Ханты Мансийский государственный медицинский институт Кафедра гистологии цитологии

Ханты Мансийский государственный медицинский институт Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии с курсами биологии и экологии Лекция БИОСФЕРА НООСФЕРА

ЗЕМЛЯ • • Средний радиус 6371 км Площадь поверхности 510 млн. км 2 Океан 71% Суша 29% – – – Горы 1/3 Пустыни 20%, Саванны 20%, Леса 30%, Ледники 10%, Сельскохозяйственные угодья 10%.

ЗЕМЛЯ • Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро. – Внешний слой – кора, средняя толщина 35 км – Ниже коры на глубине 35 2900 км мантия – Ниже мантии на глубине 2900 км внешнее жидкое ядро, состоящее из серы и железа – На глубинах свыше 5000 км твердое внутреннее ядро, предположительно, состоящее из железа и никеля

Оболочки Земли • Литосфера • Гидросфера • Атмосфера • Биосфера • Ноосфера

Литосфера – твердая оболочка Земли • Образована корой и верхними слоями мантии • Толщина около 70 км • Расколота на десяток литосферных плит, на границах между которыми постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов • Литосферные плиты «плавают» в расположенном под ними до глубины 250 км слое мантии повышенной текучести, называемом астеносферой • Живые организмы, обитающих в литосфере, сосредоточены в почвенном слое, глубиной нескольких метров • Почвы представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами продуктами жизнедеятельности живых организмов

Гидросфера – водная оболочка Земли • сформировалась в связи с развитием литосферы, выделившей за геологическую историю Земли значительный объем водяного пара и ювенильные (подземных магматических) вод • средняя глубина 3, 8 км, максимальная 11, 022 км • совокупность океанов, морей, рек, озёр, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова

Гидросфера – водная оболочка Земли • • 1300 млн. км 3 – вода мирового океана (95%) 24 млн. км 3 вода ледников 60 млн. км 3 подземная вода 0, 18 млн. км 3 вода озер 0, 002 млн. км 3 вод рек 0, 001 млн. км 3 вод тел живых организмов газы, растворенные в воде, кислород и углекислый газ

Атмосфера – воздушная оболочка Земли • Образовалась как результат геохимических процессов литосферы и жизнедеятельности живых организмов; азот, углекислый газ, пары воды результат вулканической активности, кислород как результат фотосинтеза • Состав: 78, 1% азот, 21% кислород, 0, 9% аргона, незначительных доли % углекислый газ, водород, гелий, неон и др. газы • Нижние 20 км водяной пар • Высота 20— 25 км слой озона • Выше 100 км увеличивается доля лёгких газов, на очень больших высотах преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается на атомы, ионы и свободные электроны, образуя ионосферу • Давление и плотность воздуха с высотой убывают

Атмосфера – воздушная оболочка Земли • Подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу • Обладает электрическим полем, в ней возникают различные электрические, оптические и акустические явления • Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. • Наибольшее значение для биологических процессов имеют: – кислород, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества, – углекислый газ, расходуемый при фотосинтезе, – озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения

Биосфера • оболочка Земли, которая населена и активно преобразуется живыми существами • оболочка, в которой существует или существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась или подвергается воздействию живых организмов

Зюсс Эдуард 1831 1914 австрийский геолог профессор Венского университета президент Венской АН

Докуча ев Василий Васильевич 1846— 1903 Профессор Петербургского университета

Верна дский Владимир Иванович 1863— 1945 Естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель. Основоположник геохимии, биогеохимии, радиогеологии, гидрогеологии. Академик Петербургской АН (1912), Российской АН (1917), АН СССР (1925), первый президент АН Украины (с 1919), Идеи Вернадского сыграли выдающуюся роль в становлении современной научной картины мира. В центре его естественно научных и философских интересов разработка целостного учения о биосфере, живом веществе и эволюции биосферы в ноосферу, в которой человеческий разум и деятельность становятся определяющим фактором развития. Учение Вернадского о взаимоотношении природы и общества оказало сильное влияние на формирование современного экологического сознания.

