Стадии развития и структура биосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Эволюция биосферы (добиотическая и биотическая). Ноосфера как стадия эволюции биосферы

Возникновение и существование всех экологических систем в биосфере обусловлено эволюцией. Самоподдерживающиеся динамические системы эволюционируют в сторону усложнения организации и возникновения системной иерархии, Первопричиной, источником движущей силы последовательных качественных изменений экологических систем служит поток энергии через систему и отбор наиболее эффективных преобразователей энергии, вещества и информации.

Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготовила возникновение жизни и, собственно, биотической эволюции.

Добиотическая эволюция.

1. Образование планеты (около 4,5 млрд. лет назад). Первичная атмосфера имела высокую температуру и содержала водород, азот, пары воды, метан, аммиак, инертные газы и другие простые соединения.

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет ее постепенного остывания и энергии солнечного излучения. Появляется жидкая вода, формируются гидросфера, круговорот воды, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах. Происходит отбор и рост молекул.

3. Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений С, Н, О, N за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода. Далънейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул; возникновение молекулярных систем самовоспроизведения.

Биотическая эволюция.

Возникновение жизни (около 3,5 млрд. лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению. Возникает биотический круговорот, и формируются функции живого вещества.

1. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: увеличение количества кислорода. Ускоряется биогенная миграция элементов.

2. Появление многоклеточных организмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению биогеохимического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации. Достигается высокая ступень замкнутости биогеохимического круговорота.

3. Увеличение биотического разнообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете.

4. Появление человека - лидера эволюции. Возникновение и развитие человеческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших потоков вещества и энергии нарушают замкнутость биогеохимических круговоротов, вызывают антропогенные экологические кризисы и становятся негативным фактором эволюции биосферы.

Хозяйственная деятельность человека вызвала появление на Земле качественно новой среды обитания - техносферы. Техносфера - часть биосферы, преобразованной людьми с помощью прямого или косвенного действия технических средств и занятая продуктами его деятельности. Некоторые ученые считают техносферу синонимом ноосферы, другие - признают техносферу как переходное состояние от биосферы к ноосфере.

В переводе с греческого «ноосфера» - это сфера разума, С научной точки зрения, ноосфера - это коллективное сознание, которое станет контролировать направление будущей эволюции планеты. Развивая концепцию ноосферы, В.И, Вернадский определил ее как этап эволюции биосферы, который характеризуется ведущей ролью разумной и сознательной деятельности человеческого общества в развитии биосферы. Разумная деятельность человека должна стать главным фактором развития биосферы.

Ноосфера, но В.И. Вернадскому, - это биосфера, разумно управляемая человеком.»… Все человечество, вместе взятое, представляет ничтожную массу вещества планеты, Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, разумом и направленным этим разумом его трудом». Человек должен понять, «что он не есть случайное, независимое от окружающего свободно действующее природное явление. Он составляет неизбежное проявление большого природного процесса, закономерно длящегося в течение, по крайней мере, 2-х миллионов лет.

Согласно закону ноосферы B.И. Вернадского: биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т.е. сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек-природа. Иными словами, хаотичное саморазвитие, основанное на процессах естественной саморегуляции, будет заменено разумной стратегией, базирующейся на прогнозно-плановых началах, регулировании процессов естественного развития.

Если ноосфера - это будущее гармоничное единство человека и природы при главенствующем положении в этой системе человеческого разума, то техносфера - это то окружение, в котором мы сейчас живем.

2. Сокращение биоразнообразия. Причины сокращения и исчезновения видов. Значение биоразнообразия для экосистем и биосферы в целом

Биоразнообразие - сокращенное от «биологическое разнообразие» - означает разнообразие живых организмов во всех его проявлениях: от генов до биосферы. Вопросам изучения, использования и сохранения биоразнообразия стало уделяться большое внимание после подписания многими государствами Конвенции о биологическом разнообразии (Конференция ООН по окружающей среде и развитию, Рио-де Жанейро, 1992).

