Функции биосферы

с.

Содержание :

1. Введение…………………………………………………………….с.2
2. Понятие «Биосфера»……………………………………………….с.3
3. Энергетическая функция биосферы………………………………с.5
4. Деструктивная функция биосферы………………………………..с.7
5. Концентрационная функция биосферы…………………………...с.8
6. Средообразующая функция биосферы……………………………с.9
7. Заключение………………………………………………………….с.12
8. Список литературы…………………………………………………с.13

Введение

Развитие человеческого общества ускоряется с каждым десятилетием. Интенсивно растёт численность населения планеты. Индустриализация сопровождается колоссальным потреблением природных ресурсов и глубокими изменениями природной среды. Вырубка лесов, сооружение плотин и каналов, оросительных систем, обширные горно-геологические разработки, эрозия почв, применение удобрений, пестицидов, мелиорации, загрязнение почв, водоёмов и атмосферы индустриальными отходами и многие другие виды деятельности человека вносят в природу большие изменения, которые нарушают сложившиеся системы и отношения в биосфере Земли. Часто эти изменения имеют негативный и, что особенно опасно для будущего человечества, необратимый характер.

Подобные нарушения в биосфере Земли губительны для всего живого, в том числе и для самого человечества.

Со времени зарождения цивилизации человек изменял окружающую среду, проникая в природную кладовую экосистем планеты. В настоящее время человечество находится на таком критическом этапе взаимоотношений с природой, когда его дальнейший прогресс настоятельно требует от всех стран внедрения системы охраны природы, то есть научно-планового регулирования использования природных ресурсов в целях получения максимально возможной и устойчивой их продуктивности в настоящем и в будущем при сохранении наиболее благоприятной для человека естественной среды на благо всего общества.

Биосфера

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.

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.

Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

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. Понятие  «живое вещество» обозначает совокупность живых организмов биосферы. Область  распространения включает нижнюю часть  воздушной оболочки (атмосферы), всю  водную оболочку (гидросферу), и верхнюю  часть твёрдой оболочки (литосферы). Это понятие было введено В. И. Вернадским. Он отметил, что между  косной, безжизненной частью биосферы, косными природными телами и живыми организмами, её населяющими идёт непрерывный  обмен энергией. Живое вещество играет наиболее важную роль по сравнению  с другими веществами биосферы, и  выполняет рад важнейших функций.

Энергетическая  функция

Энергетическая функция выполняется, прежде всего, растениями, которые в  процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных  органических соединений.   Чтобы  биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия. Собственных  источников энергии она не имеет  и может потреблять энергию только от внешних источников. Главным источником для биосферы является Солнце. По сравнению  с Солнцем, энергетический вклад  других поставщиков  в функционирование биосферы ничтожно мал. Солнечный свет для биосферы является рассеянной лучистой энергией электромагнитной природы. Почти 99% этой энергии, поступившей в биосферу, поглощается атмосферой, гидросферой  и литосферой, а также участвует  в вызванных ею физических и химических процессах . Только около 1% накапливается  на первичном звене ее поглощения и передается потребителям уже в  концентрированном виде.  По словам Вернадского, зеленые хлорофилльные  организмы, зеленые растения, являются главным механизмом биосферы, который  улавливает солнечный луч и создает  фотосинтезом химические тела - своеобразные солнечные консервы, энергия которых  в дальнейшем становится источником действенной химической энергии  биосферы, а в значительной мере - всей земной коры. Без этого процесса накопления и передачи энергии живым  веществом невозможно было бы развитие жизни на Земле и образование  современной биосферы.

Каждый последующий этап развития жизни сопровождался все более  интенсивным поглощением биосферой  солнечной энергии. Одновременно нарастала  энергоемкость жизнедеятельности  организмов в изменяющейся природной  среде, и всегда накопление и передачу энергии осуществляло живое вещество. Современная биосфера образовалась в результате длительной эволюции под влиянием совокупности космических, геофизических и геохимических факторов. Первоначальным источником всех процессов, протекавших на Земле, было Солнце, но главную роль в становлении и последующем развитии биосферы сыграл фотосинтез. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов, способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

Деструктивная функция

Минерализация органических веществ, разложение отмершей органики до простых  неорганических соединений, химическое разложение горных пород, вовлечение образовавшихся минералов в биотический круговорот определяет деструктивную (разрушительную) функцию живого вещества. Данную функцию  в основном выполняют грибы, бактерии. Мертвое органическое вещество разлагается  до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и т. д.), которые  вновь используются в начальном  звене круговорота. Этим занимается специальная группа организмов - редуценты (деструкторы).

Особо следует сказать о химическом разложении горных пород. Благодаря  живому веществу биотический круговорот пополняется минералами, высвобождаемыми  из литосферы. Например, плесневый грибок в лабораторных условиях за неделю высвобождал из вулканической горной породы 3 % содержащегося в ней  кремния, 11% алюминия, 59 % магния, 64 % железа. Сильнейшее химическое воздействие  на горные породы растворами целого комплекса  кислот - угольной, азотной, серной и  разнообразных органических оказывают  бактерии, сине-зеленые водоросли, грибы  и лишайники. Разлагая с их помощью  те или иные минералы, организмы  избирательно извлекают и включают в биотический круговорот важнейшие  питательные элементы - кальций, калий, натрий, фосфор, кремний, микроэлементы. Общая масса зольных элементов, вовлекаемая ежегодно в биотический  круговорот только на суше, составляет около восьми миллиардов тонн, что  в несколько раз превышает  массу продуктов извержения всех вулканов мира на протяжении года. Благодаря  жизнедеятельности организмов-деструкторов создается уникальное свойство почв – их плодородие.

