Трудоемкость дисциплины 3 зач ед 108 ак

Скачать презентацию Трудоемкость дисциплины 3 зач ед 108 ак

Учение о биосфере _1.pptx

Количество слайдов: 95

Трудоемкость дисциплины 3 зач. ед. ; 108 ак. ч.

Дисциплина «Учение о биосфере» изучает состав, строение и свойства биосферы, проблемы ее функционирования на современном этапе развития. Целями освоения дисциплины «Учение о биосфере» являются формирование у студентов научно-обоснованного воззрения на вопросы эволюции биосферы, понимание особого состояния биосферы на стадии ноосферы, представления перспектив ее дальнейшего эволюционного развития.

Дисциплина «Учение о биосфере» (М 1. Р 3) относится к вариативной части общенаучного цикла магистерской подготовки по направлению 021900 Почвоведение Студенты обучаются по данной дисциплине в 9 -м семестре. Логически и содержательно-методически она связана со следующими разделами ООП: М 1. Ф 2 – Философия и философские проблемы естествознания, М 1. ДВ 1 – Отечественное естествознание в мировой науке, М 1. Р 4 – История мировых цивилизаций, М 2. ДВ 1 – Устойчивость почв к антропогенным воздействиям.

В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: 1. Концептуальные основы учения о биосфере: А. ) Предпосылки возникновения биосферы на Земле. Б. ) Теорию эволюции биотических систем. В. ) Место и роль почвы в биосфере 2. Строение биосферы, ее свойства. 3. Проблемы функционирования биосферы на современном этапе Уметь: 1. Представлять полученные результаты публично, отстаивать их, отвечать на вопросы, вести полемику. Владеть: 2. Навыками работы с литературой, поиском необходимых материалов в сети интернет

Основные разделы дисциплины ØОбщая характеристика биосферы ØЖивое вещество биосферы ØПреобразование энергии в биосфере. Место и роль почвы в биосфере ØОбщие закономерности в пределах биосферы ØОбеднение биологического разнообразия и содержащегося в нем генетического фонда ØИстощение запасов природных ресурсов и ухудшение качества среды обитания человека разумного как биологического вида ØЭволюция и будущее биосферы. Ноосфера

а) основная литература: 1. Войткевич Г. В. , Вронский В. А. Учение о биосфере. – Учебное пособие. Ростов-на-Дону, 1996 2. Вернадский В. И. Биосфера. - М. , 1975. 3. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. - М. , 1989. 4. Вернадский В. И. Живое вещество. - М. , 1978. 5. Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. - М. , 1987. 6. Еремченко О. З. Учение о биосфере. – М. : Академия, 2006. – 240 с.

б) дополнительная литература: 1. Войткевич Г. В. Геологическая хронология Земли. М. , 1984 2. Войткевич Г. В. Происхождение и развитие жизни на Земле. - М. , 1988. 3. Войткевич Г. В. Основы теории происхождения Земли. - М. , 1988. 4. Горшков В. П. Энергетика биосферы и устойчивое состояние окружающей среды. - М. , 1990. 5. Дювиньо П. , Танг М. Биосфера и место в ней человека. / Пер. с франц. М. , 1973.

6. Израэль Ю. А. , Цыбань А. В. Антропогенная экология океана. - Л. , 1989. 7. Калесник С. В. Общие географические закономерности Земли. М. , 1970. 8. Камшилов М. М. Эволюция биосферы. - М. , 1979. 9. Кондратьев К. Я. Глобальный климат. - Л. , 1992. 10. Перельман А. И. Биокосные системы Земли. - М. , 1977. 11. Перельман А. И. Земная кора и биосфера. - М. , 1985. 12. Покаржевский А. Д. , Панков Н. С. , и др. Роль микроорганизмов, растений и животных в биологическом круговороте наземных экосистем // ДАН РАН. 1992. Т. 332. 13. Соколов Б. С. и др. Палеонтология и эволюция биосферы. Л. , 1983. 14. Фокин А. Д. Почва, биосфера и жизнь на Земле. - М. , 1986.