Существует три основных типа биоразнообразия:

- генетическое разнообразие, отражающее внутривидовое разнообразие и обусловленное изменчивостью особей;

- видовое разнообразие, отражающее разнообразие живых организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов). В настоящее время описано около 1,7 млн. видов, хотя их общее число, по некоторым оценкам, составляет до 50 млн.;

- разнообразие экосистем охватывает различия между типами экосистем, разнообразием сред обитания и экологических процессов. Отмечают разнообразие экосистем не только по структурным и функциональным составляющим, но и по масштабу - от микробиогеоценоза до биосферы;

Иногда в отдельную категорию выделяют разнообразие ландшафтов, отражающее особенности территориального устройства и влияние местных, региональных и национальных культур общества.

Все типы биологического разнообразия взаимосвязаны между собой: генетическое разнообразие обеспечивает разнообразие видов. Разнообразие экосистем и ландшафтов создает условия для образования новых видов. Повышение видового разнообразия увеличивает общий генетический потенциал живых организмов Биосферы. Каждый вид вносит свой вклад в разнообразие - с этой точки зрения не существует бесполезных и вредных видов.

Распределение видов по поверхности планеты неравномерно. Разнообразие видов в естественных средах обитания максимально в тропической зоне и уменьшается с увеличением широты. Самые богатые видовым разнообразием экосистемы - дождевые тропические леса, которые занимают около 7% поверхности планеты и содержат более чем 90% всех видов.

В геологической истории Земли в биосфере постоянно происходило возникновение и исчезновение видов - все виды имеют конечное время существования. Вымирание компенсировалось появлением новых видов, и в результате, общее число видов в биосфере возрастало. Вымирание видов - естественный процесс эволюции, который происходит без вмешательства человека.

В настоящее время под воздействием антропогенных факторов происходит сокращение биологического разнообразия за счет элиминации (вымирания, уничтожения) видов. В последнее столетие под влиянием человеческой деятельности скорость вымирания видов во много раз превысила естественную (по некоторым оценкам в 40000 раз). Происходит необратимое и некомпенсированное разрушение уникального генофонда планеты.

Элиминация видов в результате деятельности человека может происходить по двум направлениям - прямое истребление (охота, промысел) и косвенное (разрушение среды обитания, нарушение трофических взаимодействий). Чрезмерный промысел - наиболее очевидная прямая причина прямого сокращения численности видов, однако он гораздо менее влияет на вымирание, чем косвенные причины изменения среды обитания (например, вследствие химического загрязнения реки или вырубки леса).

Для учета видов, находящихся на грани вымирания, во многих странах создаются Красные Книги - списки редких и исчезающих видов живых организмов. Для сохранения и поддержания биологического разнообразия создаются особо охраняемые природные территории - ООПТ (заповедники, национальные парки и др.), генетические банки данных. Сохранение отдельного вида возможно лишь при условии охраны его среды обитания со всем комплексом входящих в нее видов, климатических, геофизических и других условий. Особую роль играет при этом сохранение средообразующих видов (видов-эдификаторов), которые формируют внутреннюю среду экосистемы. Создание ООПТ направлено на охрану не только отдельных видов, но и целых комплексов и ландшафтов.

Заповедники служат также для оценки и мониторинга состояния биоразнообразия. Единой системы мониторинга состояния биоразнообразия на сегодняшний день в России не существует. Наиболее полный и постоянный контроль за изменением компонентов биоразнообразия осуществляется в заповедниках. Ежегодно заповедники готовят отчеты о состоянии экосистем («Летописи природы») - сводки данных о состоянии заповедных территорий, охраняемых популяций растений и животных. Некоторые заповедники ведут «Летописи природы» более 50 лет, которые включают в себя непрерывные ряды данных по численности животных, биологическому разнообразию, динамике экосистем, а также приводятся данные по климатическим наблюдениям.

Часть заповедников России (18) входит в состав международной сети биосферных заповедников, специально созданных для мониторинга состояния биоразнообразия, климатических, биогеохимических и других процессов в масштабах Биосферы.

