Біосфера - глобальна екосистема біосфера грец bios. Склад та властивості біосфери

Лекція:

Біосфера – як глобальна екосистема

1. Введення

2. Біосфера

2.1. Структурні рівні біосфери

2.2.

2.3. Жива речовина біосфери

2.4. Історія розвитку біосфери

3. Вчення про біосферу

3.1. Історія вивчення біосфери

3.2. Вчення Вернадського

4. Екосистема

4.1. Поняття екосистеми

4.2. Класифікація екосистем

4.3. Компоненти екосистеми

4.4. Кругообіг речовини

4.5. Біосфера – глобальна екосистема

5. Висновок

1. ВВЕДЕННЯ

Біосфера відіграє ключову роль існування життя Землі. Завдяки взаємодії біотичної та абіотичної частини утворюється унікальне середовище – екосистема, в якій відбувається кругообіг речовини, що забезпечує підтримку балансу біоценозів.

Людина є безпосередньо пов'язаною з біосферою. Він не може залишити цю оболонку, потребуючи постійного надходження енергії від продукції, виробленої продуцентами екосистем, захисту від космічного випромінювання та придатного для життя мікроклімату. Тому життєво важливим завданням сучасного людства є збереження довкілля їхнього перебування у стані рівноваги (перехід від техносфери до ноосфери – розумно керованої сфері). Цілісне уявлення про механізм роботи складових біосферу компонентів дає розуміння важливості збереження кожного компонента, що є особливо актуальним зараз, коли нераціональне використання ресурсів біосфери порушує баланс, призводячи до незворотних процесів руйнування тонкої «оболонки життя».

2. БІОСФЕРА

Біосфера в сучасному розумінні - це оболонка Землі, що містить живу речовину і ту частину абіотичного середовища, в безперервному обміні з яким знаходиться біоречовина. Під живою речовиною тут мається на увазі сукупність всіх організмів, що населяють Землю. Біосфера поширюється на нижню частину атмосфери, гідросферу та тонку верхню смугу літосфери та поверхню ґрунту. Однак, поділ це дещо умовно, оскільки окремі «острівці життя», зумовлені техногенезом, можуть зустрічатися поза шаром життя, наприклад, космічні кораблі, свердловини.

2.1. Структурні рівні біосфери

У біосфері виділяють такі структурні рівні (рис. 1):

Рис. 1. Структурні рівні біосфери

- Аеробіосфера.Розташована у межах атмосфери (газової оболонки планети). Речовина в атмосфері розподілена нерівномірно, що обумовлюється зменшенням густини повітря з віддаленням від поверхні. Зазвичай атмосферу ділять на три великі сукупності шарів: тропосферу (від поверхні до висоти 8-10 км), стратосферу (8-10 км до озонового шару) та іоносферу (вище за озоновий шар). У більш докладному розгляді підрозділяється на тропобіосферу(відповідає тропосфері – 8-10 км.), в якій зосереджені майже всі аеробіонти (організми, що постійно живуть у шарі повітря, потребують вологості та зважених частинок – аерозолів; в основному – бактерії), та альтобіосферу(Від 8-10 км. до озонового шару, після якого жорстке ультрафіолетове випромінювання не допускає існування життєвих форм.
В даний час іноді також виділяють парабіосферу(Вище озонового шару, куди деякі організми можуть випадково потрапляти, але не можуть нормально існувати), апобіосферу(шар вище 60-80 км., куди живі організми ніколи не піднімаються, але біоречовина може заноситися в дуже незначних кількостях) і артебіосферу(космічний простір, у якому біологічні істоти існують на створених людиною обмежених просторах, тобто космічних супутниках, космічних станціях тощо).

- Гідробіосфера.Водна оболонка планети, представлена ​​океанами, морями та наземними водами (гідросфера). Простирається від поверхні водойм до глибини 11 км. (Маріанська западина). Поділяється на маріанобіосферу(або океанобіосферу), і аквабіосферу, яка у свою чергу деякими вченими ділиться на лімноаквабіосферу(біосфера озер; у тому числі галолімнобіосферу– біосферу солоних озер) та реаквабіосферу(Річки).

- Геобіосфера.Найбільш населена організмами оболонка, що розповсюджується від поверхні ґрунту на кордоні з атмосферою та гідросферою до глибини кількох кілометрів (верхня частина літосфери). Геобіосфера поділяється на поверхневу частину – терабіосферу, та підземну частину – літобіосферу(Див. рис. 2). Остання немає остаточно встановлених нижніх кордонів і теоретично може поширюватися до 20-25 км., де внаслідок температур близько 450оС за будь-якого тиску вода перетворюється на пару, роблячи існування будь-яких організмів неможливим . Сьогодні глибини поширення мікроорганізмів, підтверджені дослідно, становлять близько 2 км. 2 ].

Рис. 2. Співвідношення шарів біосфери з висотами їхнього поширення

2.2. Абіотичні компоненти біосфери

До абіотичних (неживих, закосним) компонентам відноситься речовина, у створенні якої не брала участь жива речовина: земна кора (крім самого верхнього шару – ґрунту, а також продуктів фоссилізації, тобто поховання органічної речовини), мінерали та речовини, що надходять у біосферу через її межі (космосу, глибин планети). Досить складно виділити абсолютно «чисту» закісну речовину, тому що вплив живих організмів у біосфері відчувають усі неживі речовини. Тому, закісна речовина, що утворилася і переробляється живими організмами, називається біокосним(наприклад: ґрунт, мул).

Біогенне речовина – це речовина, що створюється та переробляється живою речовиною. Протягом органічної еволюції живі організми тисячі разів пропустили через свої органи, тканини, клітини, кров всю атмосферу, весь обсяг світового океану, величезну масу мінеральних речовин (наприклад, утворилися вугілля, нафта, мінеральні породи, кисень).

2.3. Жива речовина біосфери

Жива речовина, або біомаса–сукупність всіх живих організмів Землі, здатних до відтворення, поширенню планетою, боротьбі їжу, воду, територію тощо.Жива речовина пов'язана з відсталою речовиною – атмосферою (до рівня озонового екрану), повністю з гідросферою та літосферою, головним чином у межах ґрунту, але не тільки.

Жива речовина біосфери неоднорідна і має три типи трофічних взаємодій: автотрофність, гетеротрофність, міксотрофність.

Трофічні екологічні взаємодії сприяють перетворенню неорганічної (кісної) речовини в органічну та зворотну перебудову органічних речовин у мінеральні.

Жива речовина характеризується певними властивостями: це величезна вільна енергія; хімічні реакції, які у тисячі і навіть мільйони разів швидше, ніж у інших речовинах планети; специфічні хімічні сполуки– білки, ферменти та інші сполуки, стійкі до складу живого; можливість довільного руху– зростання чи активне переміщення; прагнення заповнити весь навколишній простір; різноманітність форм, розмірів, хімічних варіантів і т. п., що значно перевищує багато контрастів у неживій, відсталій речовині.

Кількість живої речовини біосфери в межах геологічного періоду, що окремо розглядається, є постійною. Відповідно до закону біогенної міграції атомів, жива речовина виявляється енергетичним та хімічним посередником між Сонцем та поверхнею Землі.

2.4. Історія розвитку біосфери

Біосфера не розвивалася поступово протягом усього Землі. Найбільший її вплив на формування зовнішнього вигляду планети стало помітним лише в останні 600-700 млн. років, коли із заселенням материків різко зросла роль фотосинтезу, що призвело до багаторазового збільшення частки кисню в давній атмосфері.

У розвитку біосфери умовно можна назвати кілька етапів, кожен із яких відзначений важливим прогресивним просуванням; які наприкінці призвели до утворення сучасного стану біосфери (рис. 3).

Рис.3. Основні етапи розвитку біосфери

- Хемогенез (хімічна еволюція). Більшість гіпотез про походження життя на Землі припускають, що довгий час після формування придатного для виживання живих організмів температурного середовища планета була неживою. У цей час на її поверхні, в атмосфері та океані під дією короткохвильового сонячного вивчення відбувався повільний абіогенний синтез органічних сполук (метан, водень, аміак, водяна пара), що призвів до формування перших, найпримітивніших організмів. Тривалість етапу оцінюється щонайменше ніж 1 млрд. років.

- Біогенез.Ключовим фактором, що зумовив появу складних організмів із простих, стало насичення атмосфери киснем, який у міру збільшення концентрації у верхніх шарах атмосфери, під дією ультрафіолетового випромінювання утворював газ озон, що мав властивість затримувати короткохвильову радіацію, згубну для життєвих форм. На початкових етапах біогенезу концентрація кисню становила трохи більше 0,1% від сучасного; зміна атмосфери почалося приблизно 2 млрд. років тому, коли з'явилися перші фотосинтезуючі організми (очевидно, це були синьо-зелені водорості – прокаріоти). А значне збільшення частки кисню почалося близько 1,5 млрд. років тому разом із появою хлорофілових клітин, що поглинають вуглекислий газ та виділяють кисень у великих обсягах. Близько 600 млн років тому відбулося ще одне різке збільшення частки кисню в атмосфері (з 3% від сучасного значення 700 млн років тому до 50% - у крейдяному періоді 140 млн років тому). Причиною цього став вихід і розселення материками спочатку нижчих, потім найвищих автотрофів.

- Соціогенез.Поява людини та її розселення планетою (1,5 – 3 млн. років тому).

- Техногенез.Біосфера сильно зазнала зміни у період активного формування технічної оболонки – техногенних та природно-технічних комплексів (результатів виробничої діяльності), якою оточила себе людина. Початок етапу пов'язаний із появою 10-15 тис. років тому міських поселень.

- Ноогенез.Остання, вища стадія розвитку біосфери, пов'язана насамперед із перетворенням одностороннього використання природних ресурсів (характерно для техногенезу) на розумно-керовану соціально-природну систему (ноосферу). Її особливістю є взаємокорисна взаємодія природи та людської спільноти, де людська діяльність стає визначальним фактором глобального розвитку, зокрема зовнішнього вигляду навколишнього середовища. При цьому, оскільки людство може існувати лише у сприятливому для життя шарі – біосфері, то основною метою побудови ноосфери є збереження того типу біосфери, що забезпечує виживання та розвиток людини та її взаємодії з довкіллям. Термін вперше запроваджено та описано радянським ученим В. Вернадським.

3. ВЧЕННЯ ПРО БІОСФЕР

Сучасне розуміння терміна «біосфера» та виділення її, як галузі поширення живої речовини можливе завдяки працям Ж.-Б. Ламарка, Еге. Зюсса, У. Вернадського та інших учених, завдяки яким біосфера стала центральним об'єктом вивчення нової науки – екології. Вивчення біосфери та планування її майбутнього розвитку не може відокремлюватись від вивчення історії її становлення.

3.1. Історія вивчення біосфери

«Біосфера» як поняття, що відображає сферу поширення живих організмів, вперше ввів у своїх роботах французький натураліст Ж.-Б. Ламарк (1802).Він наголошував, що всі речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі та утворюють її кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.

Факти та положення про біосферу накопичувалися поступово у зв'язку з розвитком ботаніки, ґрунтознавства, географії рослин та інших переважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін.Проте тоді швидке розшарування наук про природу призвело до того, що термін не прижився. Тільки понад 70 років, в 1875 австрійський геолог Еге. Зюсс знову згадав цей термін.Спочатку під «біосферою» малася на увазі лише сукупність живих організмів, що мешкають на нашій планеті, хоча іноді і вказувалася їх зв'язок з географічними, геологічними та космічними процесами, але при цьому скоріше зверталася увага на залежність живої природи від сил та речовин неорганічної природи. Навіть автор самого терміна «біосфера» Е. Зюсс у своїй книзі «Обличчя Землі», опублікованій через тридцять років після введення терміну (1909 р.), не помічав зворотного впливу біосфери і визначав її як «сукупність організмів, обмежену в просторі та в часі і мешкає лежить на Землі».

А третє та остаточне відродження поняття стало можливим завдяки радянському геологу, який створив у 20-х роках. XX століття сучасне вчення про біосферу (1926). Належної уваги наукової праці Вернадського спочатку не було, але після Другої Світової Війни наслідки радіоактивного та хімічного забруднення повітря, води та ґрунтів змусило вчених повернутися до досліджень Вернадського.

3.2. Вчення Вернадського

На думку Вернадського весь образ Землі, всі її ландшафти, атмосфера, хімічний склад вод, товща осадових порід зобов'язані своїм походженням живої речовини. Життя – це зв'язуюча ланка між Космосом і Землею, яка, використовуючи енергію, що приходить із космосу, трансформує косну речовину, створює нові форми матеріального світу. Так, живі організми створили ґрунт, наповнили атмосферу киснем, залишили по собі кілометрові товщі осадових порід та паливні багатства надр, багаторазово пропустили через себе весь обсяг Світового океану. Вернадський не займався проблемою виникнення життя, він розумів її як природний етап самоорганізації матерії в будь-якій частині космосу, що призводить до виникнення нових форм її існування.

У структурі біосфери Вернадський виділяв сім видів речовини:

1. Живе.

2. Біогенне (виникло з живого або зазнало переробки).

3. Косне (абіотичне, освічене поза життям).

4. Біокосне (що виникло на стику живого і неживого; до біокосного, за Вернадським, відноситься грунт).

5. Речовина у стадії радіоактивного розпаду.

6. Розсіяні атоми.

7. Речовина космічного походження.

Вернадський був прихильником гіпотези панспермії (занесення життя Землю з космосу). Методи та підходи кристалографії Вернадський поширював на речовину живих організмів. Він вважав, що жива речовина розвивається в реальному просторі, який має певну структуру, симетрію та дисиметрію. Будова речовини відповідає певному простору, які різноманітність свідчить про різноманітність просторів. Таким чином, живе і відстале не можуть мати спільне походження, вони походять з різних просторів, які споконвічно знаходяться поруч у Космосі. Деякий час Вернадський пов'язував особливості простору живої речовини з його передбачуваним неевклідовим характером, але з незрозумілих причин відмовився від цього трактування і почав пояснювати простір живого як єдність простору-часу.

Важливим етапом незворотної еволюції біосфери Вернадський вважав її перехід у стадію ноосфери.

