Живое вещество биосферы, его планетарные свойства и функции

Биосфера. Основные функции и свойства живого вещества в биосфере

Живое вещество биосферы, его планетарные свойства и функции

Еслис понятием “биосферы” по Зюссусвязывалось только наличие в трех сферахземной оболочки (твердой, жидкой,газообразной) живых организмов, то поВ.И. Вернадскому, им отводится рольглавнейшей геохимической силы.

Втаком случае под понятием биосферыпонимается все пространство, гдесуществует или когда-либо существовалажизнь, то есть, где встречаются живыеорганизмы или продукты их жизнедеятельности.

Биосфераохватывает часть атмосферы, верхнюючасть литосферы и гидросферу. Верхняяграница биосферы проходит на высотепримерно 20 км над поверхностью Земли,а нижняя на 6-7-километровой глубине.

Биосфера принципиально отличается отпрочих земных оболочек посколькуявляется “комплексной”.

Она нетолько “покров” из живого вещества,но и среда обитания миллионов видовживых существ, в том числе и человека.

Вернадскийне только сконкретизировал и очертилграницы жизни в биосфере, роль живыхорганизмов в процессах планетарногомасштаба.

Он показал, что в природе нетболее мощной геологической средообразующей)силы, чем живые организмы и продукты ихжизнедеятельности.

Ту часть биосферы,где живые организмы встречаются внастоящее время обычно называютсовременной биосферой, или необиосферой,а древние биосферы относят к палеобиосферам,или к белым биосферам.

Свойства биосферы

1.Очень важной особенностью биосферыявляется теснаясвязь живого вещества с окружающимиусловиями, или средой обитания. Тоесть, организм и окружающая его средапредставляют собой единство.

Приизменении условий среды обитания живоевещество приспосабливается к новымусловиям. При этом оно может изменитьсвою форму или функции, но не состав.Неживое вещество при этом изменяетсякоренным образом.

 

2.Способностьк самовоспроизведению, то есть кразмножению. Этосвойство резко отличается живое отнеживого и является причиной быстрогораспространения жизни на Земле. В.И.Вернадский назвал такую способностьбиосферы «всюдностьюжизни», асам процесс быстрого размножения– «растеканиемжизни».

 Какустановлено, скорость размножения живыхорганизмов различна и зависит от ихмассы. Так, мелкие организмы размножаютсяскорее крупных. 3.Живыеорганизмы способны к изменчивости. Это– важнейшее биологическое свойство.

Основной причиной изменчивостиявляется мутация, котораяохватывает весь генетический аппарати вызывает появление новых признаковв наследственности организмов, чтообеспечивает передачу возникшегомутационного признака последующимпоколениям.

Те изменения в организме,которые не затрагивают генетическийаппарат и не передаются последующимпоколениям называются последующимпоколения называются модификациями.

4. Способностьорганизмов накапливать в своих тканяхнекоторые химические элементы визбыточном количестве, по сравнению сих концентрацией во внешней среде.Этуспособность Вернадский назвалконцентрационной функцией биосферы.

Организмы могут накапливать не толькошироко распространенные химическиеэлементы, но и редкие и рассеянныеэлементы, которые иногда играют важнуюроль в физиологии организмов.

Так,некоторые цветковые растения концентрируютлитий, бериллий, бром. 

5.Рациональноеусвоение солнечной энергии.Живойорганизм старается удержать иусвоитьсолнечнуюэнергию –в отличие от камня, который посленагревания тут же отдает тепло. Ворганизме происходят сложные превращенияэнергии.

Зеленые растения непосредственноиспользуют солнечную радиацию прифотосинтезе, некоторые бактерии расходуютпри этом химическую энергию.

 Живыеорганизмы осуществляют преобразованиеэнергии и накопление ее в формевысокоэнергичных соединений, то естьони превращают солнечную энергию вэнергию химических связей.

При этомэнергия, накапливаемая в организмахживотных, превращается в еще болеевысокоэнергичные соединения. Любойорганизм с термодинамической точкизрения является открытой системой.Получаемая организмом энергия, при этомкомпенсирует его расходы на жизненныефункции и работу.

6.Устойчивость. Этоспособность выживать в изменяющихсяусловиях Земли: при разных давлениях,температурах, влажности. Устойчивостьорганизмов очень высока.

Особеннобольшая приспособляемость унизкоорганизованных организмов.

Так,микроорганизмы обнаружены в метеоритах,которые длительное время находились вкосмосе при температуре, близкой кабсолютному нулю, а также в воде гейзеров,имеющих температуру + 930 С.

7.Обменвеществ.Важнымсвойством живых организмов являетсяобмен веществ живых организмов сокружающей средой. Живые организмыосуществляют ассимиляциюи диссимиляцию веществ,то есть они постоянно усваивают,перерабатываю и выделяют продукты своейжизнедеятельности.

За счет этогоорганизмами производятся огромныепреобразования на Земле.8.С обменом веществ связано следующеевесомое свойство биосферы: онаявляетсякатализаторомгеохимических процессов на Земле.Таким образом, за время своегосуществования, то есть за 3 млрд.

летбиосфера изменила вещественный составвсех компонентов географическойоболочки. Как видно живое существо нетолько тесно связано со средой обитания,но и способно изменять ее, приспосабливатьдля своего обитания.

За счет этого живыеорганизмы выполняют огромную геохимическуюработу на Земле, и способны преобразовыватьнашу планету. 21.

)типыкруговоротов веществ в биосфереКруговоротвеществ многократноеучастие веществ в процессах, протекающихв атмосфере, гидросфере и литосфере, втом числе в тех слоях, которые входят всостав биосферы Земли. Круговоротвеществ осуществляется при непрерывномпоступлении (потоке) внешней энергииСолнца и внутренней энергии Земли.

Взависимости от движущей силы, сопределенной долей условности, внутрикруговорота веществ можно выделитьгеологический, биологический иантропогенный круговороты. До возникновениячеловека на Земле осуществлялись толькопервые два.

Геологическийкруговорот (большой круговорот веществв природе) круговоротвеществ, движущей силой которого являютсяэкзогенные и эндогенные геологическиепроцессы.

Эндогенныепроцессы (процессывнутренней динамики) происходят подвлиянием внутренней энергии Земли. Этоэнергия, выделяющаяся в результатерадиоактивного распада, химическихреакций образования минералов,кристаллизации горных пород и т. д.

Кэндогенным процессам относятся:тектонические движения, землетрясения,магматизм, метаморфизм. Экзогенныепроцессы (процессывнешней динамики) протекают под влияниемвнешней энергии Солнца.

Экзогенныепроцессы включают выветривание горныхпород и минералов, удаление продуктовразрушения с одних участков земной корыи перенос их на новые участки, отложениеи накопление продуктов разрушения собразованием осадочных пород.

К экзогеннымпроцессам относятся геологическаядеятельность атмосферы, гидросферы(рек, временных водотоков, подземныхвод, морей и океанов, озер и болот, льда),а также живых организмов и человека.

Биологический(биогеохимический) круговорот (малыйкруговорот веществ в биосфере)круговоротвеществ, движущей силой которого являетсядеятельность живых организмов.

В отличиеот большого геологического малыйбиогеохимический круговорот веществсовершается в пределах биосферы. Главнымисточником энергии круговорота являетсясолнечная радиация, которая порождаетфотосинтез.

