Устойчивость биосферы
Понятие устойчивости
Устойчивость — это способность экосистемы непрерывно поддерживать определенный круговорот веществ и сохранять в основных чертах свою структуру, характер связей между элементами и их функционирование в пределах естественного колебания параметров. Устойчивость проявляется важными для экосистемы признаками — самоподдержанием и саморегулированием. Самоподдержание — это процесс, в ходе которого экосистема достаточно долго сохраняет свою устойчивость. Оно проявляется в системах, обладающих высоким уровнем сложности, с большим количеством элементов, связи между которыми устойчиво поддерживают круговорот веществ. Саморегуляция — это свойство экосистемы в процессе функционирования сохранять на определенном уровне свое типичное состояние, режим, характеристики связей между компонентами.
Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию, в результате чего сохраняется ее устойчивость и стабильность, называется гомеостазом или динамическим равновесием системы.
Любая естественная экосистема, сложившаяся исторически, сохраняется в относительно постоянном виде достаточно длительное время. В этом проявляется ее устойчивость. При этом устойчивость обладает некоторой степенью толерантности (выносливости), позволяющей экосистеме самосохраняться при небольших изменениях, происходящих в окружающей среде и самой экосистеме. По устойчивости экосистемы делятся на два типа: резистентные, то есть способные сохраняться в устойчивом состоянии под нагрузкой, и упругие, способные быстро восстанавливаться, если по каким-то причинам были нарушены.
Механизмы устойчивости биосферы
Устойчивость — это способность биосферы сохранять в основных чертах свою структуру и характер связей между элементами системы, несмотря на внешние воздействия. Условия, обеспечивающие такое состояние системы, называют механизмом устойчивости. Назовем основные механизмы устойчивости биосферы.
1. Одним из механизмов устойчивости биосферы является неизменное положение Земли в космосе в течение длительного промежутка времени (не менее 4 млрд лет), определяющее постоянство поступления солнечной энергии (солнечная постоянная). Солнечная постоянная определяет, в свою очередь, земные константы живого вещества: массу (около 1013 т), запасенную в химических связях энергию (около 1018 ккал), средний химический состав биогенных элементов (кислорода, водорода, углерода, азота).
2. Наиболее важным для сохранения устойчивости биосферы является цикличность ее функционирования (от греч. kyklos — «кругооборот») — то есть многократное использование биогенных веществ, которое лежит в основе биологического круговорота. Водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие биогенные элементы совершают в экосистеме постоянные и многократные миграции между телами живых организмов и физической средой.
Циклическое использование ограниченных по запасам веществ делает их практически неисчерпаемыми. На этом основана бесконечность жизни экосистемы и ее устойчивое существование, иначе она очень быстро исчезла бы, израсходовав все доступные ресурсы.
Наряду с образованием органических веществ и аккумуляцией энергии в круговороте, то есть постоянным притоком веществ и необходимой энергии, устойчивость экосистемы обеспечивает постоянно идущий отток (выход) из экосистемы преобразованной энергии и избыточных продуктов обмена, разрушение сложных органических соединений и их превращение в простые минеральные вещества (воду, углекислый газ, аммиак, различные соли и пр.). Чтобы биосфера могла существовать, процессы создания и разрушения органических веществ в ней должны постоянно поддерживаться в равновесном состоянии.
Например, известно, что в результате жизнедеятельности организмов большие количества углерода поглощаются из атмосферы и накапливаются в биосфере в форме залежей карбонатных пород (известняков, доломитов), углей и других горючих ископаемых. В то же время большие количества углекислого газа и частично углеводороды снова возвращаются в атмосферу в ходе вулканических и магматических процессов. Поэтому нарушения баланса углерода в биосфере не наблюдается.
4. Многочисленные исследования по выявлению закономерностей существования экосистемы показали, что в поддержании устойчивости системы особенно большое значение имеют избыточность информации и обратная связь (петля управления). Избыточность информации в биосфере как глобальной экосистеме свидетельствует о некотором сдвиге в сторону или созидания, или разрушения ее показателей. То и другое нарушает устойчивость экосистемы. С помощью обратной связи система осуществляет управление многими процессами, происходящими в ней.
5. В биологическом круговороте между живой и неживой частями экосистемы осуществляется направленный поток энергии и химических веществ (миграция атомов). Этот процесс совершается не в самой биосфере, а в ее конкретных компонентах — биогеоценозах. Все биогеоценозы, имеющиеся в биосфере, связаны постоянным обменом веществ между собой и с окружающей средой. Взаимодействие между биогеоценозами как структурными компонентами биосферы способствует поддержанию ее устойчивости. Оно осуществляется за счет перемещения и многообразного функционирования живого, а также слияния геохимических круговоротов отдельных биогеоценозов, в результате чего сохраняется один общий биологический круговорот веществ и поток энергии.
6. Как условие сохранения устойчивости экосистемы большое значение имеет ее сложность. Чем более сложной является ее структура и чем выше степень упорядоченности, тем более устойчивой она оказывается. Устойчивость глобальной экосистемы находится в прямой зависимости от того, насколько велико количество компонентов, способных поддержать ее функционирование. Поэтому от многообразия природных комплексов живых организмов (биогеоценозов), распространившихся по всей поверхности Земли («растекание» жизни), зависит устойчивость биосферы.
Функциональное разнообразие компонентов экосистемы, то есть ее сложность, обеспечивает ее устойчивость и стабильность.
Для устойчивого существования биосферы необходимы сбалансированные отношения между различными биогеоценозами, обеспечивающими разнообразное потребление и возврат минеральных ресурсов в абиотическую среду. В случае выпадения из системы каких-либо природных сообществ или замены их качественно иными (например, в наше время — агроценозами), динамическое равновесие в биосфере может нарушиться.
Устойчивое состояние экосистемы «биосфера» обеспечивается колоссальным разнообразием природных экосистем, биологических видов и других структурных форм живого вещества.
7. Антропогенное воздействие также влияет на устойчивость биосферы. По вине человека многие биогеоценозы и водные экосистемы сейчас теряют устойчивость, так как его длительность приобрела разрушающий, деградирующий природу характер. Следует надеяться, что, опираясь на свой разум, знание законов природы, человек сможет поддержать устойчивость биосферы как глобальной экосистемы.
Что обеспечивает основу стабильного существования биосферы
Установите соответствие между характеристиками и названиями функций живого вещества в биосфере (по В.И. Вернадскому): к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ХАРАКТЕРИСТИКА | ФУНКЦИЯ |
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
1) окислительно-восстановительная: Б) образование воды и углекислого газа в процессе дыхания аэробов;
Г) восстановление углекислого газа в процессе фотосинтеза
2) газовая: А) выделение метана в атмосферу в результате деятельности денитрифицирующих бактерий
3) концентрационная: В) накопление солей кремния в клетках хвощей; Д) образование известняка
Функции живого вещества.
По Вернадскому — девять: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, функция разрушения органических соединений, функция восстановительного разложения, функция метаболизма и дыхания организмов. В настоящее время с учетом новых исследований различают следующие функции.
Биогеохимическая функция человечества — создание и превращение веществ человечеством.
Энергетическая функция. Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при разложении энергонасыщенных веществ, передача энергии по пищевым цепям (используется гетеротрофами). Поглощенная энергия распределяется внутри экосистемы между живыми организмами в виде пищи. Частично энергия рассеивается в виде тепла, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых.
Концентрационная функция. Так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построения тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция, железа, алюминия. Углерод: известняки, мел, уголь, нефть, битум, торф, горючие сланцы (сапропель+гумус), сапропель (многовековые донные отложения пресноводных водоемов — ил). Отдельные виды являются специфическими концентраторами некоторых элементов: морская капуста (ламинария) — йода, лютики — лития, ряска — радия, диатомовые водоросли и злаки — кремния, моллюски и ракообразные — меди, позвоночные — железа, бактерии — марганца и т. д.
Наряду с концентрационной функцией живого организма вещества выделяется противоположная ей по результатам — рассеивающая. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, через кровососущих насекомых.
Средообразующая функция. Преобразование физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в результате процессов жизнедеятельности в условиях, благоприятных для существования организмов.
Эта функция является совместным результатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов элементов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный покров.
Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями. Можно выделить еще некоторые функции живого вещества, например:
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы.
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Транспортная функция — перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается по наклонной плоскости исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи. Живое вещество — единственный фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх, из океана — на континенты.
За счет активного передвижения живые организмы могут перемещать различные вещества или атомы в горизонтальном направлении, например за счет различных видов миграций. Перемещение, или миграцию, химических веществ живым веществом Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества.
Установите соответствие между процессами и функциями вещества биосферы: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ПРОЦЕССЫ | ФУНКЦИИ ВЕЩЕСТВА |
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
1) газовая: В) выделение кислорода в атмосферу при фотосинтезе; Д) выделение молекулярного азота в атмосферу при денитрификации
2) концентрационная: Г) накопление кальция в костях человека; Е) накопление кремния в стеблях хвощей
3) окислительно-восстановительная: А) переход двухвалентного железа в трёхвалентное под действием железобактерий; Б) преобразование сероводорода в серу серобактериями;
Функции живого вещества.
По Вернадскому — девять: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, функция разрушения органических соединений, функция восстановительного разложения, функция метаболизма и дыхания организмов. В настоящее время с учетом новых исследований различают следующие функции.
Биогеохимическая функция человечества — создание и превращение веществ человечеством.
Энергетическая функция. Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при разложении энергонасыщенных веществ, передача энергии по пищевым цепям (используется гетеротрофами). Поглощенная энергия распределяется внутри экосистемы между живыми организмами в виде пищи. Частично энергия рассеивается в виде тепла, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых.
Концентрационная функция. Так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построения тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция, железа, алюминия. Углерод: известняки, мел, уголь, нефть, битум, торф, горючие сланцы (сапропель+гумус), сапропель (многовековые донные отложения пресноводных водоемов — ил). Отдельные виды являются специфическими концентраторами некоторых элементов: морская капуста (ламинария) — йода, лютики — лития, ряска — радия, диатомовые водоросли и злаки — кремния, моллюски и ракообразные — меди, позвоночные — железа, бактерии — марганца и т. д.
Наряду с концентрационной функцией живого организма вещества выделяется противоположная ей по результатам — рассеивающая. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, через кровососущих насекомых.
Средообразующая функция. Преобразование физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в результате процессов жизнедеятельности в условиях, благоприятных для существования организмов.
Эта функция является совместным результатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов элементов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный покров.
Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями. Можно выделить еще некоторые функции живого вещества, например:
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы.
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Транспортная функция — перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается по наклонной плоскости исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи. Живое вещество — единственный фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх, из океана — на континенты.
За счет активного передвижения живые организмы могут перемещать различные вещества или атомы в горизонтальном направлении, например за счет различных видов миграций. Перемещение, или миграцию, химических веществ живым веществом Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества.
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Укажите три функции живого вещества биосферы.
Функции живого вещества биосферы: транспортная, средообразующая, энергетическая.
Функции живого вещества.
По Вернадскому — девять: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, функция разрушения органических соединений, функция восстановительного разложения, функция метаболизма и дыхания организмов. В настоящее время с учетом новых исследований различают следующие функции.
Биогеохимическая функция человечества — создание и превращение веществ человечеством.
Энергетическая функция. Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе и химической энергии при разложении энергонасыщенных веществ, передача энергии по пищевым цепям (используется гетеротрофами). Поглощенная энергия распределяется внутри экосистемы между живыми организмами в виде пищи. Частично энергия рассеивается в виде тепла, а частично накапливается в отмершем органическом веществе и переходит в ископаемое состояние. Так образовались залежи торфа, каменного угля, нефти и других горючих полезных ископаемых.
Концентрационная функция. Так называется избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ для построения тела организма или удаляемых из него при метаболизме. В результате концентрационной функции живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы окружающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, кремния, серы, хлора, калия, кальция, железа, алюминия. Углерод: известняки, мел, уголь, нефть, битум, торф, горючие сланцы (сапропель+гумус), сапропель (многовековые донные отложения пресноводных водоемов — ил). Отдельные виды являются специфическими концентраторами некоторых элементов: морская капуста (ламинария) — йода, лютики — лития, ряска — радия, диатомовые водоросли и злаки — кремния, моллюски и ракообразные — меди, позвоночные — железа, бактерии — марганца и т. д.
