БИОСФЕРА: ВОЗНИКНОВЕНИЕ, СОСТАВ, СТРУКТУРА, ЭВОЛЮЦИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ БИОСФЕРЫ.
Согласно современным представлениям, биосфера – это своеобразная оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
• Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. • Всю совокупность организмов на планете В. И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.
СОСТАВ БИОСФЕРЫ (по В. И. Вернадскому): • 1. Живое вещество- совокупность всех живых организмов на планете (растений, животных, микроорганизмов); • 2. Косное вещество (совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют); • 3. Биогенное вещество (создаётся и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов – уголь, известняки, нефть); • 4. Биокосное вещество (продукт взаимодействия живой и неживой природы – почва, кора выветривания); • 5. Радиоактивное вещество (обладает способностью испускать радиоактивное излучение); • 6. Космическое вещество (падает на Землю из Космоса – метеориты, космическая пыль); • 7. Рассеянное вещество (не образует скопления).
КОМПОНЕНТЫ БИОСФЕРЫ: 1. Горные породы; 2. Воздушные массы; 3. Водные скопления; 4. Почвенный покров; 5. Биоценозы; 6. Скопления льда в высокогорьях и в полярных широтах.
ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ: 1. Верхняя граница: одни утверждают, что по тропопаузе (810 км), другие – по озоновому слою (2025 км). 2. Нижняя граница: одни утверждают, что по осадочным породам (5 -6 км), другие – по земной коре и мантии (30 -40 км).
СТРУКТУРА БИОСФЕРЫ: • Биосфера подразделяется на 3 подсферы: 1. Аэробиосфера , населённая аэробионтами, субстратом жизни которых служит влага воздуха; 2. Гидробиосфера – глобальный мир воды (водная оболочка земли без подземных вод), населённая гидробионтами; 3. Геобиосфера – верхняя часть земной коры (литосфера), населённая геобионтами.
АЭРОБИОСФЕРА: 1. Тропобиосфера с тропобионтами (от вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков). Пространственно это более тонкий слой, чем атмосферная биосфера; 2. Альтобиосфера с альтобионтами – это слой крайне разряженной микробиоты; 3. Парабиосфера (слой случайного заноса организмов и их спор, неспособных к размножению).
ГИДРОБИОСФЕРА: 1. Аквабиосфера с аквабионтами (мир континентальных, главным образом, пресных вод); 2. Маринобиосфера с маринобионтами (область морей и океанов).
ГЕОБИОСФЕРА: 1. Террабиосфера с террабионтами (область жизни на поверхности суши): а) фитосфера (от поверхности земли до верхушек деревьев); б) педосфера (почвы, подпочвы, кора выветривания); 2. Литобиосфера – жизнь в глубинах земли (с литобионтами, живущими в порах горных пород): а) гипотеррабиосфера – слой, где возможна жизнь аэробов; б) теллуробиосфера – слой, где возможно обитание анаэробов (или глубинобиосфера);
Этапы формирования и развития биосферы, эры развития Земли. • Первый этап формирование биосферы связан с появлением живых организмов. Это событие совершилось в архейскую эру. • Первые живые организмы использовали для жизнедеятельности органические молекулы, растворенные в воде. • С появлением автотрофных живых организмов, пища которых продуцировалась из неживой материи, возникла вероятность развития первых фотосинтезирующих клеток (типа цианобактерий), выделяющих в атмосферу кислород. Для первых организмов кислород был ядовит в силу своей высокой окислительной способности, а соответствующие защитные биохимические системы отсутствовали.
• В условиях бескислородной атмосферы и жесткого УФизлучения распространение жизни было ограниченно. Она могла существовать только под защитным слоем воды (по расчетам, не менее 10 м). • Лишь появление кислорода в атмосфере и начало формирования озонового слоя сделали возможным существование организмов у поверхности водоемов и освоение суши. • С выходом на сушу живых существ начала образовываться почва — продукт взаимодействия жизни с неорганическими соединениями верхнего слоя земной коры. • В архейскую эру жизнь разделилась на два основных ствола: царство растений (автотрофных организмов) и царство животных (гетеротрофных организмов).
