Основы учения о биосфере

Наиболее значимым природным комплексом, от которого в определяющей мере зависит все состояние окружающей среды человека, является биосфера. Данное понятие введено в научный оборот австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Значительный вклад в развитие теории биосферы внесли труды Ж.Б. Ламарка, А. Гумбольдта, В. Пфеффера, Е. Варминга, В. Докучаева, С. Сукачева. Общее учение о биосфере создано в 20-30 гт. XX в. В. Вернадским.

Биосфера буквально означает «сфера жизни». Биосфера - оболочка Зелии, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью всех живых организмов, взаимодействующих с неорганической средой и преобразующих ее в направление жизнепригодности

Основные характеристики биосферы.

  • 1. Вергикальные границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для жизни организмов. Слой наиболее активной жизни, или собственно биосфера, расположен по вертикали в пространстве протяженностью около 20-25 км. Верхний предел активной жизни биосферы ограничен пределами интенсивной концентрации губительных для жизни ультрафиолетовых лучей, естественным щитом от которых выступает озоновый слой, максимальная концентрация которого располагается на высоте 20-25 км. Нижние границы активной жизни определяются температурными пределами земных недр (свыше 100 °С), что соответствует глубине от 3 до 6 км.
  • 2. С рассматриваемой точки зрения, биосфера в основном расположена в нижней часть атмосферы, гидросфере и верхней части литосферы.

Атмосфера - оболочка Земли, граничащая с космическим пространством и состоящая из смеси газов, взвешенных твердых и жидких веществ. Через атмосферу осуществляется обмен веществом и энергией с космосом. Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород и углекислый газ. Кислород атмосферы самым существенным образом связан с возникновением и развитием живого, биосферы. Человек не может жить без кислорода более 5 минут - такова одна из естественных констант его существования. Кислород служит основой возникновения озона, защищающего человека от смертоносной ультрафиолетовой радиации. Атмосфера обычно делится на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Примыкающий к поверхности Земли нижний слой атмосферы - около 15 км называется тропосферой. В ней сосредоточено около 80 % всей массы атмосферы. Над ней - на высоте до 40 км, располагается стратосфера, в которой расположен слой максимальной концентрации озона (на высоте около 20-25 км). Слой атмосферы, лежащий выше стратосферы в пределах 40-80 км над Землей, называется мезосферой. Очень разреженный слой атмосферы в пределах от 80 до 1000 км от поверхности Земли, характеризующийся быстрым ростом температуры до высот 200-300 км (до 1500К), называется термосферой. Еще выше (на высоте свыше 1000 км) находится экзосфера, откуда атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство и где происходит постепенный переход атмосферы к межпланетному пространству. Слой атмосферы, располагающийся выше мезосферы (выше 80 км), простирающийся до внешней части магнитосферы Земли и отличающийся значительным количеством ионизированных молекул и атомов атмосферных газов и свободных электронов - называют ионосферой. Апобиосферой называют слои атмосферы (выше 60-80 км) в которые никогда не поднимаются живые организмы и куда биологические вещества заносятся лишь в незначительном количестве.

Гидросфера - водная оболочка Земли. Обладая высокой растворяющей способностью, проницаемостью и подвижностью, вода находится в тесной взаимосвязи с литосферой и атмосферой. Во многом благодаря воде происходит грандиозный процесс обмена и трансформации энергии и вещества планеты посредством постоянно повторяющихся гидрологических циклов. Вода занимает 71 % земной поверхности. Подавляющая часть массы воды (94 %) приходится на Мировой океан.

Литосфера - неоднородная твердая оболочка Земли, сложет1ая различными минеральными ассоциациями в виде магматических (70,8 %), метаморфических (20 %) и осадочных (9,2 %) пород, достигающая мощности под материком 70 км, а под океаном - 10 км. Общий химический состав земной коры определяют восемь основных ее элементов - кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий. Причем ведущим элементом, составляющим основную долю объема земной коры, является кислород, химически связанный с другими элементами в главных природообразующих минералах. Литосфера представляет собой физическое пространство существования человека, источник неорганических ресурсов и ресурсов органического происхождения, необходимых для метаболизма живых систем элементов. В результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и живых организмов формируется почва.

3. Общая масса живого вещества на Земле равна около 10 15 т и составляет V 11 000 000 часть массы земной коры. Преобладающая часть биомассы континентов формируется за счет растений суши и превышает биомассу Мирового океана (формирующуюся в основном за счет морских животных) в 800 раз. Несмотря на то, что масса животного вещесгва мизерна относительно массы земной коры, в качественном отношении живое вещество представляет наиболее высокоорганизованную часть материи Земли и решающий фактор динамики вещества верхних горизонтов нашей планеты, мощную геологическую силу.

Самая существенная особенность биосферы, по мнению В.И. Вернадского, - это биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемых лучистой энергией Солнца и осуществляемая посредством обмена веществ, роста, размножения организмов. Эта биогенная миграция атомов подчиняется двум биогеохимическим принципам: стремлению к максимальному проявлению «всюдности» жизни и выживанию тех организмов, которые максимально увеличивают биогенную миграцию атомов.

