Биосфера- часть оболочки Земли, населенная живыми организмами. Включает верхнюю часть литосферы, гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы. Учение о биосфере развито акад. В. И. Вернадским.
Ноосфера (от лат. "ноо"-разум, "разумная оболочка" Земли)-часть биосферы, в которой проявляется деятельность человека как положительная, так и отрицательная.
Биомасса Земли - совокупность всех живых организмов (живого вещества) планеты. Выражается в единицах массы или энергии, отнесенной к единице площади или объема. Биомасса Земли составляет 2,423 1012 т, из которых растений 97%, животных 3%.
Биомасса поверхности суши-совокупность всех живых организмов - растений, животных, микроорганизмов, населяющих сушу.
Биомасса почвы-совокупность живых организмов, обитающих в почве и играющих ведущую роль в процессе формирования почвы. Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения.
Гумус (от лат. "гумус"-перегной)-органическое вещество почвы, образующееся за счет разложения растительных и животных остатков и продуктов их жизнедеятельности. Количество гумуса служит показателем плодородия почвы, так как в нем находятся все основные элементы питания растений (гумусовый горизонт черноземных почв содержит до 30% гумуса).
Биомасса Мирового океана.- совокупность всех живых организмов, населяющих основную часть гидросферы Земли. Биомасса его в 1000 раз меньше, чем биомасса суши. так как использование солнечной энергии в воде составляет 0,04%, на суше-0<1-0,3%.
Биологическая продуктивность-количество органического вещества, Производимого за определенное время организмами, входящими в состав того или иного биогеоценоза (луга, леса, поля. водоема). Измеряется в единицах массы, времени и площади.
Живое вещество -- совокупность живых организмов (биомассы) биосферы. Представляет собой открытую систему, для которой характерны рост. размножение, распространение, обмен веществ и энергии с внешней средой.
Функции живого вещества: а) газовая- постоянный газообмен с окружающей средой в процессе дыхания растений и животных и фотосинтеза растений; б) концентрационная- биогенная миграция атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах, а затем после их отмирания и минерализации переходят в неживую природу; в) окислительно-восстановительная - обмен веществ и энергии с внешней средой: при диссимиляции окисляются органические вещества, выделяется тепловая энергия и в АТФ аккумулируется энергия химических связей, при ассимиляции образуются химические вещества, необходимые организму, за счет усвоения и превращения питательных веществ у животных н фотосинтеза у зеленых растений, при этом используется энергия АТФ.
Биохимия - наука, изучающая химический состав организмов и химические превращения веществ и энергии, составляющих основу жизнедеятельности организмов.
Геохимия- наука, изучающая химический состав Земли, находящихся в ней химических элементов и их стабильных изотопов, закономерности распространения химических элементов в различных геосферах, законы их поведения, сочетания и миграции (концентрации и рассеяния) в природных процессах.
Биогеохимия - отрасль геохимии, изучающая геохимические процессы, происходящие в биосфере при участии организмов. Она рассматривает роль организмов в процессе миграции, распределения, рассеяния и концентрации химических элементов в земной коре.
Воздействие человека на биосферу - процесс, при котором в биосфере резко ускоряется миграция атомов по сравнению с естественными биогеохимическими процессами. Количество элементов, включающихся в круговорот, увеличивается и усиливает давление на неорганическую среду: создается искусственная оболочка Земли - ноосфера. Познание закономерностей взаимоотношений человека с биосферой, разумное управление процессами, происходящими в природе, регулирование отношений человека с природой - главная задача экологии в мировом масштабе. Человек - часть биосферы, без которой он существовать не может.
Круговорот веществ - естественные циклические процессы превращения и перемещения химических элементов. В воздушной круговорот включается 98,3% веществ, в водный- 1,7%. Через газообразную фазу проходят О2, Н2, N, С и др., через водную фазу - Na, Mg, F, S, Cl. К и др.
Биологический круговорот - биогенная миграция атомов, круговорот веществ представляет собой два противоположных процесса - аккумуляцию элементов в живых организмах и минерализацию в результате разложения мертвых организмов. Образование живого вещества преобладает на поверхности суши, в верхних слоях морей, минерализация его - в почве и глубинах морей.
Круговорот азота - биогеохимичсский процесс в биосфере, в котором участвуют организмы-редуценты, а также нитрифицирующие и клубеньковые бактерии.
Аммонификация - разложение (гниение) белков с образованием аммиака (минерализация органического вещества). Осуществляется редуцентами.
Нитрификация - процесс окисления солей аммиака в соли азотной кислоты (I этап-превращение аммиака в нитриты, II этап-превращение нитритов в нитраты). Осуществляется почвенными нитрифицирующими бактериями (нитрозомонас, нитрозобактер).
Денитрификация - разложение солей азотной кислоты до образования газообразного азота. Осуществляется почвенными денитрифицнрующими бактериями.
Азотфиксация - образование азотистых соединений путем фиксации атмосферного азота свободноживущими почвенными бактериями (азотобактер) или бактериями, живущими в симбиозе с корнями бобовых растений (клубеньковые бактерии ризобиум).
Превращение энергии - трансформация поступающей на Землю энергии солнечной радиации в энергию химических связей. Осуществляется зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Расходуется на процессы жизнедеятельности всех живых организмов либо выделяется в форме теплоты, либо консервируется в земной коре в виде залежей угля, нефти, торфа.
Биосфера, ее структура и функции
Биосфера и человек
- Природные ресурсы и их использование
- Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды
- Охрана природы и перспективы рационального природопользования
Заключение
I. Биосфера, ее структура и функции.
Около 60 лет назад выдающийся русский ученый академик В.И. Вернадский разработал учение о биосфере – оболочке Земли, населенной живыми организмами. В.И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду обитания. Он выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: “На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом”. Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми существами.
В составе биосферы различают:
- живое вещество, образованное совокупностью организмов;
- биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);
- косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);
- биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).
Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюции живых организмов и развитием человеческого общества.
Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и отграничена слоем озона, который задерживает губительную для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана – до 10-11км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.
Атмосфера. Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород – в результате фотосинтеза.
Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70 % поверхности Земного шара и содержит 1 300 млн. км.
Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.
Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.
Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества – продукты жизнедеятельности организмов.
Живые организмы (живое вещество). Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и приповерхностном слое океана.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21 % приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99 %. Среди животных 96 % видов беспозвоночные и только 4% позвоночные, из которых только десятая часть – млекопитающие.
Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, состоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.
Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, одна она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются.
Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.
II. Биосфера и человек.
Современный человек сформировался около 30-40 тыс. лет назад. С этого времени в эволюции биосферы стал действовать новый фактор – антропогенный.
Первая созданная человеком культура – палеолит (каменный век) продолжалась примерно 20-30- тыс. лет; она совпала с длительным периодом оледенения. Экономической основой жизни человеческого общества была охота на крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога, осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят многочисленные кости диких животных – свидетельство успешной охоты. Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов.
