Биосфера и человек. Взаимосвязь природы и общества - ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ - ЭКОЛОГИЯ. БИОСФЕРА

Биосфера и ее границы. Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы. Живое вещество, его газовая, концентрационная, окислительная и восстановительная функции. Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. В. И. Вернадский о возникновении биосферы.

Задание 64

• Повторить материал по теме.

• Ответить на вопросы для самоконтроля.

• Проверить по словарю знание терминов и понятий.

• Проанализировать таблицу 129.

Таблица 129. Биосфера

Оболочки Земли	Протяженность	Границы жизни (биосфера)	Строение и значение
Атмосфера	До 100 км	До 10 км и более. Споры бактерий и грибов поднимаются на высоту до 20 км	Тропосфера — нижний слой атмосферы высотой 15 км, включает взвешенные в воздухе водяные пары, перемешивающиеся при неравномерном нагревании поверхности Земли. Стратосфера — слой, лежащий выше тропосферы до высоты 40 км. В верхней части свободный кислород превращается в озон, который образует озоновый экран, поглощающий космические излучения и коротковолновые ультрафиолетовые лучи Солнца, губительные для живого. Ионосфера — слой, находящийся выше стратосферы, где преобладают разреженные газы
Литосфера	30-70 км	6-8 м (до 100 м)	Твердая каменная оболочка Земли. Верхняя часть литосферы состоит из осадочных горных пород. Под ними лежат гранитный и базальтовый слои. На поверхности литосферы находится почва — слой коры Земли, изменяемый атмосферой и организмами. Остатки живых организмов разлагаются в почве редуцентами, которые включают в круговорот веществ химические элементы — вещества, использующиеся зелеными растениями. Растения играют космическую роль, являясь посредниками между Солнцем и всем живым на Земле, так как выделяют кислород и синтезируют органические вещества
Гидросфера	70% поверхности Земли	До 11 км (Марианская впадина)	Водная оболочка Земли, расположенная между атмосферой и земной корой. Мировой океан имеет среднюю глубину 3,8 км, максимальную — до 11,034 км. В нем растворены соединения до 100 химических элементов и, что особенно важно для животных и растений, — О2 и СО2. Живые организмы, населяющие Мировой океан, подразделяются на планктон и бентос. Планктон — организмы, населяющие толщу воды. Бентос — организмы, прикрепленные ко дну или обитающие на дне (водоросли, донные беспозвоночные и рыбы). Океан оказывает большое влияние на климат — смягчает жару и холод. На дне происходят процессы отложения осадочных пород

Вопросы для самоконтроля

• Какие оболочки Земли входят в состав биосферы, какие — не входят?

• Кто впервые ввел название «биосфера» и кто создал учение о биосфере?

• Из каких слоев состоит атмосфера и чем они характеризуются?

• Из каких горных пород сложена литосфера?

• Какова доля Мирового океана по сравнению с сушей?

• Каковы верхние и нижние пределы жизни во всех оболочках Земли?

• Что такое биомасса и какую долю от массы биосферы она составляет?

• Каковы свойства биомассы?

• Как изменяется плотность жизни в различных природных зонах?

• Какими признаками биогеоценоза характеризуется почва?

• Как изменяется мощность почвы в различных природных зонах?

• Какие биологические, химические и физические процессы происходят в почве?

• Что такое круговорот веществ?

• Какую роль в круговороте веществ и превращении энергии играют растения и животные?

• Какое значение имеет наука о жизни — биология в сохранении жизни на Земле?

• Почему В. И. Вернадский назвал современную биосферу ноосферой (сферой разума)?

Словарь основных терминов и понятий

Атмосфера (греч. «атмос» — воздух, «сфера» — шар) — газообразная оболочка Земли и некоторых других планет, Солнца и звезд. Атмосфера Земли имеет протяженность до 100 км и состоит из тропосферы, стратосферы и ионосферы. На нижней границе стратосферы на высоте 15-35 км свободный кислород превращается в озон (0₂ —»0₃), который образует защитный экран Земли.

