2. Учение о биосфере и ее эволюции.

2.1. Биосфера, ее состав, строение и границы.

Впервые понятие «биосфера» ввел в научный обиход великий натуралист и мыслитель Жан Батист Ламарк (1744-1829), понимая биосферу как особую оболочку земной коры, охваченную жизнью.

Дальнейшее развитие учения о биосфере осуществил русский ученый академик В.И.Вернадский (1863-1945). По его определению биосфера – наружная оболочка Земли, область распространения жизни.

Она включает все живые организмы планеты и элементы неживой природы, составляющие среду их обитания.

Биосфера состоит из нижней части атмосферы, гидросферы (вод, морей океанов), литосферы (части земной коры).

Биосфера представляет собой единое целое, где все процессы и явления взаимосвязаны, взаимообусловлены и сбалансированы.

Биосфера – цельная система, состоящая из подсистем – биогеоценозов. Но каждый биогеоценоз, в свою очередь, - самостоятельная система, в нем подсистемы – популяции, а далее идут следующие подсистемы – отдельные организмы (особи). Нои каждый организм – отдельная биологическая система. С организма и начинается цепь взаимоотношений живой материи и ни на одном уровне эту цепь нельзя прервать, ибо все они связаны между собой функционально.

Атмосфера состоит из трех слоев: тропосферы, стра тосферы, и ионосферы.

В тропосфере (на высоте 10-20 км от поверхности Земли) сосредоточено 75% всей массы атмосферы. Это водяные пары и примеси, способствующие образованию облаков. Именно в тропосфере формируются климатические условия, тропосфера – это кухня погоды, здесь идет интенсивное перемешивание воздуха в различных направлениях. По мере удаления от земной поверхности происходит понижение температуры (t=56⁰С) – это тропопауза.

Стратосфера располагается за тропопаузой на поверхности до 50км от поверхности Земли и характеризуется слабыми воздушными потоками и малым количеством облаков. Верхняя граница стратосферы – стратопауза, где температура равна 0⁰С.

Выше стратопаузы, на высоте более 50км, располагается ионосфера, в которой газы находятся в ионизированном состоянии вследствие солнечного излучения.

Назначение атмосферы

Назначение атмосферы чрезвычайно велико:

1. Атмосфера является поглотителем тепла и лучистой энергии Солнца. Как своеобразное одеяло Земли атмосфера предохраняет ее от резких перепадов температур.

2. Поглощая и рассеивая ультрафиолетовые, рентгеновские, космические излучения, атмосфера защищает от их гибельного воздействия на все живущее на Земле.

3. Атмосфера защищает Землю от «звездных осколков». Метеориты, величиной с горошину, летят со скоростью до 60км/с, но врезаясь в атмосферу, раскаляются за счет трения о воздух и сгорают.

4. Атмосфера создае6т равномерное, рассеянное освещение, разбивая солнечные лучи на миллионы мелких, а благодаря примесям рассеивает лучи с короткой длиной волны (фиолетовые, синие, голубые). В стратосфере цвет воздуха черно-фиолетовый.

5. Атмосфера является средой распространения звуков. Без воздуха на Земле царила бы тишина, человеческая речь не была бы возможна.

Состав атмосферного воздуха

Воздух – один из основных элементов среды, необходимый всему живому на Земле. Без пищи человек может обходиться 5 недель, без воды - 5 дней, без воздуха – 5 минут.

В ХУШ в. Лавуазье установил, что воздух является механической смесью газов в составе: азот – 78%, кислород – 21%, аргон – 0,9%, углекислый газ – 0,03%, неон, гелий, криптон, водород, ксенон – от 1,8*10^-3 до 8,7*10^-6 %.

Азот – основная часть атмосферы. Человек обитает в азотной среде. Растения усваивают атмосферный азот. Разряды атмосферного электричества – главный источник поступления азота.

Кислород (эликсир жизни) является обязательным участником окислительно-восстановительных реакций, в результате которых образуется энергия жизнедеятельности организмов. Кислород расходуется при сжигании топлива. Постоянство кислорода в воздухе обусловлено тем, что зеленые растения и фитопланктон морей и океанов, поглощая углекислый газ, выделяют кислород за счет фотосинтеза.

