Биосфера Земли
Биосфера как земная оболочка и область существования живого вещества. Основные подходы в учении о биосфере: энергетический, биогеохимический, информационный и ноосферный. Виды природных зон и биогеографических областей. Теории эволюции биосферы.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | доклад |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.02.2012 |
| Размер файла | 24,4 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.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Биосфера Земли
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 Владимиром Вернадским. В основе учения Вернадского 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.).
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. 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 3км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20км) - жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20км, 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 2,4?1012т (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.
В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:
· энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);
· биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);
· информационный (принципы организации и управления в живой природе);
· пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);
· ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).
Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024Дж солнечной энергии; 42% из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20% энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10% расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022Дж в год, поглощают 1,7?108т CO2, выделяют около 11,5?107т кислорода и испаряют 1,6?1013т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения.
В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растёт.
Природные зоны
Расположение экологических сообществ на Земле носит ярко выраженную зональную структуру, связанную с изменением тепловых условий (прежде всего, потока солнечной энергии) на различных широтах. Природные зоны вытянуты в широтном направлении и сменяют друг друга при движении по меридиану. Собственная, высотная, зональность формируется в горных системах; в мировом же океане хорошо просматривается смена экологических сообществ с глубиной. Природные зоны тесно связаны с понятием ареала - области распространения данного вида организмов. Изучением закономерностей распределения биогеоценозов по поверхности Земли занимается биогеография.
Земная суша разделена на 13 основных широтных поясов: арктический и антарктический, субарктический и субантарктический, северный и южный умеренные, северный и южный субтропические, северный и южный тропические, северный и южный субэкваториальные, экваториальный.
Рассмотрим основные биогеографические зоны суши. Территорию вокруг полюсов охватывают холодные арктические (в Южном полушарии - антарктические) пустыни. Они отличаются крайне суровым климатом, обширными ледниковыми покровами и каменистыми пустынями, неразвитыми почвами, скудостью и однообразием живых организмов. Животные арктических пустынь связаны, в основном, с морем - это белый медведь, ластоногие, в Антарктиде - пингвины.
Южнее арктических пустынь расположена тундра (фин. tunturi «безлесная возвышенность»); в Южном полушарии тундра представлена лишь на некоторых субантарктических островах. Холодный климат и почвы, подстилаемые вечной мерзлотой, определяют здесь преобладание мхов, лишайников, травянистых растений и кустарничков. Южнее появляются небольшие деревца (например, карликовая берёза), и тундра сменяется лесотундрой. Фауна тундры достаточно однородна и скудна: северные олени, песцы, лемминги и полёвки, а также обширные птичьи базары. Из насекомых обильны комары. Большинство позвоночных с наступлением зимы покидают тундру (откочёвывают или улетают в более тёплые края). Вблизи морей и океанов тундра и лесотундра сменяются зоной океанических лугов.
Южнее лесотундры начинаются леса умеренной зоны; сначала хвойные (тайга), затем - смешанные, и наконец, широколиственные (Южный умеренный пояс практически полностью покрывает мировой океан). Умеренные леса занимают громадные территории в Евразии и Северной Америке. Климат здесь уже значительно теплее, и видовое разнообразие больше в несколько раз, чем в тундре. На подзолистых почвах доминируют крупные деревья - сосна, ель, кедр, лиственница, южнее - дуб, бук, берёза. Среди животных распространены хищные (волк, лиса, медведь, рысь), копытные (олени, кабаны), певчие птицы, отдельные группы насекомых.
Зону умеренных лесов сменяют лесостепь и затем степь. Климат становится теплее и засушливее, среди почв наибольшее распространение получают чернозёмы и каштановые почвы. Преобладают злаки, среди животных - грызуны, хищные (волк, лисица, ласка), хищные птицы (орёл, ястреб), пресмыкающиеся (гадюки, полозы), жуки. Большой процент степей занят сельскохозяйственными угодьями. Степи распространены на Среднем западе США, на Украине, в Поволжье и Казахстане.
Следующей за степью зоной является зона умеренных полупустынь и пустынь (Средняя и Центральная Азия, западная часть Северной Америки, Аргентина). Пустынный климат характеризуется малым количеством осадков, большими суточными колебаниями температуры. Водоёмы в пустынях, как правило, отсутствуют; лишь изредка пустыни пересекают крупные реки (Хуанхэ, Сырдарья, Амударья). Фауна отличается достаточным разнообразием, большинство видов приспособлены к обитанию в засушливых условиях.
При приближении к экватору умеренный пояс сменяют субтропики. В прибрежной полосе (северное побережье Средиземного моря, южный берег Крыма, Ближний Восток, юго-восток США, крайний юг ЮАР, южное и западное побережья Австралии, Северный остров Новой Зеландии) распространены вечнозелёные субтропические леса; вдали от моря находится лесостепь (в Северной Америке - прерии), степь и пустыни (последние - в Южной Австралии, на южном побережье Средиземного моря, в Иране и Тибете, Северной Мексике и западной части ЮАР). Животный мир субтропиков характеризуется смешением умеренных и тропических видов.
Тропические влажные леса (Южная Флорида, Вест-Индия, Центральная Америка, Мадагаскар, Восточная Австралия) в значительной степени распаханы и используются под плантации. Крупные животные практически истреблены. Западный Индостан, Восточная Австралия, бассейн Параны в Южной Америке и Южная Африка - зоны распространения более засушливых тропических саванн и редколесий. Самая же обширная зона тропического пояса - пустыни (Сахара, Аравийская пустыня, Пакистан, Центральная Австралия, Западная Калифорния, Калахари, Намиб, Атакама). Огромные пространства галечных, песчаных, каменистых и солончаковых поверхностей здесь лишены растительности. Животный мир малочисленен.
Субэкваториальные влажные леса сосредоточены в долине Ганга, южной части Центральной Африки, на северном побережье Гвинейского залива, северной части Южной Америки, в Северной Австралии и на островах Океании. В более засушливых районах их сменяют саванны (Юго-Восточная Бразилия, Центральная и Восточная Африка, центральные районы Северной Австралии, Индостана и Индокитая). Характерные представители животного мира субэкваториального пояса - жвачные парнокопытные, хищники, грызуны, термиты.
Ближе всего к экватору расположен экваториальный пояс (бассейн Амазонки, Центральная Африка, Индонезия). Обилие осадков и высокая температура обусловили здесь наличие вечнозелёных влажных лесов (в Южной Америке такой лес называется гилеей). Экваториальный пояс - рекордсмен по разнообразию видов животных и растений.
Похожие закономерности наблюдаются и в смене биогеографических зон в горах - высотной поясности. Она обусловлена изменением температуры, давления и влажности воздуха с увеличением высоты местности. Полного тождества между высотными, с одной стороны, и широтными, с другой стороны, поясами, однако, нет. Так, присущей типичной тундре смены полярных дня и ночи лишены её высокогорные аналоги в более низких широтах, а также альпийские луга.
Наиболее сложные спектры высотных поясов свойственны высокогориям, находящимся близ экватора. К полюсам уровни высотных поясов снижаются, а их разнообразие уменьшается. Изменяется спектр высотных поясов и при удалении от берега моря.
Одни и те же природные зоны встречаются на разных материках, однако леса и горы, степи и пустыни имеют свои особенности на различных континентах. Различаются и растения и животные, приспособившиеся к существованию в этих природных зонах. В биогеографии выделяют шесть биогеографических областей:
· Палеарктическая область (Евразия без Индии и Индокитая, Северная Африка);
· Неарктическая область (Северная Америка и Гренландия);
· Восточная область (Индостан и Индокитай, Малайский архипелаг);
· Неотропическая область (Центральная и Южная Америка);
· Эфиопская область (практически вся Африка);
· Австралийская область (Австралия и Океания).
Живые организмы населяют не только сушу, но и Мировой океан. В океане обитает порядка десяти тысяч видов растений и сотни тысяч видов животных (в том чиле более 15 тысяч видов позвоночных). Растения и животные заселяют в мировом океане две сильно отличающиеся друг от друга области - пелагиаль (поверхностные слои воды) и бенталь (морское дно). Широтные зоны хорошо выражены только в приповерхностных водах океана; с увеличением глубины влияние солнца и климата уменьшается, а температура воды приближается к характерным для толщи океана +4°С.
Пелагиаль - толща воды океанов, морей и озёр - делится на вертикальные зоны по освещённости (хорошо освещённая, сумеречная и лишённая света) и по распределению жизни (поверхностная, переходная и глубоководная). Для пелагических организмов характерны схожие приспособления, обеспечивающие плавучесть. Они разделяются на пассивно плавающих на поверхности воды (плейстон: саргассовые водоросли, сифонофоры и др.) или в её толще (планктон) и на активно плавающих организмов, способных противостоять силе течения (нектон: рыбы, кальмары, водные змеи и черепахи, пингвины, китообразные, ластоногие, а также крупные ракообразные). Нектон отличает вытянутая форма тела с наименьшим лобовым сопротивлением воды при движении.
Растительные пелагические организмы (фитопланктон: в основном, зелёные и диатомовые водоросли) - основные продуценты органического вещества в океане. Фитопланктон наиболее распространён в местах выноса с глубины или стока с суши питательных веществ - фосфатов и нитратов. Потребность в солнечной энергии ограничивает их распространение до глубины в 50-100м. Зоопланктон (ракообразные, простейшие, медузы и гребневики, личинки различных животных) можно встретить и на большей глубине. Тропические районы океанов, удалённые от суши, наиболее бедны по количеству видов. Остатки пелагических организмов участвуют в образовании донных осадков.
