Учение о биосфере: состав, границы и виды вещества биосферы

1.

Учение о биосфере: состав, границы
и виды вещества биосферы

2.

3.

4.

Биосфера
(bios – «жизнь», sphaira – «шар»)
– живая оболочка Земли.
Часть атмосферы до
высоты озонового слоя
(20-25 км)
Вся гидросфера
Верхние слои
литосферы
Биосфера включает в себя вещество, пространство и все живые
организмы.

5.

6.

7.

Владимир Иванович
Вернадский
(1863-1945 гг)
Создатель учения о биосфере.
Биосферу определял как область
жизни, включающую и живые
организмы, и среду их обитания.
При этом он подчеркивал, что
биосфера не только среда жизни,
но и ее производное.
Живое вещество – совокупность
всех земных живых организмов

8.

9.

Компоненты биосферы
Живое вещество
Косное вещество
Биокосное вещество
Биомасса –
совокупность всех
живых организмов.
Все тела неживой
природы,
сформировавшиеся
без участия живых
организмов
Результат
совместного
существования
живого и костного
вещества

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

Ноосфера (noos – «разум») – сфера разума
В. И. Вернадский: «Человеческий разум и
организованная им деятельность меняют ход
природных процессов в такой степени, как
меняют их другие известные нам проявления
энергии, но меняют по-своему»

18.

19.

20.

Круговорот веществ и энергии – особо важное свойство
биосферы
Биотический круговорот – непрерывная циркуляция
химических элементов между живыми организмами, средой их
обитания и атмосферой.

21.

Пример большого круговорота круговорот воды

22.

Круговорот воды
Вода составляет значительную часть живых существ: в теле человека по весу 60%, а в растительном организме достигает 95%. На
круговорот воды на поверхности Земли затрачивается около трети
всей поступающей на Землю солнечной энергии. Испарение с водных
пространств создает атмосферную влагу. Влага конденсируется в
форме облаков, охлаждение облаков вызывает осадки в виде дождя и
снега; осадки поглощаются почвой или стекают в моря и океаны.

23.

Для человечества важны фазы круговорота в пределах экосистем. Здесь
происходят четыре процесса:
• перехват. Растительность перехватывает часть выпадающей в осадках воды до
того, как она достигает почвы. Перехваченная вода испаряется в атмосферу.
Величина перехвата в умеренных широтах может достигать 25% общей
суммы осадков, это - физическое испарение;
• транспирация - биологическое испарение воды растениями.
Это не дождевая вода, а вода, заключенная в растении, т.е. экосистемная.
Растения, потребляя около 40% общего количества осадков, играют главную
роль в круговороте воды;
• инфильтрация - просачивание воды в почве. При этом часть инфильтрованной
воды задерживается в почве тем сильнее, чем значительнее в ней
коллоидальный комплекс, соответствующий накоплению в почве перегноя;
• сток. В этой фазе круговорота избыток выпавшей с осадками воды стекает в
моря и океаны.
Отличие циклов углерода и азота от круговорота воды состоит в том, что в
экосистемах два названных элемента накапливаются и связываются, а вода
проходит через экосистемы почти без потерь. Биосфера ежегодно использует
на формирование биомассы 1% воды, выпавшей в виде осадков.

24.

Циклы газообразных веществ
• Биогеохимические циклы углерода, азота и
кислорода - примеры наиболее важных
газообразных циклов биогенных веществ.
Углерод поступает в биологический
круговорот в виде СО2, который усваивается
растениями, а азот - в виде газообразного
азота N2, который используется
азотфиксирующими организмами.
Доступные запасы этих газов содержатся в
атмосфере.

25.

26.

Нарушение круговорота углерода
человеком – парниковый эффект

27.

28.

Общее время круговорота азота – примерно
100 лет.

29.

Биогеохимический цикл кислорода
Кислород – самый распространенный элемент. В настоящее
время его количество в атмосфере составляет 1,2х1015 тонн.
Главная «фабрика» по производству кислорода на нашей
планете – зеленые растения, хотя в земной коре также
протекают разнообразные химические реакции в результате
которых выделяется свободный кислород.
Кислород расходуется в громадном количестве окислительных
реакций, большинство из которых имеет биохимическую
природу. В этих реакциях высвобождается энергия,
поглощенная в ходе фотосинтеза. В почвах, илах, водоносных
горизонтах развиваются микроорганизмы, использующие
кислород для окисления органических соединений. Запасы
кислорода на нашей планете огромны. Он входит в состав
кристаллических решеток минералов и высвобождается из них
живым веществом.

30.

31.

Нарушение круговорота кислорода
человеком – истощение озонового слоя

32.

Круговорот фосфора-основа
целостности биосферы

33.

• В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество.
Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Усвоение
фосфора растениями во многом зависит от кислотности почвы.
Фосфор жизненно необходим животным в процессах обмена веществ
для накопления энергии. С гибелью организмов фосфор возвращается
в почву и в илы морей. Он концентрируется в виде морских
фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия
для создания богатых фосфором пород, которые в свою очередь
являются источником фосфора в биогенном цикле.
• Фосфор является необходимым компонентом нуклеиновых кислот
(РНК и ДНК), выполняющих в биосистемах функции, связанные с
записью, хранением и чтением информации о строении организма.
• Так как растения уносят из почвы значительное количество фосфора, а
естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне
незначительно, то внесение в почву фосфорных удобрений является
одним из важнейших мероприятий по повышению урожайности.
• Круговорот фосфора носит незамкнутый характер.

34.

• Для растений наиболее доступным является фосфор неспецифических
органических соединений и гумуса и именно он играет главную роль в
малом (локальном) биологическом цикле фосфора.
• Животные являются еще большими концентраторами фосфора, чем
растения. Многие из них накапливают фосфор в составе тканей мозга,
скелета, панцирей. Есть несколько способов усвоения фосфора
организмами-консументами. Во-первых, прямое усвоение из растений в
процессе питания. Во-вторых, водные организмы-фильтраторы извлекают
фосфор из органических взвесей. В-третьих, органические соединения
фосфора усваиваются организмами-илоедами при переработке ими
биогенных илов.
• Возврат фосфора в окружающую среду происходит при разложении
органического вещества. Но возврат этот оказывается далеко не полным. В
восстановительной среде образуются соединения фосфора с
двухвалентным железом, что тоже способствует выносу фосфора из
почвы.
• Миграция фосфора возможна и за счет водной и ветровой эрозии.
Поэтому биогеохимический цикл фосфора значительно менее замкнут и
менее обратим, чем циклы углерода и азота, а загрязнение фосфором
окружающей среды особенно опасно .

35.

Таким образом, в последе время общая картина распределения им миграции
фосфора в биосфере резко нарушена человеком. Вот слагаемые этого
явления:
1. мобилизация фосфора из агроруд и шлаков, производство и применение
фосфорных удобрений;
2. производство фосфорсодержащих препаратов и их использование в
быту;
3. производство фосфорсодержащих ресурсов продовольствия и кормов,
вывоз и потребление их в зонах концентрации населения;
4. развитие рыбного промысла, добыча морских моллюсков и водорослей,
что влечет за собой перераспределение фосфора из океана на сушу.
В итоге наблюдается процесс фосфатизации суши, но процесс этот
проявляется крайне неравномерно. Увеличивается содержание фосфора в
окружающей среде больших городов. Напротив, страны, активно
экспортирующие органические продукты и не применяющие фосфорных
удобрений, теряют запасы фосфора в своих почвах.