К основным биогеохимическим функциям живого вещества биосферы В. И. Вернадский относил биохимическую, связанную с ростом, размножением и перемещением живых организмов, миграцией атомов; газовую - большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью; концентрационную - организмы накапливают в своих телах те или иные химические элементы; окислительно-восстановительную, связанную со способностью живого вещества ускорять окислительновосстановительные реакции и играющую важную роль в истории химических элементов с переменной валентностью. Перечисленные функции в совокупности образуют средообразующую и средорегулирующую функции биосферы. Что же касается функций биосферы в жизни человека, то к ним можно отнести все те функции, которые мы называли, говоря о природе в целом, помня о том, что биосфера является ядром естественной среды обитания человека, первоисточником его жизни, неустранимым основанием его бытия в качестве живого существа.

  • 4. Структура биосферы может быть представлена следующим образом:
    • • с точки зрения элементарного состава живого вещества, преобладают водород, углерод, кислород, азот, фосфор, сера, создающие в организме сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями. Эти молекулярные образования представлены углеводами, липидами, белками и нуклеиновыми кислотами;
    • • с точки зрения уровня организации живого - клеточным, тканевым, организменным, популяционным, биоценотичсским и биогео- ценотическим, биосферным уровнями;
    • • по способу питания автотрофные и гетеротрофные организмы;
    • • с точки зрения места в пищевых цепях - продуценты (производители), консументы (потребители) и редуценты (восстановители), завершающие цикл биологического круговорота вещества;
    • • с точки зрения видового разнообразия биосфера содержит около двух млн. видов живых существ, из них - 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных. Причем 90 % всей биомассы дают растения суши;
    • • с точки зрения биопродукгивности и распределения живого вещества по массе и видам, выделяют вертикальные и горизонтальные зоны как в Мировом океане, так и на материках. Так, в рамках распределения биомассы по материковым географическим поясам и зонам выделяют арктические пустыни, тундру, лесотундру, тайгу, степи, пустыни, тропические саванны, экваториальные леса, учет особенностей которых имеет самое существенное значение для природопользования и охраны природы,
    • • в зависимости от отношения к характеру вещества в рамках биосферы разные ученые выделяют следующие компоненты: биогенные, абиогенные и антибиогенные; биогенные, косные и биокосные (В. И. Вернадский);
    • • с точки зрения динамической, биосфера может быть, прежде всего, представлена рядом циклов и круговоротов вещества. С момента возникновения планеты Земля произошла дифференциация ее вещества на ряд сфер (атмосферу, гидросферу, биосферу, литосферу), между которыми и внутри которых постоянно происходит обмен веществом. Круговорот веществ обеспечивается потоками энергии Солнца и радиоактивной энергией Земли. Главный энергетический источник биосферы - лучистая энергия Солнца. Из общего количества энергии, получаемой Землей, 33 % отражается облаками, поверхностью Земли, тонкодисперсной пылью в верхних слоях атмосферы. Эта часть составляет альбедо (лат. albus «свепиый» - величина, характеризующая отражательную способность поверхности) Земли. Из остающихся 67 % энергии атмосферой поглощается (22 %) и земной поверхностью (45 %).

Выделяют глобальный круговорот вещества (магматическая порода - осадочная порода - метаморфическая порода - переплавление и новое образование магмы), круговорот воды, биотический круговорот, круговорот кислорода, углерода, кальция, азота, серы.

В процессе фотосинтеза ежегодно потребляется 480 млрд т вещества, в результате чего создается 238 млрд т живого вещества и 248 млрд кислорода уходит в атмосферу. В связи с фотосинтезом в круговорот вещества вовлекается 1 млрд т азота, 260 млн т фосфора, 200 млн т серы. Подсчитано, что время полного оборота всего углекислого газа равна 300 годам, кислорода 2000 лет, воды - 10 6 лет, азота - 10* лет; вещества континентов в процессе выветривания - 108 лет.

Среди разнообразных ритмов, оказывающих существенное воздействие на живое вещество планеты, выделяют ритмы ледниковых эпох с интервалом 150-250 млн лет, пульсации вулканической активности; изменения времени наступления равноденствия (21000 лет), наклона оси вращения к эклиптике (40 000 лет), эксцентриситета земной орбиты ( 40 000 лет); изменения климата (1800-1900 лет) в котором выделяют фазы прохладного и влажного климата - трансгрессивную (300 -500 лет), переходную (700 -800 лет) и сухого и теплого климата - регрессивную (600 - 800 лет). Среди внутривековых ритмов выделяют циклы изменения климата в 11,35-50 и 20-50 лет. Выделяют также ритмы, связанные со сменой времен года, времени суток и др.

Круговорот веществ в биосфере связан с биогенной миграцией атомов. Эта миграция является мощной геологической силой. С ней связано возникновение верхней части земной коры, почвы, поддержание и развитие условий жизни. С превращением человечества в мощную геологическую силу (он извлекает ежегодно из земных недр 100 млрд т полезных ископаемых, рассеивает на полях 500 млн т удобрения, ежегодно выбрасывает в окружающую среду 20 млрд т углекислого газа и 700 млн т других соединений) возникает цепь неконтролируемых, необратимых изменений в естественной среде обитания человека, что закономерно выдвигает вопрос о перспективах биосферы как основы среды обитания человека.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >