Биосфера

     Содержание 

     Введение…………………………………………………..…………………..3

     1. Общая структура биосферы……………………………………...………..4

     2. Характеристика и состав биосферы………………………………………5

     3. Общие свойства биосферы, ее устойчивость…………………………….9

     Заключение…………………………………………………………………..14

     Список литературы………………………………………………………….15

    Введение 

     В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в  таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Э. Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

     Первоначально под всеми этими терминами  подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы.

     Первым  из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в  образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все  вещества, находящиеся на поверхности  земного шара и образующие его  кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

     Факты и положения о биосфере накапливались  постепенно в связи с развитием  ботаники, почвоведения, географии  растений и других преимущественно  биологических наук, а также геологических  дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов. 

    1. Общая структура  биосферы 

     Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых  организмов:

• автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
• гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
• миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

     Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

     Биосфера  охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

     Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим  пространством; через атмосферу  осуществляется обмен вещества и  энергии с космосом.

     Атмосфера имеет несколько слоев:

• тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;
• стратосфера;
• ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.

     Гидросфера  – водная оболочка Земли. В следствие  высокой подвижности вода проникает  повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

     Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических  пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. 

     2. Характеристика и состав биосферы 

     В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

     Первоначально под всеми этими терминами  подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей  планете, хотя иногда и указывалась  их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

     Первым  из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б. Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

     Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

     Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых  организмов:

• автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
• гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
• миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

    Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

     Биосфера  охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

• Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

     Атмосфера имеет несколько слоев:

• тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;
• стратосфера;
• ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.

     Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

• Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

     Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^–, S, C.  Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

• Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

     Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. 

     Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

     Постепенно  идея о тесной взаимосвязи между  живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и  их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы  все настойчивее проникала в  сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

     Результаты  такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945). 

     3. Общие свойства биосферы, ее устойчивость 

     Одной из наиглавнейших особенностей планеты  Земля есть существование на ней  жизни. Этим она отличается от всех своих соседок по Солнечной системе. Больше того, научные данные свидетельствуют, что такая форма жизни, как  на Земле (единственная известная форма), а именно белково-нуклеиновая, существует благодаря объединению нескольких благоприятных астрономических факторов. К ним принадлежат такие: постоянство светимости нашей звезды – Солнца (3.9 Ч1020 МВт), что существенно не изменялась на протяжении 4.5 млрд. лет существования Земли; большая масса Земли (6Ч1023 т), достаточная для того чтобы удержать вокруг себя довольно плотную атмосферу, большое количество воды на Земле и т.п. Среди этих благоприятных факторов наверное самым удивительным является орбита Земли. Американский ученный М. Харт доказал, что если бы расстояние между Землей и Солнцем была на 5% меньшей или на 1% большей, жизнь на ней была бы невозможной – в первом случае на Земле было бы слишком жарко (как на Венере), во втором - слишком холодно, и Земля постоянно находилась бы в условиях глобального ледникового периода (как Марс).

     Область существования живых организмов на Земле называют биосферой (сферой жизни). Впервые этот термин ввел австрийский  геолог Э. Зюсс в 1875 г., но распространился он после издания в 1926 г. труда выдающегося ученного В. Вернадского, основателя и первого президента Академии наук Украины. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы) существуют на поверхности Земли, в ее атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы, в целом образуя пленку жизни (сферу) на нашей планете. Верхняя граница биосферы простирается на 85 км над поверхностью Земли. На таких высотах (в стратосфере) во время запусков геофизических ракет в пробах воздуха обнаружены споры микроорганизмов, правда в латентном (спящем) виде из за слишком неблагоприятных условий существования. Нижняя граница биосферы достигает глубин литосферы, где температура становит 1000С (в молодых складчатых областях – это приблизительно 1.5 – 2 км и на кристаллических щитах – 7-8 км). Однако В.И. Вернадский справедливо относил к биосфере и все горные породы, созданные за счет жизнедеятельности организмов (так называемые былые биосферы, или палеобиосферы), а поскольку почти все породы осадочного чехла Земли так или иначе есть продуктом жизнедеятельности животных и растений, нижняя граница должна находится на глубине 10-15 км ниже земной поверхности.

     Приспосабливаемость живых организмов удивляет. Так, живые  бактерии обнаружены в горячих гейзерных  источниках с температурой до 980 С, активная и довольно разнообразная жизнь бурлит в трещинах антарктических ледников и на наибольших глубинах Мирового океана, даже в океанических водах пораженных сероводородом, также существуют специфические серные бактерии. Когда американские астронавты доставили на Землю для исследования некоторые детали своей автоматической станции «Сервейер», которая три года находилась на поверхности Луны, то в одной из трубок была найдена живая спора бактерии – она попала туда с Земли во время подготовки к запуску станции и сохранила жизнеспособность, несмотря на трехгодовое пребывание в условиях космического вакуума, резких колебаний температуры и высокого уровня радиации.

     В. Вернадский доказал, что живые организмы  играют очень важную роль в геологических процессах, которые формируют лицо Земли. Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловленный жизнедеятельностью организмов. Большое значение имеют организмы для формирования литосферы – большинство пород, и не только осадочных, а и таких как граниты, так или иначе связаны своим происхождением с биосферой. «Если бы на Земле не было жизни, - писал ученый, - лицо ее было бы таким же неизменным и химически инертным, как недвижимое лицо Луны, как инертные обломки небесных светил».

