Главная
Коллекция "Otherreferats"
Биология и естествознание
Эволюция биосферы, ее ресурсы и пределы устойчивости
Эволюция биосферы, ее ресурсы и пределы устойчивости
Уровни организации живой материи. Понятие биосферы и характеристика ее составляющих. Живое вещество как главная биогеохимическая сила в биосфере. Движение вещества в биосфере, ее эволюция, ресурсы и пределы устойчивости. Переход от биосферы к ноосфере.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.07.2010 |
| Размер файла | 484,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
27
Содержание
- Введение
- 1. Эволюция биосферы, ее ресурсы и пределы устойчивости
- 1.1 Понятие и структура биосферы
- 1.2 Эволюция биосферы
- 1.3 Движение вещества в биосфере
- 1.4 Ресурсы биосферы
- 1.5 Пределы устойчивости биосферы
- 2. Переход от биосферы к ноосфере
- Заключение
- Список использованной литературы
Введение
Изучение многообразия форм органического мира и закономерностей его развития не будет полным без понимания места и роли живых организмов в целом на всей планете Земля. Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи.
Молекулярный - любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, др. органических веществ.
Клеточный - клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет.
Организменный - организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию.
Популяционно-видовой - под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.
Биогеоценотический - биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их.
Биосферный - самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва).
Биосферой называется та часть литосферы, гидросферы и атмосферы Земли, в которой существуют и развиваются растительные и живые организмы. В ее состав входят не только растительный покров и животное население планеты, все реки и озера, водная масса океанов, но и почвенный слой, значительная часть тропосферы и самый верхний слой земной коры - зоны выветривания. На земной поверхности практически нет площадей, где отсутствует жизнь. Даже в жарких и безводных тропических пустынях или на поверхности высокогорных ледников и полярных льдов обнаружены микробы и другие микроорганизмы.
Знания о биосфере сегодня как никогда актуальны и необходимы. Человек вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее. В большинстве случае подобные преобразования крайне негативно сказываются на самой биосфере.
Таким образом, актуальность данной темы сомнений не вызывает.
Цель - изучение биосферы и характеристика основных ее составляющих.
Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.
1. Эволюция биосферы, ее ресурсы и пределы устойчивости
1.1 Понятие и структура биосферы
В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка - биосфера (греч. bios "жизнь"). Этот термин первым ввёл в 1875 году Эдуард Зюсс, а учение о биосфере было создано в 1926 году В. Вернадским. В основе его учения лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.
Биосфера (по Вернадскому) - земная оболочка, область существования живого вещества. Она включает в себя не только живые организмы, но и изменённую ими среду обитания (кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения и т.п.). Вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей: живое вещество; биогенное вещество; косное вещество; биокосное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения.
Биосфера является одной из геологических оболочек Земли или геосфер. На Земле также различают литосферу - твёрдую наружную оболочку Земли, состоящую из осадочных пород и расположенных под ними гранитов и базальтов, гидросферу, включающую в себя все океаны, моря, озёра и реки, и атмосферу - газовую оболочку Земли, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по В.И. Вернадскому, - биогенная миграция атомов); начальный момент этих циклов заключён в трансформации солнечной энергии растениями и синтезе биогенных веществ на Земле.
В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) - жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете. Совокупная биомасса Земли составляет примерно около 0,01% массы всей биосферы.97% из этого количества занимают растения, 3% - животные. В настоящее время на Земле известно несколько миллионов видов живых организмов.
Живое вещество - главная биогеохимическая сила в биосфере. Живое вещество - совокупность всех живых организмов планеты, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе, энергии. Это вещество геохимически чрезвычайно активно, так как при осуществлении процессов питания, дыхания, выделения, размножения оно тесно связано с окружающей средой, благодаря чему почти все химические элементы проходят в общей цепи превращений через биогеохимическое звено. Таким образом, жизнедеятельность организмов - глубокий и мощный геологический процесс планетарного характера. Миграция химических элементов из организма в среду и обратно не прекращается ни на секунду.