Биологическая продуктивность — количество биомассы, производимой организмами за определенное время (сутки, месяц, год) на определенной площади (луг, лес, поле, водоем). Биологическая продуктивность автотрофных организмов называется первичной, гетеротрофных — вторичной.

Биологический круговорот — обмен веществ и энергии между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью живых организмов и носящий циклический характер. Движущая сила этого процесса — поток энергии Солнца и деятельность живого вещества.

Биомасса Земли — совокупность всех живых организмов (живого вещества) планеты. Выражается в единицах массы или энергии, отнесенной к единице площади или объема. Биомасса Земли достигает примерно 2,423 ∙ 10¹² т, из которых на биомассу зеленых растений суши приходится 97% , а на биомассу животных и микроорганизмов — 3%. Биомасса составляет 0,01% от массы земного шара.

Биомасса Мирового океана — совокупность всех живых организмов, населяющих гидросферу (²/₃ поверхности Земли). Биомасса их в 1000 раз меньше, чем биомасса обитателей суши, и составляет 3,9 10⁹ т, так как использование солнечной энергии в воде достигает 0,04%, а на суше — 0,1-2,0%.

Биосфера — оболочка Земли, населенная живыми организмами. Она включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы. Учение о биосфере развито академиком В. И. Вернадским (1926).

Взаимосвязь природы и общества — единство человечества и окружающей среды. На всем протяжении исторического развития человек находился в непосредственной зависимости от природы, а затем сам превратился в важнейший фактор природы — антропогенный. И влияние его на биосферу чаще отрицательное. Деятельность человека в природной среде заключается в следующем: спугивание животных, вытаптывание растений, вырубка леса, расселение людей, загрязнение водоемов, почвы, воздуха, увеличение площади городов и промышленных предприятий. В результате этих воздействий наступают серьезные изменения в природе: сокращается рождаемость животных, повышается смертность молодняка, изменяется растительное сообщество, как следствие этого изменяется характер борьбы за существование, а за этим и природное сообщество. Все это в конечном счете приводит к потере для человека мест отдыха и отрицательно сказывается на его здоровье и хозяйственной деятельности. Поэтому человек сам заинтересован в охране природы, в восстановлении, улучшении окружающей природной среды. Чем более высоко развито человеческое общество, тем более ответственно оно подходит к экологическим проблемам и решает их. Уже первобытные люди начали вторгаться в природу: хищническая охота привела к уничтожению мамонтов, пещерных медведей, гигантских оленей. Одновременно с этим человек одомашнивал диких животных, вводил в культуру полезные растения, создавал сорта и породы. Он осушал болота и орошал пустыни, вырубал и насаждал леса. Создание промышленности и добыча полезных ископаемых усилили биогенную миграцию атомов — искусственные удобрения и синтетические волокна изменяли состав почвы. Создалась искусственная оболочка Земли — ноосфера, в которой живет человек и на которую оказывает воздействие.

Воздействие человека на биосферу — процесс, при котором в биосфере резко ускоряется миграция атомов по сравнению с естественными биогеохимическими процессами. Количество элементов, включающихся в круговорот, увеличивается и усиливает давление на неорганическую среду: создается искусственная оболочка Земли — ноосфера. Познание закономерностей взаимоотношений человека с биосферой, разумное управление процессами, происходящими в природе, регулирование отношений человека с природой — главная задача экологии в мировом масштабе. Человек — часть биосферы, без которой он существовать не может.

Гидросфера (греч. «гидро» — вода, «сфера» — шар) — водная оболочка Земли, расположенная между литосферой и атмосферой. Она занимает 70,8% поверхности Земли и включает океаны, моря, реки, озера.

Гумус (лат. «гумус» — перегной) — органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков организмами-редуцентами. Количество гумуса — показатель плодородия почвы. Мощность гумусового горизонта в подзолистых почвах 5-10 см, в черноземных почвах — 1-1,5 м при содержании гумуса до 30%.