Протерозойская эра. В протерозойскую эру произошло значительное перераспределение площадей суши и моря на планете и развитие многоклеточных организмов. В течение этой эры бактерии и водоросли достигли своего расцвета. Постепенно тело многоклеточных растений расчленялось на части, которые выполняли различные функции (прикрепления, фотосинтеза и т. д. ). В этот период сформировались губки, кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, появились первые членистоногие, моллюски, иглокожие. На этапах архея и протерозоя жизнь стала геологическим фактором. Живые организмы изменяли форму, состав земной коры, атмосферы и образовывали живую оболочку планеты — биосферу.
Палеозойская эра. • Около 600 млн. лет назад началась палеозойская эра. • В кембрийский период климат был умеренным. Животные и растения населяли в основном моря. • В этот период, помимо одноклеточных, заселивших сушу, появляются первые наземные многоклеточные растения. • Выход растений на сушу, по-видимому, был связан с достижением содержания кислорода в атмосфере примерно 10% от современного. Теперь озоновый экран был способен хотя бы частично защитить организмы от УФ- излучения. • Заселение земной поверхности растениями привело к дифференциации их тела на стебель, листья и корень. Наиболее разнообразна была жизнь в морях. Среди растений господствовали различные водоросли, существовали уже все основные типы животных, кроме хордовых.
• В период ордовика продолжалось развитие наземной флоры, появились первые плауны и хвощи. В морях шел интенсивный процесс образования рифов коралловыми полипами. В этот период появились и стали развиваться первые хордовые. Появление хватательного ротового аппарата вызвало их интенсивное развитие. В силурийский период на сушу вышли первые дышащие воздухом животные — членистоногие. В водоемах продолжалось бурное развитие низших позвоночных. Особенно следует отметить появление парных плавниковконечностей у примитивных рыб. На суше интенсивно развивались растения. Накопление в почве большого числа органических остатков привело к развитию грибов, способствовавших переработке таких остатков.
• В период девона климат был резко континентальным, засушливым, с резкими колебаниями температуры в течение суток и по сезонам, появились обширные пустыни и полупустыни. Наблюдались и первые оледенения. • В этот период большого расцвета достигли рыбы, заселившие моря и пресные воды. • Поскольку многие наземные водоемы высыхали в летний период и промерзали зимой, рыб, населявших их, могли спасти два пути: зарывание в ил или миграция в поисках воды. • По первому пути пошли двоякодышащие рыбы, у которых наряду с жаберным развилось легочное дыхание (легкое развилось из плавательного пузыря). • По второму — кистеперые рыбы. Их плавники имели вид лопастей, состоящих из отдельных костей с прикрепленными к ним мышцами. С помощью плавников рыбы могли ползать по дну. Кроме того, они тоже могли иметь легочное дыхание. • Кистеперые рыбы дали начало первым земноводным стегоцефалам. На суше в девоне появляются леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов.
• В карбоне произошло заметное потепление и увлажнение климата. • В жарких болотистых лесах произрастали громадные (до 40 м) папоротники и хвощи. Появились голосеменные растения. Переход к семенному размножению давал растениям много преимуществ (защиту зародыша, снабжение его питательными веществами и др. ). • Расцвет древесной растительности привел к образованию больших пластов каменного угля — остатков гигантских растений. Большого разнообразия достигли стегоцефалы. Появились первые крылатые насекомые — тараканы (длиной до 10 см) и стрекозы (с размахом крыльев до 75 см). В конце периода появляются пресмыкающиеся.
• Поднятие суши в пермский период привело к развитию засушливого климата и похолоданию. • Влажные и пышные леса смещаются к экватору. Большинство папоротникообразных постепенно вымирает. Им на смену приходят голосеменные растения. • Иссушение климата привело к вымиранию многих земноводных. Зато значительного разнообразия достигли пресмыкающиеся. Рептилии приобрели свойства, позволившие им стать настоящими наземными существами. • В первую очередь это внутреннее оплодотворение, запас питательных веществ (желток) в защищенном оболочкой от высыхания яйце, ороговение кожи, усложнение легких. Благодаря этим приспособлениям рептилии широко расселились по суше.
