Учение о биосфере

Размещено на http://allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИНСТИТУТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ И БИОТЕХНОЛОГИИ ОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА имени П.А. СТОЛЫПИНА

Реферат

по дисциплине: Экология

на тему: Учение о биосфере

Выполнил: студента зооинженерного факультета

1 курса группа 12

Паульс Андрей Андреевич

Проверил доцент кафедры биологии Путин А.В

оценка_______________

ОМСК 2013



Содержание

1. Становление учения о биосфере и ноосфере, основные учения

2. Состав биосферы, границы и её функции

3. Роль биосферы (живого вещества) на Земле

Заключения

Использованная литература



1. Становление учения о биосфере и ноосфере, основные ученые

Становление учения о биосфере связано с именами выдающихся естествоиспытателей, таких, как Ж.-Б. Ламарк, А. Гумбольдт, В.В. Докучаев, К.А. Тимирязев, Н.И. Вавилов, В.Н. Сукачев и др.

Впервые термин «биосфера» был введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью.

Основоположником современных представлений о биосфере является выдающийся естествоиспытатель В.И. Вернадский. Сущность его учения заключается в том, что высшая фаза развития материи на Земле - жизнь - опосредует другие планетарные процессы. Ученый утверждал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами. Энергия, придающая биосфере ее обычный облик, имеет космическое происхождение. Она исходит из Солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира, это живые организмы, которые своим дыханием, питанием, метаболизмом, своей смертью и своим размножением, постоянным использованием своего вещества, а главное - длящейся сотни миллионов лет, непрерывной сменой поколений порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме Биосферы.

Таким образом, Вернадский рассматривает биосферу не как простую совокупность живых организмов, а как единую термодинамическую оболочку (пространство).

Биосфера - это глобальная единая система Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью.

Как и географическая оболочка Земли, биосфера охватывает верхние слои литосферы, всю гидросферу, и нижние слои атмосферы, т. е. пространственное положение этих оболочек очень сходно. Вместе с тем, когда речь идет о географической оболочке Земли, то имеется в виду вся без исключений совокупность явлений, процессов и обусловливающих их сил, формирующих внешний облик земной поверхности. Биосфера охватывает сферу развития жизни, по выражению В.И. Вернадского, «живого вещества», окружающее Землю пространство, в котором живое вещество действует как геологическая сила, формирующая лик Земли.

Этим определяются границы биосферы. Верхнюю границу возможной жизни определяет озоновый экран (на высоте 20-25 км), нижнюю - точка кипения воды на глубине 2-3 км на суше и 1-2 км ниже дна океана.

К биосфере относится и человеческое общество с его производственной сферой (техносферой).

Последователи В.И. Вернадского - А.П. Виноградов, Я.В. Самойлов и другие продолжили изучение химического состава биосферы, установив средний химический состав живого вещества и особое значение радиоактивных элементов в жизни организмов.

Учение о географической оболочке с наибольшей полнотой разработано в трудах Л.С. Берга, А.А. Григорьева, С.В. Колесника и их последователей.

Учение о биогеоценозах как элементарных структурных единицах биосферы разработано В.Н. Сукачевым (1964).

Изучением непрерывного слоя живого вещества плодотворно занимались В.Б. Сычёва (1944), Е.М. Лавренко, подсчетами количества живого вещества и энергии в биосфере - Г.Ф. Хильми (1966), структурированием учения о биосфере - Дж. Хатчисон (1972), Б.С. Соколов (1981), Н.Ф. Реймерс (1978, 1992).

Учение о биосфере стало основой теоретической экологии. Экологические концепции и принципы развития биосферы изложены в трудах известных зарубежных ученых (П. Дювиньо и М. Танг, 1973; Ю. Одум, 1975, 1986; Ф. Рамад, 1981).

В настоящее время наряду с первичной биосферой выделяется некое новое состояние природы - биотехносфера. Согласно концепции биотехносферы, человек должен будет в будущем проектировать и формировать новую природно-техническую среду. В настоящее время эта концепция вызывает наибольшее количество дискуссий, так как, с одной стороны, формирование этой новой биотехносферы давно уже осуществляется в масштабах всей планеты, с другой - еще нет строго доказанных сценариев развития, которые показали бы, до чего человечество «допроектируется». Наиболее вероятным сценарием станут грядущие в недалеком будущем энергетический и экологический кризисы человечества.

Разумная организация взаимодействия общества и природы - проблема общечеловеческая; по выражению В.И. Вернадского, она требует проявления усилий со стороны человечества как единого целого. Пока же человечество не едино, а это ни в коей мере не ускоряет дальнейшее развитие биосферы в ноосферу. На этом пути необходима большая и целенаправленная работа: организационная, хозяйственная, воспитательная.

