Биосфера (от греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар)
Авторы термина Ж. Б. Ламарк Э. Зюсс В. И. Вернадский
Границы биосферы
Биосфера 1. Аэробиосфера (приземный слой атмосферы) 2. Литобиосфера (верхние слои литосферы) 3. Гидробиосфера (гидросфера)
Состав атмосферы Газ N 2 O 2 Ar CO 2 Ne He Kr N 2 O H 2 O 3 Содержание, % по объему по массе 78, 09 75, 50 20, 95 23, 10 0, 932 1, 286 0, 036 0, 052 1, 8· 10 3 1, 3· 10 3 4, 6· 10 4 7, 2· 10 5 1, 1· 10 4 2, 9· 10 4 5· 10 5 7, 7· 10 5 5· 10 5 2, 6· 10 6 2· 10 7 3, 3· 10 6
Структура атмосферы
Атмосферный озон
Литосфера. Строение Земли
Педосфера (почвенная оболочка)
Гидросфера q 96, 53 % — моря и океаны; q 1, 69 % — подземные воды; q 1. 78 % — реки, льды и снега. 2 % — пресные воды 0, 3 % воды пригодно для водоснабжения
Типы веществ в биосфере n n n n Живое Косное Биогенное Биокосное Радиоактивное Рассеянные атомы Вещество космического происхождения
Свойства живого вещества n «Всюдность жизни» n Движение не только пассивное, но и активное n Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти n Высокая способность к адаптации к разным условия среды n Феноменально высокая скорость протекания химических реакций n Высокая скорость обновления (в среднем 8 лет)
Всюдность жизни Начальная численность популяции эвглены зеленой составляет 30 особей, каждая особь в среднем за 6 часов образует 4 дочерние клетки. При условии что смертность равна нулю, прирост численности эвглен за сутки 30 44=480
Функции живого вещества n n n n n Энергетическая Газовая Окислительно восстановительная Деструктивная Транспортная Средообразующая Рассеивающая Информационная Биогеохимическая деятельность человека
Свойства биосферы n n n n Биосфера – открытая система Целостность и дискретность Централизованность Устойчивость и саморегуляция (гомеостаз) Большое разнообразие Ритмичность Горизонтальная зональность и высотная поясность Наличие механизмов, обеспечивающих протекание круговоротов веществ.
Круговороты веществ
Биогеохимические круговороты состоят из 1. Обменного фонда 2. Резервного фонда
Большой круговорот (геологический)
Малый круговорот (биогеохимический)
Круговорот кислорода
Круговорот углерода
Круговоро азота
Особенности азота n n В воздухе содержание азота 78 %. Азот не принимает непосредственного участия в энергетическом обмене, но входит в состав белка. Фиксировать атмосферный азот могут только некоторые организмы. Разложение азотсодержащих веществ происходит в почве в несколько стадий с использование разных групп микроорганизмов.
Типы фиксации азота 1. Атмосферная (молнии) 2. Биологическая (синезеленые водоросли и клубеньковые бактерии) 3. Промышленная
Круговорот фосфора
Круговорот серы
Сера: биогенный элемент, основной компонет некоторых аминокислот 1. В почву попадает в результате разложения некоторых горных пород и органических веществ 2. В растения попадает с водой 3. Разложение серосодержащих веществ происходит с участием разнообразных микроорганизмов 4. В результате может образовываться сероводород и серная кислота 5. Антропогенный вклад в круговорот серы – кислотные осадки
Круговорот воды
Эволюция биосферы
Идеи Вернадского n n n Вначале сформировалась литосфера – предвестник окружающей среды, затем – после появления жизни на суше – биосфера. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные (безжизненные) геологические эпохи. Живые организмы – главный фактор миграции химических элементов в земной коре.
Идеи Вернадского n Огромный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практические в течение бесконечного промежутка времени. n Основным движущим фактором в развитии процессов в биосфере является биологическая энергия живого вещества.