МАТЕРИАЛЫ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ И ТЕМАТИЧЕСКИХ САЙТОВ В ИНТЕРНЕТЕ (НА РУССКОМ И АНГЛ. ЯЗЫКАХ): 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. http: //dssac. ru/soil. html? showall=1 http: //soils. narod. ru/ http: //soil. msu. ru/index. php? option=com_frontpag e&Itemid=1 http: //www. words-info. com/ru/pochva. html http: //geoatlasmira. ru/ http: //www. rc. ru/~ladygin/dop/history_txt. html http: //www. iuss. org/ http: //soils. stanford. edu/Index. htm

1. Биосфера и ее структура 2. Антропогенное воздействие на биосферу 3. Будущее биосферы 4. Учение В. И. Вернадского о биосфере 5. Влияние деятельности человека на биоразнообразие 6. Красная книга почв 7. Глобальные изменения климата 8. Коэволюция природы и общества 9. Проблемы биосферы на современном этапе 10. Прогнозирование и моделирование состояния биосферы как способ предотвращения экологических катастроф 11. Роль государства и права в регулировании взаимовоздействия природы и общества

Концепция биосферы В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь» ). Этот термин первым ввёл в 1875 году Эдуард Зюсс, а учение о биосфере было создано в 1926 году Владимиром Вернадским.

«И все поколение одушевленной плоти и семян фруктов, и все творения тленные будут разложены и обновлены Необходимостью, … и периодичным круговым движением Природы…» ГЕРМЕС ТРИСМЕГИСТ Ученый эпохи додинастического Египта (середина 3 -го тыс. до н. э. ), Среди наук и искусств, которые Гермес открыл людям были медицина, химия, юриспруденция, астрология, музыка, риторика, магия, философия, география, математика (особенно геометрия), анатомия и ораторское искусство.

Выдающийся почвовед, агроном, микробиолог, геоботаник. «Почвы черноземной области России, их происхождение, состав и свойства» (1886) «Учение об удобрении почв» (1884 г. ), «Учение о механической обработке почв» (1885 г. ) КОСТЫЧЕВ ПАВЕЛ АНДРЕЕВИЧ (1845 -1895) Он выяснил сущность круговорота гумуса в почве, внес крупный вклад в изучение чернозема, заложил основы почвенной микробиологии, много сделал для связи почвоведения с земледелием. Заложил основы учения о почвообразовании как биогеохимическом явлении (не употребляя в своих трудах этого термина).

"К вопросу о лесной растительности как фактора почвообразования» (1916) "Пески Донской области, их почвы и ландшафты, 1926 «Кора выветривания (процессы выветривания, основные фазы и формы коры выветривания и их распределение)» 1934 Борисович Полынов (1877 -1952) «Геохимические ландшафты» 1946 «Избранные труды» , 1956

1. Исследование минералогии почв и коры выветривания (1910 -1916 гг. ). 2. Сопряженное изучение почв и ландшафтов (1917 -1928 гг. и далее до 1937 г. ) 3. Изучение засоленных почв (1929 -1933) 4. Геохимический подход к изучению коры выветривания (1933 -1945 гг. ) 5. Изучение биологического круговорота элементов в почвах и роли организмов в биосфере (1939 -1952 гг. ). 6. Вопросы истории почвоведения. При исследовании почв амурской тайги Полынов выявил стадии формирования горно-таежных ландшафтов на изверженных породах: первая, самая молодая из них, - маломощные сфагновые болота на обломочной коре выветривания без глинистых продуктов, вторая - травяноболотная на глинисто-обломочной коре.

Б. Б. Полынов предложил принципиально новое понятие "элементарный ландшафт", подчеркивая неравновесность ландшафта (в противоположность распространенным тогда взглядам об их равновесности, гармоничности). Ландшафт принимается им вслед за С. С. Неуструевым за комплекс условий почвообразования в докучаевском понимании: почвообразование является самим процессом взаимодействия факторов во времени, а не только их отражением. Сопряженное изучение почв и ландшафтов (19171928 гг. и далее до 1937 г. ) проводилось при исследовании песков Дона, почв Прикаспия, Закавказья, Монголии, т. е. районов с очень разнообразными условиями, совместно с крупными геоботаниками - И. В. Новопокровским, И. М. Крашенинниковым.

В почвах и ландшафтах Полынов впервые различает реликтовые, консервативные (современные), прогрессивные черты (элементы). Совместно с Крашенинниковым Полынов сформулировал метод почвенногеоморфологического (почвенно-геоботаническогеоморфологического) профилирования. В эти же годы (1925, журнал "Природа") Полынов предложил формулу - "почва - зеркало истории ландшафта". Изучение засоленных почв (1929 -1933) происходило практически параллельно с разработкой предшествующего круга вопросов и было созвучно анализу почвенных процессов. Полынов экспериментально показал опережающую миграцию Cl над SO 4 в восходящих токах растворов, предложил использовать отношение Cl/SO 4 для оценки тенденций засоления-рассоления почв.

