Иерархическое строение биосферы и трофические уровни

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

Институт международного бизнеса и права

Кафедра таможенного дела и логистики

Реферат

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

на тему: «Иерархическое строение биосферы и трофические уровни»

Выполнила: студентка гр. 1440

Горбачева А.Е.

Проверила: Колесникова Т.Д.

кандидат физико-математических наук

Баллы:____________________

Санкт-Петербург

2011г.

Содержание

1.       Введение

Все экосистемы планеты (моря, горы, болота, леса, степи, пустыни и полупустыни, агроценозы, эстуарии и многие другие) в совокупности составляют огромную экологическую систему планеты — биосферу.

Биосфера — оболочка Земли, состав, энергетика и организация которой обусловлены взаимодействием ее биотических и абиотических компонентов. Биосфера включает все организмы, их остатки, зоны атмосферы, гидросферы и литосферы, которые населены и видоизмененны этими организмами.

В состав биосферы, кроме живого вещества (растений, животных и микроорганизмов), входят  биогенное, биокосное и косное вещества.

Трофический уровень — условная единица, обозначающая удалённость от продуцентов в трофической цепи данной экосистемы.

В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные звенья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выступают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка называется трофическим уровнем.

Понятие биосферы тесно связано с понятием трофического уровня, так как сама по себе биосфера включает в себя существа, которые систематизированы по различным трофическим уровням.

            Итак, актуальность данной темы проявляется в том, что мы, люди, являемся частью биосферы и одного из трофических уровней.

Целью работы является исследование структуры биосферы и трофических уровней.

     Задачи исследования:

       разобрать понятие «биосферы»;

       сформулировать функции биосферы;

       исследовать структуру биосферы и трофических уровней;

       подготовить графические материалы по теме;

       сформулировать вывод и заключение.

  Объектом исследования является рассмотрение структуры биосферы и трофических уровней.

   Предметом являются сами трофические уровни и биосфера.

   Метод исследования - теоритический.

2. Биосфера

2.1. Понятие биосферы

Всестороннее изучение природы показывает, что живые организмы и среда их обитания сосуществуют в постоянном взаимодействии. В этой совокупности взаимосвязей живая природа представляет собой специфическую сферу действительности, целостную систему, похожую на единый живой организм, который родился вместе с Землей и постоянно вместе с ней эволюционирует. Планетарные масштабы этой системы и одновременно ее схожесть с живым организмом позволяют рассматривать ее как особый уровень организации живой материи, получившей название биосферы.

В системе современного естествознания понятие биосферы занимает ключевое место и поэтому разработка учения о биосфере имеет длительную историю. Начало ее изучению положил Ж.Б. Ла-марк, который в своей книге «Гидрогеология» одним из первых обосновал идею о влиянии живых организмов на геологические процессы. Затем учению о живой природе был посвящен многотомный труд А. Гумбольдта «Космос», в котором он ввел понятие жизненной среды, понимая под ним оболочку Земли, куда входят атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органический мир.

Сам термин «биосфера» был впервые введен в науку австрийским геологом и палеонтологом Э. Зюссом в 1875 г. Он подразумевал под биосферой самостоятельную сферу, пересекающуюся с другими земными сферами, в которой на Земле существует жизнь. Он дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли. Таким образом, первоначально понятием «биосфера» обозначалась совокупность только живых организмов. Связь живой и неживой природы трактовалась односторонне: отмечалась только зависимость живых организмов от химических, физических, геологических и других факторов, однако обратное воздействие оставалось вне поля зрения ученых.

В.И. Вернадский о живом веществе и биосфере

Впервые идею о геологических функциях живого вещества, представление о совокупности всего органического мира как единого нераздельного целого высказал русский ученый В.И. Вернадский. Целью, которую поставил перед собой ученый, стало изучение влияния живых организмов на окружающую среду. Этим вопросом, в отличие от изучения воздействия среды на живые организмы, до того не занимался никто. Разумеется, заметить такое воздействие со стороны отдельного организма практически невозможно. Оно становится заметным только при рассмотрении большого числа живых существ.

Поэтому Вернадский ввел понятие живого вещества как совокупности всех живых организмов планеты, включая человека.

В своих представлениях о живом веществе он исходил из того, что в процессе жизнедеятельности организмы получают из окружающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно и таким образом живое и неживое находится в постоянном взаимодействии. Несмотря на то что живое вещество составляет незначительную по объему и весу часть биосферы, оно, тем не менее, является ее определяющим компонентом. Живые организмы — та геохимическая сила, которая играет ведущую роль в формировании облика нашей планеты. В функциональном плане живое вещество становилось тем звеном, которое соединяло историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества и источниках энергии для этого.

Взаимодействие живого вещества планеты с окружающей средой рождает биосферу — область распространения жизни на Земле.

Таким образом, биосфера — это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда.

Она представляет собой единую систему, в которой масса живого вещества, несмотря на все изменения и переходы из одного состояния в другое, сохраняется неизменной. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельностью живых организмов, в том числе и человека. Своими границами она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Биосфера является одним из основных структурных компонентов нашей планеты и околоземного космического пространства. Это сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20—22 км над земной поверхностью (до озонового экрана), а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8—11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2—3 км. В атмосфере наиболее заселен слой толщиной до 50 м. Вынос микроорганизмов на высоты более 15 км возможен конвенционными потоками воздуха. За верхнюю границу биосферы условно принимается озоновый слой, выше которого мощный поток ультрафиолетового излучения, вероятно, убивает все живое. Нижняя граница распространения живых организмов в литосфере определяется температурой. По современным представлениям, живые организмы могут существовать при температуре не более 100°С. Таким образом, по сравнению с другими геосферами биосфера представляет собой тончайшую пленку. Правда, она покрывает всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни, включая пустыни и ледяные просторы Арктики и Антарктики.

Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Самое большое его количество локализовано в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. Глубже в земную кору, океан, выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Это дало основания Вернадскому говорить о сгущениях и разрежениях жизни.

Особенностью биосферы является то, что между биосферой и окружающими ее земными оболочками нет резкой границы. И, прежде всего, нет той границы в атмосфере, которая сделала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энергии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Живое вещество поглощает и перерабатывает эту энергию в биогеохимическую энергию живого вещества биосферы. Биогеохимическая энергия может быть выражена скоростью заселения биосферы данным видом организмов. Для некоторых бактерий эта скорость ограничивается лишь скоростью деления цепочки клеток и приближается к скорости звука. Это означает, что при благоприятных условиях данный вид может заселить Землю практически мгновенно. Вернадский вычислил время, необходимое различным организмам для «захвата» поверхности планеты. Для бактерий — это 1,25 суток, для инфузории туфельки — 67,3 суток, для крысы и домашней свиньи — по 8 лет, для цветковых растений — 11 лет, для водорослей — 379 лет, для слона — 1000 лет.

Биогеохимическая энергия используется для осуществления геохимических функций живого вещества. Это энергетическая, концентрационная, деструктивная, транспортная и средообразующая функции, основанные на том, что живые организмы своими дыханием, питанием, метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают грандиознейшее планетное явление — миграцию химических элементов в биосфере. Биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:

1) стремится к максимальному проявлению, что приводит к возникновению «всюдности» жизни;

2) способствует выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов, что в ходе эволюции жизни приводило к появлению все более сложных и развитых организмов.

Это предопределило решающую роль живого вещества и биосферы в становлении современного облика Земли — ее атмосферы, гидросферы и литосферы.[1]

2.2. Биосфера, ее структура и функции

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

♦ живое вещество, образованное совокупностью организмов;

♦ биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

♦ косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

♦ биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.[2]