Биосфера • живое вещество – совокупность живых организмов • биогенное вещество - создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности живых организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др. ) • косное вещество - образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты) • биокосное вещество совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов почва

Фундаментальный закон организации биосферы в количественном отношении преобладают формы, достигшие в эволюции относительно низких степеней морфофизиологического прогресса

Живое вещество • 300 тыс. видов растений • 1, 5 млн. видов животных, из них 93% сухопутные, 7% водные виды животных • Биомасса сухопутных видов – 99, 2% зеленые растения (2, 4 х 10 х12 т) – 0, 8% — животные и микроорганизмы (0, 2 х 10 х12 т). • Биомасса водных видов – 6, 3% (0, 2 х 109 т) растения – 93, 7% (0, 3 х 1010 т) животные

Живое вещество • Растения 21% всех учтенных видов • Растения составляют более 99% биомассы • Животные 79% видов – 96% видов – беспозвоночные – 4% позвоночные, из них млекопитающие 10% • Животные составляет менее 1% биомассы

Живое вещество • 0, 01— 0, 02% от косного вещества биосферы • играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря совершающемуся в живых организмах обмену веществ • ежегодная продукция живого вещества в биосфере 232, 5 млрд. т сухого органического вещества

Живое вещество – активный компонент биосферы • В год на планеты фотосинтезом синтезируется 46 млрд. т органического углерода, при это 170 х10 х9 т углекислого газа реагирует с 68 х10 х9 т воды • В результате фотосинтеза ежегодно образуется 115 х10 х9 т сухого органического вещества и 123 х10 х9 т кислорода • В процесс фотосинтеза ежегодно используется 6 х10 х9 т азота, 2 х10 х9 т фосфора и другие элементы, например калий, кальций, магний, сера, железо • Живое вещество выполняет геохимическую работу, способствуя преобразованию оболочек Земли в геологическом масштабе времени

Главная функция биосферы - обеспечение круговорота химических элементов • Глобальный биотический круговорот веществ осуществляется при участии всех населяющих планету организмов • Циркуляция веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами • Биотический круговорот обеспечивает длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе химических элементов. • Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами используется и разрушается, с тем чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов

Биосфера • Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы • Циркуляция воды между мировым океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой природой • Круговорот воды участвует в разрушении литосферы, переносе ее компонентов в глубины морей и океанов

Биотический круговорот веществ • Круговорот углерода – фиксации атмосферной двуокиси углерода в процессе фотосинтеза – Часть образовавшихся при фотосинтезе углеводов используется растениями для получения энергии, а часть потребляется животными – Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных в атмосферу – Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и возвращается в атмосферу – Аналогичный процесс происходит и в океане. .

Геохимические функции биосферы • В процессе круговорота веществ биосфера выполняет геохимические функции: – газовая биогенная миграция газов в результате фотосинтеза и азотфиксации – концентрационная аккумуляция живыми организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде – окислительно восстановительная превращение веществ, содержащих атомы с переменной валентностью (например, железо, марганец) – биохимическая обеспечение процессов, протекающие в живых организмах

Биосфера • Стабильная экологическая система • Стабильность обусловлена тем, что результаты активности трех групп организмов, выполняющих разные функции в биотическом круговороте — продуценты (автотрофы), потребители (гетеротрофы) и деструкторы (минерализующие органические остатки) — взаимоуравновешиваются • Стабильность биосферы не исключает способности ее к эволюции

Эволюция биосферы • Факторы эволюции: – Геологические изменения – Климатические изменения – Изменения видового и количественного состава живых существ в процессе биологической эволюции – Развивающееся человеческое общество

Эволюция биосферы • Первые организмы анаэробы, которые получали энергию путем брожения. Питание за счет опускавшихся на дно водоемов органических веществ, синтезируемых в поверхностных слоях воды абиогенным способом. • Недостаток органических веществ создал давление отбора, приведшее к возникновению фотосинтеза. • Прогрессивное увеличение кислорода в воде за счет жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов и его диффузия в атмосферу вызвали изменения в химическом составе оболочек Земли, и прежде всего атмосферы, что сделало возможным распространение жизни по планете и развитие более сложно организованных живых форм. • По мере увеличения содержания кислорода в атмосфере формируется слой озона, который защищает поверхность Земли от проникновения ультрафиолетового излучения. В таких условиях жизнь смогла продвинуться к поверхности моря.