В экосистеме органическиевещества синтезируются автотрофами изнеорганических веществ. Затем онипотребляются гетеротрофами.

В результатевыделения в процессе жизнедеятельностиили после гибели организмов (какавтотрофов, так и гетеротрофов)органические вещества подвергаютсяминерализации, то есть превращению внеорганические вещества. Эти неорганическиевещества могут быть вновь использованыдля синтеза автотрофами органическихвеществ.

Вбиогеохимических круговоротах следуетразличать две части:

1) резервныйфонд – эточасть вещества, не связанная с живымиорганизмами;

2) обменныйфонд – значительноменьшая часть вещества, которая связанапрямым обменом между организмами и ихнепосредственным окружением. В зависимостиот расположения резервного фондабиогеохимические круговороты можноразделить на два типа:

1) Круговоротыгазового типа срезервным фондом веществ в атмосфереи гидросфере (круговороты углерода,кислорода, азота).

2) Круговоротыосадочного типа срезервным фондом в земной коре (круговоротыфосфора, кальция, железа и др.).

Антропогенныйкруговорот (обмен)круговорот(обмен) веществ, движущей силой которогоявляется деятельность человека. В немможно выделить двесоставляющие: биологическую, связаннуюс функционированием человека как живогоорганизма, и техническую, связаннуюс хозяйственной деятельностьюлюдей(техногенныйкруговорот).

Геологическийи биологический круговороты в значительнойстепени замкнуты, чего нельзя сказатьоб антропогенном круговороте. Поэтомучасто говорят не об антропогенномкруговороте, а об антропогенном обменевеществ. Незамкнутость антропогенногокруговорота веществ приводит к истощениюприродных ресурсов и загрязнениюприродной среды – основнымпричинам всех экологических проблемчеловечества

22)Круговоротыосновных биогенных веществ иэлементов. Рассмотримкруговороты наиболее значимых для живыхорганизмов веществ и элементов. Круговоротводы относится к большому геологическому,а круговороты биогенных элементов(углерода, кислорода, азота, фосфора,серы и других биогенных элементов) – кмалому биогеохимическому.

Круговоротводы междусушей и океаном через атмосферу относитсяк большому геологическому круговороту.

Вода испаряется с поверхности Мировогоокеана и либо переносится на сушу, гдевыпадает в виде осадков, которые вновьвозвращаются в океан в виде поверхностногои подземного стока, либо выпадает в видеосадков на поверхность океана.

Вкруговороте воды на Земле ежегодноучаствует более 500 тыс. км3 воды. Круговоротводы в целом играет основную роль вформировании природных условий на нашейпланете

Круговоротуглерода.

 Продуцентыулавливают углекислый газ из атмосферыи переводят его в органические вещества,консументы поглощают углерод в видеорганических веществ с телами продуцентови консументов низших порядков, редуцентыминерализуют органические вещества ивозвращают углерод в атмосферу в видеуглекислого газа. В Мировом океанекруговорот углерода усложнен тем, чточасть углерода, содержащегося в мертвыхорганизмах, опускается на дно инакапливается в осадочных породах. Этачасть углерода выключается избиологического круговорота и поступаетв геологический круговорот веществ.

Круговороткислорода. Главнымобразом круговорот кислорода происходитмежду атмосферой и живыми организмами.

В основном свободный кислород (0)поступает в атмосферу в результатефотосинтеза зеленых растений, апотребляется в процессе дыханияживотными, растениями и микроорганизмамии при минерализации органическихостатков.

Незначительное количествокислорода образуется из воды и озонапод воздействием ультрафиолетовойрадиации.

Круговоротазота. Запасазота (N2) в атмосфере огромен (78% от ееобъема). Однако растения поглощатьсвободный азот не могут, а только всвязанной форме, в основном в виде NН4+или NО3–. Свободный азот из атмосферысвязывают азотфиксирующие бактерии ипереводят его в доступные растениямформы.

В растениях азот закрепляется ворганическом веществе (в белках,нуклеиновых кислотах и пр.) и передаетсяпо цепям питания.

После отмирания живыхорганизмов редуценты минерализуюторганические вещества и превращают ихв аммонийные соединения, нитраты,нитриты, а также в свободный азот, которыйвозвращается в атмосферу.

Круговоротфосфора. Основнаямасса фосфора содержится в горныхпородах, образовавшихся в прошлыегеологические эпохи. В биогеохимическийкруговорот фосфор включается в результатепроцессов выветривания горных пород.

В наземных экосистемах растения извлекаютфосфор из почвы (в основном в формеРО43–) и включают его в состав органическихсоединений (белков, нуклеиновых кислот,фосфолипидов и др.) или оставляют внеорганической форме. Далее фосфорпередается по цепям питания.

Послеотмирания живых организмов и с ихвыделениями фосфор возвращается впочву.

Круговоротсеры. Основнойрезервный фонд серы находится в отложенияхи почве, но в отличие от фосфора имеетсярезервный фонд и в атмосфере. роль в вовлечении серы в биогеохимическийкруговорот принадлежит микроорганизмам.Одни из них восстановители, другие –окислители.

Вгорных породах сера встречается в видесульфидов (FeS2 и др.), в растворах – вформе иона (SO42–), в газообразной фазе ввиде сероводорода (Н2S) или сернистогогаза (SО2). В некоторых организмах серанакапливается в чистом виде и при ихотмирании на дне морей образуются залежисамородной серы.

Посодержанию в морской среде Сульфат-ионзанимает второеместопосле хлора и является основной доступнойформой серы, которая потребляетсяавтотрофами и включается в составбелков.

23)  Подтехногеннымивоздействиямипонимают деятельность, связанную среализацией экономических, военных,рекреационных, культурных и другихинтересов человека, вносящую физические,химические, биологические и другиеизменения в природную среду.

По своейприроде, глубине и площади распространения,времени действия и характеру приложенияони могут быть различными: целенаправленнымии стихийными, прямыми и косвенными,длительными и кратковременными, точечнымии площадными и т. д.

Антропогенныевоздействия на биосферу по их экологическимпоследствиям разделяют на положительныеи отрицательные (негативные).  Кположительнымвоздействиямможно отнести воспроизводство природныхресурсов, восстановление запасовподземных вод, полезащитное лесоразведение,рекультивацию земель на месте разработокполезных ископаемых и др.

Котрицательным(негативным)воздействиям на биосферу относят всевиды воздействий, создаваемых человекоми угнетающих природу. Небывалые помощности и разнообразию негативныетехногенные воздействия особенно резкостали проявляться во второй половинеXX в.

Под их влиянием естественная биотаэкосистем перестала служить гарантомустойчивости биосферы, как это наблюдалосьранее — в течение миллиардовлет. Отрицательное(негативное) воздействие проявляетсяв самых разнообразных и масштабныхакциях: исчерпании природных ресурсов,вырубке леса на больших площадях,засолении и опустынивании земель,сокращении численности и видов животныхи растений и т.д. К числу основныхглобальных факторов дестабилизацииприродной среды относятся:

  • рост потребления природных ресурсов при их сокращении;
  • рост населения планеты при сокращении пригодных для обитания территорий;
  • деградация основных компонентов биосферы, снижение способности природы к самоподдержанию;
  • возможные изменения климата и истощение озонового слоя Земли;
  • сокращение биологического разнообразия;
  • возрастание экологического ущерба от стихийных бедствий и техногенных катастроф;

•недостаточный уровень координациидействий мирового сообщества в областирешения экологических проблем. Главнейшими наиболее распространенным видомотрицательного воздействия человекана биосферу является загрязнение.

Большинствоострейших экологических ситуаций вмире, так или иначе, связаны с загрязнениемокружающей природной среды (Чернобыль,кислотные дожди, опасные отходы ит.д.).

методымониторингаМониторинггеологической среды

Понятиегеологической среды. Соотношениегеологической

средыс внешними средами: поверхностнойгидросферой, по_

верхностнойбиосферой, атмосферой, техносферой.

Основныекомпоненты геологической среды: горныепоро_

ды,почвы, подземные воды, рельеф,инженерно_геологические

процессыи явления. Понятие об опасных геологическихпроцессах, их связь с изменением свойствгеологической среды

Географическиймониторинг

Видыгеомониторинга: локальный (биоэкологический),ре_

гиональный(геосистемный или природохозяйственный),гло_

бальный(биосферный).

24)Ландшафтнаяиндикация -совокупность методов оценки состоянияприродно-территориальных комплексов(ПТК), отдельных их компонентов ипротекающих в них процессах по легкодоступным для непосредственногонаблюдения компонентам или аэрофотоснимкам.

Теориюи методику ландшафтной индикацииразрабатывает раздел ландшафтоведения – индикационноеландшафтоведение.С позиций индикационного ландшафтоведениялюбой ландшафт может быть рассмотренкак ярусная система. Верхний ярус его– эктоярус – образован физиономическимикомпонентами, участками открытой почвы,поверхностью водоемов и следамидеятельности человека.

Эктоярус можетбыть беспрепятственно наблюдаем примаршрутных исследованиях и изображаетсяна аэрофотоснимках. Нижния ярус – эндоярус- образован деципиентными (т.е. скрытымиот непосредственного наблюдения)компонентами, грунтовыми водами,различными горизонты почв, грунты,антропогенными нарушениями, неопределяемыми визуально и т.д.

Цельландшафтной индикации – использованиеэктояруса для познания различныхдеципиентных компонентов.

Индикатамимогут служить не только отдельныекомпоненты ПТК и их свойства, но ипротекающие в них процессы. При этомсуществует три вида такой индикации:

  • индикация процессов, происходивших в ПТК в прошлом и прекратившихся к настоящему времени;
  • индикация процессов, протекающих в настоящее время;

индикацияпроцессов, которые будут происходитьв будущем.

25)Всоответствии с Федеральным законом «Обособо охраняемых природных территориях»особо охраняемые природные территории— участки земли, водной поверхности ивоздушного пространства над ними, гдерасполагаются природные комплексы иобъекты, имеющие особое природоохранное,научное, культурное, эстетическое,рекреационное и оздоровительноезначение.

Одновременно,при учреждении того или иного вида особоохраняемых природных территорийпланируется удовлетворение определенныхобщественных интересов. Рассмотрим ихприменительно к отдельным видам такихтерриторий. В соответствии со ст.

2 Закона«Об особо охраняемых природныхтерриториях» с учетом особенностейрежима этих территорий и статусанаходящихся на них природоохранныхучреждений различаются следующие видыуказанных территорий.

На государственныеприродные заповедники возлагаютсяследующие задачи: •осуществление охраны природных территорийв целях сохранения биологическогоразнообразия и поддержания в естественномсостоянии охраняемых природных комплексови объектов; •организация и проведение научныхисследований, включая ведение Летописиприроды; •осуществление экологического мониторингав рамках общегосударственной системымониторинга окружающей природнойсреды; •экологическое просвещение; •участие в государственной экологическойэкспертизе проектов и схем размещенияхозяйственных и иных объектов; •содействие в подготовке научных кадрови специалистов в области охраны окружающейприродной среды. б)Национальные парки. Они являютсяприродоохранными, эколого-просветительскимии научно-исследовательскими учреждениями,территории (акватории) которых включаютв себя природные комплексы и объекты,имеющие особую экологическую, историческуюи эстетическую ценность, и предназначеныдля использования в природоохранных,просветительских, научных и культурныхцелях и для регулируемого туризма. Нанациональные парки возлагаются следующиеосновные задачи: •сохранение природных комплексов,уникальных и эталонных природныхучастков и объектов; •сохранение историко-культурныхобъектов; •экологическое просвещение населения; •создание условий для регулируемоготуризма и отдыха; •разработка и внедрение научных методовохраны природы и экологическогопросвещения; •осуществление экологическогомониторинга; •восстановление нарушенных природныхи историко-культурных комплексов иобъектов. в)Природные парки. Это природоохранныерекреационные учреждения, находящиесяв ведении субъектов Российской Федерации,территории (акватории) которых включаютв себя природные комплексы и объекты,имеющие значительную экологическую иэстетическую ценность, и предназначеныдля использования в природоохранных,просветительских и рекреационных целях.На природные парки возлагаются следующиезадачи: •сохранение природной среды, природныхландшафтов; •создание условий для отдыха (в том числемассового) и сохранение рекреационныхресурсов; •разработка и внедрение эффективныхметодов охраны природы и поддержаниеэкологического баланса в условияхрекреационного использования территорийприродных парков. г)Государственные природные заказники— территории (акватории), имеющие особоезначение для сохранения или восстановленияприродных комплексов и их компонентови поддержания экологического баланса.Государственные природные заказникимогут иметь различный профиль, в томчисле быть:• комплексными (ландшафтными),предназначенными для сохранения ивосстановления природных комплексов(природных ландшафтов); •биологическими (ботаническими изоологическими), предназначенными длясохранения и восстановления редких иисчезающих видов растений и животных,в том числе ценных видов в хозяйственном,научном и культурном отношениях; •палеонтологическими, предназначеннымидля сохранения ископаемых объектов; •гидрологическими (болотными, озерными,речными, морскими), предназначеннымидля сохранения и восстановления ценныхводных объектов и экологическихсистем; •геологическими, предназначенными длясохранения ценных объектов и комплексовнеживой природы,д) Памятники природы— уникальные, невосполнимые, ценные вэкологическом, научном, культурном иэстетическом отношениях природныекомплексы, а также объекты естественногои искусственного происхождения. е)Дендрологические парки и ботаническиесады являются природоохраннымиучреждениями, в задачи которыхвходит создание специальных коллекцийрастений в целях сохранения разнообразияи обогащения растительного мира, а такжеосуществление научной, учебной ипросветительской деятельности. ж)Лечебно-оздоровительные местности икурорты. К ним могут быть отнесенытерритории (акватории), пригодные дляорганизации лечения и профилактикизаболеваний, а также отдыха населенияи обладающие природными лечебнымиресурсами (минеральные воды, лечебныегрязи, рапа лиманов и озер, лечебныйклимат, пляжи, части акваторий и внутреннихморей, другие природные объекты иусловия). Лечебно-оздоровительныеместности и курорты выделяются в целяхих рационального использования иобеспечения сохранения их природныхлечебных ресурсов и оздоровительныхсвойств.