В пределах биосферы живое вещество встречается везде, либо следы его биогеохимической деятельности. Газы атмосферы (кислород, азот, углекислота), природные воды, равно как и каустобиолиты (нефти, угли), известняки, глины и их метаморфические производные (сланцы, мраморы, граниты и др.) в своей основе созданы живым веществом планеты. Слои земной коры, лишённые в настоящее время живого вещества, но переработанные им в геологическом прошлом, Вернадский относил к области "былых биосфер". Биосфера мозаична по структуре и составу, отражая геохимическую и геофизическую неоднородность лика Земли (океаны, озёра, горы, ущелья, равнины и т.д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете, как в прошлые эпохи, так и в наше время. Максимальное содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное - к глубинным акваториям (абиссаль); на суше эта неравномерность проявляется в мозаике биогеоценотического покрова (леса, болота, степи, пустыни и др.) с минимумом плотности живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях. Элементарная структура активной части современной биосферы - биогеоценоз.
1.2 Эволюция биосферы
На рубеже XIX - XX вв. в науку всё шире проникают идеи целостного подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод изучения. Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биологических, или живых, факторов на абиотические или физические условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют её структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой - воздействует на неё.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокостные тела, например, почвы, надземной и подземной воды. Возникновение жизни на Земле, образование биосферы, её прогрессивная эволюция и появление человека долгое время не укладывались в строгую физическую картину мира, считались термодинамически маловероятными. Однако недавно оформилось представление, согласно которому по законам физики в открытых системах с протоком энергии вынужденно возникают динамические структуры в виде материальных циклов, интенсивно переносящих энергию. Во многих случаях кажется, что они возникают сами по себе, и поэтому явление называется самоорганизацией структур. Но всегда есть внешняя материальная причина. На Земле - это поток солнечной энергии, который вызывает и организует круговороты вещества: от простых физических (воды, воздуха) до сложных, биологических.
Цикл синтеза и распада органических веществ в биосфере, названный биотическим круговоротом, возник на основе круговорота неорганических масс под воздействием потока солнечной энергии. На рисунке схематически представлена эволюция биосферы в виде усложнения системы взаимосвязанных циклов.
1 - абиотический круговорот (климатический и почвенно-грунтовый), возникновение первичного примитивного биотического круговорота (Б); 2 - рост биосферы и биотического круговорота; 3 - стабильный биотический круговорот, появление человека (Ч); 4 - рост человечества, появление техногенеза и техносферы (Т); 5 - современная фаза, рост техносферы и влияние её на биотический и абиотический круговороты.
Первая стадия соответствует возникновению первичного биотического цикла, осуществлённого сообществом фотосинтезирующих цианобактерий - сине-зелёных водорослей - первых примитивных, но чрезвычайно жизнестойких продуцентов. Поскольку круговорот ещё не сбалансирован с абиотическим, глобальной биосферы как таковой ещё нет.
Вторая стадия соответствует установлению сбалансированного биотического круговорота с участием аэробных форм автотрофов и гетеротрофов, способствующих развитию и росту биосферы.
К третьей стадии биосфера уже давно сформировалась и стабилизировалась, выполнила свои геологические функции, биотический круговорот достиг высокой степени совершенства; появился человек.
Четвёртая стадия характеризуется развитием человеческой цивилизации. И это создаёт новую ситуацию в эволюции биосферы. Новые циклы техносферы ещё не вписаны в биотический круговорот, во многих случаях даже угнетающе действует на функции биосферы.
Пятая стадия современной эпохи характеризуется тем, что человеческое общество поглощает вещество и энергию не только через биосферу, но непосредственно из абиотической среды. Это было бы кардинальным преобразованием хода эволюции биосферы, если бы при этом техногенная нагрузка на биосферу уменьшилась, но пока обращение человека к абиогенным ресурсам только увеличивает эту нагрузку.