Выдающийся ученый, академик, обогативший почвоведение крупными исследованиями в области изучения почвенных коллоидов и поглотительной способности почв. К. К. Гедройцем разработаны химического анализа почв. многие методы Основные его научные труды — «Химический анализ почвы» , «Учение о поглотительной способности почв» , «Солонцы, их происхождение» . Гедройц также теоретически обосновал мероприятия по известкованию и фосфоритованию почв, гипсованию солонцов, промывок солончаков и т. д. ГЕДРОЙЦ КОНСТАНТИН КАЭТАНОВИЧ (1872 -1932) Труды К. К. Гедройца были новым этапом в развитии почвоведения и послужили основой современных взглядов на физико-химическую сущность процессов почвообразования и способов повышения плодородия почв. Изучал роль живых организмов в формировании химического состава почв.

Наиболее крупным научным произведением К. К. Гедройца является изданная им в 1922 г. монография «Учение о поглотительной способности почв» . Он постоянно совершенствовал отдельные разделы этой книги, которая позднее переиздавалась с его дополнениями и изменениями. К. К. Гедройц разработал многие методы анализа почвы, написал и издал капитальный труд «Химический анализ почвы» , ставший настольным пособием для почвоведов и агрохимиков. Нельзя не отметить совершенствование и широкое использование им вегетационного метода исследований, который только начал входить в практику агрохимических и агропочвенных исследований в конце XIX века. В 1931 г. объем вегетационных опытов по программе исследований К. К. Гедройца достиг 8000 сосудов.

ВЕРНАДСКИЙ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ (1863– 1945) Русский минералог, кристаллограф, геолог, геохимик, историк и организатор науки, философ, общественный деятель. В 1922 – 1924 г. г. , выпустил на французском языке книгу «Геохимия» (на русском языке книга вышла в 1927 г. под названием «Очерки геохимии» ). В 1926 г. вышел в свет труд ученого «Биосфера» , где изложены мысли о живом веществе как не только части механизма Земли, но и всего космического устройства. Общее число работ В. И. Вернадского о почвах относительно невелико (~ 20 при общем количестве публикаций около 700).

1. Треть работ посвящена вопросам минералогии: химическому составу минералов, особенно алюмосиликатов, распространению в минералах редких элементов. Магистерская диссертация – «О группе силлиманита и роли глинозема в силикатах» , 1891. Докторская диссертация – «Явления скольжения кристаллического вещества» , 1897. 2. Второе направление исследований посвящено явлению изоморфизму. Эмпирические изоморфные ряды В. И. Вернадского 3. Изучение химии отдельных элементов. Включил в таблицу кларков химический состав гидросферы, атмосферы и биосферы. Внес поправки в величины кларков в некоторые органогенные элементы.

ОСНОВНЫЕ ТРУДЫ: Заметки о почвах и геологическом строении Нижегородской губернии (1882, в отчетах А. Р. Ферхмина), Заметки о почвах бассейна р. Чаплынки Екатеринославской губернии (Тр. ВЭО. 1889. № 3), О газовом обмене земной коры и роли почв в нем (1912), К вопросу о химическом составе почв (Почвоведение. 1913. № 2/3), О геохимическом анализе почв (1921), О фосфоритах Смоленской губернии и их использовании в качестве удобрений (Тр. ВЭО. 1888. № 3. № 11), Микроскопическое изучение пыли, выпавшей на снег (1891), о генезисе солонцов (Тр. ВЭО. 1892. № 1), О почвах Кременчугского уезда Полтавской губернии (1892), Памяти Н. М. Сибирцева (1901), Страница из истории почвоведения (памяти В. В. Докучаева) (1904), Титан в почвах (к вопросу об анализе почв) (Почвоведение. 1910. № 3), Записки о трудах К. Д. Глинки, К. К. Гедройца, об организации химической лаборатории при Почвенном институте (1927), О трудах П. А. Земятченского (1928), Об анализе почв с геохимической точки зрения (Почвоведение. 1936. № 1), Биогеохимическая роль кремния и алюминия в почвах (ДАН. 1938. Т. 21. № 3), Памяти П. А. Земятченского (1942), О значении почвенной атмосферы и ее биогенной структуре (1944).

Можно выделить три взаимосвязанных направления деятельности В. И. Вернадского, важные для темы: 1) научные труды, непосредственно относящиеся к почвоведению, 2) общественно-организационная деятельность по поддержке почвоведения, 3) Воздействие на почвоведение биосферных идей Вернадского. Вернадскому принадлежит одно из первых исследований роли животных (землероев) в почвообразовании с попыткой ее количественной оценки (1889). В нем можно видеть начало разработки учения о живом веществе. Вернадский отметил значение работ Докучаева для отечественной и мировой науки задолго до их всеобщего признания: введение понятия природного тела (-системы) на примере почв, открытие почвы как естественноисторического тела и специального объекта науки, их классификация, открытие законов зональности, географического распределения почв, создание научной школы.