Население дна - бентос - также распределено по глубинным поясам. Среди растительных организмов распространены бурые, красные, диатомовые и зелёные водоросли; у берега пресноводных водоёмов встречаются и цветковые растения (тростник, камыш, кувшинка, элодея и другие). Морской зообентос представлен, главным образом, фораминиферами, губками, коралловыми полипами, многощетинковыми червями, сипункулидами, моллюсками, ракообразными, мшанками, иглокожими, асцидиями и рыбами. Особенно многочисленны обитатели мелководий; их количество может доходить до десятков килограммов на 1м2 поверхности. Пресноводный зообентос гораздо беднее: в основном, это простейшие, кольчатые черви, моллюски, личинки насекомых и рыбы.
Эволюция биосферы
Биосфера не является статичным, неизменным объектом; с течением времени она эволюционирует. Важным фактором этой эволюции являются сами живые организмы. С момента своего возникновения они расширяли границы биосферы, изменяли её состав. В результате их деятельности за миллиарды лет появились горные породы и полезные ископаемые органического происхождения, полностью преобразована атмосфера Земли (в то числе образован озоновый экран, защищающий всё живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей), постоянно менялся рельеф местности. биосфера природный зона биогеографический
Значительные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Бурное развитие промышленности, науки и техники за несколько столетий - геологически ничтожный отрезок времени - способствовало значительному ускорению миграции атомов. Человек создал тысячи новых пород и сортов, истребил многие виды диких животных и растений, извлёк из земной коры миллиарды тонн полезных ископаемых; в результате его деятельности образовались новые озёра - водохранилища - и искусственные реки - каналы, на огромных площадях природные экосистемы сменились искусственными. Деятельность человечества, ничтожного по своей биомассе, оказывает влияние на состав земных океанов и атмосферы. Сейчас уже можно сказать, что человек, овладев громадной энергией, сам является мощнейшим фактором эволюции биосферы. Владимир Вернадский предполагал, что человечество должно создать новую оболочку Земли - ноосферу (греч. noos - «разум»), рассматриваемую в качестве некого мыслящего пласта над биосферой.
Человечество не всегда разумно использовало находящиеся в его распоряжении ресурсы. Не зная многих закономерностей природы, человек часто не представляет последствий своей «победы» над природой. Некоторые государства древнего мира исчезли с лица земли в результате хищнического отношения к природе: истощения почв и вырубки лесов. Вырубка лесов вызывает иссушение и эрозию почвы, приводит к увеличению количества наводнений и селевых потоков в горах, сказываются на местном и глобальном климате.
Деятельность человека приводит к сокращению запасов чистой воды. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды зачастую без должной очистки, загрязняя окружающие водоёмы токсичными химическими соединениями. Гидроэлектростанции и плотины мешают нормальной миграции речных рыб. Двигатели внутреннего сгорания в автотранспорте, заводы, тепловые электростанции выделяют в атмосферу вредные вещества. Появление новых городов и накопление промышленных отвалов уменьшает площадь лесов и лугов, поддерживающих концентрацию кислорода в атмосфере на необходимом для жизни уровне. Безответственное использование атомной энергии приводит к загрязнению окружающей среды радиоактивными веществами, вызывающими раковые заболевания.
Увеличение численности населения земного шара (в настоящее время на Земле проживает уже более шести миллиардов человек) может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. В докладах Римского клуба - международной организации, занимающейся исследованием глобальных проблем, затрагивающих сами основы существования человека, - прогнозируется кризис энергетических и пищевых ресурсов уже в середине XXI века. Одна из задач биологии - обеспечить человечество питанием. В настоящее время для этого проводятся разнообразные исследования по увеличению продуктивности существующих агроценозов, выведению новых пород животных и сортов растений, использованию морских плантаций в сельском хозяйстве, применению последних достижений генной инженерии и микробиологии.
Полёты человека в космос привели к созданию новой отрасли биологии - космической биологии. Помимо исследования возможной жизни на других планетах и в открытом космосе перед этой наукой ставится много проблем прикладного характера: обеспечение человека условиями, необходимыми для жизни в космосе, защита от радиации, проблема приспособления человеческого организма к невесомости и малой подвижности. Многие из этих проблем уже решены.