Эволюция биосферы • Развитие механизма аэробного дыхания сделало возможным появление многоклеточных организмов. • Благодаря способности фотосинтезирующих морских организмов продуцировать такое количество кислорода, которое превышало потребности в нем обитателей планеты того времени, стало возможным на основе возникновения в процессе эволюции организмов более высокого уровня структурно физиологической организации. Жизнь заполнила моря и вышла на сушу. Развитие зеленых растений обеспечило образование больших количеств кислорода и органических веществ, что создавало благоприятные условия для последующей прогрессивной эволюции. • С появлением человеческого общества в развитии биосферы намечается переход от биогенеза, обусловливаемого факторами биологической эволюции, к ноогенезу — развитию под влиянием произвольной осознанной деятельности человечества

Эволюция биосферы • Период биогенеза – в основе биологические закономерности – Первый этап возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом – Второй этап усложнение структуры биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных организмов. Эти два этапа, осуществлявшиеся в связи с чисто биологическими закономер ностями жизнедеятельности и развития, могут быть объединены в период биогенеза. • Период ноогенеза – Возникновение человеческого общества – Разумная производственная деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу

Ноосфера • Введено в науку Эдуард Леруа и Пьром Тейяром де Шарденом (1927): – оболочка Земли, включающая человеческое общество с его индустрией, языком и прочими атрибутами разумной деятельности; – «. . . мыслящий пласт» , который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных вне биосферы и над ней

В. И. Вернадский. «Научная мысль как планетное явление» • «Биосфера не раз переходила в новое эволюционное состояние. Это переживаем мы и сейчас, за последние 10 20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научную мысль, создаёт в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывалую. Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу — перерабатывается научной мыслью социального человека» .

Вернадский В. И. , 1926 г. , статья "Мысли о современном значении истории знаний" "Созданная в течение всего геологического времени, установившаяся в своих равновесиях биосфера начинает все сильнее и глубже меняться под влиянием научной мысли человечества"

Ноосфера • В. И. Вернадский – не нечто внешнее по отношению к биосфере, а новый этап в ее развитии, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы

Воздействие человека на биосферу • На ранних этапах существования интенсивность воздействия людей на биосферу не отличалась от воздействия других организмов. • Получая из окружающей среды средства к существованию в таком количестве, которое полностью восстанавливалось за счет естественных процессов биотического круговорота, люди возвращали в биосферу то, что использовалось другими организмами для их жизнедеятельности. • Универсальная способность микроорганизмов разрушать органическое вещество, а растений превращать минеральные вещества в органические обеспечивала включение продуктов хозяйственной деятельности людей в биотический круговорот

Воздействие человека на биосферу • В настоящее время человек извлекает из биосферы сырье в значительном и все возрастающем количестве, современные промышленность и сельское хозяйство производят или применяют токсические и неиспользуемые другими видами организмов вещества. • В результате биотический круговорот становится незамкнутым. • Вода, атмосфера, почвы загрязняются отходами производства, вырубаются леса, истребляются дикие животные, разрушаются природные биогеоценозы.

Экологический кризис • Состояния окружающей среды, возникшее вследствие произошедших в ней изменений, непригодное для жизни людей • По происхождению является антропогенным, так как обусловлен изменения в биосфере, развивающимися в связи с воздействием на нее человечества

Основные пути воздействия человека на биосферу • расходование естественных ресурсов в виде минерального сырья, почв, воды, растений и животных • загрязнение среды отходами

Воздействие человека на биосферу • • • Уничтожение лесов Нарушение водного режима Эрозия почв Падение плодородия почв Изменение рельефа Земли Уменьшение видового разнообразия растений и животных • Загрязнение воды, воздуха, почвы отходами • Замена естественных экосистем антропоэкосистемами