Наряду с концентрационной функцией живого организма вещества выделяется противоположная ей по результатам — рассеивающая. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов при разного рода перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, через кровососущих насекомых.
Средообразующая функция. Преобразование физико-химических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в результате процессов жизнедеятельности в условиях, благоприятных для существования организмов.
Эта функция является совместным результатом рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота; деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для живых организмов элементов. Очень важно отметить, что в результате средообразующей функции в географической оболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, образовалась толща осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный покров.
Рассмотренные четыре функции живого вещества являются главными, определяющими функциями. Можно выделить еще некоторые функции живого вещества, например:
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы.
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца, азота и др.). При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.
Транспортная функция — перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Еще со времен Ньютона известно, что перемещение потоков вещества на нашей планете определяется силой земного тяготения. Неживое вещество само по себе перемещается по наклонной плоскости исключительно сверху вниз. Только в этом направлении движутся реки, ледники, лавины, осыпи. Живое вещество — единственный фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества — снизу вверх, из океана — на континенты.
За счет активного передвижения живые организмы могут перемещать различные вещества или атомы в горизонтальном направлении, например за счет различных видов миграций. Перемещение, или миграцию, химических веществ живым веществом Вернадский назвал биогенной миграцией атомов или вещества.
Характеристика биосферы: основы, функции и структура
Биосферой называют оболочку земли, в которой обитают все живые организмы. В её состав входят воздух, земля и вода, то есть атмосфера, литосфера и гидросфера. Не так давно была установлена нижняя граница биосферы — три километра вглубь почвы и два километра ниже дна океана. Верхние кордоны атмосферы определить с такой точностью нельзя, они равняются 20-35км.
Биосферу можно также назвать глобальной экосистемой. Важной ее составляющей является, так называемая, сложная система круговорота между организмами и сложными химическими веществами. Одним из основополагающих процессов в глобальной экосистеме можно смело считать фотосинтез. Также, к основным процессам относятся трофические связи организмов, находящихся в одной пищевой цепи.
В живую оболочку Земли, кроме растений, микроорганизмов, животных, входят продукты жизнедеятельности организмов, такие как, уголь, нефть.
Останки живых организмов, осадочные породы также составляют часть биосферы.
Биосфера — это сложная система, в которой все взаимосвязано, все ее компоненты не могут существовать отдельно. Иногда, в науке используется обозначение «биологическая оболочка» для глубокого понимания биосферы.
Если из данной экосистемы изъять, к примеру, воздух или воду, то вся система рушится. Это, в конечном итоге, может пагубно отразится на всей системе и вывести ее из гармонии. Строение органических веществ соответствует среде обитания, а их разнообразие говорит о многообразии пространств, в которых живут те или иные организмы.
Последние годы человечество только этим и занимается. Люди обедняют и осушают почву, уничтожают леса, истребляют животных, загрязняют воздух и воду. Тем самым нанося непоправимый вред биосфере и самим себе в частности.
Существование экосистем предполагает обмен энергетическими потоками, первым звеном в котором являются автотрофные организмы, продуцирующие органику.
Биосфера – это оболочка Земли, то пространство, где существует жизнь. Термин «биосфера» был введен австрийским ученым Эдуардом Зюссом в 1875 году. Позже учение о «пленке жизни» продолжил естествоиспытатель Владимир Вернадский. По его учению, в биосфере взаимосвязаны все компоненты на геохимическом уровне. Вернадский ввел новый термин – «ноосфера», он доказал, что живые организмы являются определяющими в жизненной силе Земли.
Живая оболочка планеты является саморегулируемой системой, обладающей свойствами саморегуляции.
Разнообразие видов, форм жизни обуславливает стабильность и устойчивость жизненной сферы. Окружающая среда наносит отпечаток на внешний вид, строение организмов, которые проявляются в различных адаптациях, приспособлениях, ответных реакциях.