Нынешняя структура биосферы и границы обитания современных организмов формировались постепенно, в результате долгой истории Земли, начиная с ее возникновения и до настоящего времени. Эволюция биосферы диалектически связана с эволюцией форм живого вещества (организмы и их сообщества), усложнением его биохимических функций, совершающихся на фоне геологической истории Земли. Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных тел). Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.
По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е. оболочки, образованной веществом Земли, происходило на ранних стадиях существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.
Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества. Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние времена различные жизненные формы и виды растений, животных, микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество, можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в вечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканических районов. Такую способность к распространению живого вещества В.И. Вернадский назвал "всюдностью жизни".
Живое вещество планеты сосредоточено в основном в зеленых растениях суши. Оказалось, что биомасса организмов океана составляет всего 0,13% от суммарной биомассы живых организмов планеты, несмотря на то, что поверхность океана занимает более 70% всей поверхности Земли.
Диаграмма первичной продуктивности в биомах и занимаемая этими биомами площадь.
Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли. Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.
Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.
Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами. Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда. Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.
В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот, характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находящихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью - количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой. Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные (местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.
1.3 Движение вещества в биосфере
Деятельность живых существ в биосфере сопровождается потреблением из среды их обитания больших количеств разнообразных органических и неорганических веществ. После отмирания организмов и последующей минерализации их органических остатков высвободившиеся неорганические вещества вновь возвращаются во внешнюю среду. Так осуществляется биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т.е. движение веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Таким образом, под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер. Ни один организм не может жить на Земле сам по себе. Каждое растение, каждое животное является членом сообщества, совместно обитающих растений, животных, грибов, бактерий, объединенных в единое функциональное целое потоком энергии и круговоротом веществ. Это - экосистема.
На этой сильно упрощённой схеме показаны лишь некоторые из многих циркулирующих веществ. Жизнь на Земле зависит от круговорота важнейших химических веществ (сплошные линии) и от однонаправленного потока энергии через биосферу (пунктирные линии).
Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания.
Продукты дыхания - углекислый газ, вода и неорганические вещества - могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы, поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне (пример, суммарный поток энергии (темные стрелки) и круговорот веществ (светлые стрелки) в экосистеме).
Основой любой экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие им энергетические связи. В них постоянно происходит перенос Вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной преимущественно растениями.
Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено - трофическим уровнем (пример, цепи питания африканской саванне).
При движении вдоль пастбищной пищевой цепи от одного уровня к другому вместе с уменьшением количества живого вещества на каждом уровне увеличивается качество энергии, запасенной в этом веществе:
Для того, чтобы образовать 1 ккал биомассы хищника, требуется около 10000 ккал энергии солнечного света, или 10 ккал биомассы травоядных животных (под биомассой понимают живое вещество, выраженное в сухом весе или энергетическом эквиваленте). Соответственно качество энергии, накопленной в биомассе хищников, в 10 раз выше, чем в биомассе травоядных. Это более высокое качество проявляется в управляющем воздействии, которое оказывают организмы данного трофического уровня на организмы предыдущего уровня. Хищники регулируют жизнь травоядных, в свою очередь травоядные регулируют фитоценоз. Этот принцип характерен не только для биосистем, но является общим для всех процессов преобразования энергии. В настоящее время наиболее мощные управляющие функции в биосфере несет на себе человек.
Таким образом, с каждым шагом вдоль трофической цепи возрастает степень управляющего воздействия организмов на природу. Внешне это выражается в усложнении и совершенствовании структуры организмов по ходу трофической цепи. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.
1.4 Ресурсы биосферы
Ресурсы биосферы - это особый компонент природной среды, им следует уделять особое внимание, поскольку их наличие, вид, количество и качество в значительной мере определяют отношения человека к природе, характер и объем антропогенных изменений окружающей среды. Под ресурсами биосферы понимают все то, что человек использует для обеспечения своего существования - продукты питания, минеральное сырье, энергоносители, пространство для жизни, воздушное пространство, воду, объекты для удовлетворения эстетичных потребностей. Биологические, в т. ч. пищевые, ресурсы планеты обуславливают возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат основой материального производства человеческого общества.
