Лекция 2 Биосфера Фото Ковалевского Е В

Лекция № 2 Биосфера Фото Ковалевского Е. В

«Биосфера» (от bios-жизнь, sphaira-шар, Зюсс, 1875 г. ) ü «Биосфера —то, что нас окружает, та природа, в которой мы живем» . ü «Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой существует жизнь» , Дж. Э. Хатчинсон, 1972 г. ü «Парабиосфера – зона, примыкающая к биосфере сверху» , Дж. Э. Хатчинсон, 1972 г.

Э. Зюсс, 1875 г Э. Реклю, 1868 г. В. И. Вернадский, 1926 г. В. В. Докучаев (1846 1903 гг. ) Ж. Б. Ламарк (1744 1829 гг. ) А. Гумбольдт (1769 1859 гг. )

Газовая оболочка Земли — атмосфера — существенно отличается от всех известных науке газовых оболочек других небесных тел. Она относится к азотно кислородному типу и отличается малым содержание инертных газов (за исключением аргона) и молекулярного водорода. В течение геологической истории Земли произошли события, изменившие первоначальный состав ее газовой оболочки, что связывают с деятельностью живых организмов, прежде всего растений.

• Верхнюю границу зоны обитания в атмосфере проводят по рекордным залетам насекомых и птиц. • Белоголовый сип, 12, 5 км • Выше – парабиосфера. • «аэропланктон» бактерии, споры грибов, мхов и лишайников, вирусы, водоросли, цисты простейших и т. д. Границы биосферы

Нижняя граница в литосфере совпадает с изотермой +100º, что составляет в среднем 3 4 км в глубину «Каменная оболочка» Земли — литосфера — представляет собой верхнюю часть земной коры. В контексте биосферы под литосферой обычно понимают только поверхностную ее часть — почву. Поэтому иногда употребляют термин педосфера — почвенная оболочка земной коры

Под гидросферой понимают Мировой океан, континентальные подземные воды. Гидросфера включает все типы водных объектов: моря, водоемы, водотоки, подземные воды и т. д. Земная поверхность на значительном протяжении покрыта водой: 71% ее занимают океаны, около 5% — континентальные (внутренние) водоемы.

Границы биосферы: Марианская впадина, 10919 м, 2, 4º, 1100 атм. давление

23 января 1960 г. Жак Пикар из Швейцарии и лейтенант ВМС США Дон Уолш на батискафе «Триест» погрузились на дно Марианской впадины. Первые данные о максимальных глубинах Марианского желоба получены английским судном «Челленджер» в 1951 г. В точке погружения глубина океана достигала 10919 м, температура воды за бортом составляла 2, 4º, а давление 1100 атм. Батискаф «Триест» Голотурия

Особенности биосферы как особой оболочки земного шара: 1. В биосферу постоянно поступает солнечная энергия. 2. Достаточное количество жидкой воды. 3. Достаточное количество кислорода и углекислого газа. 4. Благоприятный термический режим, исключающий как слишком высокие температуры (вызывающие свертывание белков), так и слишком низкие (прекращающие работу ферментов). 5. Наличие «прожиточного минимума» элементов минерального питания. Недостаток их ощущается на больших площадях в океанах, однако отсутствие жизни по этой причине наблюдается 1. крайне редко. 6. Сверхсоленость водной среды, превышающая концентрацию солей в морской воде примерно в 10 раз. Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей выше 270 г/л.

Вестиментиферы, тип кольчатые черви

Гималаи, 6200 м Г. Мак-Кинли, 6193 м «Белые пески» , шт. Нью-Мексика, США Море Росса, толщина льда 420 м, изоляция 120 тыс. лет

Эволюция биосферы 1. Земля как космическое тело сформировалась 4, 6 – 5 млрд. лет назад. 2. За счет дегазации лав, выплавлявшихся из верхней мантии в процессе вулканических извержений, на поверхность Земли выделялись : углерод, сера, азот, кислород, водород, аммиак, метан. Постепенно сформировалась первичная атмосфера, на 60% состоящая из углекислого газа. Вначале атмосфера была очень тонкой, и влияние парникового эффекта было ничтожным. Тем не менее, температура на поверхности планеты в те времена была примерно + 15 С. Пары воды должны были конденсироваться, и за этот счет постепенно образовалась гидросфера. Считается, что состав воды первичного океана был близок к современному. 3. Более 3 млрд. лет тому назад в мелководных лагунах мирового океана возникли прокариоты (Eobacterium, их возраст около 3, 2 млрд. лет). 4. Примерно 1, 5 млрд. лет назад в океане появляются первые эукариоты, жизнедеятельность которых была основана на кислородном дыхании. 5. 600 -700 млн. лет тому назад произошел биологический взрыв, т. е. в океане появились не только многоклеточные эукариоты, но и практически все типы животных. 6. 400 млн. лет тому назад, когда концентрация кислорода составила примерно 10% современного уровня, над Землей образовался озоновый (О 3) экран, что создало возможность выхода жизни на сушу.