Идея специфичности глинистого минералообразования в почвах. Идея о почвах как биокосных телах, снимавшая остроту вопроса о ведущих факторах почвообразования. Сосредоточение в почвах основной химической работы живого вещества в биосфере. Утверждено окончательно (одновременно с А. Е. Ферсманом) понятие о "педосфере" (1936) и о цикле: осадочные породы-почвы, почвенные растворы-поверхностные и океанические воды-осадочные породы -почвы. Необходимость полного исследования всех химических элементов и соединений в почвах в весовых и объемных соотношениях, в условиях естественной влажности и структуры, в природной динамике (а не только в "порошках"), и явлений парагенезиса элементов в почвах. Избирательное поглощение почвами и организмами химических элементов, изотопов, соединений. Идея биологических вихрей элементов, их циклов, круговоротов. Некоторые из представлений Вернадского вошли в отечественную науку в формулировках В. Р. Вильямса. Роль почв в газовом режиме земной коры. "Почва без газов не есть почва". В. И. Вернадский охарактеризовал научные заслуги ряда почвоведов - Н. М. Сибирцева в изучении зональности, осадочных отложений, классификации почв, в создании учебника; К. Д. Глинки в исследованиях географии почв, создании учебника, пропаганде идей Докучаева; К. К. Гедройца в открытии почвенного поглощающего комплекса, широком международном признании его трудов; Б. Б. Полынова в исследовании коры выветривания; Р. С. Ильина ("он мог бы стать звездой первой величины", "где-то он теперь", идеи о роли почв в биосфере).

ИДЕИ В. И. ВЕРНАДСКОГО ОБ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ 1. Вначале сформировалась литосфера – предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше – биосфера. 2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т. е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох. 3. Живые организмы – главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью» . 4. Грандиозный геологический эффект деятельности живых организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени. 5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

БИОСФЕРА – это единение живой материи и внешней части земного шара. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО невозможно без БИОСФЕРЫ, также как и понятие биосферы бессмысленно без понятия живой материи.

«Живое вещество тоже распространено концентрически в земной коре. Область им занятая образует в земном шаре оболочку, которую мы называем биосферой. Эта биосфера охватывает часть литосферы и атмосферы и всю гидросферу…» «История минералов земной коры» , 1925 Владимиром Вернадским.

УСТОЙЧИВОСТЬ И САМОРЕГУЛЯЦИЯ БИОСФЕРЫ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ Биосфера Земли – открытая, сложная, многокомпонентная, саморегулирующаяся, связанная с космосом система живого вещества и минеральных соединений, образующая внешнюю оболочку планеты. Пределы устойчивости и саморегуляции – пределы периодических колебаний к которым приспособлены организмы.

ПРИНЦИП РАЗВИТИЯ БИОСФЕРЫ Биосфера развивается на Земле благодаря непрерывности поступления космической энергии по принципу самоуправляемого расширенного воспроизводства Период развития Земли Количество видов растений Девонский 12 000 Каменноугольный 27 000 Пермо-триаский 43 000 Юрский 60 000 Современный 300 000

УЧЕНИЕ В. И. ВЕРНАДСКОГО О НООСФЕРЕ 1. Живое вещество принципиально изменило состояние планеты и создало современный облик Земли. 2. Живое вещество из осадочных пород сформировало почвенный покров Земли. 3. Появление Человека усилило воздействие живого вещества на окружающую природу 4. Человек – основная геолого-преобразующая сила 5. Человек движущая сила развития Природы 6. Разум человека ведет к переходу биосферы в «ноосферу»

КОНЦЕПЦИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА 1. Характерная черта всех живых организмов – живого вещества – трансформация окружающей среды (в процессе их жизнедеятельности) в глобальном масштабе и затрагивает все биогеохимические циклы. 2. Масса живого вещества составляет незначительную часть от массы всех остальных составляющих земной коры. 3. Живые организмы поглощают химические элементы селективно в соответствии со своими физиологическими потребностями и для построения структурных органов, роста и размножения.

КОНЦЕПЦИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА 4. Выделяемые в атмосферу газообразные метаболиты живых организмов постепенно (например, появление в ней кислорода) изменяют ее газовый состав. 5. Жидкие метаболиты и продукты распада вовлекаются в кислотно-щелочные и окислительновосстановительные процессы в природных водах, почвах и подстилающих геологических породах, что приводит к трансформации их химического состава.

ФОРМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 1. Медленная форма воздействия - непрерывный процесс развития жизни на Земле, образование новых видов и их исчезновение (в среднем самостоятельный вид живет примерно 1 геологический период – 30 млн лет). 2. Ритмическая форма воздействия Смена типов растительных и животных ценозов в связи с их развитием – занимает в среднем 3 -5 тыс. лет 3. Последовательная форма воздействия. Смена поколений определенных видов растений и животных и, следовательно, смена циклов миграции веществ. Продолжительность – от 20 минут до 20 лет на 1 поколение.

ФОРМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ 4. Прижизненный обмен веществом между организмами и средой. Затрагивает твердую, жидкую и газообразную фазы. 5. Посмертное влияние продуктов распада органических веществ на минеральные образования и процессы в природе.

Вернадский В. И. определил биосферу как внешнюю оболочку Земли, в которой не только существует жизнь, но которая в той или иной форме видоизменена или сформирована под воздействием жизни и биогеохимической активности. Биосфера – это глобальная система взаимодействия живого и неживого вещества.

КОМПОНЕНТЫ БИОСФЕРЫ Живое вещество - включает в себя все разнообразие живой материи и различных форм жизни. Косное вещество – это материя твердой, жидкой и газовой фаз. Биокосные тела – почвы, морская, речная и озерная воды, нефть, битумы.

ГЛОБАЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ БИОСФЕРЫ - выражается как специфика направления развития жизни на Земле. Если направление превращений вещества и энергии в НЕЖИВОЙ природе характеризуется общим снижением уровня организации и качества энергии, приближением к устойчивому равновесию, возрастанием термодинамической и структурной энтропии, то в ЖИВОЙ природе направление этих превращений оказывается прямо противоположным. ЭТИМ И ОПРЕДЕЛИЛАСЬ ВЕДУЩАЯ РОЛЬ БИОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ.

Геосфера Земли

БИОКОСНЫЕ СИСТЕМЫ – это системы, образованные живыми организмами и средой их обитания, включают обмен между живыми организмами и окружающей их средой. Термин был введен В. И. Вернадским в 1944 г.

4. История Земли демонстрирует принцип Геттона (1796) – «в геологии нет ни начала, ни конца» . 5. Существование биосферы на планете непрерывно во времени (принцип актуализма). 6. Эволюционный процесс имеет направленность (принцип Дана). Эмпирические обобщения В. И. Вернадского в книге «Биосфера» (1926)

«Земная оболочка, биосфера, обнимающая весь земной шар, имеет резко обособленные размеры, в значительной мере она обуславливается существованием в ней живого вещества – им заселена. Между ее косной безжизненной частью, ее косными природными телами и живыми веществами, ее населяющими, идет непрерывный материальный и энергетический обмен, материально выражающийся в движении атомов , вызванном живым веществом. Это обмен в ходе времени выражается закономерно меняющимся, непрерывно стремящийся к устойчивости равновесием. Оно проникает всю биосферу, и этот биогенный ток в значительной степени ее создает» .

Границы биосферы: Верхняя граница биосферы – верхние слои тропосферы (аэропланктон). Нижняя граница биосферы – на континентах на глубине 2 -3 км (пурпурные тионо-кислые бактерии); под океанами – на глубине 0, 5 -1 км от дна.

СТРУКТУРА БИОСФЕРЫ БИОСФЕРА ПРИРОДНЫЙ КОМПЛЕКС ПЕРВОГО РАНГА КОНТИНЕНТАЛЬНЫЙ 149 МЛН КВ. КМ ОКЕАНИЧЕСКИЙ 333 МЛН КВ. КМ ПРИРОДНЫЙ КОМПЛЕКС ВТОРОГО РАНГА: СУХОПУТНЫЕ ЗЕМНОВОДНЫЕ ЛЕДОВЫЕ С ПЕРЕМЕННЫМ РЕЖИМОМ ПРИРОДНЫЙ КОМПЛЕКС ВТОРОГО РАНГА: ВОДНЫЕ ЛЕДОВЫЕ С ПЕРЕМЕННЫМ РЕЖИМОМ ПЕРЕХОДНАЯ ОБЛАСТЬ БИОСФЕРЫ 28 МЛН КВ. КМ ШЕЛЬФОВАЯ ОБЛАСТЬ ОКЕАНА С ГЛУБИНОЙ ОКОЛО 200 М

ОРГАНИЗОВАННОСТЬ БИОСФЕРЫ – ЕЕ ОСНОВНОЕ СВОЙСТВО ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО ГИДРОСФЕРА ТРОПОСФЕРА ЛИТОСФЕРА

Организованность биосферы – основное свойство подразумевает единство, равноценность и связь ее составных частей.