Жизнь кишит везде, все ее элементы связаны, влияют друг на друга и на природу в целом. В атмосфере живет множество животных и микроорганизмов, которые передвигаются активным или пассивным способом.
Грибные и бактериальные споры были найдены на высоте 20—22 км.
Понятие биосферы и ее сущность
Биосфера — это условная оболочка Земли, которую заселяют живые организмы. Почему условная? Дело в том, что другие оболочки планеты (земная, водная и воздушная) обрамляют планету непрерывным слоем. Сначала идет земная и океаническая кора (литосфера), затем гидросфера (она объединяет все водные объекты), после — атмосфера (воздушная оболочка, плавно переходящая в космическое пространство). Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя, ведь живые организмы равномерно распределены по всей поверхности Земли и могут обитать во всех трех стихиях.
Сущностные характеристики биосферы уходят в самую древность, но все же это самая «молодая» оболочка нашей планеты. Жизнь на Земле зародилась относительно недавно, всего 3,8 миллиардов лет назад, что, по сравнению с возрастом планеты, сущий пустяк. Существует два понятия биосферы:
Тем не менее, основные характеристики биосферы обусловлены именно ее органической составляющей. Ведь это ее принципиальное отличие от других оболочек Земли.
Влияние человека на биосферу
Влияние человека на биосферу является неоднозначным. С каждым столетием антропогенная деятельность становится более интенсивной, разрушительной и масштабной, поэтому люди способствуют возникновению не только локальных экологических проблем, но и глобальных.
Одним из результатов влияния человека на биосферу является сокращение численности флоры и фауны на планете, а также исчезновение многих видов с лица земли. Например, ареалы растений уменьшаются в связи с земледельческой деятельностью и вырубкой лесов. Множество деревьев, кустарников, трав являются вторичными, то есть вместо первичного растительного покрова были посажены новые виды. В свою очередь, популяции животных уничтожаются охотниками не только ради добычи пропитания, но и с целью продажи ценных шкур, костей, плавников акул, бивней слонов, рогов носорогов, различных частей тела на черном рынке.
Довольно сильно антропогенная деятельность влияет на процесс почвообразования. Так, вырубка деревьев и распашка полей приводит к ветровой и водной эрозии. Изменение состава растительного покрова приводит к тому, что другие виды участвуют в процессе образования почв, а, значит, образуется иной тип грунта. Из-за использования в земледелии различных удобрений, сброса в землю твердых и жидких отходов, изменяется физико-химический состав почвы.
Демографические процессы оказывают негативное влияние на биосферу:
Стоит отметить, что люди способствуют загрязнению всех слоев биосферы. Источников загрязнения на сегодняшний день существует огромное многообразие:
Все это приводит не только к изменению экосистем и сокращению биоразнообразия на земле, но и к климатическим изменениям. Из-за влияния человеческого рода на биосферу происходит парниковый эффект и образование озоновых дыр, таяние ледников и глобальное потепление, изменение уровня океанов и морей, выпадение кислотных осадков и т.п.
Со временем биосфера становится все более неустойчивой, что приводит к разрушению многих экосистем планеты. Многие ученые и общественные деятели выступают за то, чтобы снизить влияние человеческого сообщества на природу, с целью сохранить биосферу Земли от уничтожения.
Учение о биосфере и происхождение термина
Концепция живой оболочки была предложена в 19 веке. Жан Батист Ламарк дал краткую характеристику биосфере, в то время как официального названия еще даже не существовало. В 1875 году австрийский палеонтолог и геолог Эдуард Зюсс впервые предложил термин «биосфера», который используется по сей день.
Огромный вклад в изучение всего живого на Земле внес советский философ и биогеохимик В. И. Вернадский, он прославился благодаря созданию целостного учения о биосфере. В его трудах живые организмы выступают как мощнейшая сила, которая непрерывно участвует в преобразовании планеты Земля.
Границы обитания живых организмов
Общая характеристика биосферы начинается с описания границ, в пределах которых могут обитать живые организмы. Некоторые из них довольно живучие, и могут выдержать даже самые критические условия.
