Учение о биосфере глобальная экология Ø Ø

Зарегистрируйтесь, чтобы просмотреть полный документ!

Учение о биосфере (глобальная экология)

Ø Ø Впервые термин «биосфера» встречается в работах Ж. Б. Ламарка. В его научных трудах термин «биосфера» обозначал область жизни и влияния живых организмов на процессы, происходящие на Земле. В конце ХVII в. голландский ученый Х. Гюйгенс в книге «Космотеорос» , сделал следующее научное обобщение: «жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи» - «принципом Гюйгенса» . В 1875 г. Австрийский геолог и палеонтолог Эдуард Зюсс обратил внимание на место живого в строении и развитии земной коры и вновь после Ламарка ввел в науку термин «биосфера» , рассуждая об оболочке Земли в своей книге о происхождении Альп. Новую жизнь термину «биосфера» дал выдающийся русский ученый – геолог В. И. Вернадский, создавший в 20 -х годах XX века современное учение о биосфере.

Учение В. И. Вернадского о биосфере – это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем. Ø Сущность учения В. И. Вернадского заключена в признании исключительной роли «живого вещества» , преобразующего облик планеты. Ø В основе учения Вернадского лежат представления: 1) о планетарной геохимической роли живого вещества (совокупность всех живых организмов, существовавших или существующих в определённый отрезок времени, рассматриваемых как мощный геологический, фактор; 2) об организованности биосферы, являющейся продуктом сложного превращения вещественно-энергетического и информационного потоков живым веществом за время геологической истории Земли. Ø

Свойства биосферы: Ø Биосфера – централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество). Ø Биосфера – открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Ø Биосфера – саморегулирующаяся система. В настоящее время это свойство называется гомеостазом (способность возвращаться в исходное состояние включением ряда механизмов). Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, справляясь (извержение вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т. п. ), благодаря действию гомеостатических механизмов. Ø Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Ø Важнейшее свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

Схема строения биосферы

Границы биосферы: Ø в атмосфере – на высоте 20 -25 км; Ø в гидросфере – 10 -11 км; Ø в литосфере – 3, 5 -7, 5 км.

Общая масса атмосферы – 5, 14 × 1015 т. Состав атмосферы вблизи земной поверхности Квазипостоянные компоненты Активные примеси компонент Концентрация, % об. Компонент Концентрация, % об. N 2 78, 11 Н 2 О 0 -7 O 2 20, 95 СО 2 0, 01 -0, 1 (в среднем 0, 035) Ar 0, 934 О 3 0 -10 -4 Ne 8, 18× 10 -4 SO 2 0 -10 -4 Не 5, 24 × 10 -4 CH 4 1, 6× 10 -4 Kr 1, 14× 10 -4 NO 2 2× 10 -4 Xe 0, 087× 10 -4 H 0, 5× 10 -4

Характеристика изменения температуры в основных слоях, выделяемых в атмосфере Температура, °С Слой атмосферы Высота верхней и нижней границ слоя над уровнем моря Нижняя граница слоя Верхняя граница слоя тропосфера 15 -56 0 -11 стратосфера -56 -2 11 -50 мезосфера -2 -92 50 -85 термосфера -92 1200 85 -500

Аэрозоль - взвешенные в газообразной среде жидкие или твердые частицы, являющиеся опаснейшими элементами химического загрязнения атмосферы. Обычно размеры частиц аэрозоля лежат в пределах 0, 001 -1000 мкм. Среди аэрозолей различают пыли (твердые частицы, взвешенные в газообразной среде), дымы (продукты конденсации газа) и туманы (жидкие частицы в воздухе).

Гидросфера - прерывистая водная оболочка Земли. В настоящее время под понятием гидросферы объединяют все виды природных растворов, всю воду, находящуюся в разных агрегатных состояниях, и воду, входящую в состав химических соединений. В большинстве своем природные воды представляют собой неравновесные, открытые (с точки зрения термодинамики) системы. Исключение составляют лишь отдельные ограниченные объемы подземных вод. Общие запасы воды составляют 1, 4× 109 км 3

Средний состав природных вод Ионы Содержание, млн-1 В водах Мирового океана В речной воде В дождевой воде Катионы: Na+ Mg 2+ Ca 2+ K+ 10560 1270 400 380 5, 8 3, 4 20 2, 1 1, 1 0, 36 0, 97 0, 26 Анионы: Cl. SO 42 HCOBr. F- 18980 2650 140 65 1 5, 7 12 35 - 1, 1 4, 2 1, 2 -

Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли. Верхняя часть литосферы образует земную кору, а нижняя – верхнюю часть мантии Земли. Земная кора состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Особый интерес с точки зрения концентрации живого вещества представляет почвенный слой. Почва – поверхностный плодородный слой земной коры, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Как составная часть биосферы, почва – особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы при совместном взаимообусловленном воздействии гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов. В составе почв различают твердую, жидкую и газообразную фазы. Твердая часть почв на 80– 90% состоит из минеральных компонентов: оксидов кремния (песок), алюминия (глина), железа, натрия, калия, магния, кальция, а также их карбонатов, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора и др. По содержанию минеральных компонентов почвы разделяются на песчаные, суглинки, глины.

