Поняття про біосферу та атмосферу

Реферат з екології

Тема: Поняття про біосферу та атмосферу

 

Зміст

Вступ. 3

1. Характеристика та склад біосфери. 4

2. Склад і будова атмосфери. 5

3. Основні складові атмосфери. 11

Висновки. 13

Список використаної літератури. 14

Вступ

Найхарактернішою істотною рисою планети Земля є існування на ній життя. Усю сукупність живих організмів та ту частину речовини планети, що перебуває в постійному обміні речовиною і енергією з цими організмами, прийнято називати "сферою життя" або біосферою.

Отже, природні екосистеми не існують ізольовано, а постійно взаємодіють з іншими екосистемами і, в сукупності, вони утворюють глобальну екосистему - біосферу. На рівні біосфери виявляються свої особливості функціонування системи.

Виникнення живої речовини, і біосфери в цілому, видозмінили кругообіг хімічних речовини на Землі і викликали значні зміни. В той же час, історія планети Земля налічує значну кількість фактів існування процесів, які викликали порушення функціонування екосистем і визначали значні перебудови ходу біосферних процесів. Такі зміни відбувались здавна, ще до появи людини, але саме виникнення людей, їх діяльність, викликала принципово нові зміни в довкіллі. Дедалі ці зміни набувають більш глобального характеру і сьогодні людство розглядається як основний збурювач біосфери. Набули поширення такі терміни як "екологічна криза", "екологічна катастрофа" та інші, які переважно співвідносять із критеріями людини. Наскільки такі категорії можуть бути придатними для характеристики природних змін у біосфері або вони є частиною еволюції? Безумовно, відповіді на такі запитання дати важко, але склалися певні стереотипи щодо визначення екологічних криз минулого.

До поняття "біосфера" (bios - життя, sphairo - куля, сфера) близько підійшов французький біолог Ж.-Б.Ламарк (1802), але сам термін "біосфера" вперше запропонував австрійський геолог Е.Зюсс (1875). Саме він виділив біосферу як окрему оболонку Землі, охоплену життям, хоча не дав визначення цьому поняттю.

1. Характеристика та склад біосфери

У буквальному перекладі термін “біосфера” означає сферу життя, і в такому значенні він був уперше введений у науку в 1875 р. австрійським геологом та палеонтологом Едуардом Зюссом, який визначав біосферу як сукупність організмів, обмежену в просторі та часі, яка мешкає на поверхні Землі.

Сучасна наука визначає біосферу як оболонку Землі, яка містить всю сукупність живих організмів та ту частину речовини планети, що знаходиться у безперервному обміні з цими організмами.

Два головних компоненти біосфери – живі організми та середовище їх мешкання – безперервно взаємодіють між собою та знаходяться в тісній, органічній єдності, утворюючи цілісну динамічну систему. Біосфера як глобальна суперсистема в свою чергу складається з ряду підсистем.

За час еволюції життя на Землі існувала величезна кількість різних видів живих організмів (всього близько 500 млн.). Зараз нараховують близько 3 млн. видів живих організмів.

Окремі живі організми не існують ізольовано. В процесі своєї життєдіяльності вони поєднуються в різні системи, наприклад, в популяції. В ході еволюції утворюється інший, якісно новий рівень живих систем, так звані біоценози – сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів у локальному середовищі існування.

У сукупності із оточуючим середовищем існування, обмінюючись з нею речовиною та енергією, біоценози утворюють нові системи – біогеоценози або, як їх ще називають, екосистеми. Біогеоценоз є природною моделлю біосфери в мініатюрі, включаючи в себе всі ланки біотичного кругообігу: від зелених рослин, які створюють органічну речовину, до їх споживачів, які перетворюють її знову на мінеральні елементи. Інакше кажучи, біогеоценоз є елементарною складовою біосфери. Таким чином, у сукупності всі живі організми та екосистеми утворюють суперсистему – біосферу.

Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу та верхню частину літосфери.