Концентрационная  функция

Концентрационная (накопительная) функция - избирательное накопление определенных веществ, рассеянных в природе - водорода, углерода, азота, кислорода, кальция, магния, натрия, калия, фосфора и многих других, включая тяжелые металлы, в живых  существах. Раковины моллюсков, панцири  диатомовых водорослей, скелеты животных — все это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.

Способность концентрировать элементы из разбавленных растворов - это характерная  особенность живого вещества. Наиболее активными концентраторами многих элементов являются микроорганизмы. Например, в продуктах жизнедеятельности  некоторых из них по сравнению  с природной средой содержание марганца увеличено в 1 200 000 раз, железа - в 65 000, ванадия - в 420 000, серебра - в 240 000 раз.

Для построения своих скелетов или  покровов активно концентрируют  рассеянные минералы морские организмы. Так, существуют кальциевые организмы - известковые водоросли, моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие, и т. п., и  кремниевые - диатомовые водоросли, кремниевые губки, радиолярии. Особого внимания заслуживает способность морских  организмов накапливать микроэлементы, тяжелые металлы, в том числе  ядовитые (ртуть, свинец, мышьяк), радиоактивные  элементы. В теле беспозвоночных и  рыб их концентрация может в сотни  тысяч раз превосходить содержание в морской воде. Вследствие этого  морские организмы полезны как  источник микроэлементов, но вместе с  тем употребление их в пищу может  грозить отравлением тяжелыми металлами  или быть опасным в связи с  повышенной радиоактивностью.

Средообразующая функция

Живое вещество преобразует физико-химические параметры среды в условия, благоприятные  для существования организмов. В  этом проявляется еще одна главная  функция живого вещества — средообразующая. Например, леса регулируют поверхностный  сток, увеличивают влажность воздуха, обогащают атмосферу кислородом.

Можно сказать, что средообразующая  функция - совместный результат всех рассмотренных выше функций живого вещества: энергетическая функция обеспечивает энергией все звенья биологического круговорота (в ходе фотосинтеза  растения выполняют газовую функцию: поглощают углекислый газ и выделяют кислород); деструктивная и концентрационная способствуют извлечению из природной  среды и накоплению рассеянных, но жизненно важных для организмов элементов.

Средообразующие функции живого вещества создали и поддерживают баланс вещества и энергии в биосфере, обеспечивая  стабильность условий существования  организмов, в том числе человека. Вместе с тем живое вещество способно восстанавливать условия обитания, нарушенные в результате природных  катастроф или антропогенного воздействия. Эту способность живого вещества к восстановлению благоприятных  условий существования выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий. Он заключается в том, что изменение  любых переменных в системе в  ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное  явление носит название отрицательных  обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Например, на повышение содержания углекислого газа в атмосфере  биосфера отвечает усилением фотосинтеза, который снижает концентрацию кислорода. Таким образом, устойчивость биосферы оказывается явлением не статическим, а динамическим.

Средообразующая роль живого вещества имеет химическое проявление и выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют  об участии живых организмов в  химических процессах изменения  вещественного состава биосферы. 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 (также плодородны воды океана, рек и озер). Живое  вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические и биогеохимические, связанные с деятельностью человека.

Газовые функции заключаются в  участии живых организмов в миграции газов и их превращениях. В зависимости  от того, о каких газах идет речь, выделяется несколько газовых функций.

1. Кислородно-диоксидуглеродная – создание основной массы свободного кислорода на планете. Носителем данной функции является каждый зеленый организм. Выделение кислорода идет только при солнечном свете, ночью этот фотохимический процесс сменяется выделением зелеными растениями углекислого газа.

2. Диоксидуглеродная, не зависимая от кислородной – образование биогенной угольной кислоты как следствие дыхания животных, грибов и бактерий. Значение функции возрастает в области подземной тропосферы, не имеющей кислорода.

3. Озонная и пероксидводородная – образование озона (и, возможно, пероксида водорода). Биогенный кислород, переходя в озон, предохраняет жизнь от разрушительного действия радиации Солнца. Выполнение этой функции вызвало образование защитного озонового экрана.

4. Азотная – создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотовыделяющими бактериями при разложении органического вещества. Реакция происходит в условиях как суши, так и океана.

5. Углеводородная – осуществление превращений многих биогенных газов, роль которых в биосфере огромна. К их числу относятся, например, природный газ, терпены, содержащиеся в эфирных маслах, скипидаре и обусловливающие аромат цветов, запах хвойных.

Заключение

На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем  живые организмы, взятые в целом. Химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится  под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью  которых связан великий планетарный  процесс – миграция химических элементов  в биосфере. Жизнь на Земле –  самый выдающийся процесс на её поверхности, получающий живительную энергия  Солнца и приводящий в движение (круговорот веществ) едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева. Жизнь  сводится к непрерывной последовательности роста, самовоспроизведения и синтеза  сложных химических соединений. Без  переноса энергии, сопровождающего  эти процессы, невозможно было бы ни существование самой жизни, ни образование  надорганизменных систем всех уровней  организации. Если бы солнечная энергия  на планете только рассеивалась, то жизнь на Земле была бы невозможной. Чтобы биосфера существовала, она  должна получать и накапливать энергию  извне. И эта работа выполняется  живыми организмами.

Список использованной литературы:

1. Киселёв В. Н.- Основы экологии: Учеб. пособие по экологии. – Москва, 2000.

2. Лапо А.В.- Следы былых биосфер. – Москва., 1987.

3. Петров К. М.- Общая экология: взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Химия, 1997.

4. Кривошеин Д.А., Муравей Л.А. «Экология и безопасность жизнедеятельности»

5. Вернадский В.И. «Биосфера и ноосфера»

6. Кашмилов М. М. «Эволюция биосферы»