Биосфера, ее структура и границы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биосфера, ее структура и границы

Учение о биосфере

Крупнейшим обобщением в комплексе наук о Земле (геология, география, геохимия, биология) стало учение о биосфере, созданное русским ученым В.И. Вернадским. Начав свою научную деятельность (как геолог) с изучения осадочных пород земной коры, В.И. Вернадский выявил огромную роль живых организмов в сложных геохимических процессах нашей планеты. В 1926 г. вышла его книга «Биосфера». В этом произведении глубоко анализируются сложные взаимоотношения живых организмов и неживой природы Земли. Его работа несколько опередила время. Лишь во второй половине ХХ в., на фоне обострения экологических проблем, его учение о биосфере получило широкое распространение.

Важным элементом учения В.И. Вернадского о биосфере является идея тесной зависимости биосферы от деятельности человека и сохранности ее в результате разумного отношения человека к природе. Ученый писал: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».

В настоящее время учение о биосфере представляет собой важнейшую часть экологии, непосредственно связанную с проблемами регулирования взаимодействия человека и природы.

Впервые термин «биосфера» был употреблен Ж.Б. Ламарком в начале XIX в. Позднее он был упомянут в работе австрийского геолога Э. Зюсса в 1875 г. Однако это понятие не было детально разработано названными учеными, а использовано вскользь для обозначения области жизни на Земле. Лишь в работах В.И. Вернадского оно анализируется детально и тщательно и под ним понимается «оболочка жизни» на нашей планете.

Биосферой называют совокупность всех живых организмов нашей планеты и те области геологических оболочек Земли, которые заселены живыми существами и подвергались в течение геологической истории их воздействию.

Структура биосферы

Газовая оболочка складывается в основном с азота и кислорода. В невеликих количествах в ей удерживается диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшая значимость имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, который участвует в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от твердого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной меры благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Биологический спектр структуры биосферы имеет ступенчатый характер: сообщество, популяция, организм, орган, клетка, ген.

Границы биосферы

Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере (рис. 1). Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Литосфера - это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50-200 км. Распространение жизни в ней ограниченно и резко уменьшается с глубиной. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое, имеющем толщину в несколько десятков сантиметров. Некоторые виды проникают в глубину на несколько метров или десятков метров (роющие животные -- кроты, черви; бактерии; корни растений). Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3-4 км (в подземных водах и нефтеносных горизонтах). Распространению жизни в глубь литосферы препятствуют различные факторы. Проникновение растений невозможно из-за отсутствия света. Для всех форм жизни существенными препонами служат и возрастающие с глубиной плотность среды и температура. В среднем температурный прирост составляет около 3 °С на каждые 100 м. Именно поэтому нижней границей распространения жизни в литосфере считают трехкилометровую глубину, (где температура достигает около +100 °С).

Рис. 1. Область распространения организмов в биосфере: 1 -- уровень озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение; 2 -- граница снегов; 3 -- почва; 4 -- животные, обитающие в пещерах; 5 -- бактерии в нефтяных скважинах

Гидросфера - водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150-200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений. Распространение организмов на больших глубинах обеспечивается за счет постоянного «дождя» экскрементов, остатков мертвых организмов, падающих из верхних слоев, а также хищничества. Гидробионты обитают как в пресной, так и в соленой воде и по месту обитания делятся на 3 группы:

1) планктон -- организмы, живущие на поверхности водоемов и пассивно передвигающиеся за счет движения воды;

2) нектон -- активно передвигающиеся в толще воды;

3) бентос -- организмы, обитающие на дне водоемов или зарывающиеся в ил.

Атмосфера -- газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 -- кислорода, 1 -- аргона и 0,03 % углекислого газа. В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может существовать без непосредственной связи с литосферой и гидросферой. Крупные древесные растения достигают нескольких десятков метров в высоту, располагая вверх свои кроны. На сотни метров поднимаются летающие животные -- насекомые, птицы, летучие мыши. Некоторые виды хищных птиц поднимаются на 3-5 км над поверхностью Земли, высматривая свою добычу. Наконец, восходящими воздушными потоками пассивно заносятся на десятки километров вверх бактерии, споры растений, грибов, семена. Однако все перечисленные летающие организмы или занесенные бактерии лишь временно находятся в атмосфере. Нет организмов, постоянно живущих в воздухе.

Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой, располагающийся на высоте от 30 до 50 км над поверхностью Земли. Он защищает все живое на нашей планете от мощного ультрафиолетового солнечного излучения, в значительной мере поглощая эти лучи. Выше озонового слоя существование жизни невозможно.

Таким образом, основная часть видов живых организмов сосредоточена на границах атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы, образуя относительно «тонкую пленку жизни» на поверхности нашей планеты.

Строение и функционирование биосферы

Биосфера -- это глобальная экологическая система, состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Действительно, биогеоценозы существуют не изолированно -- между ними существуют непосредственные связи и отношения. Например, в водные биогеоценозы ветром, дождями, талыми водами выносятся из наземных экосистем минеральные и органические вещества. Может происходить перемещение организмов из одного биогеоценоза в другой (например, сезонные миграции животных). И наконец, всех объединяет атмосфера Земли, служащая общим резервуаром для живых существ. В нее поступают кислород (выделяемый растениями в процессе фотосинтеза) и углекислый газ (образуемый в процессе дыхания аэробных организмов). Из атмосферы же растения всех экосистем черпают углекислый газ, необходимый им в процессе фотосинтеза, а все дышащие организмы получают кислород.

Существование биосферы базируется на непрерывно осуществляющемся круговороте веществ, энергетической основой которого является солнечный свет.

Круговорот веществ в природе между живой и неживой материей -- одна из наиболее характерных особенностей биосферы. Биологический круговорот -- это биогенная миграция атомов из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду. Биомасса выполняет и другие функции:

1) газовая -- постоянный газообмен с внешней средой за счет дыхания живых организмов и фотосинтеза растений;

2) концентрационная -- постоянная биогенная миграция атомов в живые организмы, а после их отмирания -- в неживую природу;

3) окислительно-восстановительная -- обмен веществом и энергией с внешней средой. При диссимиляции окисляются органические вещества, при ассимиляции используется энергия АТФ;

4) биохимическая -- химические превращения веществ, составляющие основу жизнедеятельности организма.

биосфера геологический круговорот

Заключение

В заключении мне хотелось бы проанализировать выводы из учения о биосфере:

· первым выводом из данного учения является принцип целостности биосферы. Здесь можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе, как о едином целом в механизме биосферы. Строение Земли, по Вернадскому, есть согласованный в своих частях механизм. Узкие пределы существования жизни - физические постоянные, уровни радиации и т.п.- подтверждают это. Как будто кто-то создал такую среду, чтобы жизнь стала возможна.

· с принципом целостности биосферы и неразрывной связи в ней живых и косных компонентов связан и принцип гармонии биосферы и её организованности. В биосфере, по Вернадскому, «всё учитывается и всё приспосабливается с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии».

· роль живого в эволюции Земли. На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы взятые в целом. Все минералы непрерывно создаются в ней только под влиянием жизни. Лик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью.

· космическая роль биосферы в трансформации энергии. Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли.

· растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газам, растекается по земной поверхности в соответствие с правилом инерции.

· понятие автотрофности.

Афтотрофными называют организмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы в биосфере из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования этих зеленых автотрофных организмов определяется прежде всего областью проникновения солнечных лучей.

· космическая энергия вызывает давление жизни, которая достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества.

· формы нахождения химических элементов: 1) горные породы и минералы; 2) магмы; 3) рассеянные элементы; 4)живое вещество. Закон бережливости использования живым веществом простых химических тел: раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний и организм вводит в себя только необходимое количество элементов.

· жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности.

· биосфера в своих основных чертах представляет один и тот же химический аппарат самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течении геологического времени постоянной, менялась только ее форма.

· всюдность жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

· постоянство количества живого вещества в биосфере.

· всякая система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равняется или приближается к нулю, т.е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена.

Размещено на Allbest.ru