     Минеральное инертное вещество перерабатывается жизнью, превращается в новое качество. Живые организмы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют. Таким образом, живое и неживое вещество на Земле составляют гармоничное целое, что, собственно, и называется биосферой. Согласно с образным высказыванием российского геолога М. Вассоевича, «биосфера – это и жильцы, и дом, и мы в нем».

     Одним из проявлений биологической активности организмов есть скорость их размножения. При идеальных условиях (теоретически) она может достигать скорости звука. Так, К. Линней подсчитал, что три мухи могут съесть антилопу с такой же скоростью, как это делает лев (учитывая скорость размножения мух). Одноклеточная водоросль диатомея теоретически способна за восемь дней создать массу живой материи которая равна земной, а на протяжении следующего дня удвоить ее.

     Согласно  последним оценкам, сухая масса  живого вещества на Земле составляет 2-3 триллиона тонн. Это по сравнению  с основными сферами земли  очень малая величина. Она например, в 1000 раз меньшая за массу тропосферы (4Ч1015 т), в 10 млн раз – за массу земной коры (4.7Ч1019 т) и в миллиард – за массу Земли (6Ч1021 т). Однако живое вещество отличается от неживого очень высокой активностью, в частности, очень быстрым круговоротом веществ. Все живое вещество атмосферы обновляется в среднем за восемь лет. Биомасса мирового океана восстановляется за 33 дня, его фитомасса каждый день, фитомасса суши – приблизительно за 14 лет из за большей продолжительности жизни наземных растений. Следует учесть, что жизнедеятельность животных, растений и микроорганизмов сопровождается непрерывным обменом веществ между организмами и средой, в следствии чего все химические элементы земной коры, атмосферы и гидросферы многоразово входили в состав тех или иных организмов. Подсчитано, что вся вода планеты проходит цикл расщепления в растительных клетках и восстановления в растительных и животных организмах, то есть обновляется биосферой приблизительно за 2 млн. лет. Образно выражаясь, мы дышим воздухом, которым дышали динозавры, и пьем воду, которая входила в состав тканей юрских папоротников и кембрийских трилобитов.

     Живые организмы играют огромную роль в  аккумуляции солнечной энергии. Например, залежи каменного угля –  это не что иное, как солнечная энергия, накопленная зелеными растениями минувших геологических эпох. Так же можно определить и природу многих минералов, в частности карбоната кальция, который образует огромные массы известняков и почти на 100% имеет биогенное происхождение. Важную роль живые организмы играют в накоплении многих металлов, таких как железо, медь, марганец. Большое значение для биосферы и хозяйственной деятельности человека имеет круговорот азота, серы, фосфора и других элементов. Установлено что любой растворимый, но не летучий элемент может совершать круговорот только через биосферу. Живые организмы накапливают некоторые элементы в своих тканях, а водные жители, кроме того, увеличивают их содержание и в своей среде жизни, то есть в воде (например такие элементы, как молибден, кобальт, никель находятся в водной среде в значительно большем количестве нежели на суше).

     Очевидно  что за миллиарды лет геологической  истории жизнь неузнаваемо изменила внешние оболочки нашей планеты. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Заключение 

     Человечество, осознав огромную ценность жизни, катастрофические последствия преобразования природы (создание каналов, водохранилищ, изменения русла рек, хищническое использование природных ресурсов, истребление лесов и т.п.), должно проникнуться пониманием экологических проблем и перейти к равноправному сотрудничеству с ней.

     Возникает необходимость создания высокопродуктивных экологических систем, поддерживаемых человеком, наряду с сохранением и поддержанием уже существующих. Необходимо вести борьбу с хищническим использованием природных ресурсов, загрязнениями атмосферы, почвы и воды.

     Охрана  природы - совокупность международных, государственных и региональных мероприятий, направленных на поддержание  природы в состоянии, соответствующем  эволюционному уровню современной биосферы. Природоохранные мероприятия должны быть многоцелевыми и включать все возможные пути ее реализации. На первый план выступают мероприятия по защите природной среды от различного рода загрязнений: устранение или снижение выбросов ядовитых газов промышленными предприятиями в атмосферу, спуска загрязненных сточных и коммунальных вод, загрязнения почвы и вод пестицидами, радиоактивными веществами, тяжелыми металлами, снижение шумов и т.д. Для сохранения флоры и фауны необходимо создание охраняемых территорий: заповедников - участков территории суши или акватории со всеми природными объектами, полностью исключенных из всех видов хозяйственного использования 
 
 

    Список  литературы

1. Аллен Р.Д. «Наука о жизни», М. – 1996 г.
2. Вернадский В.И. «Биосфера и ноосфера», М. «Наука» – 1998 г.
3. Ковалев С.М. «Научная мысль как планетное явление», М., «ЮНИТИ» – 1995 г.
4. Кондратьев М.Н. лекции по экологии, M. – 1998 г.
5. Лапо А.В. «Следы былых биосфер», М., «Мысль» – 1999 г.
6. Мотвеев А.С. «Начало и вечность жизни», М.– 1995 г.