Биосфера Земли

1.

Лекция №7
«Биосфера»

2.

Понятие «Биосфера»
• это часть оболочек Земли, заселенная
живыми организмами; единая глобальная
экосистема высшего порядка.
Понятие «биосфера» (от греч. биос — жизнь)
предложил в 1875 г. австрийский
ученый Эдуард Зюсс.

3.

Учение В.И Вернадского
• Учение о биосфере создал украинский
ученый Владимир Иванович Вернадский.
Он пришел к выводу, что биосфера не
является отдельной единой оболочкой
Земли, а только частью ее геологических
оболочек, населенных живыми
организмами. Живые организмы
распространены в верхних слоях
литосферы, нижних – атмосферы и по всей
глубине гидросферы.

4.

Строение «Биосферы»
• Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и
атмосферы, уходя вглубь Земли до 10 км и на 33 км над
поверхностью Земли (рис.2). Температурные интервалы, в
которых может существовать жизнь, тоже ограничены: от –252
до +180 С.
• Биосфера улавливает лишь небольшую часть солнечной
энергии, поступающей на Землю. Ультрафиолетовая часть
солнечного спектра, которая составляет 30% от всей солнечной
энергии, доходящей до Земли, практически полностью
задерживается атмосферой. Половина поступающей энергии
превращается в тепло и затем излучается в космическое
пространство, 20% расходуется на испарение воды и
образование облаков и только около 0,02% используется
биосферой.

5.

Границы биосферы
Верхняя граница биосферы простирается от поверхности Земли до
озонового экрана. Выше этой границы организмы жить не могут, так
как там на них будут губительно действовать ультрафиолетовые лучи
Солнца и низкая температура.
• Нижняя граница проходит по дну гидросферы и на глубине 4-5 км в
земной коре материков (это зависит от того, на какой глубине
температура горных пород достигает +100°С). Наиболее обильна
жизнью часть биосферы у земной поверхности и до глубины 200 м в
гидросфере. Однако жизнь не ограничена исключительно пределами
биосферы. Микробы, споры и пыльца растений, органические
молекулы обнаружены высоко в стратосфере. Не исключено, что они
могут покидать Землю и уноситься в космическое пространство. Но
это не означает расширения биосферы, так как за ее пределами могут
существовать только неактивные формы жизни, находящиеся в
состоянии скрытой жизнедеятельности.

6.

7.

Согласно В.И. Вернадскому, вещество биосферы
состоит из:
1. живого вещества, т.е. биомассы современных
живых организмов;
2. биогенного вещества, т.е. всех форм детрита, а
также торфа, угля, нефти и газа биогенного
происхождения;
3. биокосного вещества, т.е. смесей биогенных
веществ с минеральными породами абиогенного
происхождения (почва, илы, природные воды,
газо- и нефтеносные сланцы и т.д.);
4. косного вещества, т.е. горных пород, минералов,
осадков, не затронутых прямым
биогеохимическим воздействием организмов.

8.

Живое вещество, его свойства и
функции в биосфере
• Живое вещество – это
основа биосферы, хотя и
составляет крайне
незначительную ее часть.
Если его выделить в
чистом виде и
распределить равномерно
по поверхности Земли, то
это будет слой около 2 см
или 0,01% от массы всей
биосферы.

9.

Особенности живого вещества
1.
2.
3.
Способность быстро занимать (осваивать) все свободное
пространство. В.И. Вернадский назвал это всюдностью жизни.
Быстрое освоение пространства связано как с интенсивным
размножением, так и со способностью организмов интенсивно
увеличивать поверхность своего тела. Например, некоторые
простейшие формы организмов могли бы освоить весь земной
шар за несколько часов или дней, если бы не было факторов,
сдерживающих их размножение.
Движение не только пассивное (под действием силы тяжести,
гравитационных сил и т.д.), но и активное (например, против
течения воды, движения воздушных потоков, силы тяжести и
т.д.).
Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти
с сохранением при этом высокой физико-химической
активности.

10.

