Биосфера и место в ней человека

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Естествознание»

по теме: «Биосфера и место в ней человека»

Оглавление

Введение

1.Понятие биосферы

2.Человеческая деятельность и принцип экологической эквивалентности

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Хозяйственная деятельность человека вносит дисгармонию в естественные циклы вещества и энергии. Благодаря значительному энергетическому вкладу в производственные процессы движение веществ ускоряется. Наряду с их физическим перемещением создаются новые химические соединения. И в том и в другом случае антропогенные потоки вещества оказывают дестабилизирующее влияние на природные экосистемы. Эффект антропогенного загрязнения окружающей среды приобрел во второй половине XX в. глобальное значение.

Особая роль в развитии учения о биосфере – оболочке Земли, строение и организованность которой обусловлены жизнедеятельностью организмов, – принадлежит В.И. Вернадскому. По его утверждению, биосфера – планетарное явление космического характера. Мысль о жизни как о космическом явлении, пишет Вернадский, существовала уже давно. В конце XVII в. голландский ученый X. Гюйгенс в книге «Космотеорос», переведенной в России по инициативе Петра I, сделал следующее научное обобщение: «жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи». Вернадский назвал это обобщение «принципом Гюйгенса».

Небольшая книга Вернадского, посвященная биосфере, вышла в свет в 1926 г. Понимание идей Вернадского пришло только в 60-е гг. нашего столетия. Оно крепло по мере осознания человечеством угрозы экологического кризиса. Решение глобальных экологических проблем невозможно без понимания законов, управляющих живыми организмами в биосфере, и это обуславливает актуальность настоящей работы.

Целью данного реферата является исследование биосферы как системы взаимодействия живого и неживого вещества, определение основных характеристик этой системы и место человека в ней.

В связи с поставленной целью можно формулировать следующие задачи исследования:

·  рассмотрим ключевые положения учения о биосфере, используя работы не только Вернадского, но и современных авторов, при этом определим понятие «биосфера», а также рассмотрим функции живого вещества и сформулируем закон сохранения;

·  определим особенности влияния человеческой деятельности на уже сложившиеся экосистемы, и перспективы развития человечества исходя из систематического разрушения им ценозов, осуществляющих средообразующую деятельность.

Реферат состоит из 5 разделов. В первом сформулированы цель и задачи исследования, во втором даются ключевые положения учения о биосфере, в третьем дается обзор глобальных проблем человечества, связанных с постоянным негативным воздействием людей на среду их обитания, в четвертом сделаны основные выводы по содержанию работы, в пятом указаны первоисточники по теме работы.

1. Понятие биосферы

Понятие «биосфера», по мнению В.И. Вернадского, было сформулировано (без употребления самого термина) Ж.Б. Ламарком в начале XIX в. А. Гумбольдт выделял сферу жизни как неотъемлемую часть географической оболочки. Наконец, Э. Зюсс в 1875 г. при рассмотрении основных оболочек Земли: лито-, атмо- и гидросферы, – полагал, что в области взаимодействия верхних сфер и литосферы можно выделять самостоятельную оболочку – биосферу. Э. Зюсс впервые ввел этот термин в науку.

Определяя биосферу, Вернадский вводит понятие «живое вещество» – совокупность всех живых организмов. Область распространения живого вещества включает нижнюю часть воздушной оболочки (атмосферы), всю водную оболочку (гидросферу) и верхнюю часть твердой оболочки (литосферы).

Вернадский четко обозначает верхний и нижний пределы распространения жизни. Верхний – обусловливается лучистой энергией, приходящей из космоса, губительной для живых существ. Речь идет о жестком ультрафиолетовом излучении; оно задерживается озоновым экраном, нижняя граница которого проходит на высоте около 15 км: это верхняя граница биосферы. Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах. На глубине 3-3,5 км температура достигает 100 °С. Наибольшую мощность биосфера имеет в океане: от поверхности до максимальных глубин в нем обитают живые существа.

Для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. Она обладает также следующими тремя особенностями: во-первых, в ней в значительном количестве содержится жидкая вода; во-вторых, на нее падает мощный поток солнечной энергии; в-третьих, в биосфере проходят поверхности раздела между веществами, находящимися в трех фазах – твердой, жидкой и газообразной. Все это служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы. Биосфера – главная арена жизни и хозяйственной деятельности человека.

Чтобы наглядно представить биосферу как систему, в которой живые организмы выполняют роль системобразующего элемента, рассмотрим основные функции живого вещества: энергетическую, деструктивную, концентрационную и средообразующую.

Энергетическая функция выполняется прежде всего растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных органических соединений. По словам Вернадского, зеленые хлорофилльные организмы, зеленые растения, являются главным механизмом биосферы, который улавливает солнечный луч и создает фотосинтезом химические тела – своеобразные солнечные консервы, энергия которых в дальнейшем является источником действенной химической энергии биосферы, а в значительной мере – всей земной коры.

По расчетам Вернадского, на Земле ежегодно аккумулируется растениями около 10¹⁹ килокалорий энергии. Внутри экосистемы эта энергия в виде пищи распределяется между животными. Частично энергия рассеивается, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых, служащие в настоящее время энергетической базой для жизни и работы людей. Растения – главный источник пищи для людей и сельскохозяйственных животных.

Деструктивная функция состоит в разложении, минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т. д.), которые вновь используются в начальном звене круговорота. Этим занимается специальная группа организмов – редуценты (деструкторы).

Особо следует сказать о химическом разложении горных пород. Благодаря живому веществу биотический круговорот пополняется минералами, высвобождаемыми из литосферы. Например, по свидетельству А.В. Лапо, плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождал из базальта 3 % содержащегося в нем кремния, 11 % алюминия, 59 % магния, 64 % железа. Пионеры жизни на скалах – бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы и лишайники – оказывают на горные породы сильнейшее химическое воздействие растворами целого комплекса кислот – угольной, азотной, серной и разнообразных органических. Разлагая с их помощью те или иные минералы, организмы избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие питательные элементы – кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы.

Общая масса зольных элементов, вовлекаемая ежегодно в биотический круговорот только на суше, составляет около 8 млрд. т. Это в несколько раз превышает массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Благодаря жизнедеятельности организмов-деструкторов создается уникальное свойство почв – их плодородие.

Концентрационная функция заключается в избирательном накоплении при жизнедеятельности организмов атомов веществ, рассеянных в природе. Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов – это характерная особенность живого вещества. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Например, в продуктах жизнедеятельности некоторых из них по сравнению с природной средой содержание марганца увеличено в 1200000 раз, железа – в 65000, ванадия – в 420000, серебра – в 240000 раз и т.д.

Морские организмы активно концентрируют рассеянные минералы для построения своих скелетов или покровов. Существуют, например, кальциевые организмы (моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие, известковые водоросли и т. п.) и кремниевые (диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии). Особо следует обратить внимание на способность морских организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные элементы. Их концентрация в теле беспозвоночных и рыб может в сотни тысяч раз превосходить содержание в морской воде. Благодаря этому морские организмы полезны как источник микроэлементов, но вместе с тем употребление их в пищу может грозить отравлением тяжелыми металлами или быть опасным в связи с повышенной радиоактивностью.

Средообразующая функция состоит в трансформации физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Можно сказать, что она является совместным результатом всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают в равновесии баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая стабильность условий существования организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к регенерации экологических условий выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий. Он заключается в том, что изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Таким образом, гомеостаз, устойчивость экосистемы, оказывается явлением не статическим, а динамическим.

В результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных пород в литосфере; на поверхности суши возник плодородный почвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер).

Вернадский объясняет парадокс: почему, несмотря на то, что общая масса живого вещества – пленка жизни, покрывающая Землю, – ничтожно мала, результаты жизнедеятельности организмов сказываются на составе и литосферы, и гидросферы, и атмосферы? Если живое вещество распределить на поверхности Земли ровным слоем, его толщина составит всего 2 см. При такой незначительной массе организмы осуществляют свою планетарную роль за счет весьма быстрого размножения, т. е. весьма энергичного круговорота веществ, связанного с этим размножением.

Масса живого вещества, соответствующая данному моменту времени, с трудом сопоставляется с тем грандиозным ее количеством, которое производило свою работу в течение сотен миллионов лет существования организмов. Если рассчитать всю массу живого вещества, воспроизведенного за это время биосферой, она окажется равной 2,4×10²⁰ т. Это в 12 раз превышает массу земной коры.