Углекислый газ (СО₂) играет важную роль в фотосинтезе, в котором участвуют наземные растения и водоросли, улавливающие энергию солнечного света и использующие ее для превращения диоксида углерода и воды в органические соединения с выделением кислорода. На фотосинтез 1 т органики затрачивается 1,8-1,5 т СО₂, при этом выделяется 1,1-1,3 т кислорода. Источники поступления углекислого газа в атмосферу – горячие ключи, вулканические газы, дыхание человека, живых организмов, горючие ископаемые.

За счет сжигания топлива ежегодно в атмосферу вносится 1*10¹⁰ т углекислоты. Атмосферный углекислый газ, как стекло, пропускает лучистую энергию Солнца, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создает «тепловой эффект», т.е. повышение температуры воздуха, и как следствие – таяние ледников, изменение климата, повышение уровня Мирового океана и другие последствия.

Водород, инертные газы содержатся в атмосферном воздухе в ничтожном количестве. Присутствие инертных газов связано с непрерывными процессами естественного радиоактивного распада. Это биологически индифферентные газы.

Самоочищение атмосферы.

Воздушный бассейн обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Аэрозоли (твердые и жидкие частицы, обладающие малыми скоростями осаждения) вымываются из атмосферы осадками, ионы оседают под влиянием электрического поля атмосферы. Воздушные потоки, переносящие загрязнения, очищаются лесами, деревьями.

Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на его нейтрализацию.

Однако имеется предел такой нагрузки. Все увеличивающиеся объемы вредных выбросов в атмосферу вызывают неблагоприятные последствия в различных местах планеты.

Гидросфера.

Гидросфера – прерывистая водная оболочка Земли совокупность океанов, морей, рек, ледниковых отложений, подземных и атмосферных вод. Общая площадь океанов и морей в два раза превышает территорию суши, но объем пресных вод составляет всего 2,5% от общего объема водных запасов; 97,5% - вода соленая или значительно минерализованная. Большая часть пресных вод (68,0%) сосредоточена в ледниках и снежном покрове.

Велико значение водных ресурсов. Вода регулирует тепловой баланс планеты, задерживая тепловое излучение Земли. Вода - основа жизни на Земли, все биофизические и биохимические процессы, связанные с обменом веществ в живых организмах, протекают лишь при наличии водной среды, вода входит во все ткани и клетки живых организмов и человека. Вода – важнейший фактор, определяющий распределение производственных сил, важнейшее средство производства. Водопотребление в промышленности – 27%, в сельскохозяйственном производстве -66%, жилищно-коммунальном хозяйстве – 7% от общего потребления. Водоемы являются поставщиками рыбы, местами отдыха людей, позволяют использовать водный транспорт.

Литосфера

Литосфера – верхняя каменная оболочка Земли, толщиной 30-40 км.

Почва – поверхностный слой литосферы, обладающий способностью обеспечивать рост и развитие растений, т.е. плодородием. Почва относится к воспроизводимым ресурсам природы, однако для формирования слоя почвы в 2-3см требуется 100 и более лет. На долю суши приходится 1/3 поверхности Земли, но плодородным слоем обладает лишь 10% суши.

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей.

В твердой части преобладают минеральные вещества (кремний, алюминий, железо, калий, магний, кальций, фосфор, сера, фтор, бор, молибден и др.), определяющие ее плодородие. Органические вещества, входящие в твердую часть почвы и образующиеся за счет разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности, называются гумусом (перегноем).В составе гумуса – клетчатка, лигнин, белки, сахар, смолы, жиры, дубильные вещества и другие, являющиеся основным источником питания растительных организмов.

Жидкая часть (почвенный раствор) осуществляет перенос веществ внутри почвы и снабжение растений водой и растворенными элементами питания.

Газообразная часть – почвенный воздух.

Живая часть (микроорганизмы) – бактерии, грибы, водоросли, а также беспозвоночные (простейшие, черви, моллюски, насекомые и их личинки).