УРОВНИ ОРГАНИЗОВАННОСТИ БИОСФЕРЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. Термодинамический Физический Химический Биологический Энергетический Планетный

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ БИОСФЕРЫ Биосфера Живое вещество Биогенное вещество Биокосное вещество

КОМПОНЕНТЫ БИОСФЕРЫ 1. Потоки космической энергии, гравитационные и электромагнитные поля 2. Биомасса живой растительности 3. Почвенный покров, обеспечивающий существование растений 4. Биомасса консументов и редуцентов 5. Гидросфера 6. Атмосфера 7. Литосфера

РОЛЬ ПОЧВЫ В РАЗВИТИИ БИОСФЕРЫ 1. Буфер, обеспечивающий устойчивость существования биогеоценозов 2. Фильтр, участвующий в регулировании состава природных вод 3. Аккумулятор энергии (гумусообразование) и химических элементов (биогенное накопление) 4. Протектор, связывающий часть загрязняющих веществ в недоступное для живых организмов состояние 5. Источник информации о геохимических процессах в прошлом и настоящем

ВЗАИМОСВЯЗЬ МАЛОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА ВЕЩЕСТВ В БИОСФЕРЕ С БОЛЬШИМ ГЕОЛОГИЧЕСКИМ КРУГОВОРОТОМ

В почве осуществляется «безотходное производство» и вновь включается в биологический круговорот: …Земля… она так тиха и смиренна, Она создает такие милые вещи из такого гнилья, Чистая и совсем безобидная, вращается она вокруг оси, Вся набитая трупами болевших, И такие прелестные ветра создает она из страшных зловоний Уитмен Уолт.

БИОГЕОЦЕНОЗ Биогеоценоз – элементарная структурная единица биосферы. Биогеоценоз - это взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом вещества и энергии.

ХАРАКТЕРИСТИКИ БИОГЕОЦЕОЗА 1. Интенсивность и направленность круговорота веществ и потока энергии 2. Относительная устойчивость биогеоценоза во времени 3. Термодинамически открыт в отношении притока и оттока вещества и энергии: имеет вход и выход энергии и веществ 4. Направленность потоков энергии и вещества в биогеоценозе от растений к травоядным. Затем к хищникам и низшим организмам (цепи питания). 5. Первичная и вторичная продуктивность биогеоценозов. 6. Необратимость биоэнергетических процессов.

КОНЦЕПЦИЯ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ПИЩЕВОЙ ЦЕПИ Биогеохимическая пищевая цепь (трофическая цепь) – взаимоотношения между организмами, через которые в экосистеме происходит трансформация вещества и энергии. Пищевая цепь Группа «пища» Группа «потребитель»

ПИЩЕВАЯ ЦЕПЬ представляет собой сочленение звеньев, в которой каждое предыдущее звено служит пищей для каждого последующего звена. Пищевая цепь обычно включает в себя от 2 до 5 звеньев Продуценты Консументы фото- и хемосинтезирующие организмы Растительноядные животные первичные потребители Хищники Плотоядные животные и человек Вторичные потребители Микроорганизмы Разрушающие органическое вещество

ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ

ЛАНДШАФТЫ Роль рельефа в почвообразовании связан с формированием различных типов почв поэтому выделяют характерные типы рельефа и связанные с ними типы почвообразования (Глинка К. Д. , Полынов Б. Б. , Димо Н. А. и др. ). Учение о почвенно-геохимических ландшафтах – ученики Полынова Б. Б. – Глазовская М. А. , Добровольский В. В. , Ковда В. А. , Перельман А. И.

Ландшафт – слово немецкого происхождения (land – земля, schaft – суффикс, обозначающий взаимосвязь, взаимозависимость). Ландшафт – конкретная территория, однородная по происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим строением, однотипным рельефом, единообразным сочетанием почв и растительности и отличающаяся от других территорий структурой, характером взаимосвязи и взаимодействия между отдельными компонентами этой территории

ТИПЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ СУШИ ПО УСЛОВИЯМ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ (Б. Б. ПОЛЫНОВ) 1. Элювиальные – на повышенных элементах рельефа. Характеризуются хорошим дренажем и глубоким залеганием грунтовых вод. 2. Супераквальные (надводные) – приурочены к пониженным элементам рельефа. Грунтовые воды располагаются близко к поверхности и оказывают значительное влияние на почву и растения 3. Субаквальные (подводные) – образуются на дне водоемов и представляют собой зону аккумуляции веществ.

