Понятие о биосфере

     СОДЕРЖАНИЕ 

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

1. Понятие  о биосфере 4

      1.1. Структура и функции биосферы 4

      1.2. Границы биосферы 6

2. Начало и вечность жизни 8

Заключение………………………………………………………………………12

Литература………………………………………………………………………13

 

      Введение

     Впервые понятие биосфера, как «область жизни», было введено в науку Ж.Б. Ламарком в начале 19 века, а в геологию Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под этим термином совокупность всех организмов. Это определение близко к современному понятию биота.

     Вернадский пошел значительно дальше. Его «биосфера не есть только так называемая область жизни». Это единство живого и косного вещества планеты. Но не только. Это еще и связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыми нашей планетой, строящими ее биосферу.

     Биосфера  составляет верхнюю оболочку или  геосферу, одной из больших концентрических  областей нашей планеты Земли.

     Если  с понятием «биосферы» по Зюссу связывалось  только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной) живых организмов, то по В.И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы.

     В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство, где  существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые  организмы или продукты их жизнедеятельности.

     Биосфера  охватывает часть атмосферы, верхнюю  часть литосферы и гидросферу. Верхняя граница биосферы проходит на высоте примерно 20 км над поверхностью Земли, а нижняя на 6-7-километровой глубине. Биосфера принципиально отличается от прочих земных оболочек поскольку является «комплексной». Она не только «покров» из живого вещества, но и среда обитания миллионов видов живых существ, в том числе и человека.

     Вернадский  не только сконкретизировал и очертил  границы жизни в биосфере, роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время обычно называют современной биосферой.

1. Структура и функции биосферы

               

     Атмосфера. Это воздушная оболочка,  состоящая в основном из азота

и кислорода; достигает мощности до 20000 км. В меньших  концентрациях она содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ, расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны, у которой нет атмосферы.

Исторически развитие атмосферы связано с  геохимическими процессами, а также  жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды

образовались  в процессе эволюции планеты благодаря (в значительной мере)

вулканической активности, а кислород – в результате фотосинтеза.

     Гидросфера. Вода является важной составной частью всех компонентов

биосферы  и одним из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) заключена в  Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности Земного шара. Общая масса океанических вод составляет свыше 1300 млн. км3. Около 24 млн. км3 воды

содержится  в ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной покров Антарктиды. Столько же воды содержится под землей. Поверхностные воды озер составляют приблизительно 0,18 млн. км3 (из них половина соленые), а рек – 0,002 млн. км3.

     Количество  воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км3 . Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах изменяется в широких пределах в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.

     Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в пределах

литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает  нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами – продуктами жизнедеятельности организмов.

     Биотический круговорот. Главная функция биосферы заключается в

обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический

круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии

Солнца  создают органическое вещество, которое  другими живыми существами – гетеротрофами  – разрушается, с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов. Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на многие километры. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными

органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется около 1 млрд. т воды. Энергия, затрачиваемая на испарение  воды, возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между Мировым океаном и  сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой природой. В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты углерода и азота в биосфере. Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при фотосинтезе углеводов используют сами растения для получения энергии, часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане.

     Круговорот азота также охватывает  все области биосферы. Хотя его  запасы в атмосфере практически  неисчерпаемы, высшие растения могут использовать азот только после соединения его с водородом или кислородом. Исключительно важную роль в этом процессе играют азотфиксирующие бактерии. При распаде белков этих микроорганизмов азот снова возвращается в атмосферу. Показателем масштаба биотического круговорота служат темпы оборота углекислого газа, кислорода и воды. Весь кислород атмосферы проходит через организмы примерно за 2 тыс. лет, углекислый газ – за 300 лет, а вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте за 2 млн. лет. 

1.2 Границы биосферы 

     Биосфера  в атмосфере простирается примерно д озонового экрана (у полюсов  – 8-10 км, у экватора – 17-18 км, над  остальными территориями – 20-25 км).

     Гидросфера  практически вся, в том числе  и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м) занята жизнью. К необиосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов.

     В литосферу жизнь проникает на несколько километров, но в основном ограничивается почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров.

     Таким образом, границы биосферы определяются наличием живых организмов или «следами»  их жизнедеятельности.

     Живое вещество образовало ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер  Земли. Его масса составляет 2420 млрд. тонн, что более чем в 2 тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли – атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду – в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в областях обширного оледенения и в кратерах действующих вулканов.

     «Всюдность  жизни» в биосфере обязана потенциальным  возможностям и масштабу приспособляемости  организмов, которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и  захватили ее. В.И. Вернадский считал, что этот захват продолжается.

     На  рис. 4. наглядно показаны границы биосферы от высот атмосферы, где царят  холод и низкое давление, до глубин океана, где давление достигает 12 тысяч  атмосфер. Это стало возможным, потому что пределы толерантности температур у различных организмов – от абсолютного 0 до +180°С, а некоторые бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон химических условий среды для ряда организмов – от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации (бактерии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость некоторых живых существ  по отношению к отдельным факторам выходит  даже за пределы биосферы, то есть у них есть еще определенный «запас прочности» и потенциальные возможности к распространению. Однако все организмы выживают еще и потому, что везде, где бы ни было их место обитания, существует биогенный ток атомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в наземных условиях, если бы не было почвы.

     В целом экологический диапазон распространения  живого вещества очень велик.

1. В 1977 г. в океане на глубине нескольких километров были обнаружены горячие вулканические зоны, в которых при температуре 350°С существуют многочисленные термофильные бактерии.
2. В экспериментах американского исследователя Камерона сине-зеленые водоросли на протяжении нескольких месяцев не теряли жизнеспособности в условиях, которые соответствовали марианским.
3. Живое вещество не гибнет в жидком азоте.
4. Некоторые виды, например, те же сине-зеленые водоросли, не гибнут под действием мощного ионищирующего излучения и поселяются в эпицентре ядерного взрыва уже после нескольких дней его действия.
5. Живое вещество может сохраняться даже в условиях открытого космоса. Так, третья экспедиция американских астронавтов забыла на Луне телекамеру. Когда через полгода ее возвратили на Землю, на внутренней стороне крышки были обнаружены земные бактерии, которые без каких-либо вредных последствий пережили длительное нахождение за пределами родной планеты.

2. Начало и вечность жизни

 

     Одно  из величайших достижений естествознания XX в. - учение Вернадского о биосфере,  области  жизни,  объединяющей  в  едином  взаимодействии  живые организмы (живое вещество) и косное вещество.

Первым  начал разрабатывать эту тему учитель  Вернадского  В.В.Докучаев.

Он же обратил внимание на единство материальной и духовной культуры людей  с окружающей природной средой. Но если Докучаева волновали  в  первую  очередь практические  аспекты  этой  проблемы,  то  Вернадский  постарался   создать теоретически стройную концепцию перехода биосферы в  ноосферу  в  результате разумных преобразований человеком - на основе науки - среды жизни.

     В своей работе "Очерки  геохимии"  Вернадский  пишет:  "Живое  вещество более  или  менее  непрерывно  распространено  на  земной  поверхности,  оно образует на ней  тонкий,  но  сплошной  покров,  в  котором  концентрирована свободная химическая энергия, выработанная им из энергии Солнца.  Этот  слой есть земная оболочка, которую знаменитый австрийский геолог Э.Зюсс почти  60 лет назад назвал биосферой и которая представляет одну из самых  характерных черт организованности нашей планеты. Только в ней  сосредоточена  та  особая форма нахождения химических элементов, которую мы назвали живым  веществом".