Источник: https://studfile.net/preview/5113921/page:7/

Живое вещество биосферы, его характеристика

Живое вещество биосферы, его планетарные свойства и функции

В.И.Вернадский писал: «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, вместе взятые».

Учение о живом веществе является одним из центральных звеньев концепции биосферы. Исследуя процессы миграции атомов в биосфере, В.И. Вернадский подошел к вопросу о генезисе (происхождение, возникновение) химических элементов в земной коре, а после этого и к необходимости объяснить устойчивость соединений, из которых состоят организмы.

Анализируя проблему миграции атомов, он пришел к выводу, что «нигде не существуют органические соединения, независимые от живого вещества». «Под именем живого вещества, — писал В. И. Вернад­ский в 1919 году, — я буду подразумевать всю совокуп­ность всех организмов, растительности и животных, в том числе и человека.

С геохимической точки зрения эта со­вокупность организмов имеет значение только той массой вещества, которая ее составляет, ее химическим составом и связанной с ней энергией.

Очевидно, только с этой точ­ки зрения имеет значение живое вещество и для почвы, так как, поскольку мы имеем дело с химией почв, мы имеем дело с частным проявлением общих геохимических процессов».

Таким образом, живое вещество – совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии.

причинам. Во-первых, человечество является не производителем, а потребителем биогеохимической энергии. Такой тезис требовал пересмотра геохимических функций живого вещества в биосфере. Во-вторых, масса человечества, исходя из данных демографии, не является постоянным количеством живого вещества.

И в-третьих, его геохимические функции характеризуются не массой, а производственной деятельностью. Характер усвоения человечеством биогеохимической энергии определяются разумом человека.

С одной стороны, человек – это кульминация бессознательной эволюции, «продукт» спонтанной деятельности природы, а с другой – зачинатель нового, разумно направленного этапа самой эволюции.

Какие же характерные особенности присущи живому веществу? Прежде всего это огромная свободная энергия. В процессе эволюции видов биогенная миграция атомов, т.е.

энергия живого вещества биосферы, увеличилась во много раз, и продолжает расти, ибо живое вещество перерабатывает энергию солнечных излучений, атомную энергию радиоактивного распада и космическую энергию рассеянных элементов, приходящих из нашей Галактики.

Живому веществу присуща также высокая скорость протекания химических реакций по сравнению с веществом неживым, где похожие процессы идут в тысячи и миллионы раз медленнее.

К примеру, некоторые гусеницы в сутки могут переработать пищи в 200 раз больше, чем весят сами, а одна синица за день съедает столько гусениц, сколько весит сама.

Для живого вещества характерно то, что слагающие его химические соединения, главнейшими из которых являются белки, устойчивы только в живых организмах. После завершения процесса жизнедеятельности исходные живые органические вещества разлагаются до химических составных частей.

Живое вещество существует на планете в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему вновь образовавшееся, оно генетически связано с живым веществом прошлых эпох. Это – главная структурная единица биосферы, определяющая все другие процессы поверхности земной коры.

Для живого вещества характерно наличие эволюционного процесса. Генетическая информация любого организма зашифрована в каждой его клетке. При этом этим клеткам изначально предначертано быть самими собой, за исключением яйцеклетки, из которой развивается целый организм.

В.И.Вернадский отмечал, что живые организмы планеты – это наиболее постоянно действующая и могущественная по своим конечным последствиям химическая сила.

Он указывал, что живое вещество неотделимо от биосферы, является ее функцией и одновременно «одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты». Круговорот отдельных веществ В.И.Вернадский назвал биогеохимическими циклами.

Эти циклы и круговорот обеспечивают важнейшие функции живого вещества в целом. Ученый выделил пять таких функций.

Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями, выделяющими кислород в процессе фотосинтеза, а также всеми растениями и животными, выделяющими углекислый газ в результате дыхания.

Происходит также круговорот азота, связанного с деятельностью микроорганизмов. В.И.

Вернадский писал, что все газы, образующиеся в биосфере, теснейшим образом связаны своим происхождением с живым веществом, всегда биогенны и изменяются главным образом биогенным путем.

Концентрационная функция. Проявляется в способности живых организмов накапливать в своих телах многие химические элементы (на первом месте стоит углерод, среди металлов – кальций).

Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов – характерная особенность живого вещества.

Например, морские организмы активно накапливают микроэлементы, тяжелые металлы (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы.

В.И.Вернадский различал:

1. Концентрационные функции I рода, когда живым веществом концентрируются из окружающей среды те химические элементы, которые содержатся во всех без исключениях организмах (Н, С, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe).

2. Концентрационные функции II рода, когда наблюдается накопление химических элементов, которые в живых организмах не встречаются, или могут встречаться в очень малых количествах. Например, голотурии способны накапливать ванадий. Дождевые черви могут накапливать цинк, медь, свинец и кадмий в своих тканях. Водоросли рода ламинария накапливают в себе йод.

Окислительно-восстановительная функция. Выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В результате этого образуются соли, окислы, новые вещества. С данной функцией связано формирование железных и марганцевых руд, известняков и т.п.

Биохимическая функция.Определяется как размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества. Все это приводит к круговороту химических элементов в природе, их биогенной миграции.

В.И.Вернадский выделял I-ую биохимическую функцию, которая связана с питанием, дыханием и размножением организмов и II-ую биохимическую функцию, которая связана с разрушением тел живых организмов после их смерти. При этом происходит ряд биохимических превращений: живое тело – биокосное – косное.

Функция биогеохимической деятельности человека. Связана с биогенной миграцией атомов, многократно усиливающейся под влиянием хозяйственной деятельности человека и его разума.

Человек в ходе своей хозяйственной деятельности разрабатывает и использует для своих нужд большое количество веществ земной коры, в т.ч. таких как уголь, газ, нефть, торф, сланцы, многие руды.

Одновременно происходит атропогенное поступление в биосферу чужеродных веществ в количествах, превышающих допустимое значение. Это привело кризисному противостоянию человека и природы.

Главной причиной надвигающегося экологического кризиса считается технократическая концепция, рассматривающая биосферу, с одной стороны, как источник физических ресурсов, с другой – как сточную трубу для удаления отходов.

В настоящее время мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу

 более 250 млн тонн мелкодисперсных аэрозолей,

 200 млн тонн оксида углерода,

 150 млн тонн диоксида серы,

 120 млн тонн золы,

 более 50 млн тонн углеводородов,

 2,5 млрд(!) тонн оксидов азота.

Естественный круговорот атомов в атмосфере просто не успевает за техногенными выбросами. Только за счет сжигания угля в энергетических установках в окружающую среду поступает мышьяка, урана, кадмия, бериллия в десятки раз, а ртути – в тысячи раз больше, чем вовлекается в природный биохимический круговорот.

В.И. Вернадский классифицировал живое вещество на однородное и неоднородное. Первое в его представлении – это родовое, видовое вещество и т.п.

, а второе представлено закономерными смесями живых веществ. Это лес, болото, степь, т.е. биоценоз.

Характеризовать живое вещество ученый предлагал на основе таких количественных показателей, как химический состав, средний вес организмов и средняя скорость заселения ими поверхности Земного шара.