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАНДШАФТОВ (ПЕРЕЛЬМАН А. И. ) 1. Ряды ландшафтов – по форме движения материи. 2. Группы ландшафтов – по особенностям биологического круговорота 3. Типы ландшафтов – по ежегодной продуктивности живого вещества и скорости разложения органических остатков 4. Семейства – по определенным сочетаниям растительности и почв 5. Классы – по доминирующим типоморфным элементам водной миграции 6. Вид – по условиям и особенностям миграции химических элементов

РЯДЫ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТОВ Абиогенные ландшафты ведущую роль играют физические, механические, химические факторы выветривания Группа – примитивно-пустынные ландшафты Биогенные ландшафты Группа Лесные ландшафты Миграция определяется биологическим круговоротом веществ Группа Луговые и степные ландшафты Группа Тундровые ландшафты Техногенные ландшафты Биологический круговорот нарушен Группа городских и промышленных ландшафтов

Атмосфера, гидросфера и литосфера представляют три основные среды, где сосредоточены все известные на Земле химические элементы. Биосферу можно рассматривать как сферу взаимодействия различных сред, химических элементов и их соединений.

ОРГАНИЗОВАННОСТЬ БИОСФЕРЫ –ЕЕ ОСНОВНОЕ СВОЙСТВО ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО ГИДРОСФЕРА ТРОПОСФЕРА ЛИТОСФЕРА

ЛИТОСФЕРА Литосфера - верхняя твердая оболочка Земли, постепенно с глубиной переходящая в сферы с меньшей площадью вещества. Включает земную кору и верхнюю мантию Земли.

Мощность литосферы 50 - 200 км, в том числе земной коры - до 50 -75 км на континентах и 5 - 10 км на дне океана.

Строение континентальной и океанической земной коры по современным представлениям

ЗНАЧЕНИЕ ЛИТОСФЕРЫ В процессе эволюции из литосферы отбирались химические элементы, необходимые живым организмам. Кларк – величина среднего содержания химического элемента в земной коре. 1–е место: О (47%) 2 -е место: Si (29. 5%) 3 -е место: AI (8, 05%), Fe (4, 65%), 99, 48% Ca (2, 96%), Na (2, 50%), K (2, 50%), Mg (1, 87%), Ti (0, 45%) 80 остальных элементов в сумме составляют около 1%

Средний химический состав современной земной коры

ВИДЫ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗЕМНОЙ КОРЕ Микроэлементы – содержание менее 0, 01% Редкие элементы – 0, 01 – 0, 0001% Редкие рассеянные - 0, 01 – 0, 0001% обладают слабой способностью к концентрированию Избыточные элементы - О, Si, Ca, Fe, Ba Дефицитные элементы – Ar, He, Ne, Sc, Co, Re и др.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗЕМНОЙ КОРЕ 1. Все химические элементы есть везде – закон Кларка -Вернадского о всеобщем рассеянии. 2. С усложнением строения атомного ядра химических элементов (с утяжелением) кларки элементов уменьшаются - закон Ферсмана 3. В земной коре преобладают элементы с четными порядковыми номерами и атомными массами. 4. Среди соседних элементов у четных всегда кларки выше, чем у нечетных (Оддо и Гаркис) 5. Особенно велики кларки элементов, атомная масса которых делится на 4 (O, Mg, S, Ca), а наибольшими кларками обладает каждый 6 -й элемент (О, Si, Ca, Fe)

Гидросфера Всемирный океан занимает 70, 8% поверхности земного шара. В нем находится огромное количество организмов (особенно бактерий, грибов, планктон и высшие организмы).

ТИПЫ СГУЩЕНИЯ ЖИЗНИ В ГИДРОСФЕРЕ 1. Поверхностные слои океана 2. Саргассовые «моря» , состоящие из биогеоценозов, в которых преобладают высшие водоросли 3. Подводные «леса» и «поля» на шельфах, в которых сосредоточено огромное скопление организмов – бентос (моллюски, рыбы, ракообразные и т. д. ) ШЕЛЬФ обширная материковая отмель (затопленная окраина материка). 4. Коралловые острова-рифы, развивающиеся в тропических областях планеты

ГИДРОСФЕРА Круговорот воды в природе: океанская вода, составляющая 93% гидросферы, совершает полный оборот за 2600 лет; вода рек и озер (5, 4% гидросферы) - за 3, 3 года; почвенная влага (1, 6% гидросферы) - за 0, 9 года.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГИДРОСФЕРЫ Океаническая вода Группа соленых вод Почвенногрунтовые воды Морская вода Группа рассолов (Красное море, Мертвое) Группа полупресных вод (Азовское море)