Если мелкие травоядные могли восполнять потери от преследования охотниками благодаря высокой рождаемости, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены этой возможности. Дополнительные трудности для травоядных возникли вследствие изменения природных условий в конце палеолита. 10-13 тыс. лет назад наступило резкое потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе, вымерли крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития, характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским отношением к окружающей среде. В следующую эпоху – неолита - наряду с охотой (на лошадь, дикую овцу, благородного оленя, кабана, зубра, и т.д.), рыбной ловлей и собирательством (моллюски, орехи, ягоды, плоды) все большее значение приобретает процесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тыс. лет назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу, ячмень, чечевицу, кости домашних животных – коз, овец, свиней. В разных местах Передней и Средней Азии, Кавказа, Южной Европы развиваются зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется огонь – и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается металлургия.
Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние два столетия, особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы.
В.И. Вернадский считал, что влияние научной мысли и человеческого труда обусловило переход биосферы в новое состояние – ноосферу (сферу разума).
1. Природные ресурсы и их использование.
Сейчас человек использует для своих нужд все большую часть территории планеты и все большие количества минеральных ресурсов. Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат основой материального производства человеческого общества.
Среди природных богатств планеты различают неисчерпаемые и исчерпаемые ресурсы.
Неисчерпаемые ресурсы. Неисчерпаемые природные ресурсы подразделяются на космические, климатические и водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную воду можно рассматривать как ресурс исчерпаемый, поскольку во многих регионах Земного шара возник острый дефицит воды. Уже идет речь о неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования ввиду загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом. Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии использования воздуха и воды эти ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных программ, направленных на их восстановление.
Исчерпаемые ресурсы. Они делятся на возобновляемые и невозобновляемые. К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие почв. К невозобновляемым ресурсам относятся полезные ископаемые. Их использование человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами, которые нашли применение, были самородное золото и медь. Добывать и плавить руды, содержащие медь, а также олово, серебро, свинец, умели уже за 4 тыс. лет до нашей эры.
В настоящее время человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности преобладающую часть известных минеральных руд, каменного угля, нефти и газа. Научно-технический прогресс открывает все новые области применения черных и цветных металлов, различного неметаллического сырья. В результате расширяется разработка бедных руд, увеличивается добыча нефти со дна моря.
В хозяйственный оборот вовлекаются все новые территории, растет использование древесины и промысловых животных. Подвергаются обработке значительные площади суши с целью выращивания растительных продуктов питания и создания кормовой базы для животноводства.
В современных условиях значительная часть поверхности Земли распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельского хозяйства потребовало больших площадей для строительства городов, промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения коммуникаций. Всего, таким образом, около 20 % суши к настоящему времени преобразовано деятельностью человека.
Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственной деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча полезных ископаемых. На прилегающих территориях создаются карьеры, терриконы- земляные конусы, провальный воронки, возникающие на местах пустот под землей.
Из числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни человека играет лес. Лес имеет немаловажное значение как географический и экологический фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают поверхностные воды, т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддерживанию уровня грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и другая дичь. В нашей стране леса занимают около 760 млн. га, или 33% всей ее суши, и являются одним из основных природных богатств.
Несмотря на длительную историю культурного земледелия, дикая природа продолжает служить для человека существенным источником продуктов питания. В первую очередь это рыболовство. В разных странах мира в белковом рационе человека рыба составляет от 17 до 83 %. Из рыбы получают витамины, кормовую муку для скота, малоценные сорта рыб перерабатывают на удобрение для полей. Основная доля рыбных богатств сосредоточена в морях. Важный объект морского промысла – водные млекопитающие. Добыча китов составляет несколько десятков тысяч особей в год. Киты и ластоногие служат источником мяса, жира; некоторые виды добывают ради шкур с прочным и красивым мехом.
Значение диких растений и животных для человека не исчерпывается пищевой ценностью. Подавляющее большинство их необходимы как обязательные компоненты биоценозов (биоценоз – это целостная группа популяций с общей территорией обитания, отличающейся от других соседних территорий химическим составом почвы, воды и рядом других физических показателей: климатом, влажностью и т.д.), без них понятие “природа” просто утрачивает свое значение. Растения, например лекарственные, приносят человеку ощутимую пользу. Дикорастущие виды до сих пор являются исходным материалом для селекции. Среди диких животных есть виды, перспективные для одомашнивания.
Таким образом, человечество интенсивно потребляет как живые, так минеральные природные ресурсы. Однако такое использование окружающей среды имеет свои отрицательные последствия.
2. Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды.
В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. Однако при современном уровне развития производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом. Человечество с его социальными законами развития и мощной техникой вполне способно влиять на вековой ход биосферных процессов.
Загрязнение воздуха. В процессе своей деятельности человек загрязняет воздушную среду. Над городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые в сельской местности содержатся в очень небольших количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и выпадая в виде кислых дождей, ухудшает качество почвы и снижают урожай.
Основные причины загрязнения атмосферы – сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX веке поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание вредных продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них особенно выделяется сернистый ангидрид – ядовитый газ, легко растворимый в воде.
Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание опадание листьев хвои. Часть SO 2 окисляется до серного ангидрида. Растворы сернистой и серной кислот, выпадая с дождями на поверхность Земли, причиняют вред живым организмам, разрушают здания. Почва приобретает кислую реакцию, из нее вымывается перегной (гумус) – органическое вещество, содержащее компоненты, необходимые для развития растений. Кроме того, в ней снижается количество солей кальция, магния, калия. В кислых почвах уменьшается и число обитающих в ней видов животных, замедлена скорость разложения опада. Все это создает неблагоприятные условия для роста растений.
Каждый год в результате сжигания топлива в атмосферу поступают миллиарды тонн CO 2 . Половина диоксида углерода, образующегося при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание CO 2 в атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилось более чем на 10 %. CO 2 препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая так называемый “парниковый эффект”. Изменение содержания CO 2 в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли.
Промышленные предприятия и автомобили служат причиной поступления в атмосферу многих ядовитых соединений – оксид азота, оксида углерода, соединений свинца (каждый автомобиль выделяет за год 1 кг свинца), различных углеводородов – ацетилена, этилена, метана, пропана, и др. Вместе с капельками воды они образуют ядовитый туман – смог, вредно действующий на организм человека, на растительность городов. Жидкие и твердые частицы (пыль), взвешенные в воздухе, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Так, в больших городах солнечная радиация уменьшается на 15 %, ультрафиолетовое излучение – на 30 % (а в зимние месяцы оно может совсем исчезнуть).
Загрязнение пресных вод. Масштабы использования водных ресурсов быстро увеличиваются. Это связано с ростом населения и улучшением санитарно-гигиенических условий жизни человека, развитием промышленности и орошаемого земледелия. Суточное потребление воды на хозяйственно-бытовые нужды в сельской местности составляет 50 л на одного человека, в городах – 150 л.
Огромное количество воды используется в промышленности. На выплавку 1 т стали необходимо 200 м 3 воды, а на изготовление 1 т синтетического волокна – от 2500 до 5000 м 3 . Промышленность поглощает 85 % всей воды, расходуемой в городах.