Структура живой оболочки
К основным характеристикам биосферы можно отнести ее структуру. Вернадский выделял несколько типов веществ, которые слагают живую оболочку. Причем они могли иметь как органическое, так и неорганическое происхождение:
БИОКОСНЫЕ СИСТЕМЫ
В биосфере Земли все вещество находится в двух качественно различных состояниях: живом и косном. Несмотря на то, что живое и неживое резко обособлены друг от друга, они составляют биокосные системы (экологические системы), поскольку организмы и живое вещество в целом являются неравновесными биологическими системами и свое устойчивое состояние поддерживают только непрерывным обменом вещества и энергии с окружающим их веществом.
Живое вещество, используя солнечную энергию, организует косное вещество и создает новое поколение организмов, а также особую разновидность вещества — биогенное вещество, которое образуется из отходов живых организмов и отмерших их частей (гумус почвы, торф, каменный уголь, известняк и др.).
Особой разновидностью биогенного вещества является созданное человеком техногенное вещество (пластмассы, свободные металлы, машины, книги, картины и др.).
Создавая отрицательные обратные связи с окружающим косным веществом, живые организмы способны преодолевать внешние воздействия и поддерживать свое стабильное состояние (гомеостаз — из слов «подобный», «стабильный»).
Но живые организмы, особенно высокоорганизованные, способны создавать и положительные обратные связи с окружающей средой, что приводит к изменению самих организмов и продуктов их деятельности (эволюция жизни и функций организмов, развитие умственных способностей, усложнение орудий труда и др.).
В результате деятельности наземного живого вещества на поверхности суши возник биогенный слой, еще более активный, чем планктонный слой океана — это почвенный покров — педосфера.
В. И. Вернадский удачно назвал почву биокосным телом.
Почвенный покров планеты — зона наиболее напряженных биогенных геохимических процессов. В ней тесно сочетается деятельность как высших растений (составляющих основную массу живого вещества Земли), так и почвенных животных и микроорганизмов. В. А. Ковда утверждал, что в почве сосредоточена одна четвертая часть всей биомассы лесов и более двух третей массы степной растительности. Биомасса микроорганизмов педосферы оценивается в 1 млрд т.
Наиболее активно биохимические процессы происходят в самом верхнем горизонте почвы.
Соответственно сверху вниз происходит убывание содержания гумуса, численности животных и микроорганизмов, концентрация химических элементов (вовлекаемых в биологический круговорот). Естественно, что эта общепланетарная закономерность в различных типах почв определенным образом видоизменяется.
Кроме почвы к биокосным системам относится и подавляющее большинство вод земной коры (в том числе и Мировой океан): реки, озера, грунтовые и многие подземные воды.
Образование планктонного слоя в океане и почвенного покрова на суше обусловило появление новых факторов глобальной миграции химических элементов в географической оболочке.
В массообмене между атмосферой и поверхностью суши в настоящее время принимает участие не столько литосфера, сколько педосфера. Важная роль в дифференциации химических элементов на границе раздела «океан-атмосфера» отводится жизнедеятельности планктона.
Самая крупная биокосная система — биосфера.
Это такая область жизни, которая включает в себя тропосферу, Мировой океан, ландшафты суши и толщу литосферы до глубин в сотни и тысячи метров, где еще возможна геохимическая деятельность бактерий (условная нижняя граница биосферы — горизонты с температурой 100°С).
Таким образом, биосфера резко неоднородна по агрегатному строению вещества — в нее входит часть атмосферы, гидросферы и литосферы (рис. 1.8). Это обстоятельство, вероятно, и мешало внедрению понятия о биосфере в естествознание, хотя элементы подобного подхода к природе намечались уже в трудах великого французского натуралиста Ж. Ламарка (1744 — 1829).
Термин «биосфера» и научное понятие о ней были сформулированы лишь в 1875 г. крупным австрийским тектонистом Э. Зюссом (1831-1914). Специально биосферой Э. Зюсс не занимался и разработка современного учения о биосфере, ставшего теоретической основой решения проблемы окружающей среды, связана с именем В. И. Вернадского.
Биосфера представляет собой неоднородную пленку на поверхности Земли. Наиболее мелкие элементы «мозаики», из которых сложена вся «картина» биосферы, называются экосистемами (биогеоценозами).