• • • Мезозойская эра. Начало эры сопровождалось активным горообразованием — произошло возникновение Урала, Тянь-Шаня, Алтая. Это привело к дальнейшему усилению засушливости климата. Вымирает большинство влаголюбивых организмов: земноводные, папоротники, хвощи и плауны. Среди растений в период триаса господствуют голосеменные, среди животных — пресмыкающиеся. Появляются растительноядные и хищные динозавры, однако их размеры относительно невелики (мелкие - размером с кролика, крупные — до 5— 6 м в длину). В морях развиваются разнообразные головоногие моллюски. Изобилие рыб и моллюсков позволило рептилиям (ихтиозаврам) освоить водную среду. В конце триаса появляются первые примитивные млекопитающие, имевшие, в отличие от рептилий, постоянную температуру тела. Зверьки были, по-видимому, яйцекладущими, как современные утконос и ехидна.
• В юрский период на Земле устанавливается теплый климат, близкий к современному тропическому. • На суше появляются гигантские растительноядные динозавры (до 30 м) и охотившиеся на них хищные динозавры (до 10— 15 м длины). • Разнообразны были морские пресмыкающиеся. Рептилии начали осваивать и воздушную среду, появились летающие ящеры — птеродактили. Одновременно с этим появились первые птицы, сумчатые млекопитающие, первые покрытосеменные растения, после чего начался процесс параллельной эволюции цветковых растений и насекомых-опылителей.
• Меловой период получил название в связи с обилием мела в морских отложениях того времени, которые образовались из раковинок простейших животных. • В этот период быстро распространяются цветковые растения, вытесняя голосеменные. Некоторые формы (тополя, ивы, дубы, пальмы, эвкалипты) сохранились и поныне. • Динозавры мелового периода отличаются от предшественников. Некоторые из них стали передвигаться на задних ногах. Попрежнему встречались гигантские формы. • Продолжалось развитие птиц. • К концу мелового периода появились плацентарные млекопитающие. • В конце эпохи мела наступает процесс интенсивного горообразования, поднимаются Альпы, Анды, Гималаи, Кавказ. Климат стал резко континентальным и более холодным. Это привело к вымиранию всех крупных форм пресмыкающихся. Большинство выживших рептилий (ящерицы, змеи) были небольших размеров, лишь в экваториальном поясе сохранились довольно крупные крокодилы. В условиях общего похолодания преимущество получили теплокровные животные — птицы и млекопитающие.
Кайнозойская эра. • Эра расцвета цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих. • В третичный период устанавливается теплый равномерный климат. Широко распространяются леса — субтропические и тропические. Развиваются плацентарные млекопитающие, которые вытесняют сумчатых почти со всех континентов. • Древние хищные дали начало копытным. • Часть млекопитающих начала завоевывать море — появились ластоногие и китообразные. К концу третичного периода сформировались все современные группы млекопитающих. • Интенсивно развивались и различные насекомые, особенно связанные с цветковыми растениями. • Произошло формирование многих видов птиц. Экосистемы начали приобретать современную структуру, в них складывались пищевые связи между различными классами и типами организмов.
• В четвертичный период наступило похолодание, что привело к оледенению значительной части Земли. • На место теплолюбивой растительности пришла холодоустойчивая травяная и кустарниковая. Вымерли многие древесные растения, образовались обширные открытые пространства — степи. • Часть млекопитающих также исчезла в процессе эволюции, а некоторые группы, например копытные, интенсивно развивались. • Смена потеплений и похолоданий происходила неоднократно. Образование гигантских запасов льда на суше во время похолоданий приводило к понижению уровня Мирового океана, в результате чего возникали сухопутные мосты между материками. По этим участкам временной суши происходил обмен наземными животными и растениями. Все это определило тот видовой состав органического мира, который существует в настоящее время, а также создало современные экосистемы. В четвертичный период, или антропоген, происходила интенсивная эволюция приматов. От одной из групп обезьян — австралопитеков — еще в конце третичного периода отделились предки современного человека. В процессе развития древнейших людей биологические факторы эволюции играли все меньшую роль, а основное значение приобрели факторы социальные, действовавшие вместе с развитием сознания. Ход эволюции человека нельзя назвать прямым. В роду человека было несколько вымерших, тупиковых ответвлений, но в итоге появился Человек разумный и современная цивилизация.