Еще больше воды необходимо для орошения. В течение года на 1 га поливных земель уходит 12-14 м 3 воды. В нашей стране ежегодно на орошение расходуется более 150 км 3 .
Постоянное увеличение водопотребления на планете ведет к опасности “водного голода”, что обусловливает необходимость разработки мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов. Кроме высокого уровня расхода нехватка воды вызывается ее растущим загрязнением вследствие сброса в реки отходов промышленного и особенно химического производства. Бактериальное загрязнение и ядовитые химические вещества (например, фенол) приводят к омертвлению водоемов. Вредные последствия имеет также молевой сплав леса по рекам, который часто сопровождается заторами. При длительно пребывании древесины в воде она теряет деловые качества, а вымываемые из нее вещества губительно действуют на рыб.
В реки и озера поступают и вымываемые из почвы дождями минеральные удобрения – нитраты и фосфаты, которые в больших концентрациях способны резко изменять видовой состав водоемов, а также различные ядохимикаты – пестициды, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями. Для аэробных организмов, обитающих в пресных водах, неблагоприятным фактором служит и сброс предприятиями теплых вод. В теплой воде кислород плохо растворяется и его дефицит может приводить многие организмы к гибели.
Загрязнение Мирового океана. Значительному загрязнению подвергаются воды морей и океанов. С речным стоком, а также от морского транспорта в моря поступают болезнетворные отходы, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, ядовитые органические соединения, в том числе пестициды. Загрязнения морей и океанов достигает таких масштабов, что в ряде случаев выловленные рыбы и моллюски оказываются непригодными для употребления в пищу.
Антропогенные изменения в почве. Плодородный слой почвы формируется очень долго. В тоже время ежегодно вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора – главных компонентов питания растений. Перегной, основной фактор плодородия почвы, содержится в черноземах в количестве менее 5 % от массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше. При отсутствии пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-100 лет. Этого не происходит, поскольку культурное земледелие предусматривает внесение в почву органических и неорганических (минеральных) удобрений.
Внесенные в почву азотные удобрения используются растениями на 40-50%. Остальная часть восстанавливается микроорганизмами до газообразных веществ, улетучивается в атмосферу или вымывается из почвы. Таким образом, минеральные азотные удобрения быстро расходуются, поэтому их приходиться вносить ежегодно. При недостаточном применении органических и неорганических удобрений почва истощается и урожаи падают. Неблагоприятные изменения в почве наступают и в результате неправильных севооборотов, т. е. ежегодного посева одних и тех же культур, например картофеля.
К числу антропогенных изменений почвы относится эрозия (разъедание). Эрозия представляет собой разрушение и снос почвенного покрова потоками воды или ветром. Широко распространена и наиболее разрушительна водная эрозия. Она возникает на склонах и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и дождевыми водами с полей ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн почвы. Если размыву ничто не препятствует, мелкие промоины превращаются в более глубокие и, наконец, в овраги.
Ветровая эрозия возникает в районах с сухой обнаженной почвой, с изреженным растительным покровом. Чрезмерный выпас скота в степях и полупустынях способствует ветровой эрозии и быстрому разрушению травяного покрова. Для восстановления слоя почвы толщиной 1 см в естественных условиях требуется 250-300 лет. Следовательно, пыльные бури приносят невосполнимые потери плодородного слоя почвы.
Значительные территории со сформированными почвами изымаются из сельскохозяйственного оборота вследствие открытого способа разработки полезных ископаемых, залегающих на небольшой глубине. Открытый способ добычи дешев, так как избавляет от сооружения дорогостоящих шахт и сложной системы коммуникаций, а также является более безопасным. Вырытые глубокие карьеры и отвалы грунта разрушают не только земли, подлежащие разработке, но и окружающие территории, при этом нарушается гидрологический режим местности, загрязняются воды, почва и атмосфера, снижается урожай сельскохозяйственных культур.
Влияние человека на растительный и животный мир. Воздействия человека на живую природу складывается из прямого влияния и косвенного изменения природной среды. Одна из форм прямого воздействия на растения и животных – рубка леса. Выборочные и санитарные рубки, регулирующие состав и качество леса и необходимые для удаления поврежденных и больных деревьев, существенно не влияют на видовой состав лесных биоценозов. Другое дело – сплошная вырубка древостоя. Оказавшись внезапно в условиях открытого местообитания, растения нижних ярусов леса испытывают неблагоприятное влияние прямого солнечного излучения. У тенелюбивых растений травянистого и кустарничкового ярусов разрушается хлорофилл, угнетается рост, некоторые виды исчезают. На месте вырубок поселяются светолюбивые растения, устойчивые к повышенной температуре и недостатку влаги. Меняется и животный мир: виды, связанные с древостоем, исчезают или мигрируют в другие места.
Ощутимое воздействие на состояние растительного покрова оказывает массовое посещение лесов отдыхающими и туристами. В этих случаях вредное влияние заключается в вытаптывании, уплотнения почвы и ее загрязнении. Прямое влияние человека на животный мир заключается в истреблении видов, представляющих для него пищевую или другую материальную пользу. Считается, что с 1600 г. человеком было истреблено более 160 видов и подвидов птиц и не менее 100 видов млекопитающих. В длинном списке исчезнувших видов значится тур – дикий бык, живший на территории всей Европы. В XVIII в. была истреблена описанная русским натуралистом Г.В. Стеллером морская корова (стеллерова корова) – водное млекопитающее, относящееся к отряду сиреновых. Немногим более ста лет назад исчезла дикая лошадь тарпан, обитавшая на юге России. Многие виды животных находятся на грани вымирания или сохранились только в заповедниках. Такова судьба бизонов, десятками миллионов населявших прерии Северной Америки, и зубров, прежде широко распространенных в лесах Европы. На Дальнем Востоке почти полностью истреблен пятнистый олень. Усиленный промысел китообразных привел на грань уничтожения несколько видов китов: серого, гренландского, голубого.
На численность животных оказывает влияние и хозяйственная деятельность человека, не связанная с промыслом. Резко снизилась численность уссурийского тигра. Это произошло в результате освоения территорий в пределах его ареала и сокращения кормовой базы. В Тихом океане ежегодно погибает несколько десятков тысяч дельфинов: в период лова рыбы они попадают в сети и не могут из них выбраться. Еще недавно, до принятия рыбаками специальных мер, число погибающих в сетях дельфинов достигало сотен тысяч. Для морских млекопитающих очень неблагоприятно влияние загрязнения воды. В таких случаях оказывается неэффективным запрет на отлов животных. Например, после запрета отлова дельфинов в Черном море их численность не восстанавливается. Причина заключается в том, что в Черное море с речной водой и через проливы из Средиземного моря поступает много ядовитых веществ. Эти вещества особенно вредны для детенышей дельфинов, высокая смертность которых предотвращает рост поголовья этих китообразных.
Исчезновение сравнительно небольшого числа видов животных и растений может показаться не очень существенным. Каждый вид занимает определенное место в биоценозе, в цепи и заменить его не может никто. Исчезновение того или иного вида ведет к уменьшению устойчивости биоценозов. Еще важнее то, что каждый вид обладает уникальными, присущими только ему свойствами. Утрата генов, определяющих эти свойства и отобранных в ходе длительной эволюции, лишает человека возможности в будущем воспользоваться ими для своих практических целей (например, для селекции).