Понятие экосистемы введено в биологию ботаником А. Тэнсли в 1935 г. Оно трактуется как совокупность местообитания и характерных для него сообществ живых организмов, т. е. неживой и живой природы, в их взаимодействии в определенном участке биосферы.
Рис.1.8. Строение биосферы
Понятие о биогеоценозах впервые сформулировал В.Н. Сукачев в 40-е гг. XX в. Биогеоценозами В. Н. Сукачев называл участки земной поверхности, относительно однородные по составу растительности (фитоценоз), животного населения (зооценоз), микроорганизмов (микробоценоз), строению почвенного покрова, горных пород, лежащих непосредственно под почвенным покровом, климатических условий и увлажнения.
Все это компоненты биогеоценозов. Растительность, животное население и микроорганизмы объединяются под общим названием — биоценоз, а участок земной поверхности, который занимает данный биоценоз, носит название биотопа или экотопа.
Биоценоз активно взаимодействует со средой обитания — биотопом.
Каждый биогеоценоз отделяется от других границами. Границами биогеоценозов являются прежде всего границы растительных сообществ. К биогеоценозу применим и термин «экосистема», хотя между этими почти однозначными терминами имеются различия. Понятие «экосистема» является более широким.
Она не связывается с каким-либо ограниченным участком земной поверхности. Так, экосистемой можно считать лесную зону и биосферу в целом.
В последнее время, в связи с развитием глобальной экологии, стал использоваться термин «экосфера».
В него обычно вкладывается тот же смысл, что и в понятие «биосфера». Однако можно думать, что в понятие экосферы можно вкладывать другое, отличное от биосферы, значение. Представляется, что функционирование глобальной экосистемы проявляется не только в пределах биосферы.
Так, вся атмосфера Земли является продуктом жизни и экраном, защищающим жизнь от воздействия Космоса. Она же служит и ресурсом газов, необходимых для жизни, и т. д. Поэтому под экосферой можно понимать пространство, в котором действуют обратные связи между живым и косным веществом Земли.
Живое вещество в составе других оболочек Земли
Если подробно останавливаться на характеристике и составе биосферы, то нельзя не рассмотреть особенности жизнедеятельности живых организмов в других оболочках планеты:
Вывод
Подводя итоги, стоит отметить, что жизнь в биосфере размещается по-разному и неравномерно. Большое количество живых организмов обитает на земной поверхности, будь то водная среда или суша. Все существа соприкасаются с водой, минералами и атмосферой, находясь с ними в непрерывной связи. Именно это обеспечивает оптимальные условия для жизни (кислород, вода, свет, тепло, питательные вещества). Чем глубже в толщу воды океана или под землю, тем жизнь более однообразна. Живое вещество также распространяется и по площади, и стоит отметить разнообразие форм жизни по всей земной поверхности. Чтобы понять эту жизнь, нам понадобиться еще не один десяток лет, а то и сотен, но ценить биосферу и уберечь ее от нашего вредного, человеческого, влияния нужно уже сегодня.
От тундры до тропических лесов. Классификация биомов планеты
Характеристика биосферы неразрывно связана с понятием биом. Под этим термином понимаются крупные биологические системы, которые имеют некий преобладающий тип растительности или специфические особенности ландшафта. Всего их девять. Ниже представлена краткая характеристика основных биомов биосферы:
Основные функции живой оболочки в природе
Самое время рассмотреть основные функции биосферы и их характеристику:
Живой мир, созданный людьми
Живой мир, созданный людьми
Примером искусственной экосистемы является оранжерея. Это слово происходит от французского orange — «апельсин». Но здесь выращивают не только апельсины, но и другие теплолюбивые растения, и южные цветы, которые на севере в открытом грунте не растут. Сажают в оранжереях и местные растения, которым необходимо обеспечивать постоянный микроклимат. Внутри всегда тепло, потому что солнце нагревает стеклянную крышу оранжереи, кроме того, может использоваться и специальный подогрев. А еще там обитают насекомые-опылители.
Свойства биосферы
Так как живая оболочка представляет собой очень сложную систему, то характеристика биосферы не может обойтись без основных свойств, которые определяют ее специфику: