Лекция 6 4 Природные аспекты БЖД Часть 1

Лекция 6 4. Природные аспекты БЖД Часть 1 1

4. 1. Биосфера и ее составляющие 2

4. 1. 1. Понятие биосферы Земля – очень сложная неравновесная система, формирование которой происходило на протяжении порядка 4, 5 млрд. лет. Вся история Земли разделена на 5 геологических эпох или эр. За это время сформировалась современная конфигурация материков и океанов, рельеф местности, гидрографическая сеть, климатический режим. Биосфе ра — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни» ; глобальная экосистема Земли. Термин «биосфера» был введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в 3

Местоположение и границы биосферы Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает всю гидросферу. Верхняя граница в атмосфере: 15— 20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-излучение, губительное для живых организмов. Нижняя граница в литосфере: 3, 5— 7, 5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков. Нижняя граница в гидросфере: 10— 11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения. 4

Состав биосферы Биосферу слагают следующие типы веществ: Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2, 4 -3, 6× 1012 т (в сухом весе) и составляет менее 10− 6 массы других оболочек Земли. Но это одна из самых могущественных геохимических сил нашей планеты, поскольку живое вещество не просто населяет биосферу, а образует и преобразует облик Земли. Живое вещество распределено в пределах биосферы очень неравномерно. 5

Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д. Косное вещество —Продукты, образующиеся без участия живых организмов. 6

Биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений. Вещество космического происхождения. 7

Целостное учение о биосфере создал русский биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом. 8

Пример 1 Современный состав атмосферы сформировался только благодаря жизнедеятельности растений и микроорганизмов. Первоначально в атмосфере Земли не было кислорода, ее основу составляли углекислый газ, сероводород, аммиак, метан. Появившись в самом начале существования биосферы, фотосинтезирующие архебактерии вырабатывали кислород, что привело к так называемой кислородной катастрофе. Поскольку подавляющая часть организмов того времени была анаэробной, неспособной существовать при значимых концентрациях кислорода, произошла глобальная смена сообществ: анаэробные сообщества сменились аэробными. 9

Пример 1 (окончание) В накопление молекулярного кислорода в атмосфере привело к формированию озонового экрана, существенно расширившего границы биосферы, привело к распространению более энергетически выгодного (по сравнению с анаэробным) кислородного дыхания. В результате кислородной катастрофы практически все метаморфические и осадочные породы, составляющие большую часть земной коры, являются окисленными. В результате изменения химического состава атмосферы изменилась ее химическая активность, резко уменьшился парниковый эффект, а как следствие — изменился глобальный климат. Т. е. на Земле существенно похолодало. 10

Примеры 2 и 3 2. Образование почвы, которая содержит в себе запас органического углерода. 3. Ископаемые энергетические ресурсы: уголь, нефть, природный газ, которые формировались на протяжении десятков миллионов лет в результате отмирания органического вещества. 11

4. 1. 2. Взаимодействие и круговорот веществ и энергий. Обновляясь, живое вещество планеты производит в течение года около 250 млрд. тонн биологической массы в сухом весе. Этот показатель называется продуктивностью биомассы. В глобальных масштабах эта величина сравнительно невелика. Но она способна возобновляться из года в год. За время существования живого вещества (более 3 млрд. лет) общая биомасса, выработанная живым веществом, в десятки и сотни раз превысила бы массу земной коры. Такая активность жизни делает ее могучим геологическим и географическим фактором на планете. 12

Живое вещество перемещает, «пропускает сквозь себя» огромные массы воды, горных пород, газов. Это постоянное перемещение веществ, а точнее, химических элементов и молекул, называется биохимическим круговоротом. Наиболее активно вовлекается в него кислород, углерод (и их соединение — углекислый газ), азот, фосфор, сера, вода. Биогеохимические круговороты действуют очень активно. Биомасса Земли пропускает через себя: • всю воду Земли — за 2 млн. лет, • весь кислород атмосферы — за 2 тыс. лет, • углекислый газ из атмосферы — за 300 лет. 13