4. Біосфера як глобальна екосистема

4.1. Поняття «екосистема»

Екосистема – система, що складається з спільноти живих організмів (біоценоз), середовища проживання (біотоп), системи зв'язків, що здійснює обмін речовиною та енергією між ними.

Відмінною рисою екосистеми єнаявність щодо замкнутих, стабільних у просторі та часу потоків речовини та енергії між біотичною таабіотичноїчастинами екосистеми, тому кожна система взаємовідносин, природна чи штучна, може називатися екосистемою.

4.2. Класифікація екосистем

Оскільки екосистеми є складними системами, їх класифікують за кількома ознаками.

За розміром виділяють:

- Мікроекосистеми . Екосистеми самого нижнього рангу, за розміром подібні з невеликими компонентами середовища: невелика водойма, гниючий стовбур дерева, що впало і т. п.

- Мезоекосистеми . Прикладами можуть бути ліс, річка тощо.

- Макроекосистеми . Мають дуже велике поширення (не більше морів, океанів, материків), наприклад, гори Анди, материк Австралія.

- Глобальну екосистему яка є аналогом біосфери.

Стабільність екосистем збільшується разом із широтою охоплення території.

За ступенем антропогенного впливу екосистеми поділяють на три види:

- Природні (чи природні) – екосистеми не порушені впливом людини. Наприклад, віддалені від людських поселень джунглі в Амазонії, заповідники, океанічні западини.

- Соціоприродні – природні системи, змінені людиною (парк, водосховище)

- Антропогенні - Системи, створені людиною для отримання вигоди. Поділяються на техногенні та агроекосистеми.

Також екосистеми можна класифікувати за багатьма іншими ознаками: структурою (наземні, прісноводні, морські, прибережні тощо); джерелам енергії (основне джерело – Сонце, але є також інші субсидуючі джерела) .

Оскільки біоми (макроекосистеми) розподілені згідно з консорціями, екосистеми прийнято класифікувати за типом переважаючого фітоценозу:

Наземні біоми

Вічнозелений тропічний дощовий ліс.
Напіввічнозелений тропічний ліс.
Пустеля: трав'яниста та чагарникова.
Чапараль - райони з дощовою зимою та посушливим літом.
Тропічні степи та савана.
Степ помірної зони.
Листопадний ліс помірної зони.
Бореальні хвойні риштування.
Тундра: арктична та альпійська.

Водні екосистеми класифікуються за відмітними ознаками: солоністю води, особливостями водойми.

Типи прісноводних екосистем
Стоячі води: озера, ставки тощо.
Поточні води: річки, струмки тощо.
Заболочені угіддя: болота та болотисті ліси.

Типи морських екосистем
Відкритий океан.
Води континентального шельфу (прибережні води).
Райони апвеллінга (райони підйому глибинних вод до поверхні; родючі райони з продуктивним рибальством).
Естуарії (прибережні бухти, протоки, гирла річок, солоні марші тощо).

Слід зважати на те, що наведена класифікація охоплює лише великі екосистеми – біоми.

4.3. Компоненти екосистеми

В екосистемі можна виділити два компоненти - біотичний та абіотичний. Біотичний ділиться на автотрофний (організми, які отримують первинну енергію для існування з фото- та хемосинтезу або продуценти) та гетеротрофний (організми, які отримують енергію з процесів окислення органічної речовини – консументи та редуценти) компоненти, що формують трофічну структуру екосистеми.

Єдиним джерелом енергії для існування екосистеми та підтримки у ній різних процесів є продуценти, що засвоюють енергію сонця. Сонячна енергія поглинається у біосфері нерівномірно, що можна побачити на рис. 4.

Рис. 4. Надходження та розподіл сонячної енергії

Енергія сонця поглинається лише частково, і кожен новий трофічний рівень переходить лише близько 10% (Правило Ліндемана) , що зумовлює обмежену довжину ланцюгів харчування (зазвичай 5-6 рівнів), відповідно можна сказати що частку консументів доводиться значно менше енергії, ніж на частку м'ясоїдних, м'ясоїдних – менше ніж фітофагів тощо (рис.5).

Рис. 5. Схема розподілу енергії серед продуцентів та консументів

Кожна екосистема характеризується властивою їй сукупністю властивостей та структурою.

З погляду структури в екосистемі виділяють:

1. Кліматичний режим, який визначає температуру, вологість, режим освітлення та інші фізичні характеристики середовища.

2. Неорганічні речовини, що включаються в кругообіг.

3. Органічні сполуки, які пов'язують біотичну та абіотичну частини у кругообігу речовини та енергії.

4. Продуценти - автотрофні організми, що створюють первинну продукцію.

5. Консументи - гетеротрофи, що поїдають інші організми (хижі) або великі частки органічної речовини.

6. Редуценти – гетеротрофи,переважно гриби та бактерії, які руйнують мертву органічну речовину, мінералізуючи її, тим самим повертаючи у кругообіг.

Останні три компоненти формують біомасу екосистеми.

З погляду функціонування екосистеми виділяють такі функціональні блоки організмів (крім автотрофів):

1. Біофаги – організми, які поїдають інших живих організмів.

2. Сапрофаги – організми, що поїдають мертву органічну речовину.

Даний поділ за типом харчування забезпечує кругообіг біоречовини в екосистемі. Між відмиранням органічної речовини та повторним включенням її складових у кругообіг речовини в екосистемі може пройти суттєвий проміжок часу, наприклад, у разі соснової колоди, 100 і більше років.

Всі ці компоненти взаємопов'язані у просторі та часі та утворюють єдину структурно-функціональну систему.

Серед складових також виділяють екотоп, кліматотоп, едафотоп, біотоп та біоценоз.

Екотоп– територія (або акваторія) місцеперебуванняорганізмів, що характеризується певним поєднанням екологічних умов: ґрунтів, ґрунтів, мікрокліматуі т. д., у своїй не змінена діяльністю організмів (новостворені форми рельєфу).

Кліматоп – повітряна (або водна) частина екосистеми, що відрізняється від навколишнього складу, повітряним (водним) режимом, вологістю (солоністю) та/або іншими параметрами.

Едафотоп – ґрунт, як частина середовища, що перетворюється організмами.

Біотоп – перетворений біотою екотоп або, точніше, ділянка території, однорідна за умовами життя для певних видів рослин або тварин, або для формування певного біоценозу.

Біоценоз – історично сформована сукупність рослин, тварин, мікроорганізмів, що населяють ділянку суші або водоймища (біотоп). Біоценози обмежуються розподілом детермінантів (визначників) зооценозів (консорцій – популяцій рослин разом із організмами, що їх супроводжують), в яких домінуючі види рослин створюють умови для життя інших організмів.

4.4. Кругообіг речовини в біосфері

Земля відрізняється з інших планет тим, що її біосфера містить речовина, чутливе до потоку сонячного випромінювання – хлорофіл. Саме хлорофіл забезпечує перетворення електромагнітної енергії сонячного випромінювання в хімічну енергію, за допомогою якої йде процес відновлення оксидів вуглецю та азоту в реакціях біосинтезу.

У зеленій рослині відбувається фотосинтез – процес утворення вуглеводів із води та двоокису кисню (яка знаходиться у повітрі чи воді). При цьому як побічний продукт виділяється кисень. Зелені рослини відносять до автотрофів – організмам, які беруть усі необхідні їм життя хімічні елементи з оточуючої їх відсталої матерії і вимагають побудови свого тіла готових органічних сполук іншого організму.

Гетеротрофи - це організми, які потребують свого харчування в органічній речовині, утвореній іншими організмами. Гетеротрофи поступово перетворюють органічну речовину, утворену автотрофами, доводячи її до початкового-мінерального стану.

Деструктивна (руйнівна) функція відбувається представниками кожного з царств живої речовини. Розпад, розкладання – невід'ємна властивість обміну речовин кожного живого організму. Рослини утворюють органічні речовини і є найбільшими виробниками вуглеводів на Землі, але вони виділяють і необхідний для життя кисень як побічний продукт фотосинтезу.

У процесі дихання у тілах всіх видів живого утворюється вуглекислий газ, який рослини знову використовують для фотосинтезу. Існують і такі види живого, для яких руйнування відмерлої органічної речовини є способом харчування. Існують організми із змішаним типом харчування, їх називають міксотрофами.

У біосфері відбуваються процеси перетворення неорганічної, відсталої речовини в органічну та зворотну перебудову органічних речовин у мінеральні. Рух та перетворення речовин у біосфері здійснюється за безпосередньою участю живої речовини, всі види якої спеціалізувалися на різних способах харчування.

Кінцева кількість речовини, яка є в біосфері, набула властивості нескінченності через кругообіг речовин. Усі компоненти біосфери взаємодіють друг з одним (рис. 6), забезпечуючи стійкість системи.

Рис. 6. Екологічні компоненти

Під час біогеохімічних циклів атоми більшості хімічних елементів проходили незліченну кількість разів через живу істоту. Наприклад, весь кисень атмосфери «обертається» через живу речовину за 2000 років, вуглекислий газ – за 200-300 років, а вся вода біосфери – за 2 млн. років.

Жива речовина є ідеальним приймачем сонячної енергії. Енергія, поглинена та використана в реакції фотосинтезу, а потім запасена у вигляді хімічної енергії вуглеводів, дуже велика, є відомості, що вона порівнянна з енергією, яку споживають 100 тисяч великих міст протягом 100 років. Гетеротрофи використовують органічну речовину рослин як їжу: органіка окислюється киснем, який доставляють в організм органи дихання, з утворенням вуглекислого газу - реакція йде у зворотному напрямку. Таким чином, «вічне» робить життя одночасне існування автотрофів і гетеротрофів.

Факти та міркування про «колесі життя» в біосфері дають право говорити про закон біогенної міграції атомів, який сформулював: міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньою участю живої речовини або вона протікає в середовищі, геохімічні особливості якої обумовлені живою речовиною, як тим, що зараз населяє біосферу, так і тим, що діяло на Землі протягом усієї геологічної історії.

Жива речовина різних царств і різного роду забезпечує безперервний кругообіг речовин і перетворення енергії. Тим самим виявляється закон біогенної міграції атомів: у біосфері міграція хімічних елементів відбувається за обов'язкової безпосередньої участі живих організмів. Біогенна міграція атомів забезпечує безперервність життя в біосфері при кінцевій кількості речовини та постійному припливі енергії.

4.5. Біосфера – світова екосистема.

Екосистемою, як вже було розглянуто вище, є система взаємодії живих організмів та середовища їх проживання. Екосистеми бувають різних рівнів складності та розмірів. Менші екосистеми входять до складу більших, ті – у свою чергу ще більші. Макроекосистеми (материки, океани тощо) формують глобальну екосистему – Біосферу.

Для біосфери характерний кругообіг енергії, зумовлений різними трофічними ролями продуцентів, консументів та редуцентів. Це одна з ключових ознак екосистеми, яка забезпечує стабільність екосистеми.

Для біосфери характерні всі властивості екосистем:

- Біосфера включає живі організми, що населяють Землю, а також середовище їх проживання: океани, сушу, атмосферу.

- У біосфері існують кругообіги речовини: великий (океан-суша) і малий (жива - закосова речовина).

- У біосфері є всі три учасники трофічного ланцюга: продуценти, представлені автотрофами; консументи (гетеротрофні організми), та редуценти (гетеротрофні організми, що розкладають органічну речовину)

- Біосфера, як екосистема, має стабільність, і потенційно безсмертна, поки існують продуценти. Серед усіх екосистем біосфера, як найбільша, має найбільшу стабільність.

Тому біосфері є екосистемою. Оскільки біосфера поєднує у собі всі екосистеми планети, її називають «Глобальної» екосистемою.

5. Висновок

Біосфера є глобальною екосистемою, оскільки має всі властивості екосистем. Отже, біосфері властиво змінюватись. Зміна біосфери під впливом людської діяльності є незворотним перетворенням біосфери на техносферу. В умовах сучасного порушення ланцюгів взаємодії організмів та середовища їх існування (знищення сполучних у трофічних ланцюгах, ареалів тощо) найбільш актуальним є той негативний факт, що порушення цілісності системи через розрив зв'язків знижує її природну схильність до рівноваги, що згубно для всього живого планети, зобов'язаного існуванням передусім рівноважному обміну енергією.

Розуміючи те, що біосфера, як екосистема має основну якість будь-якої системи – існування взаємовигідних зв'язків, важливо також розуміти, що зміна будь-якого компонента біосфери неминуче впливає на всі інші, зрештою на найголовнішу сучасну силу зміни біосфери – людини; тому так важливо для збереження біосфери знати про її організацію та механізм функціонування.

6. Список використаної літератури

1. , - Біогеографія з основами екології. - М.: ІКЦ Академіка, 2003. - 408 с.

2. - Абетка природи (мікроенциклопедія біосфери). - М.: Знання, 1980. - 208 с.

3. – Екологія (теорії, закони, правила принципи та гіпотези). М: Росія молода, 1994. - 367 с.

4. Одум Ю. - Основи екології. М: Світ. - 1975. - 741с.

5. Одум Ю. - Екологія в 2-х томах, Т.1. Пров. з англ. - М.: Світ, 1986. - 328 с.

6. Одум Ю. - Екологія в 2-х томах, Т.2. Пров. з англ. - М.: Світ, 1986. - 376 с.

7. , - Екологія: підручник для вузів. Ростов-на-Дону: Фенікс, 2007. - 602 с.

8. Казначеєв Вернадського про біосферу та ноосферу. Новосибірськ: Наука, 1989. - 248 с.

9. Гальперин основи природокористування. М.: ФОРУМ: ІНФРА-М, 2003. - 256 с.

10. , Козлова екологічних термінів Ульяновськ: УлГТУ, 2005. - 264 с.

11. http://dic. *****/dic. nsf/ecolog/149

12. http://www. *****/ecochem/5.html

Дивись додатково Презентацію «Біосфера»

(Див. розділ 3.1.)