На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Глины, известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы – это все породы органогенного происхождения. Наконец, свойства природных вод, соленость Мирового океана и газовый состав атмосферы определяются жизнедеятельностью населяющих планету существ.

Рассмотрим влияние средообразующей функции организмов на содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере. Напомним, что повышение концентрации СО₂ в атмосфере вызывает «парниковый эффект» и способствует потеплению климата. Свободный кислород выделяется при фотосинтезе. Впервые на Земле массовое развитие фотосинтезирующих организмов – сине-зеленых водорослей – имело место 2,5 млрд лет назад. Благодаря этому в атмосфере появился кислород, что дало импульс быстрому развитию животных. Однако интенсивный фотосинтез сопровождался усиленным потреблением СО₂ и уменьшением его содержания в атмосфере. Это привело к ослаблению «парникового эффекта», резкому похолоданию и первому в истории планеты (гуронскому) оледенению.

В наши дни накопление в атмосфере углекислого газа от сжигания углеводородного топлива рассматривается как тревожная тенденция, ведущая к потеплению климата, таянию ледников и грозящая повышением уровня Мирового океана более чем на 100 м. В этой связи следует отметить функцию захвата и захоронения избыточной углекислоты морскими организмами путем перевода ее в соединения углекислого кальция, а также путем образования биомассы живого вещества на суше и в океане.

Чистота морских вод – во многом результат фильтрации, осуществляемой разнообразными организмами, но особенно зоопланктоном. Большинство из этих организмов добывает пищу, отцеживая из воды мелкие частицы. Работа их настолько интенсивна, что весь океан очищается от взвеси за 4 года. Байкал исключительной чистотой своих вод во многом обязан веслоногому рачку эпишуре, который за год трижды процеживает его воду.

Основу функционирования живого вещества составляет биотический круговорот веществ. Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: 1) продуцентов – зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу, – они создают первичное органическое вещество; 2) консументов, потребляющих органическое вещество, – это растительноядные и хищные животные; 3) редуцентов (деструкторов), разлагающих мертвое органическое вещество до минерального, – это в основном бактерии, грибы и простейшие животные.

На восходящей ветви биотического круговорота, основанного на выполнении энергетической функции зелеными растениями, происходит аккумуляция солнечной энергии в виде органических веществ, синтезируемых растениями из неорганических соединений – углекислого газа, воды, азота, зольных элементов питания. Нисходящая ветвь биотического круговорота связана с потерями органического вещества. Важнейший процесс - дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СО₂ и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии – это потребление растений консументами первого порядка – растительноядными животными. Запасаемая фитофагами с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами.

Растительноядные животные являются пищей для плотоядных животных – консументов более высокого трофического уровня. Консументы второго порядка расходуют накопленную с пищей энергию по тем же каналам, что и консументы первого порядка (растительноядные животные). Число трофических уровней, образуемых хищными животными, обычно не превышает трех-четырех, так как в связи с большими тратами энергии численность и биомасса животных на более высоких трофических уровнях становятся все меньше.

Каждое звено экосистемы поставляет в окружающую среду органические остатки (детрит), которые служат источником пищи и энергии для животных-сапрофагов, а главным образом для микроорганизмов – бактерий, грибов, актиномицетов и др. Завершающим этапом превращения органического вещества являются процессы гумификации и далее окисления гумуса до СО₂ и минерализации зольных элементов, которые вновь возвращаются в почву и атмосферу, обеспечивая растение пищей.

Таким образом, биотический круговорот представляет собой непрерывный процесс создания и деструкции органического вещества. Он реализуется при участии представителей всех трех групп организмов: без продуцентов невозможна жизнь, поскольку лишь они производят основу жизни – первичное органическое вещество; консументы разных порядков, потребляя первичную и вторичную продукцию и переводя органическое вещество из одной формы в другую, способствуют возрастанию многообразия форм жизни на Земле; наконец, редуценты, разлагая органическое вещество до минерального, возвращают его к началу круговорота. Глобальные циклы миграции химических элементов не только связывают три наружные оболочки нашей планеты в единое целое, но и обусловливают непрерывную эволюцию ее состава.