Живое вещество — совокупность живых организмов (биомассы) Земли. Представляет собой открытую систему, для которой характерны рост, размножение, распространение, обмен веществ и энергии с внешней средой, накопление энергии и передача ее в цепях питания. Функции живого вещества: газовая (постоянный газообмен с окружающей средой в процессе дыхания); концентрационная (биогенная миграция атомов, которые концентрируются в живых организмах, а после их отмирания переходят в неживую природу); окислительно-восстановительная (обмен веществ и энергии, фотосинтез), транспортная (перенос веществ против силы тяжести и в горизонтальном направлении).

Заказники — участки территории суши или воды, где временно запрещается использование определенных видов природных ресурсов. Срок действия заказников — 5-10 лет. В нашей стране около 3 тыс. заказников на птиц, рыб, промысловых животных.

Заповедники — участки территории суши или воды, полностью исключенные из всех видов хозяйственного использования, где естественные ландшафты сохраняются в ненарушенном состоянии. В нашей стране 150 заповедников общей площадью 16 млн га, в том числе 13 национальных парков и один морской заповедник. Из них 17 получили статус биосферных заповедников (1985).

Защита природной среды от загрязнения — система мероприятий, направленных на устранение отрицательного влияния человека, которое выражается в выбросах ядовитых газов, загрязнении воды, применении гербицидов, пестицидов, горючих материалов, радиоактивных веществ, интенсивных шумов. Атомное сырье, запасы атомного оружия хранятся под землей, в тоннелях, на дне морей — это смертоносный груз Земли, который никогда не потеряет своей опасности. В нашей стране принят ряд постановлений и законов о защите природной среды, впервые было создано Министерство экологии.

Красная книга — список находящихся в опасности редких и исчезающих видов растений и животных. На 1983 г. в нашей стране туда были внесены: 94 вида и подвида млекопитающих, 80 видов птиц, 9 видов земноводных, 37 видов пресмыкающихся, 9 видов рыб, 250 видов беспозвоночных; 681 вид высших растений, 29 видов лишайников. Международным союзом охраны природы (МСОП) издано 5 томов Красной книги, куда включены 1182 вида животных и 20 тыс. видов растений.

Круговорот азота — биогеохимический процесс в биосфере, в котором участвуют организмы-редуценты, а также нитрифицирующие и клубеньковые бактерии. Аммонификация — разложение (гниение) белков с образованием аммиака (минерализация органического вещества). Осуществляется редуцентами. Нитрификация — процесс окисления солей аммиака в соли азотной кислоты (I этап — превращение аммиака в нитриты, II этап — превращение нитритов в нитраты). Осуществляется почвенными нитрифицирующими бактериями (нитрозомонас, нитрозабактер). Денитрификация — разложение солей азотной кислоты до образования газообразного азота. Осуществляется почвенными денитрифицирующими бактериями. Азотфиксация — образование азотистых соединений путем фиксации атмосферного азота свободноживущими почвенными бактериями (азотобактер) или бактериями, живущими в симбиозе с корнями бобовых растений (клубеньковые бактерии ризобиум).

Круговорот веществ — естественное циклическое движение химических элементов от одного компонента биосферы (или биоценоза) к другому, поддерживаемое потоком солнечной радиации. Основным средством этого круговорота служат пищевые связи живых организмов. В воздушный круговорот включается 98,3% веществ (0₂, Н₂, N, С и др.), в водный — 1,7% (Na, Mg,Fe, S, Cl, Кидр.).

Ландшафт (нем. «ландшафт» — общий вид местности, пейзаж). Ландшафты бывают естественными (озерный, горный, лесной) и созданными человеком (поля, сады, парки, водохранилища, заводы, города). В искусственных ландшафтах большое значение имеет озеленение, так как оно влияет на состав воздуха, воды, уровень шума. Большое значение имеет сохранение естественного ландшафта при застройке городов, добыче строительного материала (галька, щебень, песок), особенно на берегах рек и морей.

Литосфера (греч. «литое» — камень, «сфера» — шар) — внешняя твердая оболочка Земли, земная кора, состоящая из осадочных и магматических пород. На ее поверхности образуется почва — особое природное тело, возникшее при взаимодействии горных пород, воды, воздуха и живых организмов. Литосфера — наиболее насыщенная живым веществом часть биосферы.