Вернадский приводит средние цифры скорости «передачи жизни в биосфере». Время захвата данным видом всей поверхности нашей планеты у разных организмов может быть выражена следующими цифрами (сутки):

Бактерия холеры (Vibrio cholerae) 1,25

Инфузория (Lekconhrys patula) 10,6 (максимум)

Диатомовые (Nittschia putrida) 16,8 (максимум)

Зеленый планктон 166-183 (среднее)

Насекомые (Musca domestica) 366

Рыбы (Pleurettes platessa) 2159 (максимум)

Цветковые растения (Trifolium repens) 4076

Птицы (куры) 5600-6100

Млекопитающие: крысы 2800

дикая свинья 37600

слон индийский 376000.

Жизнь на нашей планете существует в неклеточной и клеточной формах.

Неклеточная форма живого вещества представлена вирусами, которые лишены раздражимости и собственного синтеза белка. Простейшие вирусы состоят лишь из белковой оболочки и молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) или РНК (рибонуклеиновая кислота), составляющей сердцевину вируса.

Иногда вирусы выделяют в особое царство живой природы – Vira. Они могут размножаться только внутри определенных живых клеток. Вирусы повсеместно развиты в природе и являются опасным противником всего живого. Поселяясь в клетках живых организмов, они вызывают их смерть.

Описано около 500 вирусов, поражающих теплокровных позвоночных и около 300 вирусов, нападающих на высшие растения. Более половины болезней человека обязаны своим развитием мельчайшим вирусам (они в 100 раз мельче бактерий).

Достаточно назвать несколько страшных болезней, вызываемых вирусами, чтобы осознать угрозу этих мельчайших существ. Это полиомиелит, оспа, грипп, инфекционный гепатит, желтая лихорадка и др.

Клеточные формы жизни представлены прокариотами (организмы, не имеющие ограниченного мембраной ядра) и эукариотами (клетки которых содержат оформленные ядра). К прокариотам относятся различные бактерии. Эукариоты – это все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие.

Дата добавления: 2017-06-02; просмотров: 1684; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/9-22433.html

Живое вещество биосферы. Его химический состав, свойства и функции

Живое вещество биосферы, его планетарные свойства и функции

Главную роль в учении о биосфере В.И. Вернадского играют представления о живом веществе и его функциях.

В.И. Вернадский пришел к выводу, что, несмотря на многообразие живых организмов, на атомном уровне между ними нет различий. Все они состоят из одних и тех же элементов и представляют собой особое вещество – живое вещество биосферы.

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы.

1. Макроэлементы – Н, О, С, N (в сумме около 98 – 99 %, их еще называют основными элементами), Са, Сl, К, S, Р, Мg, Nа, Fе, Si (в сумме 1 – 2 %).

2. Микроэлементы – Мn, Со, Zn, Сu, В, I, F и др. Их суммарное содержание в организме составляет порядка 0,1 %.

3. Ультрамикроэлементы – Аu, Нg, Se и др. Их содержание в организме очень незначительно, а физиологическая роль большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называются биогенными. Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ничем не могут быть заменены и совершенно необходимы для жизни.

Живое вещество биосферы обладает следующими уникальными особенностями, обусловливающими его крайне высокую преобразующую деятельность [28].

1. Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство.В.И.Вернадский назвал это всюдностью жизни. Данное свойство позволило ему сделать вывод о том, что для определенных геологических периодов количество живого вещества было примерно постоянным (константой).

Способность быстрого освоения пространства связана как с интенсивным размножением (некоторые простейшие формы организмов могли бы освоить весь земной шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов, сдерживающих их потенциальные возможности размножения), так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела.

Например, площадь листьев растений, произрастающих на 1 га, составляет 8 – 10 га и более. То же относится к корневым системам.

2. Движение не только пассивное, но и активное, т.е. не только под действием силы тяжести, гравитационных сил и других факторов, но и против течения воды, силы тяжести, движения воздушных потоков и т.п.

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты веществ).

Благодаря саморегуляции живые организмы способны поддерживать постоянный химический состав и сохранять условия внутренней среды, несмотря на значительные изменения условий внешней среды.

После смерти эта способность утрачивается, а органические остатки очень быстро разрушаются. Образовавшиеся органические и неорганические вещества включаются в круговороты.

4.

Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физико-химическим параметрам условий.

Например, некоторые организмы переносят температуры, близкие к значениям абсолютного нуля (–273 °С), микроорганизмы встречаются в термальных источниках с температурами до 140 °С, в водах атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т.п.

5. Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она на несколько порядков выше, чем в неживом веществе. Об этом свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в процессе жизнедеятельности.

Например, гусеницы некоторых насекомых потребляют за день количество пищи, которое в 100 – 200 раз больше веса их тела. Дождевые черви (масса их тел примерно в 10 раз больше биомассы всего человечества) за 150 – 200 лет пропускают через свои организмы весь однометровый слой почвы. По представлениям В.И.

Вернадского, практически все осадочные породы, а это слой до 3 км, на 95 – 99 % переработаны живыми организмами.

6. Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши – 14 лет, а для океана, где преобладают организмы с коротким периодом жизни (например, планктон), – 33 дня.

В результате высокой скорости обновления живого вещества за всю историю существования жизни общая масса живого вещества, прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли. Только небольшая часть его (доли процента) законсервирована в виде органических остатков (по выражению В.И.

Вернадского, «ушла в геологию»), остальная же часть включилась в процессы круговорота.

Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. Согласно В.И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов.

Живое вещество производит на Земле непрерывную, не прекращающуюся ни на мгновенье работу по переработке своего окружения, по его изменению.

По словам В.И. Вернадского, живое вещество выполняет геохимическую функцию, которая заключается в преобразовании облика планеты и осуществляется через питание, дыхание и размножение организмов, как живших ранее, так и живущих в настоящее время.

Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества

[2, 21]:

1. Энергетическая связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества.

Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

Основной источник биогеохимической активности организмов – солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, являющегося пищей и обеспечивающего энергией все остальные организмы.

2. Газовая– способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (органические остатки, известняки и т.п.).

В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего углекислого газа, в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03 %. Это же относится к накоплению в атмосфере кислорода, образованию озона и другим процессам.

С газовой функцией живого вещества связаны два переломных периода в развитии биосферы. Первый относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 % от современного уровня. Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород).

С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно

1,2 млрд лет назад. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10 % от современной.

Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).

3. Концентрационная– «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них (в большей степени, чем в окружающей среде) атомов биогенных химических элементов.

Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот веществ, в ходе которого атомы большинства химических элементов проходили через живое вещество бесчисленное число раз.

Так, например, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 300 лет, а вся вода биосферы — за 2 млн лет.

Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания различные элементы, например, железобактерии накапливают железо; простейшие фораминиферы, а также многие моллюски и кишечнополостные – кальций; хвощи, диатомовые водоросли – кремний; губки – йод; асцидии – ванадий и т.д.

Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. углерода в растениях в 200 раз, а азота – в 30 раз превышает количество этих элементов в земной коре. марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрационной деятельности живого вещества – образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

4.

Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с помощью живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Cr, S, P, N), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

5. Деструктивная– разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) – грибы и бактерии.

6. Транспортная – перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.

С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

7. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной – представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления.

Результатом действия средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

К средообразующим свойствам растительного покрова относятся создание микроклимата, очистка воздуха и вод от загрязняющих веществ, усиление питания грунтовых вод, защита почв от эрозии и т.п.

8. Рассеивающая– функция, противоположная концентрационной – рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

9. Информационная – накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

10. Биогеохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода – нефти, угля, газа и др.

Таким образом, биосферу можно также определить как сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Свойства биосферы

Биосфера обладает рядом свойств.

Целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов. Она достигается круговоротом вещества и энергии. Изменение одного компонента неизбежно приводит к изменению других и биосферы в целом.

При этом биосфера – не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование, обладающее своими особенностями и развивающееся как единое целое.

Биосфера – система с прямыми и обратными (отрицательными и положительными) связями, которые, в конечном счете, обеспечивают механизмы ее функционирования и устойчивости. На понимании целостности биосферы основываются теория и практика рационального природопользования.

Учет этого свойства позволяет предвидеть возможные изменения в природе, дать прогноз результатов воздействия человека на природу.

Централизованность. Центральным звеном биосферы выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство, к сожалению, часто недооценивается человеком, и в центр биосферы ставится только один вид – человек (идеи антропоцентризма).

Устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения, создаваемые внешними и внутренними воздействиями, включением определенных механизмов. Гомеостатические механизмы биосферы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями.

Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения и т.п.).

Гомеостатические механизмы биосферы подчинены принципу ЛеШателье – Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, в котором эффект этого воздействия ослабляется.

Ритмичность. Биосфера проявляет ритмичность развития – повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них – суточный, годовой, внутривековые и сверхвековые.

Суточный ритм проявляется в изменении температуры, давления и влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях приливов и отливов, циркуляции бризов, процессах фотосинтеза у растений, поведении животных. Годовая ритмика – это смена времен года, изменения в интенсивности почвообразования и разрушения горных пород, сезонность в хозяйственной деятельности человека.

Суточная ритмика, как известно, обусловлена вращением Земли вокруг оси, годовая – движением Земли по орбите вокруг Солнца. Разные экосистемы обладают различной суточной и годовой ритмикой. Годовая ритмика лучше всего выражена в умеренном поясе и очень слабо – в экваториальном. Наблюдаются и более продолжительные ритмы (11, 22 – 23, 80 – 90 лет и др.).

Ритмические явления не повторяют полностью в конце ритма того состояния природы, которое было в его начале. Именно этим и объясняется направленное развитие природных процессов.

Круговорот веществ и энергозависимость. Биосфера – открытая система. Ее существование невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца.

В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещества на Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов.

При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого – углерод.

Большое разнообразие. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием.

Это свойство обусловлено следующими причинами: разными средами жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной); разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; наличием регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); биологическим разнообразием живых организмов.

В настоящее время описано более 2 млн видов. Однако реальное число видов на Земле в несколько раз больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях.

Кроме этого, современный видовой состав – это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за период ее существования.

Каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10 – 30 млн лет), поэтому число видов, принимавших участие в эволюции биосферы, исчисляется сотнями миллионов. Считается, что к настоящему времени арену биосферы оставили более 95 % видов.

По видовому составу на Земле преобладают животные (около 2 млн видов) над растениями (около 0,5 млн). В то же время запасы фитомассы составляют 99 % запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана [7].

Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и других связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.

К сожалению, практически вся без исключения деятельность человека приводит к упрощению экосистем любого ранга. Сюда следует отнести и уничтожение отдельных видов или резкое уменьшение их численности, и создание агроценозов на месте сложных природных систем.

Например, полностью исчезли с лица земли степи как тип экосистем и ландшафтов, резко уменьшились площади лесов (до появления человека они занимали примерно 70 % суши, а сейчас – не более 23 %).

Идет дальнейшее, невиданное по масштабам уничтожение лесных экосистем, особенно наиболее ценных и сложных тропических, спрямление русел рек, создание промышленных районов и т.п.

Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время получить значительный объем нужной продукции (например, с сельскохозяйственных полей), но за это приходится рассчитываться снижением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.

Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по окружающей среде и развитию (1992) к числу трех важнейших экологических проблем, по которым приняты специальные заявления или конвенции. Кроме сохранения разнообразия, такие конвенции приняты по сохранению лесов и по предотвращению изменения климата.



Источник: https://infopedia.su/18x32b7.html

Функции биосферы

Живое вещество биосферы, его планетарные свойства и функции

Земля, возникшая много миллиардов лет назад, в начале своего существования была горячей. Но с течением времени наша планета остыла и на ней образовались оболочки: литосфера, атмосфера, гидросфера, — которые непрерывно влияют друг на друга. Под воздействием воды происходят изменения рельефа суши.

Теплые течения согревают атмосферу в тех местах, где они протекают; холодные наоборот — охлаждают. В виде пара и облаков вода постоянно находится в атмосфере. От рельефа местности зависит скорость и направление течения рек.

В процессе извержении вулканов в атмосферу выбрасываются различные газы и вулканический пепел. От ветра зависит направление морских течений. Он также влияет на рельеф местности, особенно пустынь, покрытых песками. Количество осадков влияет на полноводность рек.

Итак, между оболочками Земли существует постоянная связь. Они объединяются в целостную систему и создают условия, подходящие для живых организмов.

Живые организмы, в свою очередь, также оказывают влияние на оболочки Земли.

Первые живые существа возникли в воде и были гораздо проще по сравнению даже с простейшими существами, которые живут в настоящее время. Водоросли обогатили воду и воздух кислородом. Постепенно выходя на сушу, во влажных местах бактерии, одноклеточные животные и растения принимали участие в создании почвы. Таким образом создавались условия для жизни растений на суше.

Растения обогатили воздух кислородом, способствовали созданию озонового экрана; используя солнечные лучи, создавали органические вещества, необходимые для животных. Постепенно живые организмы освоили все оболочки Земли. Они существенно изменили облик планеты: превратили верхнюю часть литосферы, создав почву; способствовали изменению состава атмосферы и гидросферы.

Живые организмы создают особую оболочку, которая проникает в другие сферы Земли и связывает все компоненты в крупнейшую экосистему — биосферу.

Биосфера — это оболочка Земли, которую образуют и на развитие которой влияют все живые организмы.

Верхняя граница биосферы находится в атмосфере, заселенной только до озонового экрана, так как низкие температуры и ультрафиолетовое излучение губительно действует на живых существ. Даже на высоте 20-25 км встречаются споры грибов, бактерии.

Гидросфера заселена полностью, но большее разнообразие организмов наблюдается в толще воды, куда проникает солнечный свет.

Нижняя граница биосферы проходит в литосфере. На глубинах 0,5 — 2 м от поверхности количество живых организмов быстро уменьшается. На глубине свыше 10 м. живые существа не встречаются, поскольку большая плотность среды и повышение температуры ограничивают возможность их существования. Но и здесь бывают исключения. В нефтяных месторождениях на глубине примерно 2-3 км были найдены бактерии.

Наибольшая плотность живых организмов на суше, поверхности воды океана и на его дне до глубины 200 м, куда еще поступают солнечные лучи. Именно на границе атмосферы, гидросферы и литосферы благоприятные условия для жизни.