Среди природных богатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы. Неисчерпаемые 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 уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый, поскольку во многих регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом. Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных программ, направленных на восстановление их качества.
Исчерпаемые ресурсы в свою очередь делятся на возобновляемые и невозобновляемые.
К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие почв. 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 поддержанию уровня грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. В нашей стране леса занимают около 30% всей ее суши и являются одним из природных богатств.
К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. В настоящее время человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности преобладающую часть известных минеральных ресурсов. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд. т руды, топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этих ресурсов. Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменного угля, нефти и газа. 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. К настоящему времени человеком преобразовано уже около 20% суши.
Все минеральные ресурсы принадлежат к невосстановимым и главнейшие из них ныне уже исчерпанные или находятся на границе уничтожения (уголь, железо, марганец, нефть, полиметаллы). Через быструю деградацию ряда экосистем биосферы в последнее время ресурсы живого вещества - биомассы - тоже перестали восстанавливаться, как и запасы пресной питьевой воды.
Поскольку биосфера планеты есть замкнутая система с относительно постоянной массой и обменивается с космическим пространством лишь энергией, человечеству следует учитывать истощаемость современных энергоносителей, которые используются человечеством, уменьшить объемы использования ресурсов, сознательно отказавшись от излишков, перейти к тактике и стратегии рационального ресурсопользования.
1.5 Пределы устойчивости биосферы
Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Биосфера представляет собой открытую систему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Это возможно потому, что в экосистеме присутствуют не только автотрофы - производители органического вещества, но и гетеротрофы - потребители и разрушители органического вещества. Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие, и экосистема остается устойчивой.
Устойчивость - это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены. Устойчивость биосферы определяется: исключительным разнообразием живого вещества; взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем; дублированием звеньев биогеохимических циклов; жизненной активностью живого вещества. Биологическое разнообразие обеспечивает богатство информационных, вещественных и энергетических связей живого и косного вещества, а также взаимосвязи биосферы с космосом, геосферами, процессы глобального биогеохимического круговорота.
Существование каждого вида зависит от множества других видов, уничтожение одного из видов может привести к исчезновению связанных с ним иных видов. Особи одного вида и продукты их жизнедеятельности, а также их отмершие тела являются пищей для других видов, что обеспечивает самоочищение экосистем.
Длительность существования каждой экосистемы поддерживается прежде всего за счет общего круговорота веществ и постоянного притока солнечной энергии. Именно эти два глобальных явления обеспечивают ей высокую способность противостоять воздействию постоянно меняющихся условий внешней среды. И хотя участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и в конечном счете представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.
В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей. Как показывают исследования, по крайней мере последние 600 млн. лет, начиная с Кембрия, характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся. Осуществлялись фундаментальные геохимические процессы, характерные и для современной эпохи: накопление кислорода, связывание инертного натрия, осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных и марганцевых руд, сульфидных минералов, накопление фосфора и т.д. Менялись лишь скорости этих процессов. По-видимому, не менялся существенно и общий поток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Есть основание считать, что масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с карбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме круговоротов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь деятельностью самого живого вещества, обеспечивающего определенную скорость фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов, не менее важны также многочисленные способы питания живых существ биосферы, в результате чего поддерживается непрерывный биогенный круговорот веществ. Таким образом, жизнь на Земле сама стабилизирует условия своего существования, что дает ей возможность развиваться бесконечно долго.
В богатых видами экосистемах есть возможность избирать разные виды пищевых объектов и в первую очередь - наиболее массовые. Если потребляемый пищевой объект становится редким, то консумент переключается на питание другим видом, а первый, освобожденный от пресса выедания, постепенно будет восстанавливать свою численность. Благодаря такому переключению поддерживается динамическое равновесие между пищевыми ресурсами и их потребителями и обеспечивается возможность их длительного сосуществования. Таким образом, процесс саморегуляции экосистемы проявляется в том, что все разнообразие ее населения существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенного уровня.