Химический состав океанов

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОРСКОЙ ВОДЫ Ионные вещества, содержащиеся в морской воде в концентрации выше 0, 001 г/кг (1 млн. д. ) по весу: Вещество - Содержание, г/кг морской воды Хлорид-ион C 1 - - 19, 35 Ион натрия Na + - 10, 76 Сульфат-ион SO 4 2 - - 2, 71 Ион магния Mg 2 + - 1, 29 Ион кальция Са 2 + - 0, 412 Ион калия К + - 0, 40 Диоксид углерода - 0, 106 Бромид-ион Вr- - 0, 067 Борная кислота - 0, 027 Ион стронция Sr 2 + - 0, 0079 Фторид-ион F- - 0, 001

СОСТАВ СУХОГО АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ВБЛИЗИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ (СЕМЕНЧЕНКО, 2002) Газ Объемное содержание, % Относительная молекулярная масса (по углеродной шкале) Плотносить по отношению к плотности сухого воздуха Азот (N 2) (N 78, 084 28, 01340 0, 967 Кислород (O 2) 20, 946 31, 99880 1, 105 Аргон (Ar) 0, 934 39, 94800 1, 379 Диоксид углерода (CO 2) 0, 033 44, 00995 1, 529 Неон (Ne) 1, 818*10 -3 20, 18300 0, 695 Гелий (He) 5, 239*10 -4 4, 00260 0, 138 Криптон (Kr) 1, 14*10 -4 83, 80000 2, 868 Водород (H 2) 5*10 -5 2, 01594 0, 070 8, 7*10 -6 131, 30000 4, 524 10 -5 - 10 -6 47, 99820 1, 624 100 28, 96450 1, 000 Ксенон (Xe) Озон (O 3) Сухой воздух

ПО ХАРАКТЕРУ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ С ВЫСОТОЙ АТМОСФЕРУ ДЕЛЯТ НА 5 ОСНОВНЫХ СЛОЕВ: Тропосфера Стратосфера Мезосфера Термосфера Экзосфера

ВРЕМЯ ЖИЗНИ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В АТМОСФЕРЕ MTR= масса/поток MTR - время жизни химических соединений в атмосфере Масса – масса химического соединения в атмосфере Поток – временный поток этого химического соединения. Пример Среднее содержание воды в атмосфере составляет 13000 км 3 (или 25 мм в любой точке). Усредненные дневные осадки на Земле – около 2, 7 мм. MTR=25 мм/2, 7 мм/день = 9, 3 дня

Состав атмосферы – это пример воздействия живых организмов на окружающую среду и представляет собой последнюю стадию долговременного процесса, в котором важнейшая роль принадлежала биохимической активности живой материи. Состав атмосферы поддерживается благодаря системе биогеохимических циклов.

C, H, Si, O, N, Ca, P, Fe, S – преобладающие химические элементы в биосфере, которые вследствие спонтанных химических и биохимических реакций перераспределяются между различными средами и между организмами. Процессы, вызывающие эти перераспределения 1. Физические 2. Биологические 3. Геологические

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО – СОВОКУПНОСТЬ ВСЕЙ МАССЫ ОРГАНИЗМОВ, НАСЕЛЯЮЩИХ НАШУ ПЛАНЕТУ Живое вещество Фитобиомасса Леса - n х 1011 - 1012 т Травы - n х 1010 - 1011 Зообиомасса n х 109 т Микробиомасса n х 108 - 109 т

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА О и Н – 80% от всего живого вещества C, N, Ca – от1 до 10% S, P, K – 0, 1 – 1, 0% Fe, Na, Mg, Al – 0, 01 – 0. 1% Биогеохимическая роль организмов – зависит от: -величины организма -быстроты размножения - энергия взаимодействия с окружающей средой

Спасибо за внимание!

WEB – РЕСУРСЫ К ЛЕКЦИИ 1. Фонд знаний «Ломоносов» , Энциклопедия http: //www. lomonosov-fund. ru/enc/ru/encyclopedia: 01214: article 2. Википедия http: //ru. wikipedia. org/wiki/%C 1%E 8%EE%E 3%E 5%EE%F 5%E 8%EC%E 8%FF 3. Материал из Geo. Wiki - открытой энциклопедии по наукам о Земле http: //wiki. web. ru/wiki/%D 0%91%D 0%B 8%D 0%BE%D 0%B 3%D 0%B 5%D 0%BE%D 1%85%D 0%B 8%D 0%BC%D 0%B 8%D 1%8 F 4. МГУ им. М. В. Ломоносова , Географический Факультет http: //www. landscape. edu. ru/edu_programs_5_biogeohim. shtml 5. Биогеохимия – тематическая страница http: //biogeochemistry. narod. ru/