За долгое время геологической истории живое вещество (биомасса) многократно переработало все главные газы атмосферы, всю воду планеты и значительную часть горных пород земной коры. Движущей силой биогеохимического круговорота в биосфере является солнечная энергия. Ее ежегодно на Землю поступает столько, что она во много раз превышает мощность любого другого источника энергии Земли. Земные растения улавливают эту энергию в процессе фотосинтеза, но менее 1% от поступающей. Хотя и это количество очень велико. Оно в 10 раз больше, чем энергия ядерных реакций в недрах планеты. 14

4. 1. 3. Факторы окружающей среды Среда -- это совокупность элементов, которые способны оказывать прямое или косвенное воздействие на организмы. Элементы окружающей среды, оказывающие влияние на живые организмы» называются экологическими факторами. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные. 15

I. Абиотические факторы К числу абиотических факторов относятся элементы неживой природы: свет, температура, влажность, осадки, ветер, атмосферное давление, радиационный фон, химический состав атмосферы, воды, почвы Солнечный свет - важнейший абиотический фактор и основной источник энергии, которая используется для всех жизненных процессов на Земле. Благодаря энергии солнечных лучей в зеленых растениях происходит фотосинтез, в результате которого обеспечивается питание всех гетеротрофных организмов. 16

II. Биотические факторы Под биотическими факторами среды понимают компоненты живой природы, прямо или косвенно действующие на организм. Данный организм также воздействует на другие живые существа и на абиотические факторы. Все виды взаимоотношений между организмами можно подразделить на конкуренцию, хищничество, антибиоз и симбиоз. Биотическими факторами являются живые организмы (бактерии, грибы, растения, животные), вступающие во взаимодействие с данным организмом. 17

III. Антропогенные факторы К антропогенным факторам относятся особенности среды, обусловленные трудовой деятельностью человека. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогенных факторов постоянно возрастает. 18

Следует учитывать, что на отдельные организмы и их популяции одновременно воздействуют многие факторы, создающие определенный комплекс условий, в котором могут обитать те или иные организмы. Одни факторы могут усиливать или ослаблять действие других факторов. Например, при оптимальной температуре повышается выносливость организмов к недостатку влаги и пищи; в свою очередь обилие пищи увеличивает устойчивость организмов к неблагоприятным климатическим условиям. 19

4. 1. 4. Основные экологические понятия Чтобы не перегружать лекцию определениями, изучить самостоятельно следующие понятия: n Экосистема n Биогеоценоз n Биологический вид n Популяция n Гомеостаз 20

Ноосфера - сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития. Ноосфера как наука изучает закономерности возникновения, существования и развития человека, человеческого общества, закономерности взаимоотношения человека с биосферой. Суть ноосферы заключается в том, что человек, человеческое общество есть объективная, закономерная часть мира и необходимо постигать и знать эти закономерности 21

Ноосфера оказывает глубокое воздействие на природные процессы. Согласно Вернадскому, «в биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного» [1]. . 22

Примеры планетарного масштаба деятельности человека? 23

Закон толерантности Присутствие или процветание популяции к. -л. организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов. К каждому из факторов у организма существует определенный. диапазон толерантности (выносливости). Диапазон толерантности по каждому фактору ограничен его минимальным и максимальным значениями, в пределах которых только и может существовать организм. Степень благополучия популяции (или вида) в зависимости от интенсивности воздействующего на неё фактора представляют в виде т. н. кривой толерантности. 24

Кривая толерантности имеет обычно колообразную форму с максимумом, соответствующим оптимальному значению данного фактора. 25

4. 2. Особенности современной экологической ситуации на Земле 26

4. 2. 1. Рост численности населения Закон гиперболического роста численности населения Земли состоит в том, что скорость роста численности населения Земли в тенденции пропорциональна квадрату его численности. Данное соотношение наблюдалось вплоть до начала 70 -х годов прошлого века. 27

28

Начиная с 1960 -х годов относительные темпы роста населения стали все больше замедляться, и на смену мировому гиперболическому демографическому росту пришел прямо противоположный тип роста, логистический. С 1989 г. стали снижаться и абсолютные темпы прироста численности населения мира. 29

По модели французского медика Жана-Ноэля Бирабена предел роста составит 10 -12 млрд. человек, большинство других моделей предполагает достаточно близкие уровни стабилизации численности населения мира. Достаточно правдоподобными представляются и сценарии снижения численности населения Земли после достижения ею своего максимального значения. Окончательный сценарий динамики численности населения мира пока не ясен. 30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41