Органическое вещество состоит из гумуса, т. е. перегноя (от 0, 1 до 20%), который содержит лигнин, дубильные вещества, углеводы, белки, органические кислоты, жиры и другие органические соединения. Важная составная часть почв – почвенные живые организмы: биофаги (грызуны, насекомые, черви, бактерии и др. ), которые питаются живыми организмами и их тканями; сапрофаги (черви, грибы, бактерии), питающиеся мертвыми организмами и их тканями; микроорганизмы, разлагающие сложные органические вещества до минеральных веществ. Пористость твердой фазы почвы обычно составляет 40– 60%. У торфяников она достигает 90%, у суглинков снижается до 30%. Поры почвы заполняет раствор и воздух, содержащий до 8% СО 2. Соотношение между содержанием раствора и воздуха в порах сильно зависит от влажности почвы. Классификация почв. Общепринятой классификации почв нет. Самыми плодородными почвами, содержащими высокий процент гумуса, органических веществ и почвенных организмов в толстом поверхностном слое (до 50– 80 см), являются луговые черноземы, затем идут каштановые, серые лесные и бурые пустынностепные почвы (30– 40 см). Слои торфа толщиной до 20– 30 см образуются на болотах. Тонкий (до 5– 10 см), не очень богатый гумусом плодородный слой имеют красноземы (тропическая зона), желтоземы, подзолистые, тундровые почвы. Бедные почвы: сероземы, солончаки, пустынные почвы. В России черноземы составляют почти 2/3 обрабатываемых земель, на них получают около 80% выращиваемой на земле продукции.

Типы веществ, слагающих биосферу: Ø 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 одной миллионной всей биосферы (ок. 3× 1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Живое вещество распределено в пределах биосферы очень неравномерно. Ø Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д. Ø Косное вещество - продукты, образующиеся без участия живых организмов (горные, скалистые породы). Ø Биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других (почва, ил, кора выветривания и т. д. ). Организмы в них играют ведущую роль. Ø Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Ø Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений. Ø Вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Группы веществ биосферы

Уникальные особенности живого вещества: 1. Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство; 2. Движение не только пассивное (под действием силы тяжести, гравитационных сил и т. п. ), но и активное; 3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти (включение в круговороты), сохраняя при этом высокую физико-химическую активность; 4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физикохимическим параметрам условий; 5. Феноменально высокая скорость протекания реакций; 6. Высокая скорость обновления живого вещества.

Функции живого вещества Ø Ø Ø Ø Энергетическая; Средообразующая; Биогеохимическая; Газовая; Концентрационная; Окислительно-восстановительная; Биохимическая; Водная.

Ø Глобальный круговорот вещества: магматическая порода → осадочная порода → метаморфическая порода → переплавление и новое образование магмы.

Круговорот воды Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Ø Когда водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая большой круговорот. Ø

Ø Малый круговорот (биологический) является частью большого (глобального) круговорота и осуществляется в пределах отдельно взятой экосистемы (биогеоценоза).

Биогеохимические круговороты Биогеохимический круговорот - происходит с участием живых организмов. Важнейшим звеном этого круговорота является фотосинтез. n. СО 2 + n. Н 2 О + энергия → Cn. H 2 n. On + n. O 2. Ø Продуктивность фотосинтеза на суше более высокая, чем в Мировом океане. Ø Хемосинтез – окисление аммиака до солей азотной кислоты с выделением энергии микроорганизмами. Ø Биогеохимический круговорот вещества биосферы связан со всесторонней деятельностью организмов - их питанием, размножением, дыханием, перемещением в пространстве, гибелью и разложением остатков. Ø

Биогеохимический круговорот выражается в различном обмене химических элементов и их природных соединений между живым веществом и неорганической средой - косным веществом биосферы. Ø Один из основных законов геохимии биосферы А. И. Перельмана: в биосфере атомы участвуют в биогеохимических круговоротах, в ходе которых они поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию во внешнюю среду. Ø

Круговорот углерода

Круговорот кислорода

Круговорот азота

Круговорот серы

Круговорот фосфора

Поступление и распределение солнечной энергии в пределах биосферы Земли

Этапы эволюции биосферы: 1) синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием УФ радиации – метана, аммиака, паров воды. Начало этапа - 3, 5 -4, 5 млрд. лет; 2) биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа – 2, 5 -3, 5 млрд. лет назад; 3) антропогенез – появление человека и превращение его в социальное существо. Начало этапа – 1, 5 -3 млн. лет назад; 4) техногенез – преобразование природных комплексов биосфеоры в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природнотехнических комплексов. Начало этапа – 10 -15 тыс. лет назад; 5) ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально-природной системы (ноосферы). Ø

Ø Ноосфера – новое эмоциональное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. Для ноосферы характерно взаимодействие человека и природы: связь законов природы с законами мышления и социальноэкономическими законами.

Скачать презентацию Учение о биосфере глобальная экология Ø Ø

Учение о биосфере.ppt

Количество слайдов: 30