Атмосфера – це найбільш легка оболонка Землі, яка межує з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовиною та енергією з космосом. Атмосфера має декілька шарів: тропосфера (нижній шар, який межує з поверхнею Землі, висота 9-17 км, в ньому зосереджено близько 80% газового складу атмосфери та весь водяний пар), стратосфера, ноосфера[3, c. 54-56].

2. Склад і будова атмосфери

Атмосфера Землі складається з суміші газів (повітря), водяної пари і домішок (аерозолів). Повітря біля підстилаючої поверхні містить (за об'ємом) понад 78 % азоту, близько 21 % кисню і менше 1 % інших газів. Склад його майже скрізь однаковий і унаслідок перемішування зберігається до висоти 90-100 км. Вище переважають легші гази. Вміст вуглекислого газу на різних висотах неоднаковий. Він збільшується у зв'язку із спалюванням все більшої кількості вугілля, нафти, природного газу. Озону в атмосфері дуже мало, але внаслідок фотохімічних реакцій він утворює на висоті 20-30 км шар в стратосфері озоновий екран. Цей шар затримує згубну для живих організмів ультрафіолетову радіацію. Тому вище від цього шару температура в атмосфері підвищується. Кількість водяної пари в приземному шарі сильно змінюється, а з віддаленням від поверхні швидко знижується. На висоті 2 км його вже в два рази менше, ніж біля поверхні, а вище 70-80 км атмосфера практично суха.

Тверді і рідкі домішки в атмосфері (аерозолі) - це пил (у тому числі і космічний), сажа, попіл, кристали льоду і морської солі, краплинки води, мікроорганізми, пилок рослин і ін. Вміст їх сильно змінюється залежно від умов. Над пустелями багато пилу, над промисловими центрами - сажі. Аерозолі служать ядрами для конденсації водяної пари в атмосфері.

Атмосфера має шарувату будову. Відповідно до змін температури з висотою виділяють такі шари: тропосферу (до 16 км), стратосферу (до 50 км), мезосферу (до 80 км), термосферу, що поступово переходять у міжпланетний простір приблизно на висоті 3000 км. У тропосфері і мезосфері температура з висотою знижується, а в стратосфері і термосфері, навпаки, підвищується. За ступенем іонізації атмосфери в ній виділяють нейтральний шар (нейтросферу) до висоти 90 км і шар, сильно іонізований (іоносферу) вище 80 км. Нижній шар атмосфери – тропосфера, містить понад 90 % всієї маси атмосфери. Висота тропосфери: до 18 км над екватором і 8-10 км - в полярних областях. Температура з підняттям вгору у тропосфері знижується в середньому на 6°С на 1 км, а тиск - на 11 мм рт. ст. на кожні 100 м. У ній зосереджена майже вся водяна пара, утворюються хмари і випадають опади. Процеси, що відбуваються в тропосфері, безпосередньо впливають на підстилаючу поверхню, на життя і діяльність людей.

Сучасна атмосфера складається з таких основних компонентів:

· азот (78%);

· кисень (21%);

· аргон (0,93%);

· вуглекислий газ (0,03%);

· малі домішки: водень, гелій, неон, криптон, метан (0,009%).

Крім того у атмосфері є пари води, вміст яких коливається від 0,2% (в полярних широтах) до 3% (біля екватора). В атмосфері є аерозолі - завислі у повітрі дрібні тверді і рідкі частки різних речовин. Вміст аерозолів дуже змінюється [8, c. 52-54].

Азот – основна складова частина атмосфери. Його маса 3,7*1015т. Основна маса атмосферного азоту знаходиться у малоактивному молекулярному стані. Азот надходить у атмосферу з вулканічними газами, утворюється з сполук азоту під час грозових розрядів і при дії ультрафіолетового випромінювання Сонця. Сполуки азоту потрапляють в атмосферу в наслідок діяльності людини (спалювання різних видів палива).

Кисень – активний окислювач, який бере участь в хімічних реакціях у гідросфері, літосфері і біосфері. Його маса у атмосфері 1,5х1015т. Основне джерело кисню – фотосинтез зелених рослин. Близько 80% усього кисню в атмосфері постачає морський фітопланктон, 20% - виробляє наземна рослинність, переважно тропічні ліси. За рахунок діяльності людини вміст кисню в атмосфері щорічно зменшується на 10 млрд. тонн.

Вуглекислий газ – є обов’язковою речовиною для фотосинтезу рослин. Цей газ утворюється під час спалювання палива, гниття органічних решток, виділяється з вулканічними газами. Діяльність людини призводить до збільшення вмісту СО₂. Це зумовлює підвищення середньорічної температури - виникає парниковий ефект.

Водяна пара потрапляє в атмосферу внаслідок випаровування вологи з поверхні Землі. 90% всієї водяної пари міститься в нижньому п’ятикілометровому шарі атмосфери., вище 10-12 км водяної пари дуже мало.

Аерозолі, що містяться в атмосфері поділяються на: сульфатні вулканічного і промислового походження, мінеральні (пил), вуглеводневі (сажа) і морські (частинки морських солей). Частки аерозолів зумовлюють пониження температури Земної поверхні. Аерозолі утримуються в атмосфері протягом днів і тижнів, а іноді роками (радіоактивний пил).

Маса сучасної атмосфери становить 5,3 .1015 т, тобто 1 мільйонну частину маси Землі. Приблизно 50% маси атмосфери знаходиться в її нижньому 5-ти км шарі, 75% - в 10- ти км, 90% - в 16-ти км.

Екологічне значення атмосфери:

· захищає всі живі організми Землі від згубного впливу космічних випромінювань і ударів метеоритів;

· регулює сезонні і добові температурні коливання;

· врівноважує й вирівнює добові коливання;

· через атмосферу відбуваються фотосинтез і обмін енергії - головні процеси біосфери;

· впливає на водний баланс і режим поверхневих та підземних вод;

· для деяких організмів (бактерії, літаючі комахи, птахи та ін.) атмосфера є основним середовищем життя.

Якби атмосфери не існувало, то коливання добової температури на Землі досягало б ±200°С. Атмосфера є не лише життєдайним “буфером” між Космосом і поверхнею нашої планети, носієм тепла та вологи, а й впливає на характер і динаміку всіх екзогенних процесів, що відбуваються в літосфері (фізичне та хімічне вивітрювання, діяльність вітру, природних вод, мерзлоти, льодовиків).

 

Таблиця 1. Будова атмосфери

Назва шару атмосфери	Висота, км	Температура 0 Со	Тиск, х 133 Па ( мілібар, 1мб = 0,75 мм рт.ст.)
Вище 2000 (3000) км і до 20000 км - воднева геокорона
Екзосфера	3000-800	Газо кінетична, 1000 - 2000
Термосфера (іоносфера)	800 - 100	Газо кінетична, 1000 (на вис.100 км переходить через 0, а на вис.150 км +200 ... 200 км - 500, 600 км - 1500)	1,9 - 8,0
Мезопауза	~ 90	- 75 ... 0	4 - 5
Мезосфера		0 ...-75	0,01
Стратопауза	~50	0 - ...+10	0,2 -0,8
Стратосфера На висоті 30-35 (22-27) км озоновий шар товщиною, 0,23-0,52 км	до 50	верх: +10...+20 низ: -75...-80	9,5 - 42
Тропопауза	~10-15		42
Тропосфера (90% маси)	8-на полюсах 18- екватор	верх -80 низ + 30 0,6 на 0,1 км	760 (на рівні моря -1013 на вис 16 км -100 )

Розвиток гідросфери також значною мірою залежав від атмосфери через те, що водний баланс і режим поверхневих і підземних басейнів і акваторій формувався під впливом режиму опадів і випаровування. Процеси гідросфери і атмосфери тісно пов'язані між собою.

Шари атмосфери. За характером змін температури атмосферу ділять на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу і екзосферу. Ці сфери розділені шарами, які називаються паузами: тропо-, страто-, мезо- і термопаузи [1, c. 32-33].

Будову (структуру) атмосфери та основні характеристики її складових частин схематично можна представити у вигляді таблиці 1 та проілюструвати рис.1:

Рис.1. Будова атмосфери

З висотою різко зменшуються щільність і тиск атмосфери, а температура змінюється нерівномірно й складно. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами. Найінтенсивніше теплові процеси протікають у тропосфері, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану та суші.

Тропосфера - найближчий до нас нижній шар атмосфери. Висота верхньої межі тропосфери залежить від температури: зимою вона ближче до земної поверхні, літом - дальше. Протягом доби коливання можуть сягати кількох кілометрів. Нагрівається за рахунок тепла нагрітої Сонцем земної поверхні. В тропосфері міститься до 80% вологи всієї атмосфери. Характерне постійне вертикальне перемішування повітря, - тут утворюються хмари, звідси випадають опади.

Тропопауза - її температура і висота змінюються зі зміною широти - від екватора до полюсів тропопауза знижується.

Стратосфера характеризується низьким тиском, розрідженням повітря, повною відсутністю водяної пари і значним вмістом озону - до 10-5 г/г повітря. Озоновий шар поглинає близько 97% ультрафіолетового компонента сонячної радіації, небезпечного для живих організмів.

Через різницю температури повітря над екватором і полюсами в стратосфері відбуваються значні горизонтальні переміщення повітряних мас зі швидкістю до 300 км/год.

В мезосфері продовжується зниження тиску повітря і температури з висотою. Розріджене повітря дуже іонізується, - тут виникають, так звані, сріблясті хмари.

В мезопаузі температура починає підвищуватись. Вважають, що вітер на цих висотах часто змінює напрямок і має швидкість до кількох сотень кілометрів за год. В термосфері швидкість руху частинок газу досягає дуже високих значень, але дякуючи великому розрідженню простору їх зіткнення буває дуже рідко. Термосфера - це сфера розрідженого іонізованого газу - переважно кисню (за даними, одержаними за допомогою штучних супутників Землі). Тому її називають іоносферою. Іонізація є причиною високої електропровідності термосфери, в ній проходять потужні електричні струми. В термосфері на висоті 320-400 км виникають, так звані, полярні сяйва. Вважають, що причина їх появи - це бомбардування розріджених газів термосфери потоком корпускулярної сонячної радіації.

Екзосфера- це зовнішня сфера Землі. Її називають також сферою розсіювання. Швидкість руху газів в екзосфері наближається до критичної - 11,2 км/с, тому вони розсіюються в міжпланетний простір. Це в першу чергу відноситься до водню, який переважає в складі екзосфери. Водень перемагає земне тяжіння і виноситься в космос - до 4-6 тис. т за рік, утворює, так звану, “водневу або гео- корону“ Землі, яка закінчується на висоті 20 000 км. Газовий склад земної атмосфери, в першу чергу водень, поповнюється за рахунок дегазації мантії. З космосу в атмосферу Землі поступають потоки плазми, що викидаються Сонцем, і космічний пил. геокорона поступово переходить у міжпланетний вакуум [5, c. 48-49].

3. Основні складові атмосфери

Однією з найголовніших складових атмосфери є водяна пара, яка має велику просторово-часову мінливість і зосереджена переважно в тропосфері.

Важливою змінною складовою атмосфери є також вуглекислий газ, мінливість вмісту якого пов'язана з життєдіяльністю рослин, його розчинністю в морській воді та діяльністю людини (промислові й транспортні викиди).

Останнім часом дедалі більшу роль у атмосфері відіграють аерозольні пилуваті частки - продукти людської діяльності, які можна виявити не лише в тропосфері, але й на великих висотах (щоправда, в мізерних концентраціях). Фізичні процеси, що відбуваються в тропосфері, дуже впливають на кліматичні умови різних районів Землі.

Наголосимо, що термін «постійна складова» стосується однорідності складу повітря у межах її нижніх 94 км (зона інтенсивного конвективного перемішування), а не його незмінності впродовж тривалого часу.

Останнім часом господарська активність людства дається взнаки для «постійної» складової атмосфери, бо інтенсифікація рільництва та тваринництва за 300 років подвоїла кількість метану в атмосфері, а спалювання органічного палива щонайменше на 1\4 збільшило концентрацію вуглекислого газу в ній.