Основные функции биосферы

Современная наука выделяет пять важнейших функций биосферы:

  1. энергетическую функцию, которая выполняется за счет использования растениями энергии солнца в процессе фотосинтеза. На собственные нужды организма в среднем расходуется 10—12% ассимилированной ими энергии. Остальная ее часть перераспределяется внутри экосистемы: частично распределяется между остальными компонентами биосферы, частично накапливается в отмершей органике, образуя залежи биогенного вещества (торфа, угля, нефти), а частично рассеивается в атмосфере.
  2. газовую функцию, которая обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.
  3. концентрационную функцию, которая заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Благодаря этой функции живые организмы могут служить для человека источником как полезных (витаминов, аминокислот), так и опасных для здоровья веществ (тяжелых металлов, радиоактивных элементов, ядохимикатов).
  4. деструктивную функцию, которая состоит в разложении, минерализации мертвого вещества, в химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Специальная группа организмов (редуцентов) деструкторов разлагает мертвое органическое вещество до простых неорганических соединений: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака, которые затем вновь используются в начальном звене круговорота.
  5. средообразующую функцию, которая заключается в преобразовании физикохимических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, максимально подходящие для существования живыхорганизмов. С известной долей условности можно утверждать, что эта функция является результатом совместного действия всех рассмотренных выше функций биосферы. В результате именно средообразующей функции образовался покров осадочных пород, был преобразован газовый состав атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, возник почвенный покров на поверхности суши.

Человек и биосфера

Появившись на Земле, человек получил от природы все необходимое для жизни: воздух, воду, пищу, почву, пригодную для земледелия, природные материалы для изготовления орудий труда и предметов быта.

За время своего существования на Земле человек очень долго была потребителем природных благ. Ему хватало чистой воды, чистого воздуха, плодородной почвы, рыбы в водоемах, зверей в лесах и степях; природных материалов было вполне достаточно для удовлетворения разнообразных потребностей. В то же время и самих людей на планете было сравнительно немного.

Но уже давно люди начали вмешиваться в жизнь естественных экосистем, разрушая их. Опустошив место жительства, люди кочевали в поисках новых, плодородных земель, богатых животными лесов. Убытки природы от деятельности человека все увеличивались.

Экосистемы сравнительно быстро преодолевали эти проблемы, восстанавливая и возрождая природные комплексы. Со временем численность человеческого населения на Земле росло.

Появилась мощная техника, которую человек применял для удовлетворения своих потребностей, увеличилось влияние людей на окружающую среду. В результате деятельности человека изменяется состав атмосферы, гидросферы, литосферы.

Любое вмешательство в биосферу меняет среду обитания, сказывается на жизнедеятельности организмов. Сейчас вред, который наносит человечество биосфере, может оказаться необратимым и непоправимым.

Человек давно заметил, что на бережное отношение природа всегда откликается. Примером положительной деятельности человека может быть создание парков, лесопарков, садов, скверов.

Карьеры, образовавшиеся после открытой разработки месторождений полезных ископаемых, существенно влияют на изменения рельефа.

Но если засыпать их сначала шлаком, остающейся после сгорания угля на электростанциях, сверху покрыть слоем пустой шахтной породы и засыпать тонким слоем почвы, смешанным с золой из фильтров теплоэлектростанций, то на таком месте можно выращивать различные культурные растения.

Очистка воды в океане от загрязнения нефтью можно проводить с использованием бактерий, уменьшает вредное воздействие.

Для очистки пресных водоемов используются растения-санитары: водяной гиацинт, рогоз, хвощ болотный и другие.

Также важным вопросом на сегодня остается строительство очистных сооружений на производствах с вредными выбросами в атмосферу.

Человек может существовать только при использовании ресурсов биосферы. Мы должны познавать законы природы и использовать эти знания разумно. Человечество уже осознало необходимость научно обоснованного природопользования, когда достижения науки согласовывают деятельность человека и жизни природы. Это необходимые условия сохранения жизни на планете.

Охрана биосферы. Красная книга

Человек и биосфера неотделимы друг от друга. Функции биосферы обеспечивают человека необходимыми для жизни веществами и энергией. Человек заботится о биосфере: проявляет заботу о ее жителях, охраняет среду их обитания. Сейчас вопросы охраны биосферы волнует всех людей на Земле.

Международное сотрудничество по охране биосферы проявляется в создании таких организаций, как Гринпис, Общества по охране природы, Всемирного фонда охраны природы и других.

Ученые обнаруживают виды и группировки организмов, которым угрожает опасность, выясняют, сколько их осталось в природе и где, разрабатывают мероприятия по охране окружающей среды.

В 1948 при ООН была создана Комиссия по охране видов растений и животных, которые исчезают, а впоследствии — Международная Красная книга, в которую вошли данные о живых существах, которые оказались на грани вымирания.

В России первую Красную книгу выпустили в 1983 г. — это был том «Животные», а в 1988 г. к нему добавился том «Растения». Позже книга была переиздана в 2001 и в 2017 гг., каждый раз дополняясь.

В Красную книгу занесено 8 видов земноводных, 21 вид пресмыкающихся, 128 видов птиц и 74 вида млекопитающих, всего вместе с беспозвоночными животными — 434 вида.

Красная книга является государственным документом, который содержит сведения об исчезающих видах растений, животных, грибов и советы по приумножению их популяции.

Важный шаг на пути защиты и спасения природы — выделение территорий, где растения и животные сохраняются в неприкосновенности. Это создание заповедников, заказников, национальных парков.

Сегодня в мире существует около 350 биосферных заповедников, 37 из которых расположены в России, крупнейшие это: Алтайский государственный природный биосферный заповедник, Кавказский государственный биосферный заповедник, Байкальский заповедник, Баргузинский заповедник, Брянский лес — государственный природный биосферный заповедник.

Заповедники — это территории, на которых запрещена любая хозяйственная деятельность человека; в них охраняются не только живые организмы, но и условия их существования.

Национальные природные парки — территории, которые охраняет государство, но здесь разрешен организованный туризм и учебные экскурсии.

Заказники — территории, на которых охраняются определенные виды животных и растений. Они создаются на определенный срок, пока не исчезнет угроза для организмов, взятых под охрану.

Образование в области окружающей среды рассматривается ныне педагогической общественностью как непрерывный процесс, охватывающий все возрастные, социальные и профессиональные группы населения. Однако ее центральным звеном является школа, так как именно в школьные годы формирования личности происходит наиболее интенсивно.

Источник: https://www.polnaja-jenciklopedija.ru/planeta-zemlya/funktsii-biosfery.html

Живое вещество биосферы, его планетарные свойства и функции

Живое вещество биосферы, его планетарные свойства и функции

Суммарный химический состав живых организмов во многом отличается от состава атмосферы и литосферы. Он ближе к химическому составу гидросферы по абсолютному преобладанию атомов водорода и кислорода. Однако в отличие от гидросферы, в организмах относительно велика доля углерода, кальция и азота.

Живое вещество, в основном, состоит из элементов, являющихся водными и воздушными мигрантами, т.е. образующих газообразные и растворимые соединения. Заслуживает внимания то обстоятельство, что 99,9% массы живых организмов приходится на те элементы, которые преобладают и в земной коре, составляя в них 98,8%, хотя и в других соотношениях (табл. 4).