Особенности живого вещества
4.
5.
6.
Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям
и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземновоздушной, почвенной, организменной), но и крайне трудных по физикохимическим парадам условий. Так, некоторые организмы выносят
температуры, близкие к значениям абсолютного нуля -273°С, микроорганизмы
встречаются в термальных источниках с температурой до +140о С, в водах
атомных реакторов, в бескислородной среде, в ледовых панцирях и т.п.
Феноменально высокая скорость протекания реакций. Она на несколько
порядков (в сотни, тысячи раз) выше, чем в неживом веществе. Об этом
свойстве можно судить по скорости переработки вещества организмами в
процессе жизнедеятельности. Гусеницы некоторых насекомых потребляют за
день количество пищи, которое в 100 — 200 раз больше веса их тела.
Особенно активны детритофаги. Дождевые черви (масса их тел примерно в 10
раз больше биомассы всего человечества) за 150 — 200 лет пропускают через
свои организмы весь метровый слой почвы.
Высокая скорость обновления живого вещества. Подсчитано, что в среднем
для биосферы она составляет 8 лет, при этом для суши — 14 лет, а для океана,
где преобладают организмы с коротким периодом жизни (например,
планктон), 33 дня. В результате высокой скорости обновления живого
вещества за всю историю существования жизни общая масса живого вещества,
прошедшего через биосферу, примерно в 12 раз превышает массу Земли.

11.

Функции живого вещества
1. Энергетическая. Связана с запасанием энергии в
процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям
питания, рассеиванием. (Эта функция — одна из
важнейших и будет подробнее рассмотрена в
следующей теме).
2. Газовая. Способность изменять и поддерживать
определенный газовый состав среды обитания и
атмосферы в целом. В частности, включение
углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи
питания обусловливало аккумуляцию его в
биогенном веществе (это органические остатки,
известняки и т.п.).

12.

Функции живого вещества
3. Окислительно-восстановительная. Связана с
интенсификацией под влиянием живого вещества
процессов как окисления, благодаря обогащению
среды кислородом, так и восстановления, прежде
всего в тех случаях, когда идет разложение
органических веществ при дефиците кислорода.
Этот процесс в связи с деятельностью человека
прогрессирует.
4. Концентрационная. Заключается в способности
организмов концентрировать в своем теле
химические элементы, повышая их содержание, по
сравнению с окружающей средой, на несколько
порядков (накопление).

13.

Функции живого вещества
5.
6.
7.
Деструктивная. Разрушение организмами и продуктами их
жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как самих
остатков органического вещества, так и косных веществ.
Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют
низшие формы жизни – грибы, бактерии.
Транспортная. Перенос вещества и энергии в результате
активной формы движения организмов. Часто такой перенос
осуществляется на колоссальные расстояния, например, при
миграциях и кочевках животных.
Средообразующая. Эта функция является в значительной мере
интегративной (результат совместного действия других
функций). В широком понимании результатом данной функции
является вся природная среда. Она создана живыми
организмами, они же и поддерживают в относительно
стабильном состоянии ее параметры практически во всех
геосферах.

14.

Функции живого вещества
8. Рассеивающая. Выделяется наряду с концентрационной
функцией живого вещества и является противоположной
ей по результатам. Она проявляется через трофическую
(питательную) и транспортную деятельность организмов.
Например, рассеивание вещества при выделении
организмами экскрементов, гибели организмов при
разного рода перемещениях в пространстве, смене
покровов. Железо гемоглобина крови, например,
рассеивается кровососущими насекомыми.
9. Информационная. Выражается в том, что живые
организмы и их сообщества накапливают определенную
информацию, закрепляют ее в наследственных
структурах и затем передают последующим поколениям.
Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

15.

Основные свойства биосферы
1.
2.
Биосфера — централизованная система. Центральным звеном ее
выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство
всесторонне рассмотрено В.И. Вернадским. В центр биосферы или ее
звеньев иногда ставится только один вид — человек (антропоцентризм).
Биосфера — открытая система. Ее существование немыслимо без
поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических
сил, прежде всего солнечной активности. Он показал, что многие
явления на Земле и в биосфере тесно связаны с активностью Солнца. Все
больше накапливается данных, свидетельствующих, что резкое
увеличение численности отдельных видов или популяций ("волны
жизни") — результат изменения солнечной активности. Высказываются
мнения, что солнечная активность оказывает воздействие на многие
геологические процессы (катаклизмы, катастрофы), а также на
социальную активность человеческого общества или отдельных его
представителей.

16.