Радиоактивное загрязнение биосферы. Проблема радиоактивного загрязнения возникла в 1945 г. после взрыва атомных бомб, сброшенных на японские города Хиросиму и Нагасаки. Испытания ядерного оружия, производимые до 1963 г. в атмосфере, вызывали глобальное радиоактивное загрязнение. При взрыве атомных бомб возникает очень сильное ионизирующее излучение, радиоактивные частицы рассеиваются на большие расстояния, заражая почву, водоемы, живые организмы. Многие радиоактивные изотопы имеют длительный период полураспада, оставаясь опасными в течение всего времени своего существования. Все эти изотопы включаются в круговорот веществ, попадают в живые организмы и оказывают губительное действие на клетки.
У испытаний ядерного оружия (а тем более при использовании этого оружия в военных целях) есть еще одна отрицательная сторона. При ядерном взрыве образуется громадное количество мелкой пыли, которая держится в атмосфере и поглощает значительную часть солнечной радиации. Расчеты ученых различных стран мира показывают, что даже при ограниченном, локальном применении ядерного оружия образовавшаяся пыль будет задерживать большую часть солнечного излучения. Наступит длительное похолодание (“ядерная зима”), которое неизбежно приведет к гибели всего живого на Земле.
В настоящее время практически любая территория планеты от Арктики до Антарктиды подвержена многообразным антропогенным влияниям. Очень серьезный характер приобрели последствия разрушения природных биоценозов и загрязнения окружающей среды. Вся биосфера находится под все усиливающимся давлением деятельности человека, поэтому актуальной задачей становятся природоохранительные мероприятия.
Кислые атмосферные выпады на сушу. Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств окислов серы, азота, углерода. Эти окислы, поступая в атмосферу, переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу окислов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.
3. Охрана природы и перспективы рационального природопользования.
В наши дни потребительское отношение к природе, расходование ее ресурсов без осуществления мер по их восстановлению уходят в прошлое. Проблема рационального использования природных ресурсов, охрана природы от губительных последствий хозяйственной деятельности человека приобрели огромное государственное значение. Общество в интересах настоящих и будущих поколений принимает необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей среды человека. Охрана природы и рациональное природопользование - проблема комплексная, и ее решение зависит как от последовательного осуществления государственных мероприятий, так и от расширения научных знаний.
Для вредных веществ в атмосфере законодательно установлены предельно допустимые концентрации, не вызывающие у человека ощутимых последствий. С целью предотвращения загрязнения атмосферы разработаны мероприятия, обеспечивающие правильное сжигание топлива, переход на газифицированное теплоцентральное отопление, установку на промышленных предприятиях очистных сооружений. На алюминиевых заводах установка фильтров на трубах предотвращает выброс фтор в атмосферу.
Помимо строительства очистных сооружений ведутся поиски технологии, при которой образование отходов было бы сведено к минимуму. Этой же цели служат улучшение конструкции автомобилей, переход на другие виды топлива, при сжигании которого образуется меньше вредных веществ. Разрабатываются автомобили с электрическим двигателем для передвижения в пределах города. Большое значение имеют правильная планировка городов и зеленые наслаждения. Например, сернистый газ хорошо поглощается тополем, липой, кленом, конским каштаном.
Бытовые и промышленные сточные воды подвергаются механической, физико-химической и биологической обработке. Биологическая очистка заключается в разрушении растворенных органических веществ микроорганизмами.
Очистка сточных вод не решает всех проблем. Поэтому все больше предприятий переходит на новую технологию – замкнутый цикл, при котором очищенная вода вновь поступает в производство. Новые технологические процессы позволяют в десятки раз сократить расход воды.
Для повышения продуктивности сельского хозяйства громадное значение имеют правильная агротехника и осуществление специальных мероприятий по охране почвы. Например, борьба с оврагами успешно ведется путем посадки растений – деревьев, кустарников, трав. Растения защищают почвы от смыва и уменьшают скорость течения воды. Разнообразие посадок и посевов по оврагу способствует образованию стойких биоценозов. В зарослях поселяются птицы, что имеет немаловажное значение для борьбы с вредителями. Защитные лесонасаждения в степях препятствуют водной и ветровой эрозии полей.
Развитие биологических методов борьбы с вредителями позволяет резко сократить использование в сельском хозяйстве пестицидов.
В настоящее время в охране нуждаются 2000 видов растений, 236 видов млекопитающих, 287 видов птиц. Международным союзом охраны природы учреждена специальная Красная книга, в которой сообщаются сведения об исчезающих видах и даются рекомендации по их сохранению. Многие виды животных, находящихся под угрозой исчезновения, сейчас восстановили свою численность. Это относится к лосю, сайгаку, белой цапле, гаге.
Сохранения животного и растительного мира способствует организации заповедников и заказников. Помимо охраны редких и исчезающих видов служат базой для одомашнивания диких животных, обладающих ценными хозяйственными свойствами. Заповедники служат также центрами по расселению животных, исчезнувших в данной местности, или целям обогащения местной фауны. В России хорошо прижилась североамериканская ондатра, дающая ценный мех. В суровых условиях Арктики успешно размножается овцебык, завезенный из Канады и Аляски. Восстановлена численность бобров, почти исчезнувших в нашей стране в начале века.
Подобные примеры показывают, что бережное отношение, основанное на глубоких знаниях биологии растений и животных, не только сохраняет ее, но и дает значительный экономический эффект.
Заключение.
Человечество в своем стремлении к улучшению условий существования постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. Например, современный человек увеличил объем привычных для природы загрязнений настолько, что она не успевает их перерабатывать. Мало того, он стал вырабатывать такие загрязнения, для переработки которых в природе пока нет соответствующих видов, а для некоторых загрязнений, к примеру радиоактивных, их никогда и не появится. Поэтому “отказ” биосферы перерабатывать плоды человеческой деятельности неизбежно будет действовать как все более нарастающий ультимативный фактор в отношении человека. Поэтому будущее человека как биологического вида предсказуемо: экологический кризис и снижение численности.
Список литературы:
- Общая биология. Справочные материалы. М. , Дрофа, 1995.
- Общая биология. Учебник для средних специальных учебных заведений. С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, М., Высшая школа 2000 г.
История биосферы
Определение 1
Термин «биосфера» (от греч. bios – жизнь, sphaira - шap) в настоящее время один из самых распространенных как в научной, так и в популярной публицистической литературе.
Впервые представление о биосфере и ее роли в истории нашей планеты дал в своей работе «Гидрология» Ж.Б. Аамарк (1802). He пользуясь еще этим термином, он писал, что «все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов». Развивая эти идеи, немецкий ученый А. Гумбольдт ввел понятие «жизненная среда» (1826), понимая под ней оболочку Земли, куда включал атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органический мир.