Серед згаданих вище постійних складових атмосфери немає відверто отруйних. Цікаво, що суттєві зміни концентрації кожного з них шкідливі чи небажані, адже переважна більшість з них не підтримує дихання. Це стосується навіть потрібного нам кисню. Доведено, що зростання його вмісту понад 27% зробить практично неможливим самозгасання пожеж у лісах, які започатковуються блискавками. Ще гірше, що посилення окислення призведе до розігрівання і самозаймання куп листя чи вугілля, елеваторів і сховищ зерна, торфовищ тощо. Постійна складова повітря – екологічно безпечна на всій поверхні Землі [3, c. 43-44].

Висновки

Можна зробити наступні висновки.

Поширення терміну "біосфера" набуло після створення концепції біосфери Землі - "живої оболонки", видатним ученим-геохіміком, засновником і першим президентом Академії наук України В.І.Вернадським. За його визначенням, біосфера - це та частина земної кулі, в межах якої існувало й існує життя.

По-перше, біосфера настільки складна система, що її неможливо описати за допомогою достовірних моделей, з врахуванням потоків інформації в ній, потоків речовини і енергії. Ряд вчених вважає що судження про біосферу не є абсолютно достовірними, у відповідності із законом Б.Коммонера ("природа знає краще"). Він підкреслює самодостатність природи і хибність суджень людини про неї. М.Ф.Реймерс сформулював принцип неповноти інформації, який показує складність моделювання біосфери та проблему правильної організації заходів по охороні довкілля. За М.Ф.Реймерсом, внаслідок складності природи "... інформація при проведенні акцій по перетворенню або будь-якій зміні природи завжди є недостатньою для апріорних суджень про всі можливі результати таких дій, особливо у далекій перспективі, коли мають місце всі природні ланцюгові реакції".

По-друге, ніхто не знає рівня надійності такої глобальної системи, як біосфера в цілому. Тому важко визначити граничний вплив на біосферу, який би порушив механізм її саморегуляції.

По-третє, біосфера існує в однині і вона є місцем життя людини. Будь-яка помилка може мати катастрофічні наслідки.

Список використаної літератури

1. Білявський Г. Основи екології: Підручник для студентів вищих навчальних закладів/ Георгій Білявський, Ростислав Фурдуй, Ігор Костіков. - К.: Либідь, 2004. – 406 с.

2. Заверуха Н. Основи екології: Навчальний посібник для вищих навчальних закладів/ Нелі Заверуха, Валентин Серебряков, Юрій Скиба,. - К.: Каравела, 2006. - 365 с.

3. Запольський А. Основи екології: Підручник для студентів техніко-технологічних спеціальностей вищих навчальних закладів/ Анатолій Запольський, Анатолій Салюк,; Ред. К. М. Ситник. - К.: Вища школа, 2003..

4. Корсак К. Основи екології: Навчальний посібник/ Костянтин Корсак, Ольга Плахотнік; МАУП. - 3-тє вид., перероб. і доп.. - К.: МАУП, 2002..

5. Основи екології: Навчальний посібник для вищих навчальних закладів/ О. М. Адаменко, Я. В. Коденко, Л. М. Консевич; Ін-т менеджменту та економіки "Галицька академія". - 2-е вид.. - К.: Центр навчальної літератури, 2005..

6. Основи екології та екологічного права: Навчальний посібник/ Юрій Бойчук, Михайло Шульга, Дмитро Цалін, Валерій Дем’яненко,; За ред. Юрія Бойчука, Михайла Шульги,. - Суми: Університетська книга, 2004. - 351 с.

7. Сухарев С. Основи екології та охорони довкілля: Навчальний посібник/ Мін-во освіти і науки України, Ужгородський нац. ун-т. - К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 391 с.

8. Царенко О. Основи екології та економіка природокористування: Навч. посібн. для студ. вузів/ Олександр Царенко, Олександр Нєсвєтов, Микола Кадацький,. - 2-е вид., стереотипне. - Суми: Університетська книга, 2004. - 399 с.