ПРИЧИНЫ УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ: • Уникальность нашей планеты состоит в том, что на ней есть жизнь, которая пронизывает не только водную и воздушную сферы, но и часть земной толщи. Что же позволяет жизни во всех её формах и проявлениях быть достаточно устойчивой во времени и пространстве? • Результаты исследований последних лет показывают, что строение, эволюция биосферы, как устойчивость последнеё предопределены начальными условиями, которые существовали до современного состояния Вселенной, и самим происхождением Космоса.
Магнитное поле Земли. • Из Космоса в направлении земной поверхности влетает большое количество заряженных частиц со скоростями, близкими к световой. Характеризуясь огромной энергией, космическое излучение способно за относительно короткий срок разложить на ионы и электроны весь воздух атмосферы, а следовательно уничтожить жизнь на планете.
• Однако этого, к счастью, не происходит. Дело в том, что Земля представляет собой своеобразный магнит, его силовые линии окружают земной шар и образуют вокруг него магнитосферу, которая защищает живые организмы от солнечного ветра. Однако некоторые частицы солнечной плазмы с высокой энергией могут проникать сквозь радиационные пояса и даже достигать биосферы. • Итак, магнитное поле есть важнейший защитник жизни на Земле, без которого она не смогла бы зародиться в прошлом, не смогла бы сохраниться в настоящем.
Озоновый слой биосферы. • Основное количество озона сосредоточено в стратосфере на высотах 15 -25 км. , где он образует озоновый слой или озоносферу. Основная масса озона образуется в экваториальной зоне и распространяется затем атмосферными движениями к полюсам посредственно. • Несмотря на крайне низкое количественное содержание, озон имел и продолжает иметь важное эколого-биологическое значение, т. к. слой озона практически полностью поглощает поток коротковолновых УФ-лучей солнца с длиной волны 200 -280 нм и около 90% ультрафиолетового излучения с длинной волны 280 -320 нм.
• Т. о. , озоновый слой является охранным щитом от жёсткого, короче 280 нм, УФизлучения, крайне опасного для всего живого на планете. • Т. к. озон способен поглощать ИКизлучение, его относят к парниковым газам, способствующим потеплению в тропосфере.
Высокое разнообразие организмов в биосфере. • Стабильность биосферы в значительной степени основывается на высоком видовом разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные ф-ии в поддержании общего потока в-ва и распределения энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласованности циклов отдельных элементов и уравновешивании ёмкости отдельных резервуаров. • В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.
Редуцентное звено биосферы. • Ткани и органы отмерших растений и животных под воздействием специфических организмов-редуцентов подвергаются деструкции (распадаются). Вещества, которые входили в их состав, вновь становятся доступными для повторного усвоения. • Важнейшим свойством любой экосистемы, а следовательно и биосферы, является участие её живых компонентов в разложении остатков растительной биомассы. • Их разложение и последующая минерализация – необходимое условие нормального хода биопродукционого процесса.
• Следует отметить, что разложение является процессом, в котором участвует вся биота совместно с абиотическими факторами, он протекает благодаря взаимосвязи и взаимозависимости всех звеньев пищевой цепи. • При этом между ними, от первого к последнему звену цепи, происходит передача в-ва и энергии. Без этого, крайне необходимого для функционирования живых систем процесса все питательные в-ва оказались бы связанными в мёртвых телах, и дальнейшее развитие живых существ было бы невозможно. • В процессе разложения участвуют многочисленные беспозвоночные животные, грибы, бактерии, которые составляют вместе редукционное звено глобальной экосистемы.
• Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь деятельностью самого живого в-ва, обеспечивающей определённую скорость фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов. • Однако стабильность биосферы имеет определённые пределы и нарушение её регулярных возможностей чревато серьёзными последствиями. На это, в частности, указывает правило 1 %: изменение энергетики природной системы в среднем на 1 % выводит последнюю из состояния гомеостаза (равновесия).
Скачать презентацию БИОСФЕРА ВОЗНИКНОВЕНИЕ СОСТАВ СТРУКТУРА ЭВОЛЮЦИЯ И УСТОЙЧИВОСТЬ БИОСФЕРЫ
БИОСФЕРА- 2.ppt