В 60-х годах XIX в. немецкий агроном Ф. Ратцель назвал поверхность Земли «пространством жизни». Так постепенно формировалось понятие пространства, охватываемого жизнью и ею же создаваемого. Австрийский геолог Э. Зюсс назвал это пространство «биосферой» (1875). Именно с этою момента и входит в научный обиход этот термин. В своей книге «Анк Земли» (1909) Зюсс описал биосферу как «совокупность организмов, охваченную в пространстве и пo времени, и обитающую на поверхности Земли».
Наиболее полно это понятие было разработано в трудах российского естествоиспытателя и философа В. И. Вернадского. В 1919 г. он высказал идею «единого, целого, нераздельного» органического мира («живого вещества») и его геологических функций. Под именем «живого вещества» он понимал «всю совокупность организмов, растительных и животных, в том числе и человека». В 1926 г. вышла работа В.И. Вернадского «Биосфера», в которой ученый изложил в полном и совершенном виде свое учение о «живом веществе».
Человек и биосфера
Многие процессы движения и образования в биосфере живых веществ сопровождаются и связаны круговоротом энергии и вещества. Биогеохимические циклы, в которых участвуют живые вещества, обладают существенно более высокой интенсивностью, количеством и скоростью втянутого в оборот вещества в отличие от геологических процессов.
С возникновением и формированием человечества ход эволюции сильно переменился. На начальных стадиях цивилизации выжигание вырубка лесов для земледелия, выгон скота, охота на диких зверей и промысел, битвы разрушали целые регионы, подвергали к разгрому растительные сообщества, истребляли отдельные виды зверей. В ходе развития цивилизации, а именно после конца средних веков - промышленной революции, человек овладевал все значительной силой, все больше растущей способностью втягивать и употреблять для ублажения своих повышающихся нужд большие массы вещества - как живого, органического, так и косного, минерального.
Замечание 1
В.И. Вернадский полагал, что воздействие научной мысли и труда человека определило перевод биосферы в новейшее состояние. Это состояние назвали ноосферой (сферой разума).
Увеличение населения, качественный подьем в развитии техники и науки за последние двести лет, а тем более в наши дни, привели к тому, что жизнедеятельность человека становится фактором планетарного масштаба, устремляющей силой следующие развитие биосферы.
Подобные значительные сдвиги в процессах биосферы возникли в XX веке вследствие новой промышленной революции. бешеное развитие, машиностроения, энергетики, транспорта, химии приводило к тому, что людская деятельность становится сравнима по масштабам с естественными материальными и энергетическими процессами, которые происходят в биосфере. Интенсивность употребления человеком материальных ресурсов и энергии повышается пропорционально количеству населения и даже обгоняет его рост.
В.И.Вернадский писал:
"Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли".
Его предостережение оправдалось.
Результаты предпринимаемой человеком антропогенной (антропогенной) деятельности выражается в уменьшении естественных ресурсов, загрязнение биосферы различными отходами производства и жизни, разгроме естественных экосистем, модифицировании строения поверхности планеты, трансформации климата. Человеческое воздействия приведут к срыву почти всех природных биогеохимических циклов
а) Понятие о биосфере. Определение.
Биосфера - населенная жизнью оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов.
б) Вклад академика Вернадского в создание учения о биосфере. Основные оболочки биосферы.
Учение о биосфере и ноосфере сложилось в результате проведенного В.И. Вернадским глубочайшего анализа всех явлений жизни в их взаимной связи между собою и с косным веществом планеты на всем пути их исторического развития.
С именем В.И. Вернадского связано вхождение в науку революционных научных представлений, намного опередивших свое время и послуживших основой их плодотворного развития в наши дни. Учение о биосфере созданное В.И. Вернадским в 1926 году, рассматривает «живые организмы» как нечто целое и единое», «как живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе энергии»
По Вернадскому к биосфере относятся нижние слои стратосферы, вся тропосфера, верхняя часть литосферы, сложенная осадочными породами и гидросфера. Над земной поверхностью биосфера поднимается до высоты примерно 23 км, а ниже поверхности простирается до глубины 12 км. В различных слоях стратосферы находятся более или менее мощные отложения углей, нефти и газа. В растительном происхождении углей никто не сомневается, однако в отношении нефти и подземного газа есть расхождения; некоторые геологи не считают их органическими по своему происхождению. В.И. Вернадский считал и нефть, и подземные газы результатом жизнедеятельности живых компонентов биосферы. В последнее десятилетие при изучении нефти было выяснено, что в нефти существуют некоторые живые бактерии, таким образом, жизнь проникает в более или менее глубокие слои стратосферы.
в) Литосфера. Хар-ка. Границы.
Литосфера - это твердая наружная оболочка Земли, включающая земную кору (верхние горизонты литосферы) и нижележащую оболочку - верхнюю часть верхней мантии. Верхняя граница биосферы определяется примерно 10 - 15 км слоем атмосферы, а нижняя - находится в литосфере предположительно на глубинах 3 - 5 км, т. е. охватывает верхнюю часть гидрогеосферы. Впервые наиболее глубоко и полно представление о биосфере и ее роли в геологических процессах было разработано крупным русским ученым В. И. Вернадским. Понятие окружающая среда, как видим, довольно обширное и емкое. Оно включает растительный и животный мир, географические условия, климат, природные ресурсы (воды, воздух, землю, почву, геологические ресурсы) и, наконец, результаты производственной деятельности человека. Окружающая среда - это не просто научное понятие, это объективный мир, та реальность, в которой проходит жизнь и деятельность человека.
г) Гидросфера. Хар-ка. Границы. Пленка жизни.
Гидросфе́ра - это водная оболочка Земли.Она образует ее прерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3800 м, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) - 11,034 метров. В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше - в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % - подземные воды, около 2 % - льды и снега, около 0,02 % - поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу. Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу. Океаническую кору слагают осадочный слой и гранитный слой.
Плёнка жизни - термин, употреблявшийся В. И. Вернадским и вошедший в научный обиход для обозначения скопления живого вещества, организмов на контакте поверхности литосферы, приземного слоя атмосферы и мелководий и верхних слоев гидросферы.
д) Атмосфера. Хар-ка. Границы.
Атмосфе́ра - газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
2. Ионосфера - отсутствует живое вещество, расстояние 100-500 км. Представлено разжиженным газом.
3. Атмосфера
4. Стратосфера - слой атмосферы расположенный на высоте 20-15 км. Нижняя часть - температура постоянна, а чем выше поднимаемся тем ее температура уменьшается.
5. Тропосфера - от 3-15 км, сосредоточение газов, состав атмосферы, и весь водяной пар. Между тропо- и стратосферой - озоновый слой. Озоновый слой - защита, поглощение радиации.
Вопрос № 34(3) Биосфера.
А) Современные концепции биосферы и их сущность. Роль русских и советских ученых в развитии учения о биосфере(Докучаев, Вернадский).
В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:
Биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке);
Косное (абиотическое, образованное вне жизни);
Биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва);
Вещество в стадии радиоактивного распада;
Рассеянные атомы;
Вещество космического происхождения.
Вернадский был сторонником гипотезы панспермии. Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени.
Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы.
