтезу в енергетичних цілях. При цьому хімічна рівновага в біосфері зміщується в напрямі, протилежному фотосинтезу. На відміну від біосфери ноосфера сприяє розсіюванню енергії Землі, а не її акумуляції.

3. Зміни біогеохімічних циклів і включення до них нових, раніше невідомих в біосфері речовин, у тому числі групи трансуранових елементів. Насичення ними біосфери може призвести до істотних змін у генопласті біосфери.

159