ü Озоновый экран озоносфера слой, состоящий из озона, высота его расположения от 10 до 15 км, максимум на высоте 20 25 км. ü Озон поглощает свет с длиной волны 240 320 нм (жесткий ультрафиолет). Эта реакция спасает жизнь на планете. ü O 3 = O 2 + O (днем) ü O 2 + O = O 3 (ночью)

• Атмосфера Земли состоит на 78% из азота, 21% кислорода, оставшийся 1% водяной пар, СО 2 (0. 03 0, 04%), озон, метан, закись азота и др. • Они задерживают часть тепла, испускаемого нагретой Солнцем земной поверхности и таким образом сохраняют на земной поверхности температуру примерно на 30˚С выше той, которая могла бы быть, если атмосфера состояла бы только из Естественный парниковый эффект кислорода и азота.

• Учение о биосфере создано русским ученым академиком В. И. Вернадским, классический труд «Биосфера» опубликован в 1926 г. Вернадский Владимир Иванович (1863 — 1945 гг. ) • По В. И. Вернадскому, биосфера представляет собой уникальную геологическую оболочку земного шара, глобальную систему Земли, в которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной активностью живых организмов.

ü Всю совокупность живых организмов на планете В. И. Вернадский назвал живым веществом. ü Косное вещество - совокупность тех веществ, в образовании которых живые организмы не участвуют (горные породы, минералы, глины…). ü Биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами ( почвы, ил, природные воды и пр. ). ü Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, нефть и т. п. ).

Основные представления В. И. Вернадского о биосфере: 1. Биосфера Земли представляет собой глобальную открытую систему; 2. Для биосферы характерна организованность (саморегуляция); 3. Саморегуляция обеспечивается живыми организмами; 4. Для биосферы характерна непрерывность развития органического мира – «всюдность жизни» ; 5. Основной признак биосферы – участие во всех ее процессах живого вещества; 6. Характерной особенностью биосферы является мозаичность ее структуры. «Кванты» биосферы – экосистемы. 7. Основной признак биосферы – участие во всех ее процессах живого вещества»

Биомы планеты http: //tisscience lessons life. wikispaces. com/Biomes+of+the+World

Классификация Ю. Одума, 1986: Высшая единица классификации экосистем биом. Биом гл. тип сообщества любого континента, выделяемого по физиономическим признакам. Типы биомов: тундры – безлесные пространства, расположенные севернее лесного биома.

Тайга – лесные территории с доминированием хвойных деревьев (ель, сосна, пихта, лиственница)

Типы биомов: тропические (вечнозеленые) дождевые леса Раффлезия Арнольди, Суматра

Типы биомов: саванны, степи Степи – безлесные пространства с черноземными почвами, гл. образом злаковые сообщества Саванны территории, где доминируют травянистые сообщества с разреженным пологом деревьев

Концепция экосистемы Более глубоким представлением является целостная система, включающая в себя не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов. Хотя Артур Тенсли 1871 1955 организмы в первую очередь могут претендовать на наш интерес, когда мы пытаемся мыслить фундаментально, мы не можем отделить их от окружающей среды, с которой они формируют одну физическую систему. А. Тенсли «Об экосистеме» , 1935 Редуценты Круговорот Продуценты Консументы

Биогеоценоз можно определить как участок земной поверхности, где на известном протяжении биоценоз и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педосферы остаются однородными и в совокупности образующими единый внутренне взаимообусловленный комплекс. В. Н. Сукачев, 1942 Владимир Николаевич Сукачев 1880 1967 Схема биогеоценоза (из работы В. Н. Сукачева)

Экосистема совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ Грифы (сипы) - падальщики

• Экосистема – элементарная функциональная единица биосферы. • Термин, введенный А. Тенсли для обозначения любого единства (самого разного объема и ранга), включающего все организмы (т. е. биоценоз) на данном участке (биотопе) и взаимодействующего с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы.

Классификации экосистем: • По масштабу 1. от микроэкосистем (небольшой водоем, труп животного с населяющими его организмами или ствол дерева в стадии разложения, аквариум и даже лужица или капля воды, пока они существуют и в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять круговорот веществ); 2. мезоэкосистемы (лес, пруд, река и т. п. ); 3. макроэкосистемы (океан, континент, природная зона и т. п. ); 4. глобальная экосистема – биосфера в целом.

Классификации экосистем: 2. По влиянию человека – естественные и антропогенные; 3. По средам – наземные, водные и пр.

Эмерджентные свойства экосистем: 1. Видовая структура экосистемы количество видов, образующих экосистему, и соотношение их численностей • Виды, явно преобладающие по численности особей, носят название доминантных. • Субдоминанты. Редкие виды. Ключевые виды.

Примером ключевого вида • можно считать земляную черепаху. Земляная черепаха обитает на песчаных возвышенностях во Флориде и других южных районах США. Это медлительное, размером с обеденную тарелку, животное вырывает себе нору глубиной до 9 метров. В жарких, негостеприимных экосистемах юга США такие норы становятся убежищами от жары для почти 40 других видов животных, таких, как серая лиса, опоссум, змея индиго и многих насекомых. В тех местах, где земляная черепаха была истреблена или доведена до грани вымирания многочисленными охотниками за ее изысканным мясом, многие зависящие от черепахи виды перестали существовать.

Пространственная структура экосистемы

Трофическая структура экосистемы. Пищевые цепи (цепи выедания) Растения Продуценты Консументы 1 порядка Плотоядные Травоядные Фитопланктон Зоопланктон Консументы 2 порядка Консументы 3 порядка Плотоядные Консументы 4 порядка

• Пищевой цепью называется ряд живых организмов, в котором каждый предыдущий организм служит пищей последующему. • Каждое звено такой цепи представляет трофический уровень (растения, фитофаги, хищники I порядка, хищники II порядка и т. д. ). Различают два типа пищевых цепей: • пастбищные (цепи выедания), в которых в качестве первого звена выступают растения (трава – корова – человек), и • детритные (цепи разложения), в которых первое звено представлено мертвым органическим веществом, которым питается детритофаг (опавший лист – дождевой червь – скворец – сокол).

Потоки энергии. Трофические уровни Трофический уровень – совокупность организмов, объединенных типом питания. Биомасса – общая масса всего живого в данный момент времени в данной экосистеме Правило пирамиды (правило Элтона, 1927 г. ): общая биомасса каждого последующего звена в цепи питания убывает

«Закон 10%» или правило Линдемана (Раймонд Линдеман, 1915 1942 гг. ): с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой, более высокий ее уровень переходит в среднем около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. http: //900 igr. net/fotografii/biologija/Pischevye svjazi/ 022 Pravilo ekologicheskoj piramidy. html

Взаимоотношения растений в сообществе: 1. Растения, высеянные группой, развиваются лучше, так как в этом случае у них легче формируется симбиоз с грибами и бактериями микоризы и ризосферы (так называемый «эффект группы» ). 2. Однако со временем формируется так называемый «эффект корыта» : растения в центре группы развиваются хуже, чем расположенные у краев гнезд. (острой конкуренцией за ресурсы, при которой происходит взаимное угнетение особей и часть из них гибнет ) • Наумова Л. Г. , Миркин Б. М. Основы общей экологии. Учебник - файл Naumova_L. _Osnoviy_Obsheyi_Yekologii. rtf

береза или ольха могут быть Взаимоотношения няней для ели: они защищают молодые ели растений в сообществе: от прямых солнечных лучей, без чего на открытом месте ель вырасти не может, а также защищают всходы молодых елочек от выжимания их из почвы морозом. Такой тип взаимоотношений характерен лишь для молодых растений ели. Как правило, при достижении елью определенного возраста она начинает вести себя как очень сильный конкурент и подавляет своих нянь. http: //forest. geoman. ru/forest/item/f 00/s 02/e 0002179/pic/000000. jpg

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Типы взаимоотношений Нейтрализм (0 0) ни одна популяция не влияет на другую; Конкуренция ( ) взаимное подавление обоих видов; Аменсализм ( 0) популяция 2 подавляет популяцию 1, но сама не испытывает отрицательного воздействия; Паразитизм (+ ) популяция паразита (1) состоит из меньших по величине особей, чем популяция хозяина (2) Хищничество (+ ) особи хищников (1) обычно круп нее, чем особи жертвы (2); Комменсализм (+ 0) популяция 1, комменсал, получает пользу от объединения; популяции 2 это объединение безразлично (нахлебничество; квартирантство); Протокооперация (+ +) взаимодействие благоприятно для обоих видов, но не

Хищничество • Поедание одного организма (жертвы) другим (хищником), причем жертва должна быть живой к моменту нападения.

конкуренция

Существование рукокрылых оказалось под угрозой из за смертельно опасного для них заболевания под названием синдром белого носа (cеверо восток США) • Вскоре люди смогут ощутить эффект от гибели маленьких летунов, вызванной СБН. • «В мире науки» , декабрь 2009 г. летучие мыши ежедневно съедают такое количество насекомых, включая комаров, которое равно их собственному весу. эти зверьки — основные хищники, истребляющие сельскохозяйственных вредителей, на борьбу с которыми ежегодно тратятся миллиарды долларов. Если эпидемия распространится на юг и запад Америки, это приведет к громадным потерям, т. к. не дадут урожая все культуры, опыляемые рукокрылыми: бананы, авокадо, а также агава • • Паразитизм

Оропендола монтезума и воловья птица в тропических лесах Панамы

Клещ Dinothrombium Pandorae в пустыне Мохаве

Спасибо за внимание !