В настоящее время во всём мире возникла необходимость наладить разумное использование природных ресурсов. Нужна охрана атмосферы, водных ресурсов, почвы, живой природы. Во многих государствах уже приняты законы об охране природы; промышленные, строительные и сельскохозяйственные учреждения обязаны учитывать баланс природных ресурсов и возможные последствия нарушения равновесия природных явлений. Созданы так называемые «красные книги» - списки редких и исчезающих видов животных и растений. Во всём мире появилось большое количество экологических организаций, занимающихся охраной окружающей среды; наиболее известной среди них является «Greenpeace» («Гринпис»).
Важную роль в охране природы играют заповедники - территории (акватории), на которых в первозданном, естественном состоянии сохраняется весь их природный комплекс. На территории заповедников запрещена хозяйственная деятельность, доступ посторонних людей. В природных национальных парках, в отличие от заповедников, регулярно проводятся туристические экскурсии. Заповедники и национальные парки создаются, как правило, в местах с уникальными экологическими системами. В настоящее время в одной России больше 100 заповедников и национальных парков. Наиболее известные из них - Баргузинский, Ильменский, Астраханский, Лосиный остров, Кедровая Падь. Широко известны также Аскания-Нова на Украине, Беловежская Пуща в Беларуси. Количество национальных парков в мире превысило 1200; среди них Йеллоустонский, Гранд-Каньон, Маунт-Мак-Кинли (США), Олимп, Парнас (Греция), Комодо (Индонезия), Маунт-Кения (Кения), Серенгети, Килиманджаро (Танзания), Виктория-Фолс (Зимбабве), Крюгер (ЮАР), Тонгариро (Новая Зеландия) и многие другие.
Серьёзной проблемой являются глобальные климатические изменения в биосфере. Некоторые химические вещества (например, фреон), выбрасываемые в атмосферу, приводят к разрушению озонового слоя. В настоящее время над Антарктидой и некоторыми арктическими регионами постоянно существуют зоны, в которых озоновый слой либо значительно тоньше нормы, либо отсутствует вообще.
Какая-то доля солнечной радиации достигает поверхности Земли; часть её переизлучается обратно в атмосферу уже в виде более длинноволнового инфракрасного излучения. Природный парниковый эффект обеспечивает поддержание температуры Земли примерно на 33° выше той, которая бы наблюдалась при его отсутствии. Выброс в атмосферу углекислоты и других газов, а также твёрдых частиц вызывает техногенный парниковый эффект, в результате чего повышается среднегодовая температура воздуха. Повышение температуры даже на несколько градусов может привести к таянию полярных льдов и затоплению океанических побережий, в том числе густонаселённых регионов Западной и Восточной Европы, Индостана, Южной Америки.
Впрочем, 7 миллиардов тонн CO2 в год, выбрасываемых в воздух при сжигании топлива, - небольшая величина по сравнению с 200 миллиардами тонн диоксида углерода, образующегося естественным путём в процессах дыхания и гниения, а повышение средней температуры на 0,5°C за последние сто лет можно объяснить и другими причинами (например, изменяющейся солнечной активностью). Тем не менее, глобальные климатические изменения, вызванные деятельностью человека, - это проблема, к исследованию которой необходимо подходить со всей ответственностью.
Размещено на Allbest.ru
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 13.04.2014Основа организации биосферы. Основные функции биосферы. Биогеохимические функции живого вещества. Неравномерное распределение континентов и океанов. Учение Вернадского о биосфере. Молекулярная структура всего живого. Сложность биологических структур.
реферат [323,6 K], добавлен 08.05.2011Учение 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 23.10.2009Вклад В. Вернадского в развитие науки о биосфере. Структура биосферы (живое, биогенное, косное и биокосное вещество) и ее границы. Степень сосредоточения массы живого вещества в атмосфере, гидросфере и литосфере, преобладающие виды живых организмов.
презентация [5,3 M], добавлен 07.11.2011Биосфера как область обитания живых организмов. Оболочка Земли: состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Абиотические компоненты биосферы. Связь биосферы с космосом и взаимодействие с человеком.
реферат [27,7 K], добавлен 13.05.2009Учение В.И. Вернадского о биосфере - оболочке Земли, населенной живыми организмами. Границы и косное вещество биосферы. Характеристика основных оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы. Анализ закономерностей в распределении живых организмов.
презентация [2,5 M], добавлен 20.11.2014Один 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 07.12.2014Основа 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 25.11.2010Исследование биосферы как системы взаимодействия живого и неживого вещества, ее основные характеристики и место человека в ней. Ключевые положения учения о биосфере. Влияние деятельности человека на экосистемы и перспективы развития человечества.
реферат [29,2 K], добавлен 17.11.2009Определение биосферы, ее эволюция, границы и состав, охрана. Свойства живого вещества. Биогенная миграция атомов. Биомасса, её распределение на планете. Роль растений, животных и микроорганизмов в круговороте веществ. Биосфера и превращение энергии.
контрольная работа [919,6 K], добавлен 15.09.2013