Способность экосистемы к саморегуляции и поддержанию динамического равновесия называется гомеостазам, которые выражаются в способности сохранять постоянство видового состава и численности особей, поддерживать относительную стабильность и целостность генетической структуры в меняющихся условиях внешней среды. Нарушение природных цепей питания под воздействием антропогенного фактора, непродуманное вмешательство человека в экосистемы могут привести к неконтролируемому росту или снижению численности особей определенных популяций и к нарушению природных экосистем.
Важным фактором стабилизации экосистемы является генетическое разнообразие особей популяций. Изменение условий внешней среды может вызвать гибель большинства особей популяции, адаптированных к прежним условиям существования. Поэтому чем более генетически разнородной является та или иная популяция экосистемы, тем больший шанс у нее иметь организмы с аллелями, ответственными за появление признаков и свойств, позволяющих выжить и размножаться в новых условиях и восстановить прежнюю численность популяции. Время, необходимое для восстановления популяции, будет зависеть от скорости размножения особей, так как изменение признаков происходит только путем отбора в каждом поколении.
Стабильность экосистемы зависит также от степени колебаний условий внешней среды. В тропиках и субтропиках стабильны и оптимальны для многих видов температурные условия, влажность, освещенность. Поэтому тропические экосистемы с высоким биологическим разнообразием входящих в них организмов отличаются высокой устойчивостью. И, напротив, тундровые экосистемы менее устойчивы. Им свойственны резкие колебания численности популяций разных видов.
Однако стабильность биосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями. В настоящее время на Земле появилась новая сила, по мощности воздействия не уступающая суммарному действию живых организмов - человечество, с его социальными законами развития и мощной техникой, позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов. Современное человечество использует не только огромные энергетические ресурсы биосферы, но и небиосферные источники энергии (например, атомной), ускоряя геохимические преобразования природы.
Некоторые процессы, вызванные технической деятельностью человека, направлены противоположно по отношению к естественному ходу их в биосфере (рассеивание металлов, руд, углерода и др. биогенных элементов, торможение минерализации и гумификации, освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушение крупномасштабных процессов в атмосфере, влияющих на климат и т.п.). Вернадский считал возможным говорить даже об автотрофной роли человека, понимая под этим возрастающие масштабы искусственного синтеза органических веществ, часто даже не имеющих аналогов в живой природе.
За последние 100 лет человечество увеличилось в 4 раза, потребление энергии в 10 раз, совокупный продукт в 17,6 раза, минерального сырья - в 29 раз.85% всех добытых за всю историю человечества полезных ископаемых приходится на XX век. Общее количество используемой энергии в конце века всего на 3-4 порядка величин меньше суммарной солнечной энергии поступающую на верхнюю границу атмосферы Земли. К настоящему времени 1/4 суши занята агроценозами и пастбищами и 3/4 территории оказывается в зоне прямого хозяйственного воздействия. Мировой улов рыбы достиг своего теоретического предела. На глазах происходит изменение глобального климата Земли, в результате которого могут усилиться стихийные бедствия, возрасти материальные потери, вымереть значительное число видов.
В XXI веке человечество должно удвоиться, комплексное воздействие человечества на биосферу увеличивается значительно интенсивнее прироста самого человечества, поэтому нагрузка на биосферу возрастет многократно. Если раньше человечество не задумывалось о судьбе отходов жизнедеятельности, а потому и не планировало замкнутых циклов производства, природа сама утилизировала эти отходы. По сравнению с круговоротом веществ в биосфере человеческие отходы долгое время оставались незначительными, однако многократное увеличение промышленного и сельского производства привело к масштабному загрязнению воды, воздуха, почвы. Социально-экономическое развитие общества пришло в явное противоречие с ограниченными ресурсовоспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Происходит истощение естественных ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря видов растений и животных, загрязнение окружающей среды, упрощение и деградация экосистем.
