Лекція 3 План: Біосфера та її роль на Землі



Скачати 102.02 Kb.
Дата конвертації26.12.2016
Розмір102.02 Kb.
Лекція 3
План:
1. Біосфера та її роль на Землі

2. Поняття про ноосферу.

3. Біогенні елементи та їх кругообіг.

4. Природні ресурси та ресурсний цикл.




  1. Біосфера та її роль на Землі

Область існування живих організмів на Землі називається біосферою. Біосфера є глобальна екологічна система.

Вперше цей термін вжив австрійський геолог Е.Зюсс в 1875 році в роботі “Походження Альп”. Спочатку це поняття означало тонку оболонку Землі, населену живими організмами.

Сучасне вчення про біосферу створив і розвинув наш співвітчизник вчений-геохімік академік В.И. Вернадський (1863 ­­­– 1945) в своїй праці “Біосфера” (1926). Подальший розвиток наука одержала в працях С.И. Вавілова, А.П. Виноградова, Є.М. Павловського.

Суттєвою відміною сучасного поняття “біосфери” від первинного є:

по-перше, Вернадський відніс до біосфери більш широкі шари оболонок Землі, в яких не тільки існують живі організми, але і розташовані речовини, утворені живою матерією в минулих життях (торф, вугілля, осадкові породи, граніти, вапняки та ін.). Таким чином, межі біосфери простягаються в висоту до 18–20 км, хоча спори мікроорганізмів в латентному стані виявлено в пробах повітря, взятих на висоті 85 км.

Нижня межа біосфери сягає 7–8 км в твердих земних породах (літосфері) і до 12 км в океані.

По-друге, Вернадський розглядає біосферу не тільки як просторову категорію, а як єдину складну систему – оболонку, в якій живі організми знаходяться в складній взаємодії як з неживою природою (водою, повітрям, ґрунтом, сонячною енергією), так і між собою (рослина-тварина; жертва-хижак) і тим самим визначають “хімічний стан” зовнішньої оболонки планети.

Т. ч. живі організми існують на поверхні Землі, в її атмосфері, гідросфері і літосфері і складають шар життя на Землі.

Вважається, що біосфера на Землі виникла 3,5 – 4,5 млрд. років тому назад.

Вернадський вважав, що численні найпростіші живі організми з’явились на Землі одночасно і вони не тільки існували і розмножувались в навколишньому середовищі, але і активно впливали на нього, змінюючи його хімічний склад.

Очевидно, що істинне життя на планеті починається з появою клітини. Перші клітини на Землі були примітивні, вони не мали ядра (прокаріоти). Це бактерії. Вважається, що вони з’явились на Землі ~3,2 - 3,5 млрд. років назад в безкисневій атмосфері, яка формувалась здебільшого газовими викидами вулканів. Перші живі клітини накопичували енергію для свого росту і розмноження шляхом ферментації, а в процесі життєдіяльності виділяли в атмосферу газоподібний кисень. І коли вміст його в атмосфері досяг 0,2% здійснився перехід від ферментації до дихання. Цей момент вважається революційним в еволюції біосфери.

Це явище вперше обґрунтував французький біолог Л. Пастер і воно називається “Ефектом Пастера”.

Завдяки появі вільного газоподібного кисню в біосфері її еволюція пішла високими темпами. З’явились клітини з ядром (еукаріоти). В їх ядрі уже містились хромосоми, які з допомогою ДНК зберігали і передавали спадкові риси клітин. Ці клітини є праобраз всіх живих організмів, що зараз існують на Землі.

Пізніше, в процесі еволюційного розвитку, з’явились вищі багатоклітинні живі організми – метафіти і метазоа (~ 1 млрд. років).

Доведено, що межами існування живих організмів на Землі можна вважати:


  • температурний діапазон від –250оС до +160оС;

  • межі тиску від 0,001 до 3000 атм (0,01 – 300 МПа).

Підраховано, що:

- загальна маса живої речовини на Землі становить 2,4.1012 т (по сухій речовині);

- маса атмосфери ≈ 5,15.1015 т;

- маса гідросфери ≈ 1,5.1018 т;

- маса земної кори ≈ 2,8.1019 т.

Щорічна продуктивність живої речовини у вигляді органічної маси становить 170 млрд.т.

В основі існування живих організмів лежить споживання енергії ззовні.

Рослини використовують сонячну енергію, тварини – хімічну енергію, яка накопичена в харчових речовинах.

Основна особливість живих організмів в тому, що вони здатні поглинати зовнішню енергію, утримувати (акумулювати) її у вигляді складних органічних речовин (біомаси), передавати її один одному і трансформувати в інші види (механічну, теплову, електричну, світлову). Ці особливості живих організмів зумовлені тим, що вони складаються з білків, аміно- і нуклеінових кислот, які містять С, Н, N, S, P.

В живих організмах міститься до 70% кисню, 18% - вуглецю, 10% - азоту, до 2% Σ S, P, Ca, Fe, Na, Cl, а також до 0,01% Mn, Zn, Co, Cu.