Причин необходимости сохранения биоразнообразия много: потребность в биологических ресурсах для удовлетворения нужд человечества (пища, материалы, лекарства и др.), этический и эстетический аспекты (жизнь самоценна) и т.д. Однако главная причина сохранения биоразнообразия состоит в том, что оно выполняет ведущую роль в обеспечении устойчивости экосистем и Биосферы в целом (поглощение загрязнений, стабилизация климата, обеспечение пригодных для жизни условий). Биоразнообразие выполняет регулирующую функцию (см. Концепция биотической регуляции, Горшков В.Г.) в осуществлении всех биогеохимических, климатических и других процессов на Земле. Каждый вид, каким бы незначительным он не казался, вносит свой вклад в обеспечение устойчивости не только «родной» локальной экосистемы, но и Биосферы в целом.

3. Основные экологические нормативы (ПДК, ПДУ, ПДВ, ПДС, ПДН). Понятие и назначение экологических нормативов

В целях профилактики необходимо стремится к ограничению поступления в ОС загрязнителей. Их присутствие не должно превышать некоторых пределов, которые угрожают здоровью человека. Эти пределы известны для сотен веществ, установлены органами здравоохранения. Их называют ПДК и рассматривают в качестве экологических стандартов состояния ОС.

ПДК - для многих соединений неоднократно пересматривались в подавляющем большинстве случаев - в сторону уменьшения, и таким образом представление об их полной безвредности следует считать условным.

Известно также, что многие живые организмы и растения чувствительнее, людей к загрязнителям. Поэтому в перспективе при регламентировании поступления химических веществ в ОС будут учитываться не только с санитарно-гигиенические но и экологические позиции. Это приведет к дальнейшему ужесточению ПДК.

Под качеством ОПС понимают степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям.

В основу нормирования загрязнителей поступающих в ОС положены три признака: медицинский, технологический и санитарно-гигиенический.

Согласно закону РФ о ООПС (1991 г.) соблюдение экологических нормативов, которые определяют качество ПС, обеспечивает:

· Экологическую безопасность населения;

· Сохранение генетического фонда человека, растений и животных;

· Рациональное использование и воспроизводство ПР в условиях устойчивого развития.

Чем меньше пороговая величина экологических нормативов, тем выше качество ОПС.

Нормативы качества ОПС по мере подъема уровня развития общества имеют тенденцию к ужесточению.

Основные экологические нормативы следующие:

· Предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК)

· Предельно допустимый уровень воздействия (ПДУ)

· Предельно допустимый выброс вредных веществ (ПДВ)

· Предельно допустимый сброс вредных веществ (ПДС)

· Предельно допустимая нагрузка на ОПС (ПДН)

ПДК и ПДУ относятся к санитарно-гигиеническим нормативам.

ПДВ и ПДС - к производственно хозяйственным;

ПДН - к комплексным показателям качества ОПС.

ПДК представляет собой количество загрязнителя в почве, воздушной или водной среде, которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у потомства.

В настоящее время при установлении ПДК учитывается не только степень влияния на здоровье человека изучаемого загрязнителя, но и воздействие на флору, фауну и природные сообщества в целом.

В нашей стране действуют более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 ПДК вредных химических веществ для атмосферного воздуха, более 130 ПДК вредных химических веществ⁴ для почв.

Нашей стране принадлежит приоритет в разработке ПДК. В 1949 г. Сформулированы основные критерии вредности.

1. Допустимой может быть признана только такая концентрация того или иного вещества, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его трудоспособности. не влияет на самочувствие и настроение.

2. Привыкание к вредным веществам должно рассматриваться как неблагоприятный момент и доказательство недопустимости изучаемой концентрации.

При научном обосновании ПДК веществ в атмосферном воздухе используют принцип лимитирующего показателя, т.е. нормирование по наиболее чувствительному показателю.

С позиций экологии ПДК конкретного вещества представляет собой верхние пределы лимитирующих факторов среды, при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологического резерва для человека и не вызывает нежелательных ситуаций.

Для нормирования содержания веществ в атмосферном воздухе установлены два норматива - разовый исреднесуточный.

ПДК_мр (мг/м³) - это такая концентрация веществ в воздухе, которая не должна вызывать при вдыхании его в течении 30 мин рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз).