Основные предпосылки возникновения ноосферы:
расселение Homo sapiens по всей поверхности планеты и его победа в соревновании с другими биологическими видами;
развитие всепланетных систем связи, создание единой для человечества информационной системы;
открытие таких новых источников энергии как атомная, после чего деятельность человека становится важной геологической силой;
победа демократий и доступ к управлению широких народных масс;
всё более широкое вовлечение людей в занятия наукой, что также делает человечество геологической силой.
Работам Вернадского был свойствен исторический оптимизм: в необратимом развитии научного знания он видел единственное доказательство существования прогресса.
ДОКУЧАЕВ Василий Васильевич (1846–1903), российский естествоиспытатель. Вошёл в историю как основатель генетического почвоведения и учения о природных (географических) зонах. Впервые (1883) сформулировал понятие о почве как особом естественно-историческом теле, образующемся при взаимодействии материнской геологической породы, климата, рельефа местности, растительного и животного мира, хозяйственной деятельности человека. Дал научную классификацию почв (1886). Им была составлена программа исследований чернозема европейской России. Результатом исследований по чернозему стал научный труд «Русский чернозем» (1883), которым он заложил основы научного почвоведения. За данную работу Докучаев был удостоен Петербургским университетом степени доктора.
Б) Ноосфера.
Ноосфера - предположительно новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы. Согласно В. И. Вернадскому, «в биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного» . Понятие «ноосфера» было введено в науку Французским философом Леруа (1926). Ноосферой он называл оболочку земли Включающую человеческое общество с его языком, индустрией и прочими атрибутами разумной деятельности. В противоположность приведенной трактовке Вернадский развивал материалистическое представление о ноосфере, представляя ее как нечто внешнее по отношению к биосфере, а как новый этап в развитии биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы.
В) Медико-биологические аспекты ноосферы.
Освоения естественного пространства человеком приводит к тому, что человек, вмешиваясь в круговороты вещества и энергии в биосфере, нарушает функционирование механизмов поддержания динамического равновесия между ее составными частями. Если на ранних этапах существования общества природа была способна справляться с этими нарушениями с помощью своих традиционных методов установления равновесия, то с нарастанием объема знаний человечества, а вместе с тем и совокупной производительной силы, ему становится все труднее делать это без серьезных последствий для существования самой биосферы. Биосфера стала быстро терять способность к воспроизводству своих основных функций, она «не успевает» перерабатывать результаты человеческой деятельности. Человек создал много таких веществ, которые не существовали в природе к ней и для которых она не выработала методов и механизмов утилизации.
Локальные экологические катастрофы перерастают в глобальный экологический кризис, который может перерасти в глобальную экологическую катастрофу. Становление ноосферы и возникновение кризисных ситуаций, угрожающих самому существованию людского рода – один и тот же процесс. Ноосфера как реальность является искусственной средой, которая теснит и подавляет ареал биологического бытия. Формирование искусственной среды открыло перед людьми небывалые возможности для роста материальной обеспеченности, комфорта и безопасности, подняло новую ступень культурное развитие, но оно же ведет к загрязнению воды и воздуха, опустыниванию почвы, общей деградации естественной среды обитания. По последствиям для человека чрезмерное разрастание искусственного явления оказываетсясугубо противоречивым, с неясными перспективами.
Г) Человечество как самостоятельная геологическая сила.
Человек, воздействуя на экосистемы и отторгая часть вещества и энергии в производственный цикл, нарушает биотические круговороты, что неминуемо сказывается на состоянии окружающей среды. Как правило, она становится неблагоприятной для жизни человека. Однако вторичные биогеоценозы, возникающие на месте коренных в результате антропогенного воздействия, не всегда ущербны с точки зрения поддержания функций биотического круговорота. Для человека главное, чтобы живое вещество, независимо от того, какими формами оно представлено (например, коренным лесом или вторичным лугом), выполняло свои разнообразные функции так, чтобы среда обитания в данном месте оставалась благоприятной. Следствием антропогенного воздействия на природные ландшафты является их экологическая дестабилизация. Последняя определяется В. С. Залетаевым как антропогенно измененная и изменяющаяся географическая среда, для которой типичны новый характер динамизма, аномально быстрое развитие как процессов деструкции экосистем, так, одновременно, и новообразований, проявление новых экологических феноменов, а также формирование новых механизмов самоорганизации экосистем. Важнейшее свойство экологически дестабилизированной среды – возникновение дробной экологической дифференцированности и контрастности биогеоценотического покрова и вместе с тем усиление экологической связности разнородных территорий на основе существенно возросшего транспорта вещества и расселения организмов. В экологически дестабилизированных ландшафтах меняется природный потенциал, т. е. количество проходящего через геосистемы вещества, энергии, информации, благодаря которым ландшафты существуют, сохраняя внутренние и внешние связи, и самовосстанавливаются при воздействии на них человека. Нормальное функционирование и способность к самовосстановлению ландшафта возможны только при условии сохранения биотической структуры зональных типов природных экосистем. Функции живого вещества определяют интенсивность биогеохимических круговоротов, биологическую продуктивность экосистемы, общие запасы органики в ландшафте. Количество и форма этих запасов, характер круговоротов влияют на направление хозяйственной деятельности, а последняя, в свою очередь, вызывает изменения названных процессов в ландшафте.
Д) Международные и национальные программы по изучению биосферы.
4 По инициативе МСОП, Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирного фонда дикой природы (ВВФ), а также организаций ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства (ФАО), образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) была разработана Всемирная стратегия охраны природы. В 1983 г. была создана Международная комиссия по окружающей средеи развитию (МКОСР). Именно с работой этой комиссии в международный обиход вошло понятие «устойчивое развитие», означающее такую модель социально-экономического развития мирового сообщества, при которой достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения людей и гарантируется, что будущие поколения не будут лишены такой возможности из-за исчерпания природных ресурсов и деградации окружающей среды. Претворение в жизнь принципов устойчивого развития позволит говорить о создании ноосферы - нового состояния биосферы, при котором разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором ее развития.
Вопрос №35 (3) Человек и биосфера.
А) Человек как природный объект: генетический и функциональный аспект.
Человек есть продукт сложнейших эволюционных процессов, которые протекали в течение сотен миллионов лет. Являясь вершиной развития материи, современный человек сложился как биопсихосоциальное существо, жизнедеятельность которого может быть охарактеризована биологическими, психическими и социальными показателями. Биологические выражаются в различных функциях организма человека, его непосредственных связях с окружающей природной средой, без которых он просто не может существовать физически. Под психическими следует понимать внутренний духовный мир человека и его проявления, а под социальными - «встроенность» человека в сложившиеся отношения в коллективе, в сообществе людей.
Б) Биосфера как среда обитания и источник существования.
Человек как экологический фактор в отличие от животных не только пользуется природными ресурсами, но, действуя на нее целенаправленно и осознанно, господствует над ней, адаптируя условия к своим потребностям. Это достигается благодаря тому, что человек в отличие от растений и животных, использующих для своих потребностей энергию Солнца или органического вещества, накопленного в процессе фотосинтеза, применяет различные источники энергии, в том числе недоступные другим живым организмам: энергию ископаемого топлива, водных потоков, атомную и термоядерную. Энерговооруженность и техническая оснащенность человека неуклонно растут, и это позволяет ему заселять самые разнообразные условия обитания и снимает естественные барьеры ограничения численности человеческих популяций.