Мелиорация почвы (лат. «мелиорацио» — улучшение) — улучшение свойств почвы с целью повышения ее плодородия. Виды мелиорации: гидротехническая — осушение, орошение, промывка засоленных почв; химическая — известкование, гипсование, окисление; физическая — пескование, глинование; агролесомелиорация — посадка лесных полос и др.

Национальные парки — территории, исключенные из хозяйственной эксплуатации с целью сохранения природных комплексов, имеющих особую экологическую, историческую, эстетическую ценность, а также используемые для отдыха и в культурных целях. В нашей стране к 1985 г. было организовано 13 национальных парков площадью более 600 тыс. га. В мире насчитывается более 2600 национальных парков.

Ноосфера (греч. «ноос» — разум, «сфера» — шар) — «разумная оболочка» Земли — высшая стадия развития биосферы, в которой проявляется деятельность человека как главный, определяющий фактор. Учение о ноосфере развито академиком В. И. Вернадским.

Охрана окружающей среды — охрана среды, в которой живет человечество, и природных объектов этой среды. Существует Международная программа, созданная в 1973 г. ООН (ЮНЕП), посвященная острым проблемам современного состояния окружающей среды: борьбе с наступлением пустынь, охране Мирового океана, почвенного покрова, дождевых тропических лесов, источников пресной воды и т. д.

Превращение энергии — превращение поступающей на Землю солнечной радиации в энергию химических связей, осуществляемое в процессе фотосинтеза. Поток солнечной энергии ежегодно составляет 10,5 ∙ 10²⁰ кДж, из них 42% отражается в мировое пространство, 58% поглощается атмосферой и почвой. Органическое вещество, синтезированное зелеными растениями, содержит 1800 ∙ 10¹⁵ кДж энергии, при этом поглощается 170 млрд т СО₂, 115 млрд т О₂ и испаряется 16 ∙ 10¹² т Н₂О.

Ресурсы природные — полезные ископаемые, источники энергии, почва, водные пути и водоемы, минералы, леса, дикорастущие растения, животный мир суши и акватории, генофонд культурных растений и домашних животных, живописные ландшафты, оздоровительные зоны и т. д. Природные ресурсы делят на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы: невозобновимые (нефть, каменный уголь, другие полезные ископаемые); возобновимые — почва, растительность, животный мир, осадочные породы (соли), темпы расхода которых должны соответствовать темпам их восстановления, иначе они исчезнут. Неисчерпаемые — это космические, климатические и водные ресурсы. Но и они во многом зависят от состояния атмосферы, гидросферы и биосферы в целом.

Черный список — международный список вымерших видов животных и растений, от которых остались лишь чучела, скелеты, тушки, рисунки, гербарии, находящиеся в музеях. По данным Международного союза охраны природы (МСОП), с 1600 по 1974 г. на Земле исчезли 63 вида млекопитающих. В числе этих животных тур — предок крупного рогатого скота, тарпан — дикая степная лошадь, лошадь Пржевальского (сохранилась только в неволе), морская (стеллерова) корова (семейство дюгоневые, отряд ластоногих), карибский тюлень-монах. Исчезли 64 вида птиц (странствующий голубь, очковый баклан, бескрылая гагарка и др.). В Европе в черный список внесено 3 тыс. видов растений, их гибель вызвана загрязнением воды, воздуха, почвы, а также сбором в качестве лекарственного сырья и на букеты. В окрестностях городов, на расстоянии 50-100 км практически уничтожены такие растения, как ландыш, венерин башмачок, кувшинка белая, любка двулистная, сон-трава, купальница, горицвет весенний, валериана. Многие из исчезнувших растений остались только в ботанических садах; в природе их нет.

Экологический прогноз — предсказание поведения природных систем, определяемое естественными процессами и воздействием на них человека. Прогнозы бывают глобальные (общепланетарные) и локальные (для небольшой территории), на ближайшее время и на 100-120 лет вперед. С учетом данных прогноза проводятся мероприятия по охране водоемов, почвы, растительности, животного мира от загрязнения, уничтожения, по сохранению видового состава. Экологическое прогнозирование — это наука будущего, но без нее уже сейчас нельзя достигнуть гармоничной взаимосвязи человеческого общества и природной среды.