Таблица 4

Средний химический состав живого вещества

Постоянные

компоненты

Главные ~ 99%Н – 11,0% С – 18% О – 70%
Сопутствующие -1%Na, Mg, Р, S, Cl, К, Са, N
Следовые lt;0,05В, F, Si, Mo, Y, Mn, Fe, Со, Си, Zn
ПеременныеСопутствующиеAl, Ti, V, Cr, Ni, As, Br,
компоненты(побочные)Rb, Sr
СледовыеHe, Li, Be, Ar, Se, Ga, Ge, Sc, Y, Nb, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, La, W, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ra, Th, V

5—1974 Таким образом, жизнь есть химическое производное земной коры. В организмах обнаружены почти все элементы таблицы Д.И. Менделеева, т.е. они характеризуются теми же химическим особенностями, что и неживая природа. Содержащиеся в организмах элементы группируются не только по количественному принципу, но и по функциональному (физиологическому) критерию. В зависимости от количественного содержания и функциональной значимости элементарный набор организмов деляг на три группы. Макроэлементы составляют основную массу органических и неорганических соединений живых организмов. Они требуются организмам постоянно и в большом количестве для осуществления жизненного цикла. их изменяется от 60 до 0,001% массы тела. Это кислород, водород, углерод, азот, фосфор, кальций, калий, сера и др. Микроэлементы — преимущественно ионы тяжелых металлов являются компонентами ферментов, гормонов и других жизненно важных соединений. Они столь же необходимы для жизнедеятельности, как макроэлементы, но требуются в значительно меньших концентрациях. их изменяется от 0,001 до 0,00001% массы тела. В данную группу входят марганец, бор, кобальт, медь, молибден, цинк, йод, бром, алюминий и другие. ультрамикроэлементов не превышает обычно 0,00001% массы тела. Физиологическая роль их в организмах растений и животных полностью еще не выяснена. К этой группе относятся уран, радий, золото, ртуть, бериллий, цезий, селен и другие рассеянные и редкие элементы.

В зависимости от валентного состояния и структуры электронных уровней роль каждого микроэлемента строго специфична и поэтому его нельзя заменить в биохимических процессах никаким другим химическим элементом.

В силу этого каждый микроэлемент выполняет свою роль без дублеров. Наземными растениями включено в жизненные циклы не менее 340 млрд, т химических элементов в виде минеральных веществ. Большинство их активно участвует в метаболических (обменных) процессах, а часть находится в связанном состоянии. Важной особенностью минеральных компонентов растений различных групп является регулярно повторяемое вовлечение их в жизненные процессы и возвращение обратно в среду (например, с опадающими листьями и другими отмирающими органами). При этом, чем больше зольность растений и величина их биомассы, тем выше годичный оборот элементов минерального питания. В растительности Мирового океана сравнительно немного химических элементов – 36 10е т, т.е. всего 0,01% количества, содержащегося в наземной растительности. Основной отличительной особенностью живого вещества в целом является способ использования энергии. Живые существа — уникальные природные объекты, могущие улавливать энергию, которая приходит из Космоса преимущественно в виде солнечного света, удерживать ее в виде сложных органических соединений (биомассы), передавать друг другу, трансформировать в механическую, электрическую, тепловую и другие виды энергии. Неживые тела не способны к столь сложным преобразованиям энергии, они преимущественно рассеивают ее: камень под действием солнечной энергии нагревается, но не может ни сойти с места, ни увеличить свою массу. Вторая особенность живых организмов — их уникальная способность к самовоспроизведению, т.е. к производству на протяжении многих поколений форм, практически идентичных по структуре и функционированию. Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров, со своими индивидуальными признаками. В 1940 г. В. И. Вернадский открыл фундаментальные законы (принципы), управляющие геохимической деятельностью живых организмов в биосфере (биогеохимические принципы): Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Суть этого принципа заключается в стремлении жизни заполнить в максимальном объеме любое пригодное для нее пространство. В процессе эволюции биосферы живое вещество, по мере захвата жизнью все новых зон обитания, усиливает свое преобразующее давление на окружающую неживую природу и на самое себя (например, на абиогенные химические элементы). Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы. Указанный принцип весьма важен не только для понимания истории жизни, но и для решения современных задач выведения культурных растений, так как «увеличение биогенной миграции атомов» иначе означает увеличение продуктивности растений и животных. В течение всей истории планеты ее заселение было максимально возможным для живого вещества, которое тогда существовало. Данный принцип тесно связан с другим законом В.И. Вернадского — законом константности: количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Живое вещество, достигшее качественно новой, высшей формы развития — формы человеческого общества, имеет ныне возможность существования на всем пространстве земной поверхности и даже за ее пределами. С другой стороны, и это важно, исходя из закона константности, любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо влечет за собой такую же по размеру перемену в другом регионе, но с обратным знаком. При этом высокоразвитые виды и экосистемы вытесняются другими, которые стоят на эволюционно относительно более низком уровне (и крупные организмы заменяются более мелкими), а полезные для человека формы — менее полезными, нейтральными и, подчас, даже вредными. Итак, живому присуща исключительно высокая функциональная активность, которая связана с его способностью к неограниченному развитию и количественному росту, названному В.И. Вернадским «напором жизни». Различают пять основных функций живого вещества в масштабах планеты Земля: энергетическую, газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную и деструкционную. Суть энергетической функции состоит в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с излучением Космоса и прежде всего с солнечной радиацией. Основой указанной функции является фотосинтез, в процессе которого происходит аккумуляция энергии Солнца и ее последующее перераспределение между компонентами биосферы. Накопленная солнечная энергия обеспечивает протекание всех жизненных процессов. За время существования жизни на Земле живое вещество превратило в химическую энергию огромное количество солнечной энергии. Существенная часть ее в ходе геологической истории накопилась в связанном виде. Современная биосфера характеризуется наличием залежей угля, нефти и других органических веществ, которые образовались в далеком прошлом. Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращение, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на планете имеет биогенное происхождение. Так, кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза. При этом количество молекул кислорода, выделяемых земными растениями, пропорционально количеству связываемых водой молекул диоксида углерода. Диоксид углерода поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Другой, не менее мощный его источник — выделение по трещинам земной коры из осадочных пород за счет химических процессов под действием высоких температур. Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды, которые используются для построения тела. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Суть окислительно-восстановительной функции заключается в химическом превращении веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (это в основном соединения железа, марганца и др.). Как результат, происходят превращения большинства химических соединений, при этом преобладают биогенные процессы окисления и восстановления. Благодаря деструкционной функции протекают процессы, которые связаны с разложением остатков мертвых организмов. При этом происходит минерализация органического вещества, т.е. превращение живого вещества в косное.

Таким образом, живое вещество трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот.

Именно оно определило современный состав атмосферы, гидросферы, почв и, в существенной степени, осадочных пород Земли. В. И.

Вернадский писал: «Прекращение жизни было бы неизбежно связано с прекращением химических изменений если не всей земной коры, то во всяком случае ее поверхности — лика Земли, биосферы». 

Источник: Денисов В.В., Гутенев В.В., Луганская И.А. и др. Экология.. 2002

Источник: https://bookucheba.com/uchebniki-ekologii_1295/jivoe-veschestvo-biosferyi-ego-planetarnyie-50643.html

Book for ucheba
Добавить комментарий