(див. п. 5.3., Визначення біоценозу)

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

біосфера баланс екологічний

1. Природні системи, що становлять біосферу

1. Екосистема, або екологічна система - біологічна система, що складається з спільноти живих організмів (біоценоз), середовища проживання (біотоп), системи зв'язків, що здійснює обмін речовиною та енергією між ними. Одне з основних понять екології. Екосистема - складна (за визначенням складних систем Л. Берталанфі) самоорганізується, саморегулююча система, що саморозвивається. Основною характеристикою екосистеми є наявність щодо замкнутих, стабільних у просторі та часу потоків речовини та енергії між біотичною та абіотичною частинами екосистеми. З цього випливає, що не будь-яка біологічна система може назватися екосистемою, наприклад, такими не є акваріум або трухлявий пень. Дані біологічні системи (природні або штучні) не є достатньо самодостатніми і саморегульованими (акваріум), якщо перестати регулювати умови і підтримувати характеристики на одному рівні, досить швидко вона зруйнується. Такі спільноти не формують самостійних замкнутих циклів речовини та енергії (пень), а є лише частиною більшої системи. Такі системи слід називати спільнотами нижчого рангу, або мікрокосмами. Іноді їм використовують поняття - фація (наприклад, в геоекології), але вона здатна повною мірою описати такі системи, особливо штучного походження. Загалом у різних науках поняттю «фація» відповідають різні визначення: від систем субекосистемного рівня (в ботаніці, ландшафтознавстві) до понять, які пов'язані з екосистемою (в геології), чи поняття, що поєднує однорідні екосистеми (Сочава В.Б.), чи тотожне (Берг Л.С., Раменський Л.Г.) визначенню екосистеми.

Екосистема є відкритою системою і характеризується вхідними та вихідними потоками речовини та енергії. Основа існування практично будь-якої екосистеми - потік енергії сонячного світла, що є наслідком термоядерної реакції - у прямому (фотосинтез) або непрямому (розкладання органічної речовини) вигляді, за винятком глибоководних екосистем: «чорних» і «білих» курців, джерелом енергії у яких є внутрішнє тепло землі та енергія хімічних реакцій.

Приклад екосистеми - ставок з рослинами, рибами, безхребетними тваринами, мікроорганізмами, що складають живу компоненту системи, біоценоз. Для ставка як екосистеми характерні донні відкладення певного складу, хімічний склад (іонний склад, концентрація розчинених газів) та фізичні параметри (прозорість води, тренд річних змін температури), а також певні показники біологічної продуктивності, трофічний статус водойми та специфічні умови даної водойми. Інший приклад екологічної системи - листяний ліс у середній смузі Росії з певним складом лісової підстилки, характерною для цього типу лісів ґрунтом і стійким рослинним співтовариством, і, як наслідок, із строго певними показниками мікроклімату (температури, вологості, освітленості) та відповідним таким умовам середовища комплексом тваринних організмів Важливим аспектом, що дозволяє визначати типи та межі екосистем, є трофічна структура співтовариства та співвідношення виробників біомаси, її споживачів та руйнівних біомасу організмів, а також показники продуктивності та обміну речовини та енергії.

Поняття «геосистема» у радянську науку запровадив академік Сочава. Оскільки практично всі географічні науки тією чи іншою мірою займаються питаннями взаємодії компонентів природного довкілля, існує досить багато понять, близьких до поняття геосистеми.

Геосистема - відносно цілісне територіальне утворення, що формується в тісному взаємозв'язку та взаємодії природи, населення та господарства, цілісність якого визначається прямими, зворотними та перетвореними зв'язками, що розвиваються між підсистемами геосистеми. Кожна система має певну структуру, яка формується з елементів, відносин між ними та їх зв'язків із зовнішнім середовищем. Елемент – це основна одиниця системи, яка виконує певну функцію. Залежно від масштабу («рівня роздільної здатності»), елемент на певному рівні є неподільною одиницю. При збільшенні рівня роздільної здатності вихідний елемент втрачає свою автономність і стає джерелом елементів нової системи (підсистеми). Такий підхід найбільш важливий у географії, що оперує територіальними системами різних масштабів.

2. Різноманітність типів систем як умови збереження екологічної рівноваги

Найважливішими критеріями стану природного середовища сьогодні стали системні показники. Вони поділяються на ландшафтні та екологічні. Ландшафтні критерії випливають із методології ландшафтного планування, в рамках якого розроблено уявлення про ємність ландшафту, структурну складність та показники його порушеності. Серед екосистемних критеріїв виділяються показники порушеності сукцесійного процесу - закономірної зміни видової різноманітності, спектру життєвих форм, біомаси, продуктивності, накопичення відмерлої органіки, біогенного круговороту в цілому. "Неблагополучний стан" характеризується істотним відхиленням екосистемних параметрів від нормального розвитку. «Екологічне лихо» (екологічна криза) характеризується необоротним ретроградним розвитком екосистеми. Поняття «стійкість екологічна» має на увазі здатність екосистеми зберігати свою структуру та функціональні особливості при впливі зовнішніх факторів. Нерідко «стійкість екологічна» сприймається як синонім екологічної стабільності. Стійкість екосистем не може бути збережена та забезпечена, якщо буде порушено закон внутрішньої динамічної рівноваги. Під загрозою буде не лише якість природного середовища, а й існування всього комплексу природних компонентів у неосяжному майбутньому.

Закон внутрішньої динамічної рівноваги діє як регулятор навантажень на навколишнє середовище за умови, що не порушено «баланс компонентний» та «баланс великих територій». Саме ці «баланси» є нормами раціонального природокористування, це вони повинні лежати в основі розробки заходів щодо охорони навколишнього середовища у будівництві та реставрації.

Суть цього закону полягає в тому, що природна система володіє внутрішньою енергією, речовиною, інформацією та динамічною якістю, пов'язаними між собою настільки, що будь-яка зміна одного з цих показників викликає в інших або в тому ж, але в іншому місці або в інший час, супутні функціонально-кількісні зміни, що зберігають суму речовинно-енергетичних, інформаційних та динамічних показників усієї природної системи. Це забезпечує системі такі властивості як збереження рівноваги, замикання циклу в системі та її «самовосстановлення», «самоочищення». Природна рівновага - одна з найхарактерніших властивостей живих систем. Воно може не порушуватися при антропогенному впливі і переходити в екологічну рівновагу. «Рівновага екологічна» - це баланс природних або змінених людиною середотворчих компонентів і природних процесів, що призводить до тривалого (умовно-нескінченного) існування даної екосистеми. Розрізняють компонентну екологічну рівновагу, засновану на балансі екологічних компонентів усередині однієї екосистеми, та її територіальну екологічну рівновагу. Останнє виникає при деякому співвідношенні інтенсивно (агроценози, урбокомплекси та ін.) або екстенсивно (випаси, природні ліси та ін.) ділянок, що експлуатуються і неексплуатуються (заповідники), що забезпечує відсутність зрушень в екологічному балансі великих територій в цілому. Зазвичай цей тип рівноваги враховується під час розрахунку «екологічної ємності території».

3. Структура та властивості гео- та екосистем

Структура та властивості геосистем.

Кожен елемент системи та система в цілому характеризується певними властивостями. Адекватне пізнання системи залежить від мети конкретного дослідження та визначення на цій основі безлічі найбільш суттєвих властивостей. Вичерпно описати систему тільки через властивості неможливо, у зв'язку з чим важливим завданням будь-якого системного дослідження є визначення обмеженої, кінцевої множини властивостей. Це саме стосується відносин між елементами системи.

Геосистеми мають величезну кількість властивостей. Головними з них є:

а) цілісність (наявність єдиної мети та функції);

б) емерджентність (незведення властивостей системи до суми властивостей окремих елементів);

в) структурність (обумовленість поведінки системи та її структурними особливостями);

г) автономність (здатність створювати та підтримувати високий рівень внутрішньої впорядкованості, тобто стан з низькою ентропією);

д) взаємопов'язаність системи та середовища (система формує та виявляє свої властивості тільки в процесі взаємодії із зовнішнім середовищем);

е) ієрархічність (супідрядність елементів системи);

ж) керованість (наявність зовнішньої чи внутрішньої системи управління);

з) стійкість (прагнення збереження своєї структури, внутрішніх та зовнішніх зв'язків);

і) множинність описів (через складність систем та необмеженої кількості властивостей їх пізнання вимагає побудови безлічі моделей залежно від мети дослідження);

к) територіальність (розміщення у просторі - це головна властивість систем, що розглядається географією);

л) динамічність (розвиток систем у часі); складність (якісні та кількісні відмінності її елементів та атрибутів).

Структура та властивості екосистем.

В екосистемі можна виділити два компоненти - біотичний та абіотичний. Біотичний ділиться на автотрофний (організми, які отримують первинну енергію для існування з фото- та хемосинтезу або продуценти) і гетеротрофний (організми, які отримують енергію з процесів окислення органічної речовини - консументи та редуценти) компоненти, що формують трофічну структуру екосистеми.

Єдиним джерелом енергії для існування екосистеми та підтримки в ній різних процесів є продуценти, що засвоюють енергію сонця (тепла, хімічних зв'язків) з ефективністю 0,1 – 1 %, рідко 3 – 4,5 % від початкової кількості. Автотрофи становлять перший трофічний рівень екосистеми. Наступні трофічні рівні екосистеми формуються рахунок консументів (2-ой, 3-й, 4-й і наступні рівні) і замикаються редуцентами, які переводять неживу органічну речовину в мінеральну форму (абіотичний компонент), яка може бути засвоєна автотрофним елементом.

З погляду структури в екосистемі виділяють:

Кліматичний режим, що визначає температуру, вологість, режим освітлення та інші фізичні характеристики середовища;

Неорганічні речовини, що включаються в кругообіг;

Органічні сполуки, які пов'язують біотичну та абіотичну частини у кругообігу речовини та енергії;

Продуценти – організми, що створюють первинну продукцію;

Макроконсументи, або фаготрофи - гетеротрофи, що поїдають інші організми або великі частинки органічної речовини;

Мікроконсументи (сапротрофи) - гетеротрофи, в основному гриби та бактерії, які руйнують мертву органічну речовину, мінералізуючи її, тим самим повертаючи у кругообіг.

Останні три компоненти формують біомасу екосистеми.

З погляду функціонування екосистеми виділяють такі функціональні блоки організмів (крім автотрофів):

Біофаги - організми, що поїдають інших живих організмів,

Сапрофаги - організми, що поїдають мертву органічну речовину.

Даний поділ показує тимчасово-функціональний зв'язок в екосистемі, фокусуючись на поділі в часі утворення органічної речовини та перерозподілі її всередині екосистеми (біофаги) та переробки сапрофагами. Між відмиранням органічної речовини та повторним включенням її складових у кругообіг речовини в екосистемі може пройти суттєвий проміжок часу, наприклад, у разі соснової колоди, 100 і більше років.

Всі ці компоненти взаємопов'язані у просторі та часі та утворюють єдину структурно-функціональну систему.

4. Ознаки порушення балансу у біосфері

Протягом історії людства вплив суспільства на природу розвивалося не як простий лінійний процес. Напружена, а деяких випадках критична екологічна ситуація, що склалася в другій половині нинішнього століття, - це сигнал про настання нової фази у взаємодії суспільства і природного середовища. Літосфера (тверда оболонка Землі), особливо її верхня частина, стала об'єктом найбільш чутливих антропогенних навантажень. Це результат вторгнення людини у область земних надр; вироблених ним змін рельєфу місцевості та природних ландшафтів; як вимушених, і невиправданих вилучень із сільськогосподарського обороту земель; руйнування та забруднення ґрунтового покриву, опустелювання та інших процесів.

Великі втрати ґрунтових ресурсів. Загальна площа втрачених для світового сільського господарства оброблюваних земель досягла за всю історію людства 20 000 000 квадратних кілометрів, що більше площі всієї ріллі, що використовується в даний час (близько 15 000 000 квадратних кілометрів). Різні форми ґрунтової деградації, пов'язаної з антропогенними факторами, є найбільшим джерелом втрат. Від 30% до 80% зрошуваних земель у світі страждають від засолення, вилуговування, заболочування. На 35% оброблюваних земель ерозійні процеси перевищують ґрунтоутворювальний процес. Кожні 10 років світові втрати верхнього шару ґрунту становлять 7%. Крупною світовою проблемою став процес опустелювання, тобто настання пустель на культурні агробіоценози. Опустелювання - результат неправильного господарювання (знищення деревної рослинності, пере експлуатація земель і т.д.). Спустошення спостерігається у 100 країнах світу. Щорічно через це втрачається 6000000 гектарів сільгосп. угідь. За збереження нинішніх темпів за 30 років це явище охопить територію, що дорівнює площі Саудівської Аравії. Обсяг втрат продукції в масштабі всього світу оцінюється в 26000000000 $ на рік. Напрошується висновок про перехід людства в більшій частині світу до нової, марнотратної системи землеробства, за якої випадають із сільгоспу. обороти землі назад не повертаються або з їхньої повної деградації і втрати відновлювальних властивостей, або з-за інших форм їх нераціонального використання.

Площа потенційно придатних нового використання земель не велика - приблизно 12 000 000 квадратних кілометрів. Розташовані вони дуже нерівномірно: головним чином Латинській Америці, Африці, СРСР. У Північній Америці, у Західній Європі, на Близькому та Далекому Сході, в Океанії потенціал розширення вичерпано. У найближчі 50 років цей ресурс служитиме замість збільшення площі оброблюваних земель лише поповненню земель, що випали із сільгосп. обороту. Якщо врахувати реальну можливість подвоєння на майбутні 50 років загальної чисельності населення світу, стає зрозумілою гострота проблеми забезпечення людства продовольством.

Порівняно новим явищем, що набуває все більш глобального характеру, стає забруднення літосфери (зокрема ґрунтів, підземних вод), а також інтенсивне використання підземного середовища (поховання відходів, складування нафти, газу, проведення ядерних випробувань, будівництво підземних споруд тощо). ). Це викликає різного роду несприятливі наслідки. Експлуатація мінеральних багатств літосфери досягла величезних масштабів. На кожного жителя планети видобувається приблизно 20 тонн мінеральної сировини на рік. Вилучення щорічно 80 мільярдів тонн рудних і не рудних матеріалів з надр супроводжується численними формами порушення і навіть докорінної зміни рельєфу земної поверхні та ландшафту. За 150 років гірничі роботи призвели до утворення відвалів обсягом 100 кубічних кілометрів та кар'єрів обсягом 40-50 кубічних кілометрів. Один із найцінніших ресурсів літосфери – підземні води. Більшість запасів прісної води Землі, крім льодовиків, посідає підземні води. Обсяг порівняно доступних підземних вод (до глибини 800 метрів) оцінюється в 300 000 кубічних кілометрів.

1980 року людство використало для своїх потреб 2,6 - 3 тисячі кубічних кілометрів прісної води. Останнім часом інтерес до підземних вод зріс: вони є найбільш економічним водним ресурсом (вони не потребують дорогих засобів доставки), а також дозволяють освоювати території, де запаси поверхневих вод вкрай обмежені. Разом з тим існує небезпека якісного виснаження підземних вод у зв'язку з практикою підземного поховання (включаючи дуже глибокі горизонти) забруднюючих відходів виробництва, у тому числі найбільш токсичних і радіоактивних.

Атмосфера зазнає антропогенних змін корінного характеру: модифікуються її властивості та газовий склад, зростає небезпека руйнування іоносфери та стратосферного озону; підвищується її запиленість; нижні шари атмосфери насичуються шкідливими для живих організмів газами та речовинами промислового походження. Порушення газового складу атмосфери відбувається внаслідок того, що викиди техногенних газів і речовин, що досягають багатьох мільярдів тонн на рік, можна порівняти з їх надходженням з природних джерел, або навіть перевершують їх. Двоокис вуглецю (вуглекислий газ) - один з головних компонентів газового складу атмосфери, який відіграє важливу роль не тільки у життєдіяльності людини, рослин і тварин, але і у виконанні атмосферної функції запобігання підстилаючій поверхні від перегріву та від переохолодження.

Господарська діяльність порушила природний баланс виділення та асиміляції CO2 у природі, внаслідок чого його концентрація в атмосфері збільшується. За 26 років з 1959 по 1985 рік вміст вуглекислого газу збільшився на 9%. Деякі важливі елементи кругообігу CO2 ще до кінця пізнані наукою. Не зрозумілі кількісні зв'язки концентрації їх у атмосфері з мірою його здатності затримувати зворотне випромінювання у космос тепла, одержуваного від Сонця. Проте зростання концентрації CO 2 свідчить про глибоке порушення глобальної рівноваги у біосфері, що у поєднанні з іншими порушеннями може мати дуже серйозні наслідки. Розширюються масштаби порушення балансу кисню у атмосфері.

У ході еволюції біосфери в її газовій оболонці сформувалася і накопичилася величезна маса вільного кисню (1,18*1015 тонн), яка тривалий час залишалася постійною (що продукується рослинами щорічний прихід кисню в атмосферу витрачається на природні окислювальні процеси). Сучасне людство грубо вторгається у цей кругообіг, споживаючи щорічно за рахунок спалювання мінерального та органічного палива 20 000 000 000 тонн атмосферного кисню. Така форма "проїдання" не відновлюваного ресурсу природи несе у собі джерело небезпечних у майбутньому екологічних конфліктів.

При щорічному зростанні видобутку горючих копалин у 5% вміст вільного кисню через 160 років знизиться на 25% - 30% і досягне критичної величини для людства. Багато техногенних речовин, що потрапляють у повітряне середовище міст, є небезпечними забруднювачами. Вони завдають шкоди здоров'ю людей, живій природі, матеріальним цінностям. Деякі з них через тривале існування в атмосфері переносяться на великі відстані, через що проблема забруднення перетворюється з локальної на міжнародну. В основному це стосується забруднень оксидами сірки та азоту. Швидке накопичення цих забруднювачів в атмосфері північної півкулі (річний приріст 5%) породило таке явище, як кислі та підкислені опади. Вони пригнічують біологічну продуктивність грунтів і водойм, особливо тих з них, які мають власну високу кислотність. В останні десятиліття увагу привернула до себе проблема стратосферного озону, який виконує роль екрану для всіх живих істот від надмірного ультрафіолетового випромінювання Сонця. Озону загрожує небезпека внаслідок потрапляння у верхні шари оксидів азоту (внаслідок польотів надзвукових реактивних літаків), а також виробництва фторхловуглець (фреонів).

Дослідження цієї проблеми методом моделювання призводить до висновку про скорочення озону у стратосфері на 10%. Інструментальні виміри констатують лише періодичні різноспрямовані флуктуації і дозволяють зробити висновок про його виснаження. Тим не менш, той факт, що людство здатне підірвати цей важливий ресурс життєзабезпечення, виявлення над Антарктидою "озонової діри", що періодично з'являється - все це говорить про серйозність проблеми.

Надзвичайно велике явище, що зачіпає глобальні характеристики атмосфери, представляє напилення як наслідок антропогенних факторів. Надходження антропогенних зважених у повітрі частинок (аерозолів) досягає щорічно 1 - 2,6 мільярда тонн і дорівнює кількості аерозолів природного походження. Запиленість атмосфери за 50 років збільшилась на 70%. Знижуючи прозорість атмосфери аерозолі обмежують надходження сонячного тепла. Існує гіпотеза про вплив запилення на кліматичні зміни в північній півкулі, зокрема на похолодання, що почалося з 40-х років і на кліматичні аномалії, що почастішали, в загально планетарному масштабі.

Запиленість верхніх шарів атмосфери може призвести до нанесення непоправної шкоди іоносфері, яка виконує роль незамінного ресурсу, що використовується для далекого радіозв'язку. Біота Землі (біологічна оболонка, в якій концентрується вся жива речовина і всі форми життя) зазнає негативних екологічних наслідків, що призводять до порушення біохімічних циклів, енергетичних і термодинамічних процесів у біосфері. Понад те, біота піддається специфічним стресам, які мають глобальний характер. Це насамперед процес видового збіднення тваринного та рослинного світу, наростання обезліснення планети.

Незважаючи на всі зусилля, винищення тварин та рослинності, руйнування природних ландшафтів набули катастрофічних розмірів. Через екологічну безграмотність і безтурботність людини, а часом і варварства у відносинах з живим світом темп вимирання диких тварин досяг максимуму - один вид на рік. Для порівняння з 1600-го року по 1950-й рік цей темп становив 1 вид на 10 років, а до появи людини на Землі - лише один вид на 100 років. При цьому немає повного уявлення про зникнення нижчих тварин - комах, молюсків та інших, роль яких у підтримці біологічної рівноваги у природі дуже висока.

Ще тривожніша картина знищення рослинності. В середині 70-х років відбувалося знищення одного виду та підвиду рослин (переважно у тропіках) щодня. До кінця 80-х цей показник прогнозується рівним одному виду на годину. Адже в екологічному відношенні зникнення рослин тягне за собою "в могилу" від 10 до 30 видів комах, вищих тварин та інших рослин.

За оцінками Міжнародного союзу охорони природи (МСОП) на середину 80-х років приблизно 10% квітучих рослин (від 20 до 30 тисяч видів і підвидів) ставилися до рідкісних і перебували в небезпеці. Загалом же за флорою і фауною, разом узятим, відповідно до оцінок Всесвітнього Фонду дикої природи до двохтисячного року, "глобальна різноманітність" у природі знизиться щонайменше на 1/6, що відповідає зникненню з природної історії планети 500 000 видів і підвидів тварин та рослин.

Збіднення генетичного потенціалу біоти Землі відбувається також у галузі окультурених рослин та тварин. Але тут причина не у руйнуванні місць їх проживання чи надмірному споживанні людиною, як це має місце щодо дикої флори та фауни, а у свідомому скороченні сортового та породного розмаїття культурних біологічних видів. p align="justify"> Особливе місце в проблематиці глобальної екології займає зведення лісів на планеті, в першу чергу тропічних лісів. Щорічно знищується понад 11 мільйонів гектарів лісу. Це може призвести до збереження нинішніх темпів їх зведення обезлісуванням у найближчі 30 років території рівної Індії. Зона лісів у силу збігу історичних, соціально економічних пріоритетів і світогосподарських обставин перетворюється на об'єкт масованого екологічного руйнації, загрожує як порушенням природних рівноваг на відповідних територіях, а й загальним зниженням рівня організації біосфери загалом.

Згубні наслідки відомості тропічних лісів визначаються також тим, що вони є колиска і комору більшу частину генофонду земної біоти (близько 40% - 50%), зокрема 100 000 видів вищих рослин із 250 000 видів. Масштаби зведення тропічних лісів величезні, і їх зникнення і деградації дедалі більше прискорюється. Нині він становить 2% на рік. З 16 000 000 квадратних кілометрів Землі, покритої першій половині 20-го століття тропічними лісами, наприкінці 70-х залишилося лише 9,3 мільйона квадратних кілометрів (скорочення на 42%). Зведено 2/3 лісів в Азії, 1/2 в Африці, до 1/3 у Латинській Америці. Повної інформації, докорінної зміни та деградації щорічно зазнають 245 000 квадратних кілометрів тропічних лісів.

За таких темпів до 2000 року масив тропічних лісів може скоротитися на 25%, а останнє дерево може бути зрубане через 85 років. Однак, судячи з наростаючого обсягу експорту деревини з тропічних лісів до Північної Америки, Західної Європи та Японії, освоєння зайнятих цими лісами територій під ріллю та пасовища (у тому числі й у великих розмірах транснаціональними монополіями), а також використання деревини в енергетичних цілях (від 30% до 95% від загального споживання енергії в країнах, що розвиваються), терміни їх знищення можуть значно скоротитися. Чисто екологічні та соціально - економічні негативні наслідки процесу численні: колосальні втрати вологи, деградація ґрунтів та опустелювання, зміна локальних кліматичних умов, руйнація величезних, не піддаються оцінці природно-економічних ресурсів тощо.

Знеліснення тропіків змінить структуру поверхні Землі, збільшить її відбивну здатність (альбедо). А це вже загрожує поряд зі зміною глобального балансу газу, води та енергії наслідками, які можуть призвести до дестабілізації клімату планети.

Гідросфера (водна оболонка Землі) зазнає найважчих випробувань у результаті господарського вторгнення у водні системи. Річки, озера та моря перетворюються на місця скидання різних відходів та забруднюючих речовин. Якісна зміна гідросфери (хімічного складу та властивостей водного середовища) стає в наш час головним фактором і кількісного виснаження прісної води на Землі, а також знищення великого класу біоти - річкової, озерної, морської.

В останні два десятиліття проблема ресурсів прісної води на Землі зазнала різкої зміни: у країнах, багатих на джерела води стали з'являтися ознаки водного дефіциту. З урахуванням країн, традиційно відчувають з природно-географічних умов брак цього життєво важливого ресурсу, очевидна картина напруженості водного балансу у загально планетарному масштабі. Вибуховий характер цього "зневоднення" організму Землі пояснюється насамперед лавиноподібним зростанням антропогенного забруднення водойм та водостоків. Річний водозабір у світі становив на початку 80-х 4600 кубічних кілометрів, або близько 12% повного річкового стоку. Безповоротна ж витрата досягала 3400 кубічних кілометрів. За такого обсягу споживання, здавалося б, немає підстав для занепокоєння.

Однак зворотні води прямують у природу настільки забрудненими, що їх знешкодження (розведення) потрібно у кілька разів більший обсяг чистої води. Настання водної кризи не є фатальною неминучістю, оскільки людство має у своєму розпорядженні можливості переламати тенденцію марнотратного та антиекологічного водоспоживання. Це вимагатиме докорінного перегляду концепції використання у господарстві прісних вод, вироблення принципово нової стратегії, перебудови технічних, організаційних та економічних засад водокористування. Більше 70% поверхні Землі зайнята морями та океанами, що породило міф про те, що вони можуть нескінченно служити джерелом знешкодження та приймачем усіх видів відходів людської діяльності. Сувора реальність розвінчала цю небезпечну ілюзію. Світовий океан при всій своїй неосяжності вразливий, як будь-яка інша природна система.

Забруднення, які у світовий океан похитнули насамперед природне рівновагу морського середовища у прибережній зоні континентального шельфу, де зосереджено 99% всіх морських біологічних ресурсів, добуваються людиною. Антропогенні забруднення цієї зони спричинили те, що її біологічна продуктивність знизилася на 20%, а світовий рибний промисел не дорахувався 15 - 20 мільйонів тонн улову.

За даними ООН, щорічно до світового океану потрапляє 50 000 тонн пестицидів, 5000 тонн ртуті, 10 000 000 тонн нафти та безліч інших забруднювачів. Кількість щорічно потрапляють з антропогенних джерел зі стоком рік у води морів і океанів заліза, марганцю, міді, цинку, свинцю, олова, миш'яку, нафти перевищує б'єм цих речовин, що надходять у результаті геологічних процесів. Дно світового океану, у тому числі і глибоководні западини, все ширше використовуються для поховання особливо небезпечних токсичних речовин (включаючи бойові отруйні речовини, що "морально застаріли"), а також радіоактивних матеріалів. Так, з 1946 по 1970 США поховали біля Атлантичного узбережжя країни близько 90 000 контейнерів з відходами загальною радіоактивністю приблизно 100 000 кюрі, а європейські країни скинули в океан відходів загальною радіоактивністю 500 000 кюрі. В результаті герметизації контейнерів спостерігаються випадки небезпечного зараження вод і природного середовища в місцях цих поховань.

Початок космічної ери породило проблему збереження цілісності ще однієї земної оболонки – космосфери (околоземного космічного простору). Проникнення людини в космос не просто героїчна епопея, це ще й цілеспрямована довготривала політика оволодіння новими ресурсами природи та природним середовищем. Доданками ресурсного потенціалу космосу, що вже використовується людством, або гіпотетичного, є географічне положення, невагомість, вакуум, інші фізичні властивості цього середовища, сильна сонячна радіація, космічні випромінювання, а також територія, специфічні природні умови та мінеральні ресурси небесних тіл.

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Біологічна різноманітність планети, функціональні блоки біосфери як найбільшої екосистеми; ціанеї, рослини, бактерії, тварини. Основні цикли та кругообіги речовин у біосфері. Глобальні порушення внаслідок господарської діяльності людини.

реферат, доданий 10.01.2010


Антропогенні екологічні чинники як чинники, пов'язані з впливом людини на навколишнє середовище. Переважаючі забруднювачі водних екосистем по галузях промисловості. Особливості антропогенних систем та антропогенні впливи на біосферу.

реферат, доданий 06.03.2009


Трофічна структура екосистем та її складові: продуценти, консументи, детритофаги, редуценти. Розкладання живої речовини. Правило Ліндемана та особливості його застосування. Особливо охоронювані природні території, загальні відомості про їхній правовий статус.

контрольна робота , доданий 16.01.2011


Екосистема – основна функціонуюча одиниця в екології. Приклади природних екосистем, основні поняття та класифікація, умови існування та видове розмаїття. Опис кругообігу, що здійснюється в екосистемах, специфіка динамічних змін.

лекція, доданий 02.12.2010


Класифікація природних екосистем. Лімітують фактори водного середовища. Система "хижак-жертва". Види сукцесії. Трофічні ланцюги та мережі. Типи екологічних пірамід. Функції живої речовини у біосфері. Вплив людини на кругообіг азоту та вуглецю.

презентація , доданий 26.04.2014


Концепція біосфери, її компоненти. Схема розподілу живих організмів у біосфері. Забруднення екосистем стічними водами. Переважні забруднюючі речовини водних екосистем по галузях промисловості. Принципи державної екологічної експертизи.

контрольна робота , доданий 06.08.2013


Поняття біосфери у навчанні Вернадського. Особливість ланцюгів живлення. Кругообіг речовин у природі. Стійкість екосистем та характерні закономірності сукцесії. Напрямок антропогенних впливів на біосферу. Сучасні ставлення до охорони навколишнього середовища.

реферат, доданий 25.01.2010


Закон внутрішньої динамічної рівноваги екосистем та її наслідки. Види антропогенних впливів на природу. Зворотний зв'язок взаємодії людина – біосфера. Закон обмеженості природних ресурсів. Правила "жорсткого" та "м'якого" управління природою.

контрольна робота , доданий 05.05.2009


Склад та властивості біосфери. Функції та властивості живої речовини у біосфері. Динаміка екосистем, сукцесії, їхні види. Причини виникнення парникового ефекту, підйом Світового океану як наслідок. Методи очищення викидів від токсичних домішок.

контрольна робота , доданий 18.05.2011


Предмет та завдання природокористування. Геохімічні та медико-географічні особливості природних зон. Типи взаємин у біоценозах. Основні рівні організації живих та біокістних систем. Особливості та типи екосистем. Вчення В.І. Вернадського про біосферу.

В.І. Вернадський - основоположник вчення про біосферу

Виникнення та розвиток біосфери (гіпотеза)

Які ж фізико-хімічні умови є найбільш сприятливими для існування життя?

Межі існування живих організмів у літосфері, атмосфері, гідросфері

Кордони біосфери.

Основні характеристики геосфер Землі

Межі біосфери

Типи речовин у біосфері

Основні особливості живої речовини

планеті

Функції живої речовини на планеті

Функції біосфери

Функції біосфери

Функції біосфери

Закон біогенної міграції атомів В.І. Вернадського

Основні властивості біосфери

Таким чином, біосфера являє собою грандіозну рівноважну систему з безперервним кругообігом речовини та енергії, в якому акти

Енергетична функція живої речовини

На планеті Земля всі речовини перебувають у біохімічному кругообігу.

При великому кругообігу

Малий кругообіг відбувається

У кругообігу речовин беруть участь три групи організмів:

Кругообіг вуглецю в біосфері

5. Кругообіг води в біосфері

6. Антропогенний обмін речовин

До появи людини рівновагу біосфери визначали п'ять енергетичних факторів:

Фонди природного круговороту

Розвиток біосфери у ноосферу

Ознаки ноосфери

Ноосфера

Екологічні закони Б. Коммонера.

Природа знає краще.

За все треба платити.

Все треба кудись подіти.

Все пов'язане з усім.

Хамматов Салават Талгатович

Вступ

Склад та властивості біосфери

Грунт – унікальний компонент біосфери

Жива речовина біосфери

Біосфера та космос

Екологічні взаємодії живої речовини: хто як харчується

Біогенна міграція атомів - екосистемна властивість біосфери

Як розвивалася біосфера: п'ять екологічних катастроф

Стійкість біосфери

Біосфера та людина: екологічна небезпека

Висновок

Вступ

Сьогодні на повний зріст піднімається перед людьми одна з найскладніших проблем, яка стосується кожного з нас. Це проблема збереження життя на планеті, виживання людини, як одного з унікальних видів живих істот.

Вирішення цієї проблеми залежить від того, наскільки кожен з нас і все людство разом усвідомлюють "заборонену рису", переступити через яку людство не повинно за жодних обставин. Такою "забороненою рисою" є закони життя на планеті.

Людина - мешканець біосфери. Саме біосфера – та оболонка Землі, у межах якої протікає життя людства загалом і кожного з нас.

Біосфера - сфера проживання живих організмів; оболонка Землі, склад, структура та енергетика якої визначається сукупною діяльністю живих організмів. Верхня межа тягнеться до висоти озонового екрану (20-25 км), нижня опускається на 1-2км нижче дна океану і в середньому 2-3 км на суші. Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу, педосферу (грунт) і верхню частину літосфери (гірські породи).

Склад та властивості біосфери

Біосфера, будучи глобальною екосистемою (екосферою), як і будь-яка екосистема, складається з абіотичної та біотичної частини.

Абіотична частина представлена:

1. Ґрунтом і підстилаючими її породами до глибини, де ще є живі організми, що вступають в обмін з речовиною цих порід та фізичним середовищем порового простору.
2. Атмосферним повітрям до висот, у яких можливі ще прояви життя.
3. Водним середовищем – океани, річки, озера тощо.
4. сприятливі температури: не надто високі, щоб не згортався білок, і не надто низькі, щоб нормально працювали ферменти - прискорювачі біохімічних реакцій,
5. живій істоті необхідний прожитковий мінімум мінеральних речовин.

Біотична частина складається з живих організмів всіх таксонів, які здійснюють найважливішу функцію біосфери, без яких не може існувати саме життя: біогенний струм атомів. Живі організми здійснюють цей струм атомів завдяки своєму диханню, живленню і розмноженню, забезпечуючи обмін речовиною між усіма частинами біосфери.

В основі біогенної міграції атомів у біосфері лежать два біохімічні принципи:

1 прагнути максимального прояву, до " всюди " життя;

2 забезпечити виживання організмів, що підвищує саму біогенну міграцію.

Ці закономірності виявляються насамперед у прагненні живих організмів "захопити" всі більш-менш пристосовані до їхнього життя простору, створювала екосистему або її частину. Але будь-яка екосистема має межі, має свої межі у планетарному масштабі та біосфера.

При загальному розгляді біосфери, як планетарної екосистеми, особливого значення набуває уявлення про її живу речовину, як про якусь загальну живу масу планети. -3-

Хімічний склад живої речовини підтверджує єдність природи - він складається з тих же елементів, що й нежива природа, тільки співвідношення цих елементів різне та будову молекул інше.

Властивості біосфери

Біосфері, як і її складовим іншим екосистемам нижчого рангу, властива система властивостей, які забезпечують її функціонування, саморегулювання, стійкість та інші параметри. Розглянемо основні їх.

1. Біосфера – централізована система.

Центральною ланкою її виступають живі організми (жива речовина).

2. Біосфера – відкрита система. Її існування немислимо без надходження енергії з зовні.

Вона відчуває вплив космічних сил, насамперед сонячної активності.

Біосфера - система, що саморегулюється. В даний час ця властивість називається гомеостазом, розуміючи під ним здатність повертатися у вихідний стан, гасити обурення, що виникають включенням ряду механізмів.

Небезпека сучасної екологічної ситуації пов'язана передусім про те, що порушується лінія механічного гомеостазу і принцип Ле-Гиателье-Брауна, а то й у планетарних, то великих регіональних масштабах. Результат – розпад екосистем, або поява нестійких, практично позбавлених властивостей гомеостазу систем типу агроценозу чи урбанізованих комплексів.

Біосфера - система, що характеризується великою різноманітністю.

Різноманітність – найважливіша властивість усіх екосистем. Біосфера як глобальна екосистема, що характеризується найбільшою серед інших систем різноманітністю. Різноманітність розглядається як основна умова стійкості будь-якої екосистеми та біосфери загалом. Ця умова настільки універсальна, що сформувалося як закон.

Найважливіша властивість біосфери - наявність у ній механізмів, що забезпечують кругообіг речовини та пов'язаного з ним невичерпність окремих хімічних елементів та їх сполук.

Наприкінці ХІХ ст. Великий російський дослідник природи В. В. Докучаєв своїми дослідженнями чорнозему та інших грунтів Російської долини і Кавказу встановив, що грунти являють собою природні тіла і по своїм зовнішнім особливостям і властивостям сильно відрізняються від гірських порід, на яких вони утворилися. Їх розподіл лежить на поверхні Землі підпорядкований суворим географічним закономірностям.

Різноманітність ґрунтів величезна. Це з різноманіттям поєднання чинників грунтоутворення: гірських порід, віку поверхні, рослинного і тваринного населення, рельєфу.

Ґрунт-це особливе природне тіло та середовище життя, що виникає в результаті перетворення гірських порід поверхні суші спільною діяльністю живих організмів, води та повітря.

Грунтоосвітні процеси на Землі - це грандіозні за своїми планетарними масштабами та тривалістю процеси створення органічної речовини ґрунтів, їх біологічного накопичення та виникнення родючості.

Жива речовина біосфери

"На земній поверхні немає хімічної сили, могутнішої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому".

Що принципово відрізняє нашу планету від будь-якої іншої планети Сонячної системи? Наявність життя. "Якби на Землі не було життя, обличчя її було б так само незмінним і хімічним інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил".

Жива речовина біосфери є сукупність всіх її живих організмів. Живе речовина у розумінні Вернадського - це форма активної матерії, та її енергія тим більше, що більше маса живої речовини. Поняття "жива речовина" ввів у науку В.І. Вернадський і розумів над ним сукупність всіх живих організмів планети.

Які ж властивості живої речовини?

Властивості живої речовини

1. Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією, яку можна було б порівняти хіба що з вогненним потоком лави, але енергія лави не довготривала.
2. У живій речовині, завдяки присутності ферментів, хімічні реакції відбуваються у тисячі, а іноді й у мільйони разів швидше, ніж у неживій. Для життєвих процесів характерно те, що отримані організмом речовини та енергія переробляються та віддаються у значно більших кількостях.
3. Індивідуальні хімічні елементи (білки, ферменти, котрий іноді окремі мінеральні сполуки синтезуються лише у живих організмах).
4. Жива речовина прагне заповнити собою весь можливий простір. В.І. Вернадський називає дві специфічні форми руху живої речовини:

а) пасивну, що здійснюється розмноженням, і властива як тваринам, і рослинним організмам;

б) активну, що здійснюється за рахунок спрямованого руху організмів (меншою мірою характеру для рослин).

1. Жива речовина виявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність, ніж неживу. У природі відомо більше 2 млн. органічних сполук, які входять до складу живої речовини, тоді коли кількість мінералів неживої речовини становить близько 2 тис., тобто на три порядки нижче.
2. Жива речовина представлена ​​дисперсними тілами - індивідуальними організмами, кожен із яких має власний генезис, свій генетичний склад. Розміри індивідуальних організмів коливаються від 2 нм у найменших до 100 м (діапазон понад 109).
3. Принцип Реді (флорентійський академік, лікар і натураліст, 1626-1697) "все живе з живої" - є відмінною рисою живої речовини, яка існує на Землі у формі безперервного чергування поколінь і характеризується

генетичним зв'язком із живою речовиною всіх минулих геологічних епох. Неживі абіогенні речовини, як відомо, надходять у біосферу з космосу, ним виносяться порціями з оболонки земної кулі. Вони можуть бути аналогічними за складом, але генетичного зв'язку в загальному випадку вони не мають. "Принцип Реді ... не вказує на

неможливість абіогенезу поза біосферою або при встановленні наявності у біосфері (тепер або раніше) фізико-хімічних явищ, не прийнятих при науковому визначенні цієї форми організованості земної оболонки".

1. Жива речовина від імені конкретних організмів, на відміну неживого, здійснює протягом свого історичного життя грандіозну роботу.

Біосфера та космос

Земля - ​​унікальна планета, вона знаходиться на єдино можливій відстані від Сонця, що визначає таку температуру поверхні Землі, коли вода може перебувати в рідкому стані.

Земля отримує від сонця величезну кількість енергії та зберігає при цьому приблизно постійну температуру. Отже, наша планета випромінює в космос майже таку ж кількість енергії, яку отримує з космосу: прихід і витрата мають бути збалансовані, інакше система одного разу втратить стійкість. Земля або нагріється, або замерзне і перетвориться на неживе тіло.

Біосфера тісно пов'язана із космосом. Потоки енергії, що до Землі, створюють умови, що забезпечують життя. Магнітне поле та озоновий екран захищають планету від зайвих космічних випромінювань та інтенсивної сонячної радіації. Космічні випромінювання, що досягають біосфери, забезпечують фотосинтез та впливають на активність живих істот.

Планета Земля відрізняється з інших планет тим, що її біосфера містить речовину, чутливе до потоку сонячного випромінювання - хлорофіл. Саме хлорофіл забезпечує перетворення електромагнітної енергії сонячного випромінювання в хімічну енергію, за допомогою якої йде процес відновлення оксидів вуглецю та азоту в реакціях біосинтезу.

У зеленій рослині відбувається фотосинтез - процес утворення вуглеводів із води та двоокису кисню (яка знаходиться у повітрі чи воді). При цьому як побічний продукт виділяється кисень. Зелені рослини відносять до автотрофам- організмам, які беруть усі необхідні їм життя хімічні елементи з оточуючої їх відсталої матерії і вимагають побудови свого тіла готових органічних сполук іншого організму. Основне джерело енергії, що використовується автотрофами - Сонце. Гетеротрофи- Це організми, які потребують свого харчування в органічній речовині, утвореній іншими організмами.

Гетеротрофи поступово перетворюють органічну речовину, утворену автотрофами, доводячи її до початкового – мінерального – стану.

Деструктивна (руйнівна) функція відбувається представниками кожного з царств живої речовини - розпад, розкладання - невід'ємна властивість обміну речовин кожного живого організму. Рослини утворюють органічні речовини і є найбільшими виробниками вуглеводів Землі; але вони виділяють і необхідний життя кисень як побічний продукт фотосинтезу.

У процесі дихання у тілах всіх видів живого утворюється вуглекислий газ, який рослини знову використовують для фотосинтезу. Існують і такі види живого, для яких руйнування відмерлої органічної речовини є способом харчування. Існують організми зі змішаним типом харчування, їх називають міксотроф.

У біосфері відбуваються процеси перетворення неорганічної, відсталої речовини в органічну та зворотну перебудову органічних речовин у мінеральні. Рух та перетворення речовин у біосфері здійснюється за безпосередньою участю живої речовини, всі види якої спеціалізувалися на різних способах харчування.

Кінцева кількість речовини, яка є в біосфері, набула властивості нескінченності через кругообіг речовин.

Образ кругообігу речовини в біосфері створює колесо водяного млина. Однак, щоб колесо крутилося, потрібен постійний приплив води. Подібно до цього, потік сонячної енергії, що надходить з космосу, крутить "колесо життя" на нашій планеті. Наскільки швидко крутиться колесо? Під час біогеохімічних циклів атоми більшості хімічних елементів проходили незліченну кількість разів через живу істоту. Наприклад, весь кисень атмосфери "обертається" через живу речовину за 2000 років, вуглекислий газ - за 200-300 років, а вся вода біосфери - за 2 млн років.

Жива речовина є ідеальним приймачем сонячної енергії.

Енергія, поглинена та використана в реакції фотосинтезу, а потім запасена у вигляді хімічної енергії вуглеводів, дуже велика, є відомості, що вона порівнянна з енергією, яку споживають 100 тисяч великих міст протягом 100 років. Гетеротрофи використовують органічну речовину рослин як їжу: органіка окислюється киснем, який доставляють в організм органи дихання, з утворенням вуглекислого газу - реакція йде у зворотному напрямку. Таким чином, "вічне" робить життя одночасне існування автотрофів і гетеротрофів.

Факти та міркування про "колесі життя" в біосфері дають право говорити про закон біогенної міграції атомів, який сформулював В.І. Вернадський: міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини або вона протікає в середовищі,

геохімічні особливості якої зумовлені живою речовиною, як тим, що зараз населяє біосферу, так і тим, що діяло на Землі протягом усієї геологічної історії.

Жива речовина різних царств і різного роду забезпечує безперервний кругообіг речовин і перетворення енергії. Тим самим виявляється закон біогенної міграції атомів В.І. Вернадського: у біосфері міграція хімічних елементів відбувається за обов'язкової безпосередньої участі живих організмів. Біогенна міграція атомів забезпечує безперервність життя в біосфері при кінцевій кількості речовини та постійному припливі енергії.

З того часу, як засновники сучасної палеонтології відкрили, що скам'янілі опади дозволяють прочитати шлях розвитку життя, ми дізналися, що органічний світ Землі неодноразово переживав трагічні події, що призводили до повного знищення життя планети. За останні 500 млн років Земля кілька разів несподівано виявлялася тяжко хворою, а одного разу - це було 250 млн років тому - життя на Землі майже припинилося.

Фахівці виділяють п'ять найбільших катастроф, які пережила біосфера: кам'яно-вугільний період, пермський період, тріас, юрський період, крейдяний період. Кожна з катастроф призводила до розвитку живої речовини: повнішого пристосування до навколишнього середовища; появі більшої кількості видів; проникненню їх у нові умови проживання.

При кожній катастрофі, що відбувалася в біосфері, поряд із масою повалених видів ми бачимо і переможців. Спочатку їх дуже мало, але вони вміли "пожинати" плоди своєї перемоги, заповнюючи собі подібними простір, що звільнився. Однак жоден новий вид не можна дорікнути в тому, що він причетний до катастрофи заради процвітання свого виду або сімейства. Катаклізми відбувалися з космічних або суто земних причин внаслідок особливостей розвитку живої матерії, коли одні її частини пригнічували або зовсім стирали з лиця планети інші, які не зуміли пристосуватися до природних умов, що змінилися.

Розвиток живої речовини біосфери – підвищення рівня її організації та ступеня пристосованості до навколишнього середовища відбувалося через катастрофи – різкі зміни абіотичного середовища. Суперечності між абіотичними і біотичними компонентами біосфери, що склалися, при різких для геологічного часу змінах середовища дозволялося щоразу за рахунок різноманітності і мінливості живої речовини біосфери. Жива речовина щоразу зберігала життя в біосфері за рахунок виживання більш пристосованих видів.

Стійкість біосфери

Багатство живого світу з давніх-давен захоплювало і захоплювало людину. Різноманітність видів не вичерпує всієї біологічної різноманітності. У межах кожного виду його популяції і особини, зокрема й люди, різняться генетично значно більшою мірою, ніж думали раніше. Дві випадково обрані люди будуть відрізнятися по сотнях, а можливо, і тисячам відмінностей у хромосомах. Подібні відмінності дуже важливі, багато хто з них пов'язаний із чутливістю до зміни параметрів середовища, визначають пристосовність або навіть можливість виживання окремих організмів, нагадуючи, що природний відбір продовжується.

Яким чином біологічна різноманітність забезпечує стійкість біосфери? Відповідь проста: через безліч взаємозв'язків та взаємодій, як між собою, так і з непрямою речовиною. У біосфері є великий набір процесів регулювання зі зворотним зв'язком і, як наслідок, набір циклічних процесів, що дозволяють їй компенсувати умови, що змінюються. Тому біосфера порівняно легко справляється із завданнями автоматичного регулювання необхідних їй умов життя.

Стабільність глобальної екосистеми забезпечується надмірністю її функціональних компонентів. Якщо екосистемі є кілька видів автотрофів, кожен із яких має оптимальні температурні умови фотосинтезу, то сумарна швидкість фотосинтезу може залишитися незмінною при коливаннях температури.

Пристосованість біосфери до зміни зовнішніх умов - упорядкований процес, в якому один вид може заміщатися іншим, і в той же час це потік динамічних рівноваг, що зсуваються. Біологічна різноманітність біосфери забезпечує безперервний біохімічний кругообіг речовини та потоки енергії, підтримуючи зв'язки всіх геосфер: атмосфери, літосфери, гідросфери, створюючи цілісність природного середовища.

Світ уже знає про небезпеку, що загрожує йому. І цього разу відома жива істота, яка повинна в катастрофі, що наближається - людина. Його появі передував тривалий період, у якому виникали, еволюціонували, поступалися місцем одним предкам Homosapiens-гомініди. Вони розвивалися і жили в загальному потоці життя, були його учасниками і мали цілу низку потреб та інстинктів, абсолютно необхідних для життя та еволюції. Все це робило потік життя, з одного боку, цілісним, легко вразливим в окремих ланках, а з іншого - добре самозахищеним і системою, що захищається.

Пройшли тисячоліття, виникали та гинули великі цивілізації, створені людиною. Вся пишність сучасної цивілізації - велика кількість і різноманітність товарів, транспорт, космічні польоти, можливість величезної кількості людей займатися

наукою, мистецтвом, нарешті, забезпечена старість - усе це наслідки тієї величезної кількості штучної енергії, що стало тепер виробляти людство. Ми живемо не енергією Сонця, як рослини та тварини, а витрачаємо запаси вуглецю – нафти, вугілля, газу, сланців, які накопичені минулими біосферами за сотні мільйонів років.

Але що при цьому відбувається із тепловим балансом планети? Штучна енергія розсіюється і йде нагрівання Землі, її тверді, океану, атмосфери. Настане час, коли штучна енергія почне впливати на структуру теплового балансу планети.

Таким чином, поширене уявлення про те, що збільшення кількості енергії, що виробляється людьми, завжди благо, також вимагає перегляду: збільшення середніх температур планети на 4-5 градусів загрожує людству екологічною катастрофою. І тут є риса, переступати яку не можна.

Передбачити заздалегідь навіть у загальних рисах результати такого потепління непросто. При підвищенні середньої температури зменшується перепад температур між екватором та полюсом. А це – головний двигун, завдяки якому відбувається рух атмосфери, що переносить тепло від екваторіальних зон до полярних. Якщо збільшується перепад температур, то інтенсивність атмосферної циркуляції збільшується. Якщо зменшується - циркуляція атмосфери робиться більш млявою, зменшується вологопронос. Отже, посушливі зони стають ще посушливішими, продуктивність біоти падає.

Ще минулого століття відомий географ, кліматолог, геофізик професор А. І. Войков, засновник першої геофізичної обсерваторії у Росії, сформулював відомий закон: тепло Півночі - сухо Півдні. Цей закон, який має назву закону Войкова, підсумовує багаторічні спостереження. Щоразу, коли під час циклічної зміни середніх температур Півночі починає тепліти, у Заволжя, Казахстані та інших районах південного сходу Євразії збільшується кількість посушливих років. Особливо чуйно відгукується зміну кількості опадів рослинність пустель і напівпустель.

Людина шукає способи обмежити свій згубний вплив на природу, тому що усвідомила свою залежність від стану біосфери. Люди зрозуміли, що їхня діяльність має докорінно змінитись і відповідати природним законам біосфери, в межах яких тільки й може протікати будь-яка життєдіяльність.

Ми простежили лише одне явище, яке підтверджує, що людина тепер здатна дуже легко переступити ту "фатальну межу", ту грань, за якою почнуться незворотні процеси зміни умов її існування. Біосфера почне переходити в новий стан, і місця для людини в її новому стані не може виявитися. Ось чому людство має бути здатним передбачати результати своїх дій і знати, де проходить "заборонена риса", що відокремлює можливість подальшого розвитку цивілізації від більш-менш швидкого згасання.

Кожен біологічний вид (і людина тут не виняток) може жити у досить вузьких рамках того середовища, до якого він генетично пристосований. Якщо середовище життя змінюється швидше, ніж може наступити адаптація чи переформування виду на нову освіту, організм неминуче вимирає.

Покрив живої речовини планети різко змінюється. Він стискається, стоншується. Навіть у суто механічному сенсі- зникають ліси, йде деградація чорноземів тощо. п. З-під ніг людства йде фундамент як безпосереднього середовища його життя, і економічного розвитку.

В даний час процес збіднення живої речовини, зникнення видів живої йде в десять, а в деяких випадках і в сто разів інтенсивніше, ніж 65 мільйонів років тому вимирання динозаврів. Види не просто зникають, змінюється вся структура живої речовини. Великі тварини та рослини змінюються дрібнішими: копитні – гризунами, гризуни – рослиноїдними комахами.

Втрати у складі живої речовини можуть призвести до аврального руйнування біогеохімічної системи планети. Світове спотворення біогеохімічних циклів загрожує тим, що природа стане іншою, не тією, до якої пристосовано сучасне господарство. Знадобиться грандіозна перебудова. Нащадкам внаслідок нинішніх впливів людини загрожує природно - ресурсна убогість, виснаження природних ресурсів.

Висновок

Наша планета є унікальною, тому що на ній є життя. Життя пронизує як водну і повітряну стихії, а й земну твердь. Життя на Землі представлена ​​живою речовиною, яка утворена мільйонами видів та мільярдами особин. Жива речовина, вся біологічна різноманітність Землі захищена від космічних променів геомагнітним полем та озоновим екраном. Всі форми та прояви життя не існують самі по собі, вони пов'язані складними взаєминами в єдиний комплекс життя. . Ці взаємини та зв'язки у живій природі дивовижні! Кожна група споріднених видів, що утворюють царство, виконує певну роль у кругообігу речовин: створення, перетворення, руйнування органічних речовин.

Основним джерелом енергії у біосфері є Сонце. Біогенний кругообіг речовин не дає перерватися життю на планеті Земля. Живі істоти біосфери перетворили хімічний склад повітря, води, грунту, визначили та його сучасний склад, вплинули формування мінералів і гірських порід, на рельєф Землі. Біосфера – середовище життя та результат життєдіяльності.

Одне з головних завдань ХХ1 століття, у вирішення якого істотний внесок має зробити екологія, - це досягнення гармонії між людиною і природою.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Середньотиганська ЗОШ

Реферат на тему: Біосфера як екологічна система

Виконав учень 11 кл. Хамматов Салават Талгатович.

Викладач: Баязітов Р.З

2013

Вступ

Склад та властивості біосфери

Грунт – унікальний компонент біосфери

Жива речовина біосфери

Біосфера та космос

Екологічні взаємодії живої речовини: хто як харчується

Біогенна міграція атомів - екосистемна властивість біосфери

Як розвивалася біосфера: п'ять екологічних катастроф

Стійкість біосфери

Біосфера та людина: екологічна небезпека

Висновок

Вступ

Сьогодні на повний зріст піднімається перед людьми одна з найскладніших проблем, яка стосується кожного з нас. Це проблема збереження життя на планеті, виживання людини, як одного з унікальних видів живих істот.

Вирішення цієї проблеми залежить від того, наскільки кожен з нас і все людство разом усвідомлюють "заборонену рису", переступити через яку людство не повинно за жодних обставин. Такою "забороненою рисою" є закони життя на планеті.

Людина - мешканець біосфери. Саме біосфера – та оболонка Землі, у межах якої протікає життя людства загалом і кожного з нас.

Біосфера - сфера проживання живих організмів; оболонка Землі, склад, структура та енергетика якої визначається сукупною діяльністю живих організмів. Верхня межа тягнеться до висоти озонового екрану (20-25 км), нижня опускається на 1-2км нижче дна океану і в середньому 2-3 км на суші. Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу, педосферу (грунт) і верхню частину літосфери (гірські породи).

Склад та властивості біосфери

Біосфера, будучи глобальною екосистемою (екосферою), як і будь-яка екосистема, складається з абіотичної та біотичної частини.

Абіотична частина представлена:

1. Ґрунтом і підстилаючими її породами до глибини, де ще є живі організми, що вступають в обмін з речовиною цих порід та фізичним середовищем порового простору.

1. Атмосферним повітрям до висот, у яких можливі ще прояви життя.

1. Водним середовищем – океани, річки, озера тощо.
2. сприятливі температури: не надто високі, щоб не згортався білок, і не надто низькі, щоб нормально працювали ферменти - прискорювачі біохімічних реакцій,
3. живій істоті необхідний прожитковий мінімум мінеральних речовин.

Біотична частина складається з живих організмів всіх таксонів, які здійснюють найважливішу функцію біосфери, без яких не може існувати саме життя: біогенний струм атомів. Живі організми здійснюють цей струм атомів завдяки своєму дихання, живлення та розмноження, забезпечуючи обмін речовиною між усіма частинами біосфери.біосфера грунт міграція атом екосистема

В основі біогенної міграції атомів у біосфері лежать два біохімічні принципи:

1 прагнути максимального прояву, до " всюди " життя;

2 забезпечити виживання організмів, що підвищує саму біогенну міграцію.

Ці закономірності виявляються насамперед у прагненні живих організмів "захопити" всі більш-менш пристосовані до їхнього життя простору, створювала екосистему або її частину. Але будь-яка екосистема має межі, має свої межі у планетарному масштабі та біосфера.

При загальному розгляді біосфери, як планетарної екосистеми, особливого значення набуває уявлення про її живу речовину, як про якусь загальну живу масу планети. -3-

Хімічний склад живої речовини підтверджує єдність природи - він складається з тих же елементів, що й нежива природа, тільки співвідношення цих елементів різне та будову молекул інше.

Властивості біосфери

Біосфері, як і її складовим іншим екосистемам нижчого рангу, властива система властивостей, які забезпечують її функціонування, саморегулювання, стійкість та інші параметри. Розглянемо основні їх.

1. Біосфера – централізована система.

Центральною ланкою її виступають живі організми (жива речовина).

2. Біосфера – відкрита система. Її існування немислимо без надходження енергії з зовні.

Вона відчуває вплив космічних сил, насамперед сонячної активності.

Біосфера - система, що саморегулюється. В даний час ця властивість називається гомеостазом, розуміючи під ним здатність повертатися у вихідний стан, гасити обурення, що виникають включенням ряду механізмів.

Небезпека сучасної екологічної ситуації пов'язана передусім про те, що порушується лінія механічного гомеостазу і принцип Ле-Гиателье-Брауна, а то й у планетарних, то великих регіональних масштабах. Результат – розпад екосистем, або поява нестійких, практично позбавлених властивостей гомеостазу систем типу агроценозу чи урбанізованих комплексів.

Біосфера - система, що характеризується великою різноманітністю.

Різноманітність – найважливіша властивість усіх екосистем. Біосфера як глобальна екосистема, що характеризується найбільшою серед інших систем різноманітністю. Різноманітність розглядається як основна умова стійкості будь-якої екосистеми та біосфери загалом. Ця умова настільки універсальна, що сформувалося як закон.

Найважливіша властивість біосфери - наявність у ній механізмів, що забезпечують кругообіг речовини та пов'язаного з ним невичерпність окремих хімічних елементів та їх сполук.

Грунт – унікальний компонент біосфери

Наприкінці ХІХ ст. великий російський дослідник природи В. В. Докучаєв своїми дослідженнями чорнозему та інших грунтів Російської долини і Кавказу встановив, що грунти являють собою природні тіла і за своїми зовнішнімиособливостям і властивостям сильно від гірських порід, у яких вони утворилися. Їх розподіл лежить на поверхні Землі підпорядкований суворим географічним закономірностям.

Різноманітність ґрунтів величезна. Це з різноманіттям поєднання чинників грунтоутворення: гірських порід, віку поверхні, рослинного і тваринного населення, рельєфу.

Ґрунт-це особливе природне тіло та середовище життя, що виникає в результаті перетворення гірських порід поверхні суші спільною діяльністю живих організмів, води та повітря.

Грунтоосвітні процеси на Землі - це грандіозні за своїми планетарними масштабами та тривалістю процеси створення органічної речовини ґрунтів, їх біологічного накопичення та виникнення родючості.

Жива речовина біосфери

"На земній поверхні немає хімічної сили, могутнішої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому".

Що принципово відрізняє нашу планету від будь-якої іншої планети Сонячної системи? Наявність життя. "Якби на Землі не було життя, обличчя її було б так само незмінним і хімічним інертним, як нерухоме обличчя Місяця, як інертні уламки небесних світил".

Жива речовина біосфери є сукупність всіх її живих організмів. Живе речовина у розумінні Вернадського - це форма активної матерії, та її енергія тим більше, що більше маса живої речовини. Поняття "жива речовина" ввів у науку В.І. Вернадський і розумів над ним сукупність всіх живих організмів планети.

Які ж властивості живої речовини?

Властивості живої речовини

1. Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією, яку можна було б порівняти хіба що з вогненним потоком лави, але енергія лави не довготривала.

1. У живій речовині, завдяки присутності ферментів, хімічні реакції відбуваються у тисячі, а іноді й у мільйони разів швидше, ніж у неживій. Для життєвих процесів характерно те, що отримані організмом речовини та енергія переробляються та віддаються у значно більших кількостях.

1. Індивідуальні хімічні елементи (білки, ферменти, котрий іноді окремі мінеральні сполуки синтезуються лише у живих організмах).

1. Жива речовина прагне заповнити собою весь можливий простір. В.І. Вернадський називає дві специфічні форми руху живої речовини:

а) пасивну, що здійснюється розмноженням, і властива як тваринам, і рослинним організмам;

б) активну, що здійснюється за рахунок спрямованого руху організмів (меншою мірою характеру для рослин).

1. Жива речовина виявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність, ніж неживу. У природі відомо більше 2 млн. органічних сполук, які входять до складу живої речовини, тоді коли кількість мінералів неживої речовини становить близько 2 тис., тобто на три порядки нижче.

1. Жива речовина представлена ​​дисперсними тілами - індивідуальними організмами, кожен із яких має власний генезис, свій генетичний склад. Розміри індивідуальних організмів коливаються від 2 нм у найменших до 100 м (діапазон понад 109).

1. Принцип Реді (флорентійський академік, лікар і натураліст, 1626-1697) "все живе з живої" - є відмінною рисою живої речовини, яка існує на Землі у формі безперервного чергування поколінь і характеризується

генетичним зв'язком із живою речовиною всіх минулих геологічних епох. Неживі абіогенні речовини, як відомо, надходять у біосферу з космосу, ним виносяться порціями з оболонки земної кулі. Вони можуть бути аналогічними за складом, але генетичного зв'язку в загальному випадку вони не мають. "Принцип Реді ... не вказує на

неможливість абіогенезу поза біосферою або при встановленні наявності у біосфері (тепер або раніше) фізико-хімічних явищ, не прийнятих при науковому визначенні цієї форми організованості земної оболонки".

1. Жива речовина від імені конкретних організмів, на відміну неживого, здійснює протягом свого історичного життя грандіозну роботу.

Біосфера та космос

Земля - ​​унікальна планета, вона знаходиться на єдино можливій відстані від Сонця, що визначає таку температуру поверхні Землі, коли вода може перебувати в рідкому стані.

Земля отримує від сонця величезну кількість енергії та зберігає при цьому приблизно постійну температуру. Отже, наша планета випромінює в космос майже таку ж кількість енергії, яку отримує з космосу: прихід і витрата мають бути збалансовані, інакше система одного разу втратить стійкість. Земля або нагріється, або замерзне і перетвориться на неживе тіло.

Біосфера тісно пов'язана із космосом. Потоки енергії, що до Землі, створюють умови, що забезпечують життя. Магнітне поле та озоновий екран захищають планету від зайвих космічних випромінювань та інтенсивної сонячної радіації. Космічні випромінювання, що досягають біосфери, забезпечують фотосинтез та впливають на активність живих істот.

Екологічні взаємодії живої речовини: хто як харчується

Планета Земля відрізняється з інших планет тим, що її біосфера містить речовину, чутливе до потоку сонячного випромінювання - хлорофіл. Саме хлорофіл забезпечує перетворення електромагнітної енергії сонячного випромінювання в хімічну енергію, за допомогою якої йде процес відновлення оксидів вуглецю та азоту в реакціях біосинтезу.

У зеленій рослині відбувається фотосинтез - процес утворення вуглеводів із води та двоокису кисню (яка знаходиться у повітрі чи воді). При цьому як побічний продукт виділяється кисень. Зелені рослини відносять доавтотрофам - організмам, які беруть усі необхідні їм життя хімічні елементи з оточуючої їх відсталої матерії і вимагають побудови свого тіла готових органічних сполук іншого організму. Основне джерело енергії, що використовується автотрофами - Сонце.Гетеротрофи - Це організми, які потребують свого харчування в органічній речовині, утвореній іншими організмами.

Гетеротрофи поступово перетворюють органічну речовину, утворену автотрофами, доводячи її до початкового – мінерального – стану.

Деструктивна (руйнівна) функція відбувається представниками кожного з царств живої речовини - розпад, розкладання - невід'ємна властивість обміну речовин кожного живого організму. Рослини утворюють органічні речовини і є найбільшими виробниками вуглеводів Землі; але вони виділяють і необхідний життя кисень як побічний продукт фотосинтезу.

У процесі дихання у тілах всіх видів живого утворюється вуглекислий газ, який рослини знову використовують для фотосинтезу. Існують і такі види живого, для яких руйнування відмерлої органічної речовини є способом харчування. Існують організми зі змішаним типом харчування, їх називаютьміксотроф.

У біосфері відбуваються процеси перетворення неорганічної, відсталої речовини в органічну та зворотну перебудову органічних речовин у мінеральні. Рух та перетворення речовин у біосфері здійснюється за безпосередньою участю живої речовини, всі види якої спеціалізувалися на різних способах харчування.

Біогенна міграція атомів - екосистемна властивість біосфери

Кінцева кількість речовини, яка є в біосфері, набула властивості нескінченності через кругообіг речовин.

Образ кругообігу речовини в біосфері створює колесо водяного млина. Однак, щоб колесо крутилося, потрібен постійний приплив води. Подібно до цього, потік сонячної енергії, що надходить з космосу, крутить "колесо життя" на нашій планеті. Наскільки швидко крутиться колесо? Під час біогеохімічних циклів атоми більшості хімічних елементів проходили незліченну кількість разів через живу істоту. Наприклад, весь кисень атмосфери "обертається" через живу речовину за 2000 років, вуглекислий газ - за 200-300 років, а вся вода біосфери - за 2 млн років.

Жива речовина є ідеальним приймачем сонячної енергії.

Енергія, поглинена та використана в реакції фотосинтезу, а потім запасена у вигляді хімічної енергії вуглеводів, дуже велика, є відомості, що вона порівнянна з енергією, яку споживають 100 тисяч великих міст протягом 100 років. Гетеротрофи використовують органічну речовину рослин як їжу: органіка окислюється киснем, який доставляють в організм органи дихання, з утворенням вуглекислого газу - реакція йде у зворотному напрямку. Таким чином, "вічне" робить життя одночасне існування автотрофів і гетеротрофів.

Факти та міркування про "колесі життя" в біосфері дають право говорити про закон біогенної міграції атомів, який сформулював В.І. Вернадський: міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини або вона протікає в середовищі,

геохімічні особливості якої зумовлені живою речовиною, як тим, що зараз населяє біосферу, так і тим, що діяло на Землі протягом усієї геологічної історії.

Жива речовина різних царств і різного роду забезпечує безперервний кругообіг речовин і перетворення енергії. Тим самим виявляється закон біогенної міграції атомів В.І. Вернадського: у біосфері міграція хімічних елементів відбувається за обов'язкової безпосередньої участі живих організмів. Біогенна міграція атомів забезпечує безперервність життя в біосфері при кінцевій кількості речовини та постійному припливі енергії.

Як розвивалася біосфера: п'ять екологічних катастроф

З того часу, як засновники сучасної палеонтології відкрили, що скам'янілі опади дозволяють прочитати шлях розвитку життя, ми дізналися, що органічний світ Землі неодноразово переживав трагічні події, що призводили до повного знищення життя планети. За останні 500 млн років Земля кілька разів несподівано виявлялася тяжко хворою, а одного разу - це було 250 млн років тому - життя на Землі майже припинилося.

Фахівці виділяють п'ять найбільших катастроф, які пережила біосфера: кам'яно-вугільний період, пермський період, тріас, юрський період, крейдяний період. Кожна з катастроф призводила до розвитку живої речовини: повнішого пристосування до навколишнього середовища; появі більшої кількості видів; проникненню їх у нові умови проживання.

При кожній катастрофі, що відбувалася в біосфері, поряд із масою повалених видів ми бачимо і переможців. Спочатку їх дуже мало, але вони вміли "пожинати" плоди своєї перемоги, заповнюючи собі подібними простір, що звільнився. Однак жоден новий вид не можна дорікнути в тому, що він причетний до катастрофи заради процвітання свого виду або сімейства. Катаклізми відбувалися з космічних або суто земних причин внаслідок особливостей розвитку живої матерії, коли одні її частини пригнічували або зовсім стирали з лиця планети інші, які не зуміли пристосуватися до природних умов, що змінилися.

Розвиток живої речовини біосфери – підвищення рівня її організації та ступеня пристосованості до навколишнього середовища відбувалося через катастрофи – різкі зміни абіотичного середовища. Суперечності між абіотичними і біотичними компонентами біосфери, що склалися, при різких для геологічного часу змінах середовища дозволялося щоразу за рахунок різноманітності і мінливості живої речовини біосфери. Жива речовина щоразу зберігала життя в біосфері за рахунок виживання більш пристосованих видів.

Стійкість біосфери

Багатство живого світу з давніх-давен захоплювало і захоплювало людину. Різноманітність видів не вичерпує всієї біологічної різноманітності. У межах кожного виду його популяції і особини, зокрема й люди, різняться генетично значно більшою мірою, ніж думали раніше. Дві випадково обрані люди будуть відрізнятися по сотнях, а можливо, і тисячам відмінностей у хромосомах. Подібні відмінності дуже важливі, багато хто з них пов'язаний із чутливістю до зміни параметрів середовища, визначають пристосовність або навіть можливість виживання окремих організмів, нагадуючи, що природний відбір продовжується.

Яким чином біологічна різноманітність забезпечує стійкість біосфери? Відповідь проста: через безліч взаємозв'язків та взаємодій, як між собою, так і з непрямою речовиною. У біосфері є великий набір процесів регулювання зі зворотним зв'язком і, як наслідок, набір циклічних процесів, що дозволяють їй компенсувати умови, що змінюються. Тому біосфера порівняно легко справляється із завданнями автоматичного регулювання необхідних їй умов життя.

Стабільність глобальної екосистеми забезпечується надмірністю її функціональних компонентів. Якщо екосистемі є кілька видів автотрофів, кожен із яких має оптимальні температурні умови фотосинтезу, то сумарна швидкість фотосинтезу може залишитися незмінною при коливаннях температури.

Пристосованість біосфери до зміни зовнішніх умов - упорядкований процес, в якому один вид може заміщатися іншим, і в той же час це потік динамічних рівноваг, що зсуваються. Біологічна різноманітність біосфери забезпечує безперервний біохімічний кругообіг речовини та потоки енергії, підтримуючи зв'язки всіх геосфер: атмосфери, літосфери, гідросфери, створюючи цілісність природного середовища.

Біосфера та людина: екологічна небезпека

Світ уже знає про небезпеку, що загрожує йому. І цього разу відома жива істота, яка повинна в катастрофі, що наближається -людина . Його появі передував тривалий період, у якому виникали, еволюціонували, поступалися місцем одним предкам Homo sapiens-гомініди. Вони розвивалися і жили в загальному потоці життя, були його учасниками і мали цілу низку потреб та інстинктів, абсолютно необхідних для життя та еволюції. Все це робило потік життя, з одного боку, цілісним, легко вразливим в окремих ланках, а з іншого - добре самозахищеним і системою, що захищається.

Пройшли тисячоліття, виникали та гинули великі цивілізації, створені людиною. Вся пишність сучасної цивілізації - велика кількість і різноманітність товарів, транспорт, космічні польоти, можливість величезної кількості людей займатися

наукою, мистецтвом, нарешті, забезпечена старість - усе це наслідки тієї величезної кількості штучної енергії, що стало тепер виробляти людство. Ми живемо не енергією Сонця, як рослини та тварини, а витрачаємо запаси вуглецю – нафти, вугілля, газу, сланців, які накопичені минулими біосферами за сотні мільйонів років.

Але що при цьому відбувається із тепловим балансом планети? Штучна енергія розсіюється і йде нагрівання Землі, її тверді, океану, атмосфери. Настане час, коли штучна енергія почне впливати на структуру теплового балансу планети.

Таким чином, поширене уявлення про те, що збільшення кількості енергії, що виробляється людьми, завжди благо, також вимагає перегляду: збільшення середніх температур планети на 4-5 градусів загрожує людству екологічною катастрофою. І тут є риса, переступати яку не можна.

Передбачити заздалегідь навіть у загальних рисах результати такого потепління непросто. При підвищенні середньої температури зменшується перепад температур між екватором та полюсом. А це – головний двигун, завдяки якому відбувається рух атмосфери, що переносить тепло від екваторіальних зон до полярних. Якщо збільшується перепад температур, то інтенсивність атмосферної циркуляції збільшується. Якщо зменшується - циркуляція атмосфери робиться більш млявою, зменшується вологопронос. Отже, посушливі зони стають ще посушливішими, продуктивність біоти падає.

Ще минулого століття відомий географ, кліматолог, геофізик професор А. І. Войков, засновник першої геофізичної обсерваторії у Росії, сформулював відомий закон: тепло Півночі - сухо Півдні. Цей закон, який має назву закону Войкова, підсумовує багаторічні спостереження. Щоразу, коли під час циклічної зміни середніх температур Півночі починає тепліти, у Заволжя, Казахстані та інших районах південного сходу Євразії збільшується кількість посушливих років. Особливо чуйно відгукується зміну кількості опадів рослинність пустель і напівпустель.

Людина шукає способи обмежити свій згубний вплив на природу, тому що усвідомила свою залежність від стану біосфери. Люди зрозуміли, що їхня діяльність має докорінно змінитись і відповідати природним законам біосфери, в межах яких тільки й може протікати будь-яка життєдіяльність.

Ми простежили лише одне явище, яке підтверджує, що людина тепер здатна дуже легко переступити ту "фатальну межу", ту грань, за якою почнуться незворотні процеси зміни умов її існування. Біосфера почне переходити в новий стан, і місця для людини в її новому стані не може виявитися. Ось чому людство має бути здатним передбачати результати своїх дій і знати, де проходить "заборонена риса", що відокремлює можливість подальшого розвитку цивілізації від більш-менш швидкого згасання.

Кожен біологічний вид (і людина тут не виняток) може жити у досить вузьких рамках того середовища, до якого він генетично пристосований. Якщо середовище життя змінюється швидше, ніж може наступити адаптація чи переформування виду на нову освіту, організм неминуче вимирає.

Покрив живої речовини планети різко змінюється. Він стискається, стоншується. Навіть у суто механічному сенсі- зникають ліси, йде деградація чорноземів тощо. п. З-під ніг людства йде фундамент як безпосереднього середовища його життя, і економічного розвитку.

В даний час процес збіднення живої речовини, зникнення видів живої йде в десять, а в деяких випадках і в сто разів інтенсивніше, ніж 65 мільйонів років тому вимирання динозаврів. Види не просто зникають, змінюється вся структура живої речовини. Великі тварини та рослини змінюються дрібнішими: копитні – гризунами, гризуни – рослиноїдними комахами.

Втрати у складі живої речовини можуть призвести до аврального руйнування біогеохімічної системи планети. Світове спотворення біогеохімічних циклів загрожує тим, що природа стане іншою, не тією, до якої пристосовано сучасне господарство. Знадобиться грандіозна перебудова. Нащадкам внаслідок нинішніх впливів людини загрожує природно - ресурсна убогість, виснаження природних ресурсів.

Висновок

Наша планета є унікальною, тому що на ній є життя. Життя пронизує як водну і повітряну стихії, а й земну твердь. Життя на Землі представлена ​​живою речовиною, яка утворена мільйонами видів та мільярдами особин. Жива речовина, вся біологічна різноманітність Землі захищена від космічних променів геомагнітним полем та озоновим екраном. Всі форми та прояви життя не існують самі по собі, вони пов'язані складними взаєминами в єдиний комплекс життя.глобальну екосистему (біосферу). Ці взаємини та зв'язки у живій природі дивовижні! Кожна група споріднених видів, що утворюють царство, виконує певну роль у кругообігу речовин: створення, перетворення, руйнування органічних речовин.

Основним джерелом енергії у біосфері є Сонце. Біогенний кругообіг речовин не дає перерватися життю на планеті Земля. Живі істоти біосфери перетворили хімічний склад повітря, води, грунту, визначили та його сучасний склад, вплинули формування мінералів і гірських порід, на рельєф Землі. Біосфера – середовище життя та результат життєдіяльності.

Одне з головних завдань ХХ1 століття, у вирішення якого істотний внесок має зробити екологія, - це досягнення гармонії між людиною і природою.

Екосистема- Це система, що складається з живих істот і середовища їхнього існування об'єднаних в єдине функціональне ціле.

Основні властивості:

1) здатність здійснювати кругообіг речовин

2) протистояти зовнішнім впливам

3) виробляти біологічну продукцію

Види екосистем:

1) мікроекосистеми (ствол дерева в стадії розмноження, акваріум, невелика водойма, крапля води і т. д.)

2) мезоекосистема (ліс, ставок, степ, річка)

3) макроекосистема (океан, континент, природна зона)

4) глобальна екосистема (біосфера загалом)

Ю. Одум запропонував класифікацію екосистеми з урахуванням біомів. Це великі природні екосистеми, що відповідають фізико-географічним зонам. Характеризується якимось основним типом рослинності або іншою характерною особливістю ландшафту.

Типи біомів

1) наземні (тундри, тайги, степи, пустелі)

2) прісноводні (текучі води: річки, струмки, стоячі води: озера, ставки, заболочені води: болота)

3) морські (відкритий океан, води шельфу, глибоководні зони)

Концепція біогеоценоз та екосистемаблизькі, але існують відмінності. Будь-який біогеоценоз це система. Екосистема може включати кілька біогеоценозів, але не кожна екосистема, є біогеоценоз, оскільки не має всіх ознак його.

В екосистемі можна виділити два компоненти - біотичний та абіотичний . Біотичнийділиться на автотрофний (організми, які отримують первинну енергію для існування з фото- та хемосинтезу або продуценти) і гетеротрофний (організми, що отримують енергію з процесів окислення органічної речовини - консументи та редуценти) компоненти, що формують трофічну структуру екосистеми.

Єдиним джерелом енергії для існування екосистеми та підтримки в ній різних процесів є продуценти, що засвоюють енергію сонця (тепла, хімічних зв'язків) з ефективністю 0,1-1%, рідко 3-4,5% від початкової кількості. Автотрофи становлять перший трофічний рівень екосистеми. Наступні трофічні рівні екосистеми формуються за рахунок консументів (2-й, 3-й, 4-й та наступні рівні) та замикаються редуцентами, які переводять неживу органічну речовину в мінеральну форму (абіотичний компонент), яка може бути засвоєна автотрофним елементом.

Основні компоненти екосистеми

З погляду структури в екосистемі виділяють:

1.кліматичний режим, що визначає температуру, вологість, режим освітлення та інші фізичні характеристики середовища;

2.неорганічні речовини, що включаються в кругообіг;

3.органічні сполуки, які пов'язують біотичну та абіотичну частини у кругообігу речовини та енергії:

Продуценти – організми, що створюють первинну продукцію;

Макроконсументи, або фаготрофи, - гетеротрофи, що поїдають інші організми чи великі частки органічної речовини;

Мікроконсументи (сапротрофи) – гетеротрофи, в основному гриби та бактерії, які руйнують мертву органічну речовину, мінералізуючи її, тим самим повертаючи у кругообіг.

Останні три компоненти формуютьбіомасу екосистеми.

З погляду функціонування екосистеми виділяють такі функціональні блоки організмів (крім автотрофів):

біофаги - організми, що поїдають інших живих організмів,

сапрофаги – організми, що поїдають мертву органічну речовину.

Даний поділ показує тимчасово-функціональний зв'язок в екосистемі, фокусуючись на поділі в часі утворення органічної речовини та перерозподілі її всередині екосистеми (біофаги) та переробки сапрофагами. Між відмиранням органічної речовини та повторним включенням її складових у кругообіг речовини в екосистемі може пройти суттєвий проміжок часу, наприклад, у разі соснової колоди, 100 і більше років.

Всі ці компоненти взаємопов'язані у просторі та часі та утворюють єдину структурно-функціональну систему.

Термін біосферабув запроваджений Жаном-Батистом Ламарком на початку XIX століття, а в геології запропонований австрійським геологом Едуардом Зюссом у 1875 році. Проте створення цілісного вчення про біосферу належить російському вченому Володимиру Івановичу Вернадському.

Біосфера - екосистема вищого порядку, що об'єднує й інші екосистеми і забезпечує існування життя Землі. До складу біосфери входять такі «сфери»:

Атмосфера - це найлегша з оболонок Землі, що межує з космічним простором; через атмосферу відбувається обмін речовини та енергії з космосом (зовнішнім простором).

Гідросфера – водна оболонка Землі. Майже така ж рухлива, як і атмосфера, вона фактично проникає всюди. Вода – поєднання з унікальними властивостями, одна з основ життя, універсальний розчинник.

Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, що складається з осадових та магматичних порід. На даний момент під земною корою розуміється верхній шар твердого тіла планети, розташований вище за межі Мохоровичича.

Біосфера теж замкнута система, вона практично повністю забезпечується енергією Сонця, невелику частину становить тепло самої Землі. Щорічно Земля отримує від Сонця близько 1,3 1024 калорій. 40% від цієї енергії випромінюється назад у космос, близько 15% йде на нагрівання атмосфери, ґрунту та води, вся інша енергія є видимим світлом, яке і є джерелом фотосинтезу.

В. І. Вернадський вперше чітко сформулював розуміння того, що все живе на планеті нерозривно пов'язане з біосферою та завдячує їй своїм існуванням:

В. І. Вернадський

Жива речовина (сукупність всіх організмів Землі) становить мізерно малу частину від маси Землі, проте вплив живої речовини на процеси перетворення Землі величезний. Весь той образ Землі, який спостерігається зараз, не був би можливим без мільярдів років життєдіяльності живої речовини.

На даний момент сама людина, як частина живої речовини, є суттєвою геологічною силою та значно змінює напрями процесів, що відбуваються в біосфері, тим самим ставлячи під загрозу своє існування:

В. І. Вернадський.

Штучні екосистеми

Рілля - типова штучна екосистема, нерозривно сусідить із природним лугом

Штучні екосистеми- це екосистеми, створені людиною, наприклад агроценози, природно-господарські системи або Біосфера 2.

Штучні екосистеми мають той самий набір компонентів, що й природні: продуценти, консументи та редуценти, але є суттєві відмінності у перерозподілі потоків речовини та енергії. Зокрема, створені людиною екосистеми відрізняються від природних наступним:

меншим числом видів та переважанням організмів одного або декількох видів (низька вирівняність видів);

невисокою стійкістю та сильною залежністю від енергії, що вноситься до системи людиною;

короткими ланцюгами живлення через невелику кількість видів;

незамкненим кругообігом речовин внаслідок вилучення врожаю (продукції співтовариства) людиною, тоді як природні процеси навпаки прагнуть включити в кругообіг якомога більшу частину врожаю

Без підтримки енергетичних потоків з боку людини в штучних системах з тією чи іншою швидкістю відновлюються природні процеси та формується природна структура компонентів екосистеми та речовинно-енергетичних потоків між ними.