Созданием вокруг себя искусственной среды обусловливается также и специфика человека как объекта действия экологических факторов. Это действие всегда опосредовано результатами производственной деятельности людей. Естественные экосистемы вытесняются антропогенными экосистемами, абсолютно доминирующим экологическим фактором которых является человек. Среда обитания человека включает биоприродный и социально-культурный компоненты, или естественную иискусственную среды. В естественной и искусственной средах человек представлен как социальное существо.
В целях обеспечения биологической жизнедеятельности и существования человеку абсолютно необходим непрерывный приток атмосферного кислорода, питьевой воды, пищи. Подобно животным, его организм подчинен суточным и сезонным ритмам, реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, интенсивность солнечного излучения и т.д.
Отражением биологической природы человека (как и всего живого) является стремление сохранить свою жизнь всеми доступными средствами, в том числе и посредством использования природных факторов, продолжить ее через размножение, обеспечить максимум безопасности жизнедеятельности. Естественно, что для достижения указанных целей необходимы постоянные взаимодействия человека со средой обитания.
Во взаимоотношениях с окружающей средой человеческая популяция чисто биологически проявляет определенную норму реакции, т.е. предсказуемое изменение состояния организма при определенном уровне внешнего воздействия. Норму реакции человека, в свою очередь определяет генотип, который представляет собой наследственную программу развития.
В) Ресурсы природы.
Приро́дные ресу́рсы - естественные ресурсы: тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества.
Приро́дные ресу́рсы - совокупность объектов и систем живой и неживой природы, компоненты природной среды, окружающие человека и которые используются в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей человека и общества.
По происхождению:
Ресурсы природных компонентов (минеральные, климатические, водные, растительные, земельные, почвенные, животного мира)
Ресурсы природно-территориальных комплексов (горно-промышленные, водохозяйственные, селитебные, лесохозяйственные)
По видам хозяйственного использования:
Ресурсы промышленного производства
Энергетические ресурсы (Горючие полезные ископаемые, гидроэнергоресурсы, биотопливо, ядерное сырье)
Неэнергетические ресурсы (минеральные, водные, земельные, лесные, рыбные ресурсы)
Ресурсы сельскохозяйственного производства (агроклиматические, земельно-почвенные, растительные ресурсы - кормовая база, воды орошения, водопоя и содержания)
По виду исчерпаемости:
Исчерпаемые
Невозобновляемые (минеральные, земельные ресурсы)
Возобновляемые (ресурсы растительного и животного мира)
Не полностью возобновляемые - скорость восстановления ниже уровня хозяйственного потребления (пахотно пригодные почвы, спеловозрастные леса, региональные водные ресурсы)
Неисчерпаемые ресурсы (водные, климатические)
По степени заменимости:
Незаменимые(вода, воздух)
Заменимые (солнечный свет)
По критерию использования:
Производственные (промышленные, сельскохозяйственные)
Потенциально-перспективные
Рекреационные (природные комплексы и их компоненты, культурно-исторические достопримечательности, экономический потенциал территории).
Г) Человек как активный элемент биосферы.
Человек - элемент биосферы. Все природные ресурсы планеты предопределяют возможность жизни человека и являются основой ее материального производства. Прирост населения, развитие науки и техники, привели к тому, что деятельность человека стала важным фактором развития биосферы. Под воздействием научной мысли и человеческого труда возникла возможность перехода биосферы в новое состояние - ноосферу. Человечество интенсивно потребляет как живые, так и минеральные, природные ресурсы, потому возникают следующие проблемы: истощение природных ресурсов, снижения численности, и гибель живых организмов, сужения их ареалов, загрязнения и отравления среды, промышленными отходами. В результате производственной деятельности человека происходит загрязнение атмосферы вредными газами, увеличение концентрации CO 2 ; разрушение озонового слоя увеличением концентрации окислов азота и фреонов; изменение климата, роста «парникового эффекта» и повышения температуры воздуха; загрязнение водоемов и сокращение их площадей; уничтожение лесов, массовое заболевание растительности; засоление почв и растущее опустынивание; интенсивное использование энергоносителей, создания атомных электростанций и загрязнения среды, радиоактивными отходами.Все эти влияния на биосферу вызывают цепные экологические реакции, которые отражаются в конечном результате на жизни человека. Рациональное природопользование - основа для сохранения многообразия биосферы и роста благосостояния человечества. Человек не господствует над природой, а является ее частью.
Д) Проблемы охраны окр. Среды.
Охрана природы - совокупность мероприятий, направленных на сохранение, рациональное использование и воссоздание естественных систем и ресурсов Земли, а также космического пространства, в интересах сегодняшних и будущих поколений.
Мероприятия по охране природы.
Создание безотходных производств, экологически чистых технологий; очистка воздуха и сточных вод; рекультивация (искусственное воссоздание) земель; мелиорация почвы, направленная на повышение его плодородия. 2. Диагностика разных химических препаратов на их мутагенную активность, разработка методов лечения наследственных заболеваний. 3. Защита растительного и животного мира. Создания заповедников и заказников - естественных территорий, которые находятся под охраной и наблюдением ученых; сохранения эталонов и памятников природы - уникальных естественных объектов; создание национальных парков; складень списков животных и растений (Красная книга), которые исчезают, разработка проектов из разведения редких видов организмов в искусственных условиях и акклиматизации их в природе. Сохранение генофонда флоры и фауны планеты. 4. Воспитание экологического сознания в население.
Вопрос № 36 Экология как наука.
А)Предмет экологии.
Эколо́гия - наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.
Предмет:совокупность и структура связей между организмами и средой, вопросы охраны окружающей среды.
Б) Экологические факторы.
Экологи́ческие фа́кторы - свойства среды обитания, оказывающее какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.
Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.
Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвыиграет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а в жизни гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная частьмикроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность.
Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.
Организмы испытывают воздействие не статичных неизменных факторов, а их режимов - последовательности изменений за определённое время.
По характеру воздействия
Прямо действующие - непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ
Косвенно действующие - влияющие опосредованно через изменение прямо действующих факторов (рельеф,экспозиция,высота над уровнем моряи др.)
По происхождению
Абиотические - факторы неживой природы:
климатические : годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха
эдафические (эдафогенные) : механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы
орографические : рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона
химические : газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность
физические : шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения
Биотические - связанные с деятельностью живых организмов:
фитогенные - влияние растений
микогенные - влияние грибов
зоогенные - влияние животных.
микробиогенные - влияние микроорганизмов
Антропогенные (антропические) :
физические : использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации
химические : использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта
биологические : продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания
социальные - связанные с отношениями людей и жизнью в обществе
По расходованию
Ресурсы - элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода,CO 2 , O 2 , свет)
Условия - не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)
По направленности
Векторизованные - направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы
Многолетне-циклические - с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом
Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) - колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года).