2. Переход от биосферы к ноосфере
Человек - элемент биосферы. Все природные ресурсы планеты обусловливают возможность жизни человека и служат основой его материального производства. Рост населения, развитие науки и техники привели к тому, что деятельность человека стала фактором развития биосферы и возникла возможность перехода биосферы в новое состояние - ноосферу.
Превращение разума и труда человечества в геологическую силу планетного масштаба происходило в рамках биосферы, составной частью которой они являются.В.И. Вернадский в своих исследованиях неизменно подчёркивал, какое огромное воздействие человечество оказывает на расширение жизни путём создания новых культурных видов растений и животных. Опираясь на его идеи о биохимической основе биосферы, французский математик и философ Эдуард Леруа (1870-1954 гг.) ввёл в 1927 г. понятие ноосферы, или сферы разума, для характеристики современной геологической стадии развития биосферы. В отличие от него И.В. Вернадский рассматривает возникновение сознания как закономерный результат эволюции биосферы, но, однажды возникнув, оно затем начинает оказывать всё возрастающее влияние на биосферу благодаря трудовой деятельности человека.
Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Хорошо сознавая, что труд представляет собой целесообразную деятельность, Вернадский указывал, что ноосфера, или сфера разума, будет всё больше и больше определять не только прогресс общества, но и эволюцию биосферы в целом, а через неё и процессы, совершающиеся на Земле. Недаром он рассматривает мысль как планетарное явление. Эволюционный процесс получает особое геологическое значение благодаря тому, что он создал новую геологическую силу - научную мысль социального человечества... Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние - в ноосферу. Каким же образом человеческая деятельность влияет на процессы в биосфере, как она способствует её эволюции? Прежде всего следует отметить, что биологическая эволюция присуща лишь живому организму (веществу) биосферы, т.е. различным видам растений и животных и, разумеется, человеку в той мере, в какой он развивался до возникновения цивилизации и превращения в человека разумного. В дальнейшем эволюция биологического развития человека переходит в эволюцию социальную.
Как мы уже знаем, эволюция живого вещества биосферы приводит к возникновению новых видов растений и животных, связанных с окружающей средой посредством питания и дыхания, обменом веществ. Такой обмен приводит к миграции, движению атомов от живого вещества к неживому, в особенности к биогенному, в котором живые элементы объединены с неживыми. А всё это во многом меняет характер взаимодействия живого вещества биосферы не только с её неживой частью, но и с остальными сферами оболочки Земли. В период перехода от биосферы к ноосфере на сцену выступает такой мощный геохимический фактор, как постоянно увеличивающееся количество зелёного живого вещества в биосфере, получаемого посредством расширения посевных площадей и интенсификации земледелия. В результате искусственного отбора новых сортов растений и пород животных значительно ускоряются процессы эволюции, быстрее возникают новые виды. А это в свою очередь в ещё большей степени способствует ускорению процессов обмена между живым и костным веществом в биосфере.
По-видимому, постепенный переход к ноосфере начался ещё сотни тысяч лет назад, когда человек овладел огнём и стал изготовлять первые, несовершенные ещё орудия производства и охоты. Благодаря этому он получил огромное преимущество перед животными, но с геологической точки зрения гораздо более важным был длительный процесс приручения диких стадных животных и создание новых сортов культурных растений. Как известно, именно этот процесс положил начало скотоводству и земледелию, которые исторически привели к первому наиболее значительному разделению общественного труда и систематическому обмену его продуктами между различными племенами. В.И. Вернадский указывает: Человек этим путём стал менять окружающий его мир и создавать для себя новую, не бывшую никогда на Планете живую природу. Огромное значение этого проявилось ещё и в другом - в том, что он избавился от голода новым путём, лишь в слабой степени известным животным - сознательным, творческим обеспечением от голода и, следовательно, нашёл возможность неограниченного проявления своего размножения. Что же касается борьбы с животными, то человек одержал в ней победу по существу с изобретением огнестрельного оружия, и поэтому теперь он должен предпринимать особые меры, чтобы не допустить истребления всех диких животных. Еще большие усилия необходимы для сохранения самой биосферы в связи с многократно возросшими техногенными нагрузками на неё. В связи с этим возникает общая для всего человечества глобальная проблема сохранения окружающей среды и прежде всего живой природы.
