Экологические основы ПП

Задание 10.02.2016 116 гр. Экологические основы природопользования
Тема занятия: Биосфера. Образование биосферы. Развитие биосферы.
Вопросы для консультации и готовые задания отправлять на электронный
адрес: [email protected]
Задание: Изучить материал и составить кроссворд, не более 10 слов по
горизонтали и вертикали
Понятие биосферы, границы и состав биосферы.
Биосфера – оболочка Земли, населенная живыми организмами (В.И. Вернадский
– 1926г. определял как «область планеты, в которой существует или когда-либо
существовала жизнь, и которая подвергается или подвергалась воздействию живых
организмов.) Границы биосферы:
 Верхняя граница – расположена на высоте озонового слоя атмосферы – 20-25 км
(выше живое погибает от УФ – излучения).
 Нижняя граница – ограничивается температурой горных пород и подземных вод
(в разных участках литосферы температура 100 ˚С достигается на глубине от 1,5 до
15 км), находится на 2–3 км (максимально до 4 км) ниже поверхности суши и на 1–
2 км ниже дна океана.
 Поверхность земли – в настоящее время полностью лишена жизни лишь в области
обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов.
 Температурные пределы – для отдельных форм жизни – от практически
абсолютного нуля до 180 ˚С.
 Пределы давления – от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более на
больших глубинах. Семена, споры растений, мелкие животные в анабиозе могут
сохранять жизнеспособность в вакууме.
Биосфера – предельно большая экосистема земли, та ее область, которая
охвачена влиянием живого вещества, включает:
1) живое вещество – совокупность живых организмов, имеющих определенную
суммарную массу, химический состав и энергию;
2) косное вещество – совокупность веществ в биосфере, в образовании которых
живые организмы не участвуют;
3) биогенное вещество – создается и перерабатывается живыми организмами –
мощный источник потенциальной энергии (каустобиолиты, известняки). После
образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны;
4) биокосное вещество – создается в биосфере одновременно живыми организмами и
косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и
других (почвы, коры выветривания, все природные воды).
Функционирование биосферы.
Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию
химических связей биота биосферы выполняет ряд фундаментальных биогеохимических
функций планетарного масштаба.
Газовая функция. Кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза,
единственный абиогенный источник кислорода – диссоциация воды на больших высотах –
незначителен. Накапливание кислорода в атмосфере происходит за счет захоронения
углерода в виде органического вещества. Количество кислорода в атмосфере до сих пор
неуклонно растет (несмотря на то что только один современный воздушный лайнер за
один час полета сжигает необходимый для образования озона кислород в количестве
около 5 тонн). Создание озонового слоя из кислорода в верхних слоях тропосферы –
результат деятельности живого вещества. Биохимическая переработка продуцирование и
потребление углекислого газа, азота, сероводорода, метана, других летучих веществ
(фитонцидов) формирует и поддерживает постоянство состава атмосферы.
Концентрационная функция. Живые организмы пропускают через свое тело
большие объемы воздуха и природных растворов, осуществляют биогенную миграцию и
концентрирование химических элементов и их соединений: биосинтез органики;
строительство раковин и скелетов, образование коралловых островов, толщ осадочных
известняков; окисление и восстановление элементов с переменной валентностью
микроорганизмами (азот, сера, железо, марганец и др.) Геологические результаты
концентрационной функции биосферы – месторождения серы, сульфидов, скопления
железомарганцевых конкреций на дне океана и т.п.
Окислительно-восстановительная функция тесно связана с биогенной миграцией
элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы
и не подвергаются окислению при обычных условиях. Молекулярный азот – один из
важнейших биогенных элементов. Живые клетки располагают эффективными
катализаторами – ферментами и способны производить окислительно-восстановительные
реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.
Информационная функция. С появлением живых существ на планете появилась
генетическая информация – активная («живая») информация, отличающаяся от той
«мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Живые
организмы способны к получению информации путем соединения потока энергии с
молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать,
хранить и перерабатывать молекулярную информацию стала важным экологическим
системообразующим фактором. Суммарный запас генетической информации биоты
биосферы оценивается в 1015 бит, а общая мощность потока молекулярной информации,
связанной с обменом веществ и энергии всех клеток глобальной биоты – 1036 бит/с.
Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены к внешним
факторам существования образуют мощную средообразующую функцию биосферы,
тесно связанную со средорегулирующей функцией – биотической регуляцией
окружающей среды. Биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и
длительное время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей
среды.
Функционирование биосферы осуществляется в рамках бесконечного множества
круговоротов вещества различного уровня под действием потока энергии от солнца:
1. Круговорот воды (в пределах ландшафтов – испарение – конденсирование –
осадки; в пределах планеты – водообмен – океаны – материки).
2. Круговороты (биологические) отдельных ландшафтов (характеризуются
скоростью – количеством живого, образующегося и разлагающегося в единицу времени и
емкостью – количество химических элементов, находящихся одновременно в составе
живого в данной экосистеме).
3. Круговороты отдельных химических элементов – углерода, кислорода, азота и
др.
Эволюция биосферы.
Изменение окружающей среды развивалось параллельно и взаимосвязано с
эволюцией жизни. Изменение параметров абиотических факторов влекло за собой каскад
изменений живого (принцип влияния неживого на живое). Изменяющееся живое
вещество активно воздействует на среду своего обитания, формируя ее новые параметры
(принцип влияния живого на неживое). Высокая степень замкнутости биотического
круговорота и биотическая регуляция окружающей среды — результат эволюции
биосферы. Важнейшим двигателем планетарной химической и органической эволюции
является непрерывный поток солнечной энергии, постоянно организующий,
воспроизводящий и усложняющий путем автокатализа и отбора циклические
динамические системы вещества на Земле. Динамика химических циклов в биосфере
указывает на прямую связь химической и биологической эволюции на планете.
Этапы эволюции биосферы.
Добиотическая эволюция – химическая эволюция подготавливала субстраты,
конструкции и реакции для возникновения жизни, включала 4 подэтапа:
1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад).
2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере.
3. Образование сложных органических веществ, биополимеров — белков,
нуклеиновых кислот, жирных кислот, полисахаридов.
4. Возникновение круговорота органических соединений углерода.
Биотическая эволюция – эволюция жизни, включала 4 подэтапа:
1. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад).
2. Появление фотоавтотрофных клеток, развитие фотосинтеза и биопродукция
кислорода – постепенный переход к окислительной атмосфере.
3. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения и
функциональной организации живых существ и биосферы в целом.
4. Появление человека — лидера эволюции.
Развитие биосферы по представлениям Н.Н. Моисеева – цепь катастроф с
непредсказуемыми исходами. Одной из таких катастроф было уничтожение
прокариотической биосферы и замена ее биосферой, в которой главенствуют эукариоты.
Полная перестройка биосферы произошла и тогда, когда живое вещество вышло из
океана. Гибель динозавров тоже следует отнести к числу подобных катастроф. Наконец,
появление человека — это тоже катастрофа, внесшая в число механизмов развития
биосферы разум, и опять с непредсказуемым исходом. В результате появления человека
эволюция биосферы пошла по совершенно другому пути.