В) Биоценоз. Биогеоценоз.
Биоценоз - это исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (определённый участок суши или акватории), и связанных между собой окружающей их средой.
Виды структур биоценоза: видовая, пространственная (вертикальная (ярусность) и горизонтальная (мозаичность) организация биоценоза) и трофическая.
В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент – сообщество, или биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (или часть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз (биотоп+биоценоз).
Биогеоценоз - система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина. Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1940 году.
Составные части биогеоценоза – материальные тела (компоненты биогеоценоза). Их делят на 2 группы:
1.Живые (биотические, биоценоз)-биотоп
2.Косные (абиотическое вещество, сырье) – экотоп
К ним относят углекислый газ, воду, кислород и др.
Биотические компоненты биогеоценоза:
1.Продуценты
2.Консументы
3.Редуценты (детритоядные, деструкторы органических веществ).
Продуценты – организмы, продуцирующие (синтезирующие) органические вещества из неорганических (зеленые растения).
Консументы – организмы, потребляющие готовые органические вещества. Первичные консументы – травоядные. Вторичные консументы – плотоядные.
Редуценты – организмы, разлагающие органические вещества до конечных продуктов распада (бактерии гниения и брожения).
В биогеоценозе устанавливается экологический гомеостаз – динамическое равновесие между всеми компонентами биогеоценоза.
Периодически происходит экологическая сукцессия - закономерная смена сообществ в биогеоценозе.
Основные показатели биогеоценоза
Видовой состав - количество видов, обитающих в биогеоценозе.
Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.
В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.
Биомасса - количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:
биомассу продуцентов
биомассу консументов
биомассу редуцентов
Продуктивность
Устойчивость
Способность к саморегуляции
Д) Главные природные экосистемы.
Экосисте́ма , или экологи́ческая систе́ма - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.
Пример экосистемы - пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, трендгодичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы - лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.
С точки зрения структуры в экосистеме выделяют :
климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;
неорганические вещества, включающиеся в круговорот;
органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;
продуценты - организмы, создающие первичную продукцию;
макроконсументы, или фаготрофы, - гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;
микроконсументы (сапротрофы) - гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.
Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.
Существует классификация экосистем зависимости от объема создаваемой продукции (Уитеккер, 1976), а именно:
Экосистемы наивысшей производительности, в пределах 2 000 - 3 000 г / мг год К ним относятся экосистемы тропических влажных лесов.
Экосистемы высокой производительности, в пределах 1 000 - 2 000 г/м2 в год К ним относятся лиственные леса умеренной зоны и луга.
Экосистемы умеренной производительности, в пределах 250 - 1000 г/м2 в год К ним относятся степи и кустарники.
Экосистемы низкой производительности, менее 250 г/м2 в год К ним относятся пустыни и полупустыни.
Природопользование и природообустройство происходит в биосфере, поэтому затрагивает все живые существа на Земле. В. И. Вернадский определил биосферу, как оболочку 3емли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.
Биосфера (по Реймерсу Н.Ф.) - нижняя часть атмосферы, вся гидросфера и верхняя часть литосферы 3емли населенные живыми организмами, область существования живого вещества.
Биосфера - самая крупная (глобальная) экосистема Земли - сфера системного взаимодействия живого и косного вещества на планете.
Биосфера представлена иерархиями экосистем и геосистем это сочетание биоты и сферы ее обитания, совокупность живых организмов связанная со средой их жизни и веществом, ее составляющим.
По Вернадскому пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни. Это «поле существования жизни», особенно активной ограничено по высоте шестью километрами над уровнем моря. До этой высоты сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить растения содержащие хлорофилл. Например, продуценты находят в Гималаях на высоте 6,2 км. Выше, в эоловой (ветровой) зоне, обитают лишь пауки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром. Еще выше живые организмы попадают лишь случайно, а микроорганизмы могут сохранять жизнь в виде спор.
Нижний предел существования жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100оС. Наиболее глубокая отметка дна океана расположена на глубине около 11 км, а по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове (на 6 км), фактическая жизнь распространяется в литосфере до глубины 3 - 4 км.
Таким образом, вертикальная мощность биосферы в океанической области Земли достигает чуть более 17 км, а в сухопутной - до 12 км.
Теоретически пределы биосферы намного шире, поскольку в гидротермах дна океана (их назвали «черными курильщиками» из-за темного цвета извергающихся вод) на глубинах около 3 км обнаружены организмы, живущие при температуре до 250о С.
При давлении около 300 атм. вода не кипит при такой температуре, так как пределы жизни ограничены точками превращения воды в пар и сворачивания белков, то жизнь там принципиально возможна. Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубин 10,5 км. Глубже 25 км, км по оценкам геологов, должна существовать критическая температура в 460оС, при которой не зависимо от давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна.
Если сопоставить толщину биосферы и диаметр Земного шара, 12 км к 12000 км, то можно увидеть, что жизнь расположена в тончайшем слое, на верхней границе которого температура минус 100оС, а средняя температура этого слоя поддерживается постоянной около 15оС. Равновесие может быть нарушено весьма скоро, если человек будет вести себя неосторожно. Поэтому, в настоящее время, глобальному соотношению между биосферой и развивающимся человечеством, как одним из составляющих живого вещества в особой, социальной форме, нужно уделять пристальное внимание.
Развитие системы «биосфера - человек» следует рассматривать в интегральной совокупности, так как каждая часть этой системы не изолирована, а взаимодействует с другой и влияет на нее.
Влияние человека на биосферу может быть положительным и отрицательным. В этом случае биосфера может «реагировать» неблагоприятным для человека образом. Так, например, сжигание больших количеств органического топлива привело к потеплению атмосферы. При стабильности средних температур дополнительная энергия реализуется в виде вихрей, ураганов, наводнений и других, неблагоприятных для человека проявлений.
Вообще история взаимодействия человека и природы полна не только светлых, радостных, но и трагических страниц. Например, перевыпас скота в степях северной Африки, превратил их в пустыню Сахару.
Излишнее, нерациональное использование водных и земельных ресурсов в междуречье Тигра и Ефрата, привели к падению величайшей империи. Таких примеров можно привести множество, но это темы для книги «Хрестоматия по природопользованию»
Идеальным представляется такой характер развития системы «биосфера и человек» когда одновременно идет прогрессивное развитие человечества и биосферы. Вернадский В.И. такой симбиоз человека и биосферы назвал ноосферой - сферой разума. В ноосфере человек является «геологической силой», т.е. его влияние на природу велико, но оно ограничивается «разумными пределами».
Человек, как биологическое существо, несомненно, принадлежит биосфере и на протяжении всей истории он ведет себя во многом как животное. Это привело к существующему экологическому кризису.
Основными качествами человека, отличающими его от животного, является не только способность мыслить это в той или иной степени наблюдается и у животных. Человек имеет такие качества как стыд, совесть, боль за «ближнего» и другие нравственные категории. Поэтому, как существо нравственное человек должен «стоять над биосферой» для помощи живому и исправления ошибок всех поколений людей в отношениях с природой.