ПДК_сс (мг/м³) - это такая концентрация веществ в воздухе, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом воздействии.

ПДК_р.з. - это такая концентрация вещества в зоне действия технологического процесса которая не может вызвать отрицательного влияния на здоровье человека в течении «всего трудового стажа.

ПДК_сс < ПДК_мр < ПДК_р.з.

Под ПДК_П вредного вещества в почве (ПДК, мг/кг) понимают такую максимальную концентрацию, которая не может вызвать прямого или косвенного влияния на среду, нарушить самоочищающие способности почвы и оказать отрицательное воздействие на здоровье человека.

Для водной среды:

ПДК мг/л загрязняющих веществ означает такую концентрацию этих веществ в воде, выше которой она становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования.

ПДК загрязняющих веществ в воде устанавливаются отдельно для питьевых вод и рыбохозяйственных водоемов (ПДК_В, ПДК_вр).

ПДУ - уровень воздействия на ОС, не представляющий опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда (радиация, шум, вибрация, магнитные поля и другие физические вредные воздействия).

Это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени может быть выброшено данным конкретным предприятием в атмосферу (ПДВ) или сброшено в водоем (НДС), не вызывая при лом превышения в них ПДК загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.

Если в воздухе городов или населенных пунктов, где расположены предприятия, концентрации вредных веществ, превышают ПДК, а значения ПДВ по объективным причинам не могут быть достигнуты, вводится поэтапное снижение выброса вредных веществ до значений, обеспечивающих ПДК.

При этом устанавливаются (ВСВ) на уровне предприятий с наиболее совершенной или аналогичной технологией.

Величина ПДС в водные объекты определяется по формуле:

ПДС = Д_СТ-С_СТ, где

Д_ст - расход сточных вод, м³/ч.

С_ст - концентрация веществ в сточной воде г/м³.

ПДС устанавливается санэпиднадзором или мин РП.

Предельно допустимы нормы нагрузки на природную среду (ПДН) это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.

Емкость природной среды или (экологическая емкость территории) - потенциальная способность ПС переносить ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем.

Экстенсивно расширяющееся природопользование (рост нагрузки на ПК)

Равновесие ПП

Понятие ПДН антропогенной нагрузки на ПС должно лежать в основе всего природопользования. В связи с этим различают:

Индекс загрязнения (ИЗ) - показатель качественно и количественно отражающий присутствие в ОС вещества - загрязнителя и степень его воздействия на живые организмы (госгидромет).

Фоновая концентрация - содержание вещества в объекте ОС, определяемое суммой глобальных и региональных естественных и 'антропогенных вкладов в результате дальнего или трансграничного переноса.

Список литературы

биосфера экологический биоразнообразие

1. Шимова, О.С. Основы экологии и экономика природопользования: Учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. - Мн.: БГЭУ, 2001 -367 с.

2. Акимова, Т.А. Экология: Учебник для вузов / Т.А. Акимова, ВЛЗ. Хаскин. - М: ЮНИТИ, 1998, - 445 с.

З. Маврищев, В.В. Основы общей экологии: Учеб. пособие / В.В. Маврищев. - Мн.: Выш. шк., 2000, - 317 с.

4. Экология: Учебное пособие / Общая ред. С.А. Боголюбова. - М: Знание, 1997. - 288 с.

5. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л.А. Муравья. - М. ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с.

6. Кормилицин, В.И. Основы экологии: Учеб, пособие / В.Ц. Кормилидин. - М.: Интерстиль. 1997. - 368 с.

7. Реймерс, Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник / Н.Ф. Реймерс. - М: Просвещение, 1992. - 320 с.

8. Охрана окружающей среды: Учеб, для техн. спец, вузов / Под ред. С.З. Белова. - М.: Высшая школа, 1991. - 319 с.

9. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера [Текст] / В.И. Вернадский. М.: Айрис-Пресс, 2003.

10. http://biospace.nw.ru/biodiversity/about-biodiv.htm

11. http://www.studfiles.ru/dir/cat17/subj306/file15103/view153277/page3.html

Размещено на Allbest.ru