Основные этапы биосферы
Гипотезы происхождения жизни на Земле q Креационизм q Гипотеза самопроизвольного возникновения q Гипотеза стационарного состояния q Панспермия q Биогеохимическая эволюция
Архей и Протерозой. Эра древнейшей жизни 2, 5 млрд лет назад – 600 млн. лет назад
Палеозой – эра древней жизни 600 млн. лет назад 240 млн. лет назад
Мезозой – эра средней жизни 300 млн. лет назад – 60 млн. лет назад
Кайнозой – эра современной жизни
Ноосфера – сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором ее развития. Антропосфера – сфера Земли, где живет и куда временно приникает человечество Техносфера – часть биосферы, преобразованная технической деятельностью человека
Признаки перехода к ноосфере q. Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры q. Массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох q. Рассеивание энергии, в отличие от ее накопления в биосфере до появления человека. q. Образование в больших количествах веществ, ранее в биосфере отсутствовавших q. Создание, хотя и в ничтожно малых количествах, трансурановых химических элементов. q. Расширение границ ноосферы за пределы Земли
Антропогенный фактор
Компоненты окружающей среды человека Природные ресурсы
Воздушная среда 1. Наружная (outside) – 10 15% времени Источники загрязения в жилых помещениях 2. Внутренняя (inside) Ø Производственная – 25 30% времени Ø Жилая – 60 70% времени 1 внешние воздушные источники загрязнений. 2 токсичные испарения строительных материалов. 3 проникновение радона и метана из подвальных помещений. 4 продукты горения бытового газа и пищевые испарения. 5 испарения полимерных материалов. 6 – вредные продукты жизнедеятельности человека
Водная среда 2 % запасов воды приходится на пресные воды 0, 3 % воды пригодно для водоснабжения Ежедневно человек расходует в среднем около 200 литров воды
Почвенная среда В мире Функции почвы: 1. Минерализация отмерших органических остатков Россия 0, 88 га/чел. Производство органического вещества 2. 0, 38 га/чел. Водная эрозия Ветровая эрозия
Недра (полезные ископаемые)
Растительный покров
Животный мир
Климат Город Москва Средняя температура января 6, 5 С Париж + 4, 2 С Стокгольм 2, 6 С Лондон + 5 С Нью Йорк 0 С Иерусалим + 7 – 13 С
Энергетическая среда Шум Ионизирующие излучения Электромагнитные излучения
«Законы» экологии Б. Коммонера 1. Все связано со всем 2. Все должно куда то деваться 3. Природа знает лучше 4. Ничто не дается даром
Экологические кризисы в истории человечества Реймерс Н. Ф. (1931 -1993) один из теоретиков общей экологии, выдающийся систематизатор и популяризатор экологических знаний.
Экологический кризис (чрезвычайная экологическая ситуация) – экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями ОС и представляющие угрозу для здоровья людей. Экологический кризис обратим. Экологическая катастрофа (экологическое бедствие) экологическое неблагополучие, характеризующееся необратимыми изменениями ОС и существенным ухудшением здоровья населения
Доантропогенный кризис аридизации Время 3 млн. лет назад Причины Наступление засушливого периода (аридизация климата) Результат Возникновение прямоходячих антропоидов
Кризис обеднения ресурсов собирательства и промысла для человека Время 30 50 тыс. лет назад Причины Недостаток доступных древнему человеку ресурсов Результат Биотехнологическая революция. Появление простейших биотехнологий, например выжигания растительности для обновления экосистем
Кризис перепромысла крупных животных (кризис консументов) Время 10 – 50 тыс. лет назад Причины Массовое истребление человеком крупных животных Результат Первая сельскохозяйственная революция – переход к примитивному земледению и скотоводству
Кризис примитивного поливного земледелия Время 1, 5 – 2 тыс. лет назад Причины Примитивный полив, сопуствующие ему истощение и засоление почв Результат Вторая сельскохозяйственная революция. Переход к неполивному (богарному) земледелию
Кризис недостатка растительных ресурсов и продовольствия (кризис продуцентов) Время 200 150 лет назад (Западная Европа). В остальном мире продолжается Причины Перепромысел лесов, истощительное земледелие, отсталые технологии Результат Промышленная революция, новые технологии в сельском хозяйстве
Кризис загрязнения окружающей среды (кризис редуцентов) Время 50 лет назад – до наст. времени Причины Многоотходные технологии, загрязнение окружающей среды ксенобиотиками, истощительное, нерациональное природопользование Результат Экологизация производства, поиск энергосберегающих и безотходных технологий
Глобальный термодинамический кризис Время Начался и прогнозируется Причины Выделение в ОС избыточного количества тепла, парниковый эффект Результат Нестабильность климатической системы, поиск решений: например, ограничение использования энергии и парниковых газов.
Кризис глобального исчерпания надежности экологических систем Время прогнозируется Причины Нарушение экологического равновесия в масштабах планеты Результат Приоритет экологических ценностей перед всеми другими, поиск решений