Основные свойства биосферы
3.
4.
Биосфера — саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал В.И.
Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство
называют гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в
исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда
механизмов.
Биосфера - это система, характеризующаяся большим разнообразием.
Последнее обусловливается многими причинами и факторами. Это и разные
среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и
разнообразие природных зон, различающихся по климатическим,
гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличие
регионов, различающихся по химическому составу (геохимические
провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого
количества элементарных экосистем со свойственным им видовым
разнообразием. Разнообразие рассматривают как основное условие
устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это свойство
настолько универсально, что сформулировано в качестве закона (автор его
У.Р. Эшби).

17.

Основные свойства биосферы
5. Важное свойство биосферы — наличие в
ней механизмов, обеспечивающих
круговорот веществ и связанную с ним
неисчерпаемость отдельных химических
элементов и их соединений.

18.

Круговорот веществ в природе
• Круговорот веществ совершается в пределах
биосферы. Сущность его состоит в
образовании живого вещества из
неорганических соединений в процессе
фотосинтеза и превращении органического
вещества при разложении вновь в
неорганические соединения. На уровне
биосферы действует биогеохимический
круговорот веществ, представляющий собой
обмен макро –и микроэлементов и простых
неорганических соединений с веществом
атмосферы, гидросферы и литосферы.

19.

Круговорот углерода

20.

21.

Круговорот Фосфора (Р)
• В окружающей среде фосфор содержится в некоторых горных
породах, залегающих в недрах Земли.
Круговорот этого элемент в природе можно разделить на два этапа:
1. наземный – начинается, когда породы, содержащие Р, выходят
на поверхность, где происходит их выветривание;
2. водный – элемент попадает в море, часть поглощается
представителями фитопланктона, который, в свою очередь,
поедается морскими птицами и выводится наружу вместе с их
продуктами жизнедеятельности.
• Часть экскрементов птиц, в которых содержится Р, попадают на
сушу, и они могут смыться обратно в море, где все дальше
пойдет по тому же кругу. Также в водную среду фосфор
попадает посредством разложения тел морских животных.
Некоторая часть скелетов рыб оседает на дне морей,
накапливается и превращается в осадочные породы.

22.

23.

Круговорот серы (S)
• Содержание серы в живых организмах незначительно, но она входит в
состав белка и тем самым играет существенную роль в протекании
биохимических процессов.
• Основная часть серы зафиксирована в литосфере в виде различных
соединений. Источником серы в геологическом прошлом служили
продукты извержения вулканов, содержащие SO2 и H2S. Растения
усваивают раствор сульфатов в воде, и, таким образом, сера попадает в
состав белков.
• Животные получают серу, входящую в состав готовых органических
соединений, с пищей. В наземных экосистемах сера возвращается в
почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами,
которые восстанавливают ее до H2S.
• Другие организмы и воздействие кислорода приводят к окислению этих
продуктов. Круговорот серы также находится под влиянием
антропогенной деятельности. В органическом топливе всегда, хотя и в
малых количествах, содержится сера, при сжигании которого она
переходит в диоксид серы – токсичное для живых организмов вещество.

24.

25.

Что такое
ноосфера?
Еще в первой половине XX столетия В.И.
Вернадский предвидел, что биосфера будет
постепенно развиваться в ноосферу. Вначале он
рассматривал ноосферу как особую оболочку
Земли, развивающуюся вне биосферы. Однако
потом пришел к выводу, что ноосфера (от
греч. ноос — разум и сфера — оболочка) — это
новое состояние биосферы, при котором
определяющим фактором развития становится
умственная деятельность человека. В
частности, В.И. Вернадский указывал, что
именно под влиянием научной мысли и
человеческого труда биосфера переходит в свое
новое состояние — ноосферу. Общество людей
все больше отличается от других компонентов
биосферы как новая сверхмощная геологическая
сила. Благодаря научной мысли, воплощенной в
технических достижениях, человек осваивает те
части биосферы, куда раньше он не проникал.
Характерной особенностью развития ноосферы
является экологизация всех сторон жизни
человека. Поэтому к решению любых проблем
человек должен подходить с
позиций экологического мышления.

26.

Заключение:
• Таким образом, даже краткое знакомство с
биосферой свидетельствует о том, что ее свойства и
функции прежде всего обусловливаются живым
веществом, которое, по выражению В.И.
Вернадского, является наиболее могущественной
преобразующей силой в биосферных процессах.
Это значит, что среда, в которой мы живем, —
результат, прежде всего, функционирования живых
организмов, а последние, в свою очередь, —
продукт той среды, которая ими создана, результат
их медленной миллионолетней адаптации к
изменявшейся среде.