Человечество интенсивно потребляет как живые, так и минеральные природные ресурсы, поэтому возникают следующие проблемы: истощение природных ресурсов, снижение численности и гибель живых организмов, сужение их ареалов, загрязнение и отравление среды промышленными отходами. В результате производственной деятельности человека происходит загрязнение атмосферы вредными газами, увеличение концентрации СО2; разрушение озонового экрана из-за увеличения концентрации оксидов азота и фреонов; изменение климата, возрастание "парникового эффекта" и повышение температуры воздуха; загрязнение водоемов и сокращение их площадей; уничтожение лесов, массовое заболевание растительности; засоление почв и нарастающее опустынивание; интенсивное использование энергоносителей, создание атомных электростанций и загрязнение среды радиоактивными отходами.
Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью ее видоизменяет. В сочетании с трудовой деятельностью человека мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь поверхностный слой Земли. Носитель земного разума - человек - с нарастающим во времени темпом воздействует на биосферу, активно захватывая все занимаемое ей пространство, окультуривая флору и фауну, меняя облик земной поверхности. В книге "Научная мысль как планетное явление" В.И. Вернадский анализирует геологическую историю Земли и утверждает, что уже наблюдается переход биосферы в новое состояние - в ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли человечества. Его труды указывают ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:
1. Заселение человеком всей планеты.
2. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами.
3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли.
4. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.
5. Расширение границ биосферы и выход в космос.
6. Открытие новых источников энергии.
7. Равенство людей всех рас и религий.
8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.
9. Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных д/свободной научной мысли.
10. Продуманная система народного образования и подъём благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни.
11. Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать её способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения.
12. Исключение войн из жизни общества.
Все эти воздействия на биосферу вызывают цепные экологические реакции, которые отражаются в конечном итоге на жизни человека. Рациональное природопользование - основа для сохранения многообразия биосферы и роста благосостояния человечества.
Заключение
Таким образом, Биосфера - важнейшая система, значимость которой невозможно переоценить, т.к именно биосфера является той средой, в которой человечество может существовать.
Биосфера функционирует как гигантская хорошо отлаженная экосистема, где организмы не только приспосабливаются к среде, но и сами создают и поддерживают на Земле условия, благоприятные для жизни.
Это очень сложная, саморегурирующаяся открытая система, в которой действует принцип Ле Шателье, обусловливающий устойчивость ее существования:
Количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным на протяжении целых геологических периодов.
В биосфере совершается многократный круговорот входящих в состав живых организмов веществ, атомов химических элементов и превращение энергии.
В биосферу извне постоянно вливается поток солнечной энергии.
Биосферные круговороты возможны, так как живое вещество в биосфере постоянно выполняет следующие биогеохимические функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.
В глобальном круговороте веществ непосредственное участие принимают зеленые растения, животные, грибы, бактерии.
Круговорот веществ и атомов химических элементов, превращение энергии осуществляются за счет таких процессов, как фотосинтез, дыхание, горение, брожение.
Влияние человека на процессы, протекающие в биосфере, все время возрастает, что требует регуляции его взаимоотношений с окружающей природой.
Современная структура биосферы - продукт длительной эволюции многих систем разной сложности, последовательно стремящихся к состоянию динамического равновесия. Совершая гигантский биологический круговорот веществ в биосфере, жизнь поддерживает стабильные условия для своего существования и существования в ней человека. Это обязывает человека иначе, более разумно относится к своей деятельности в биосфере.
Однако современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденный ущерб окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитию самого человечества. Эти изменения на данном этапе еще не являются непоправимыми. Поэтому одна из задач современной экологии - это изучение регуляторных процессов в биосфере, создание научного фундамента ее рационального использования.
