Кафедра Инженерной экологии и рационального природопользования Лекция

Кафедра «Инженерной экологии и рационального природопользования» Лекция № 4 «Биосфера. Учение о биосфере и ноосфере В. И. Вернадского» Фахрутдинов М. Р.

План лекции 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Определение биосферы Учение о биосфере В. И. Вернадского Состав и строение биосферы Основные функции живого вещества Биогеохимический круговорот веществ в биосфере Примеры биогеохимического круговорота веществ в биосфере Учение о ноосфере

Биосфера – это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Биосфера – глобальная экосистема, область существования и функционирования живых организмов. Термин был введен в 1875 году австрийским геологом Э. Зюссом.

Эдуард Зюсс (Eduard Suess) (1831 – 1914)

Учение о биосфере как биологической системе было создано в 20 -е гг. прошлого столетия советским ученным Владимиром Ивановичем Вернадским (1863 -1945).

Структура биосферы

Границы биосферы Атмосфера – это газообразная оболочка Земли. Границы биосфере в атмосфере находятся на высоте 9 -17 км. Наиболее заселенным является приземный слой атмосферы. Литосфера – твердая оболочка Земли. Границы биосферы в литосфере составляет 4 -4, 5 км. Гидросфера – водная оболочка Земли. Она заселена жизнью полностью. Вернадский границу биосферы в гидросфере проводил ниже океанического дна (на 2 км ниже дна океана).

Все вещества входящие в состав биосферы В. И. Вернадский предложил разделить по происхождению на семь групп. Состав биосферы Косное вещество Рассеянные атомы Биокосное вещество Радиоактивные в-ва Живое вещество Биогенное вещество В-во косм. происх-я

В. И. Вернадский считал, что главную преобразующую роль в биосфере играет живое вещество. Оно выполняет пять основных биосферных функций: - энергетическую; - газовую; - концентрационную; - окислительно-восстановительную; - деструктивную.

Изменение состава атмосферного воздуха

Углерод биосферы (в гигатоннах, 1015 г ) Вся литосфера Вся гидросфера (океаны) Атмосфера ( СО 2 ) Масса живых организмов > 75 000 38 400 720 600 – 1 000

Углерод литосферы (в гигатоннах, 1015 г ) всего > 75 000 Карбонаты кальция и магния > 60 000 (осадочные породы) Кероген (осадочное органи-ческое вещество) 15 000 Ископаемое топливо (уголь, торф, нефть, газ) 4 130 Углерод гидросферы (в Гт, 1015 г ) всего >38 400 Растворенные бикарбонаты и карбонаты (поверхностные воды) Растворенные бикарбонаты и карбонаты (глубинные воды) Органическое вещество (растворенное и взвешенное) Водная биота (масса живых организмов) 37 400 670 36 730 1 000 1 -2

Углерод атмосферы и органического вещества на поверхности суши (в Гт, 109 т, 1015 г) Атмосфера ( СО 2 ) Наземная биота (в целом) 720 1 800 - 2 200 Масса живых организмов Масса отмерших организ-мов на поверхности земли 600 – 1 000 1 200 Большая часть углерода биосферы выведена из активного круговорота и находится в осадочных породах - карбонатах и керогене. Формирование этих пород происходило при самом активном участии организмов. Углерод осадочных пород так же вовлечен в круговорот, но он совершается очень медленно – примерно за 500 миллионов лет

Круговорот азота в биосфере

Различные азотфиксирующие цианобактерии

Папоротник азолла (Azolla), в специальных кармашках на его листьях, обитает Anabaena azollae – азотфиксирующая цианобактерия Растения потребляют азот из почвы или воды в основном в форме нитратного (NO 3 -) и аммонийного (NH 4+ ) ионов. В ходе ассимиляции используется растениями для построения аминокислот, белков и нуклеиновых кислот и др. Животные получают азот с пищей. В процессе метаболизма животных происходит диссимиляция веществ, содержащих азот Продукты выделения водных животных: как правило аммиак и мочевина CO(NH 2)2, наземных животных – мочевая кислота C 5 H 4 N 4 O 3 Аммонификация – перевод азота из органической формы в аммоний (NH 4+ ) или аммиак NH 3 реакцию осуществляют бактерии аммонификаторы (аэробы и анаэробы) Нитрификация – окисление аммония (NH 4+ ) до нитрита (NO 2 -), потом до нитрата (NO 3 -). Денитрификация – восстановление нитрата NO 3 - до свободного молекулярного азота N 2

Залежи серы около озера Kawah Ijen на о-ве Ява, Индонезия http: //www. odditycentral. com/pics/ sulfur-hell. html

Основная масса серы в биосфере, ≈ 24 × 106 Гт, надолго выведена из круговорота и сосредоточена в литосфере в виде пирита - Fe. S 2 и сульфата кальция - Ca. SO 4 Около 25× 105 Гт находится в осадках на дне океана в виде Ca. SO 4, Fe. S 2 и Fe. S, а также непосредственно в морской воде (около 13 × 105 Гт) в форме сульфатного иона SO 42 -

Второй взрыв вулкана Пинатубо 12 июня 1991 г. (17 час. ) Газово-пепловая колонна поднялась на высоту 24 км.

Впервые термин «ноосфера» был предложен французским математиком и философом Э. Леруа совместно с католическим философом Тейяром де Шарденом в 1927 году.

Galileo spacecraft