2. Состав биосферы, границы и её функции

Основной состав биосферы, её границы и функции:

Биосфера - особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть веществ планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера включает:

- живое вещество;

- биогенное вещество;

- косное вещество;

- биокосное вещество;

- радиоактивное вещество;

- вещество космического происхождения;

- рассеянные атомы.

Представление Вернандского об организованности биосферы - согласованное взаимодействие живого и неживого.

Представление о её возникновении и развитии: биосфера возникла в результате эволюции. По-видимому, первыми были анаэробные бактерии.

1. Формирование литосферы

2. Никогда не наблюдались периоды, лишенные жизни

3. Живые организмы.

4. Их количество бесконечно велико и действуют они бесконечно длительное время

5. Движущий фактор - биохимическая энергия живого вещества

Состав и границы биосферы

Жан БатистЛамарк (1744 год - 1783 год) - термин «биосфера».

Вернадский В. И. (1926). Биосфера - поверхностная оболочка Земли, созданная и преобразуемая деятельностью живых организмов.

Строение биосферы:

- Атмосфера до высоты 25 км (озоновый слой)

- Гидросфера на всю толщу (11 км)

- Литосфера до глубины 5 км (температурный барьер +105єС)

Характерные черты биосферы:

- Наличие вещества в трех агрегатных состояниях - жидком, твердом и газообразном.

- Наличие большого количества воды в свободной форме.

- Наличие большого количества энергии, как солнечного, так и земного происхождения.

Основные компоненты биосферы:

- Живое вещество - вся сумма живых организмов, находящихся на планете в данный исторический период.

- Биогенное вещество - органическое или органо-минеральное вещество, созданное организмами далекого прошлого и представленное в виде каменного угля, горючих сланцев, горючих газов, торфа, сапропеля, нефти.

- Биокосное вещество - неорганические вещества, преобразованные деятельностью организмов (вода, воздух, железная и марганцевая руды).

Термин «Биосфера» был впервые введен в литературу австрийским геологом Э.Зюссом для обозначения всего того пространства атмосферы, гидросферы и литосферы, где обитают живые организмы. Целостное учение о биосфере было создано академиком В.И.Вернадским (1863 - 1945 гг.), который определил биосферу как область существования и функционирования живого вещества - совокупности всех живых организмов на планете. В учении В.И.Вернадского впервые была раскрыта роль живых организмов в процессах планетарного масштаба, показано, что живые организмы и продукты их жизнедеятельности являются наиболее мощной геологической силой, играющей первостепенную роль в механизмах разрушения горных пород, круговорота веществ, изменения водной и воздушной оболочек планеты, эволюции верхних слоев литосферы.

Наряду с живым веществом, В.И.Вернадский выделил еще несколько категорий вещества в биосфере. Живому веществу противопоставляется косное вещество - все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Примеры косного вещества - гранит, кварц и тому подобные. Геологические породы, созданные в результате деятельности живого вещества, относятся к веществу биогенному (известняк, каменный уголь, и пр.). В отдельную категорию выделяется биокосное вещество, представляющее собой комплекс взаимодействующих живого и косного вещества, примерами которого являются почвы, природные воды.

Живое вещество составляет примерно 0,01% от всей массы биосферы, но благодаря высокой химической и геологической активности, именно оно является основой биосферы, состав которой определяется совокупной деятельностью живых организмов в настоящем и прошлом.

Современная биосфера охватывает пространство, в котором живые организмы обитают в настоящее время. В то же время безжизненные скопления органических веществ и других соединений, образовавшихся при участии живых организмов в прежние геологические эпохи (залежи каменного угля, нефти, горючих сланцев, рудные образования, известняки и т.д.), относят к так называемым былым биосферам.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу) - океаны, моря, поверхностные воды суши, террабиосферу - поверхность самой суши, а также литосферу (литобиосферу) - верхние горизонты твердой земной оболочки. В пределах биосферы выделяют две категории слоев: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (эубиосферу), а также расположенные выше и ниже ее соответственно парабиосферу и метабиосферу. В эти слои живые организмы могут попадать лишь случайно. Общая протяженность эубиосферы по вертикали - 12-17 км, хотя у разных авторов эти оценки несколько варьируют.

Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является озоновый экран (или слой).

Озоновый экран (озоносфера) - это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22-26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7-8 км, у экватора - 17-18 км, а максимальная высота присутствия озона - 45-50 км. Выше озонового экрана существование жизни без специальной защиты невозможно из-за жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Метабиосфера не опускается ниже 10-15 км, а нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов. К биосфере, например, относятся некоторые полезные ископаемые, в частности каменный уголь - продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи. С учетом протяженности всех названных слоев по вертикали общая мощность биосферы оценивается в 33-35 км. биосфера экологический вернадский

Процессы, протекающие в биосфере и обеспечивающие ее функционирование как глобальной экосистемы, связаны с активным обменом веществом и энергией между ее компонентами. В этой связи важное значение имеют особенности физико-химической среды биосферы, такие как значительное содержание в ней жидкой воды, наличие многочисленных поверхностей раздела между твердыми, жидкими и газообразными фазами, и наконец, мощный поток солнечной энергии, проходящий через биосферу.

3. Роль биосферы (живого вещества) на Земле

- Захват и создание запасов солнечной энергии в процессе фотосинтеза

- Создание органического вещества и его перенос по планете

- Концентрация химических элементов

- Отложение органического вещества на длительный период (известняки, мел, каменный уголь, нефть, и так далее)

- Окислительно-восстановительная активность (анаэробные и аэробные организмы)

- Создание почвы и ее плодородного слоя

- Санитарно-очистительная функция (разложение мертвых органических остатков)



Концентрация химических элементов организмами

Химические элементы	Содержание химического элемента в атмосфере, литосфере и гидросфере, %	Содержание химического элемента в телах организмов, %
		Растения	Животные
Углерод	0,18	3,00	18,00
Азот	0,03	0,28	3,00
Кислород	50,02	79,00	65,00
Водород	0,95	10,00	10,00

Живое вещество - все количество живых организмов планеты как единое целое.

Ключевую роль во всех биосферных процессах играют живые организмы и сущность этих процессов раскрывается через функции живого вещества в биосфере, обусловленные его специфическими свойствами. К таким свойствам следует отнести способность быстро осваивать свободное пространство, способность к активному движению (против действующих сил), высокую приспособительную способность организмов к различным условиям, устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, феноменально высокие скорости биохимических реакций в живых организмах и высокую скорость обновления живого вещества в биотическом круговороте. Все эти свойства живого вещества проистекают из концентрации в нем больших запасов энергии.

Современная классификация функций живого вещества из которого состоит биосфера (по А.В.Лапо) выделяет десять основных функций.

1. Энергетическая функция связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, и рассеиванием.

2. Газовая функция проявляется в способности изменять и поддерживать определенных газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

3. Окислительно-восстановительная функция выражается в интенсификации под влиянием живого вещества процессов окисления и восстановления.

4. Концентрационная функция заключается в способности живых организмах концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, поглощаемые из среды.

5. Противоположная по результатам рассеивающая функция проявляется через питательную и транспортную деятельность организмов.

6. Деструктивная функция состоит в разрушении организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе после их смерти, как мертвого органического вещества, так и косных веществ.

7. Транспортная функция выражается в переносе вещества в результате активной формы движения.

8. Средообразующая функция является результатом совместного действия других функций и состоит в преобразовании физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования живых организмов.

9. Средорегулирующая функция - исключительно точной биотической регуляцией окружающей среды. Она задается высокой степенью замкнутости биотического круговорота - равенством скоростей синтеза и распада органических веществ.

10. Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.



Распределение живого вещества по планете

Показатель	Суша	Океан
Площадь	149 х 109 км2 (29%)	361 х 109 км2 (71%)
Биомасса	2420 х 109 т (99,87%)	3,2 х 109 т (0,13%)
Растения	99,2%	6,3%
Животные	0,8%	93,7%

Энергетическая функция - основа фотосинтез, отсюда обеспечение всех жизненных процессов на Земле

Газовая функция - формирование газового состава биосферы

Концентрационная функция - накопление и извлечение живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды, отсюда использование для построения тела

Окислительно-восстановительная функция - химическое превращение веществ

Деструкционная функция - разложение остатков мертвых организмов, отсюда превращение живого вещества в косное

Продуктивность различных экологических систем различна. Зависит от климатических факторов -> обеспеченности теплом и влагой.

- Низкая продуктивность - 0,1…0,5 г/м² в сутки характерна для зоны пустынь и для арктического пояса

- Средний уровень продуктивности - 0,5 … 3 г/м² в сутки характерен для тундры, лугов, полей и некоторых лесов умеренной зоны

- Высокий уровень продуктивности - более 3 г/м² в сутки характерен для экосистем тропических лесов, для пашни, морских мелководий.

Продуценты - производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы (наземные зеленые растения)

Консументы - потребители органических веществ

Редуценты (деструкторы) - восстановители. Возвращают вещества снова в неживую природу, разлагая органику



Заключение

Таким образом, мы видим роль живых организмов и их влияние на биосферу и на данный момент образовавшуюся ноосферу, не только влияет на биосферу, но и зачастую уничтожают её.

Главная задача человечества сохранить и восстановить окружающую среду, для этого нужно:

- разработка единого законодательства и принятия его всех государствах мира

- разработка новых безопасных технологий

- использование новейших технологий

- проведение воспитательной работы на тему « взаимоотношение человека и природы»

Это лишь направление работы, которые должна быть проведена для спасение Биосферы и человечества.



Использованная литература

1. Основы экологи “биосфера”

2. Автор: Путин А В, Шведов С И , Овчинников Д К,

3. Научный журнал «Биофайл» http://biofile.ru/geo/107.html

Размещено на Allbest.ru

...