Практическое значение учения о биосфере огромно. Особенно заинтересованы в развитии этого учения здравоохранение, сельское и промысловое хозяйство и другие отрасли человеческой практики, чаще других сталкивающиеся с "ответными ударами" со стороны биосферы, вызванными неразумным или неосторожным преобразованием природы человеком.
Список использованной литературы
1. Алексеенко, В.А. Жизнедеятельность и биосфера / В.А. Алексеенко. - М.: Логос, 2005. - 232 с.
2. Коробкин В.И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. - Ростов на Дону: Феникс, 2000. - 602 с.
3. Кулев А.В. Общая биология.11 класс. Метод. пособие. / А.В. Кулев. - СПб.: Паритет, 2004. - 256 с.
4. Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса / Н.Д. Лисов, Л.В. Камлюк, Н.А. Лемеза и др.; Под ред. Н.Д. Лисова. - Мн.: Беларусь, 2002. - 279 с.
5. Пономарева И.Н. Экология / И.Н. Пономарева. - М.: Вентана-Графф, 2001. - 462 с.
6. Тихонов А.И. Проблемы экологии с позиций холизма. Курс лекций / А.И. Тихонов. - Иваново: ИГЭУ, 2002. - 184 с.
Подобные документы
Понятие биосферы как оболочки Земли, ее состав и структура. Особенности учения о биосфере В.И. Вернадского. Взаимосвязь эволюции биосферы с эволюцией форм живого вещества. Ресурсы биосферы — особый компонент природной среды. Пределы устойчивости биосферы.
реферат [24,9 K], добавлен 13.04.2014Понятие и эволюция биосферы. Ресурсы биосферы. Пределы устойчивости биосферы. Современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденный ущерб окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитию самого человечества.
реферат [16,6 K], добавлен 17.10.2005Определение понятия биосферы, характеристики её черт, структуры и закономерностей иерархии. Живое вещество - главная биогеохимическая сила в биосфере, биоценоз как ее элементарная структурная и функциональная единица. Условия существования биосферы.
контрольная работа [89,5 K], добавлен 06.11.2011Основа организации и устойчивости биосферы, распределение и классификация живого вещества. Миграция живых организмов, постоянство их биомассы. Фотосинтез - основное звено биохимического круговорота в природе. Функции живого вещества в биосфере Земли.
реферат [23,7 K], добавлен 25.11.2010Один из представителей русского космизма, создатель науки биогеохимии русский ученый академик Владимир Иванович Вернадский. Особенности теории биосферы, характеристика ее компонентов. Возникновение и строение биосферы. Роль живого вещества в биосфере.
презентация [3,5 M], добавлен 07.12.2014Роль и значение биосферы для развития жизни на Земле. Процесс освоения жизнью планеты. Положение эволюционной теории Вернадского, живое и косное вещество. Структура биосферы в рамках различных подходов. Круговорот химических элементов в биосфере.
курсовая работа [46,5 K], добавлен 24.09.2011Учение В.Н. Вернадского о биосфере, как об активной оболочке земли. Связь геологических процессов в биосфере с деятельностью живого вещества. Зависимость существования биосферы от условий, созданных геологическими процессами. Проблемы биосферы сегодня.
реферат [23,8 K], добавлен 23.10.2009Эволюция представления о биосфере. Концепция Вернадского о биосфере. Переход от биосферы к ноосфере. Современная концепция экологии. Структура экологических систем. Взаимодействие экосистемы и окружающей её среды. Информация и управление в экосистемах.
реферат [53,0 K], добавлен 14.06.2010Разработка российским ученым, академиком В.И. Вернадским учения о биосфере. Определение границ биосферы. Обеспечение жизни на Земле. Важнейшие компоненты биосферы. Элементарная структурная единица биосферы. Основные положения теории В.И. Вернадского.
презентация [6,2 M], добавлен 12.10.2014Понятие о биосфере. Структура и границы биосферы. Общая масса живых организмов. Распределение биомассы по планете. Круговорот веществ в природе как главная функция биосферы. Влияние человека на биосферу. Влияние загрязнения среды на здоровье человека.
презентация [1,8 M], добавлен 07.04.2012