Неживі компоненти середовища не здатні до перетворень енергії. Вони лиш частково акумулюють її і розсіюють в навколишньому просторі (камінь нагрівається на сонці і випромінює тепло при охолодженні, і ще може розсіювати, відбивати світлові промені).

Очевидно, що для існування життя необхідне зовнішнє джерело енергії (Сонце).

Із сказаного випливає, що біосфера є складною фізико-хімічною, біологічною системою, яка одержує енергію ззовні, частину її засвоює, а іншу частку розсіює в навколишній простір у вигляді тепла і відбитого світла. Її розвиток обумовлений космічною інформацією.

Остання теза доведена ІІ Законом термодинаміки і законом Ешбі (“Керована система не може бути складною, ніж керуюча”).

Отже, роль біосфери для життя на Землі полягає в тому, що вона є джерелом усіх засобів існування живих організмів на планеті:


  • є в наявності і в достатній кількості хімічні елементи, харчування, вода, повітря і сировина для одержання речей, речей, речовин, частини енергії і інформації, необхідних для підтримання життя.


2. Поняття про ноосферу
Вернадський, розвиваючи вчення про біосферу, дійшов висновку, що в результаті виробничої і розумової діяльності людство стало геологічною силою, спроможною глобально впливати на всі природні процеси (в більшій частині неконтрольовано, а тому нерозумно) і навіть створювати умови виникнення нових глобальних процесів, не усвідомлюючи їх реальної загрози.

Новий етап еволюції біосфери під впливом розумової і виробничої діяльності людства він назвав ноосферою.

Перспективу розвитку ноосфери Вернадський вбачав у розумній виробничій і розумовій діяльності людства, яке б сформувало і неухильно виконувало засади раціонального природокористування, всіляко оберігало б природу – джерело засобів свого існування.

Він писав, що ноосфера – це історично останній стан біосфери, томущо, знищивши усталені взаємозв’язки і взаємообумовленості між компонентами біосфери, людство поставить себе поза можливістю існування в такій порушеній перетвореній системі.

Вернадський також звертав увагу на те, що ноосфера має величезне прискорення в своєму розвитку на відміну від біосфери, тому необхідно об’єднати зусилля всіх людей незалежно від національності, віросповідання, громадянства, аби біосфера перейшла в якісно новий стан планетної організованості.
3. Біогенні елементи та їх кругообіг
Жива речовина біосфери пронизана енергією, завдяки якій вона стає активною, збирає і розподіляє одержану у вигляді сонячного проміння енергію, перетворює її у вільну енергію, здатну виконувати роботу.

Робота, яку виконують живі організми, полягає в переносі та розподілі хімічних елементів у біосфері, створенні нових тіл, завдяки чому значна частина атомів, з яких складається матерія земної поверхні, знаходиться в постійному кругообігу.

Кругообіг має кілька видів, які обумовлені різними факторами. Так, циркуляція повітряних мас в атмосфері, або кругообіг води відбуваються під впливом фізичних факторів (різниця тиску, tо, рельєфу і т. ін.).

Обмін же речовин між живими організмами і ґрунтом, або водою відбувається за рахунок дії біохімічних факторів.

В першому випадку кругообіг називають геологічним, в другому – біологічним.

Обидва вони тісно пов’язані, однак, біологічний кругообіг більш значущий з точки зору формування зовнішнього виду Землі і є в цьому плані творчою силою.

Біологічний кругообіг речовин здійснюється трьома видами живих організмів: рослинами, тваринами, мікроорганізмами.

Рослини мають унікальну здібність синтезувати в своїх тканинах органічну речовину з неорганічних сполук (CO2, N, O2, H2O) шляхом фотосинтезу під дією сонячного світла в хлорофілі:


6CO2 + 6H2O +674 ккал світло C6H12O6 + 6O2

хлороф


Тварини – споживачі органічної речовини, накопиченої в рослинах.

Мікроорганізми споживають відмерлі рослини і померлих тварин, мінералізуючи їхню органічну речовину, яка розкладається на прості хімічні елементи, і знову надходять до кругообігу, починаючи з живлення рослин.

Такий механізм розподілу хімічних елементів на Землі і їх розповсюдження був відпрацьований біосферою тому, що в далекі часи існувала відчутна невідповідність між доступністю і наявністю хімічних елементів в земній корі з одного боку і потребою в них ж. о. з іншого.

У формуванні і специфіці функціонування сучасних кругообігів хімічних елементів важливу роль зіграло накопичення в атмосфері сильного окислювача – О2, основна частина якого надходить в атмосферу як побічний продукт фотосинтезу, який протікає в тканинах рослин.

Цей процес почався близько 1 млрд. років тому з появою фотосинтезуючих клітин.

Кругообіг кисню тісно пов’язаний з кругообігом вуглекислого газу, які в природі відбуваються таким чином:
в атмосферу в атмосферу

СО2 О2


виділення
поглинання поглинання

рослинами тваринами


ріст біомаси поглинання біомаси

рослин і накопичення

власної біомаси
відмирання біомаси і розкладання

накопичення в Землі до СО2, О2,

у вигляді солей СаСО3 MgO, CaO, SO2

MgCO3; CaSO4; MgSO4; CaO


часткове розчинення солей водою і

надходження до рослин через коріння


а до тварин через воду
антропогенна діяльність СТЕС, авто

вулканічна діяльність

Кругообіг азоту. Фіксація азоту – перетворення газу N2 у неорганічні і органічні сполуки - відбувається фізико-хімічним і біологічним шляхами. Основні азотофіксуючі живі організми – це бактерії, грибки, водорості. В процесі циклу продуцент – консумент - редуцент нітрати стають складовою частиною білків і нуклеїнових кислот. При відмиранні живі організми останні розкладаються редуцентами на складові N2, NH3, NO2 і т. п. Потім ці сполуки іншими редуцентами розкладаються на свої складові N2, H2, O2.

NxOy ; NH3 NH3; NxOy



CH3ONO

C3H7ONO


Кругообіг фосфору. В земній корі фосфор міститься ~ 1 %. Основне джерело його постачання – вулканічні і осадкові породи (апатити). Він добре розчинюється у воді, тому основний механізм його розповсюдження в біосфері здійснюється через водні розчини.



Щорічно в океан виноситься ~14000000 т Р. Швидкість зворотного переносу на суходіл з продуктами моря ~ 100000 т.




  1. Природні ресурси та ресурсний цикл


Природні ресурси – це ті засоби існування людей, які не створені їхньою працею, але є в природі і які люди беруть у неї, переробляють для задоволення своїх потреб або використовують без переробки (руда, деревина, вода, вугілля, пісок, сіль).

Природні ресурси класифікують по різним ознакам:



  • по їх використанню (виробничі, здоровоохоронні, харчові, наукові);

  • по належності до компонентів природи (лісові, земельні, мінеральні, водні);

  • по вичерпності (вичерпні, невичерпні).

Це найбільш розповсюджена класифікація. Розглянемо її детальніше.

Невичерпні – такі, запаси яких в природі значні, а використання людством обмежене (повітря, вода, енергія Сонця, вітру, прибою і т. ін.).

Вичерпні – такі, запаси яких обмежені, а їх відновлення і поповнення на Землі в короткий проміжок часу неможливе із-за відсутності умов.

Вичерпні поділяються на:



  1. відновлювані – це рослини, тварини, деякі мінеральні (соль);

  2. частково відновлювані – ґрунти, ліси;

  3. невідновлювані (вичерпні).

Останні поділяють на:



  • викопні органічного походження (кам’яне вугілля, нафта, торф, газ, горючі сланці);

  • викопні мінерального походження (всі рудні і нерудні корисні копалини);

  • генофонд – це сукупність усіх ж. о. на Землі, якщо будь-який вид зникає, то вже ніколи не з’явиться в біосфері Землі.

Ресурсний цикл – сукупність перетворень і переміщень в просторі речовин або груп речовин на всіх етапах використання їх людиною.

Всі природні процеси мають замкнений цикл. На відміну від природних ресурсний цикл має практично тупиковий характер.

Згідно з законами екології природне середовище не має відходів, хоча впродовж епох в біосфері накопичувались продукти розкладу об’єктів природи. (Але у природи є час – епохи – і вона знешкодить їх, включивши свої відпрацьовані механізми.)

В будь-якій природній системі залишки життєдіяльності одних живих організмів слугують джерелом існування інших і таким чином утворюється біохімічний кругообіг речовин.

Для кожної органічної субстанції, яка виробляється живими організмами, в природі існує фермент, який може розкласти її на найпростіші сполуки і елементи.

Ні одна речовина, що є в природі, не завдає шкоди біосфері, і тільки людина, що добуває і переробляє сировину за допомогою недосконалих технологій, накопичує велику кількість відходів там, де їх ніколи не було, таких, яких ніколи не було в природі, і тому природа не може їх знешкодити, не маючи потрібних для цього ферментів і механізмів. Внаслідок цього уражаються біогеоценози, хворіють і гинуть рослини, комахи, тварини.

Деякі речовини, синтезовані людиною для боротьби з гризунами, комахами, бур’янами, дуже токсичні і мають тенденцію накопичуватися в тканинах живих організмів, а потім включаються в кругообіг по харчовим ланцюгам харчування, викликаючи захворювання у всіх ланках ланцюга, або навіть мутації у нових поколінь, бо уражають хромосоми в ДНК.

Одна з головних причин теперішньої кризи довкілля полягає в тому, що величезна кількість речовин, добутих з надр, перетворена людиною в нові сполуки, які разом з відходами (твердими, рідкими, газоподібними) розпорошені в біосфері без врахування їх накопичення і можливості участі в біохімічних природних циклах перетворення.

По даним інституту світових ресурсів (США) з початку ХХ століття населення Землі збільшилось в 3 рази, а об’єм господарської діяльності – в 20 р. За 50 останніх років добуто стільки ресурсів, скільки за всю історію існування людства.

Природа опинилась під таким антропогенним навантаженням, що можуть бути порушені всі механізми адаптації, і це призведе до загибелі.





База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка