Биосфера и ее устойчивость

 

Министерство  образования и науки РК

Карагандинский Государственный  технический университет

 

 

 

 

 

Реферат

на тему:

«Биосфера и ее устойчивость»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Малюченко В.А.

                                                                                  Проверил:

 Суимбаева А.М.

 

 

 

 

г. Караганда, 2012

О Г Л А В Л Е  Н И Е

1.   Введение

2.   Аналитическая часть

2.1. Структура биосферы............................................................................. 4

2.2. Эволюция биосферы.............................................................................. 6

2.3. Природные ресурсы  и их использование............................................. 7

2.4. Устойчивость биосферы.......................................................................  8

2.5. Биопродуктивность экосистем............................................................. 10

2.6. Биосфера и человек.  Ноосфера............................................................ 12

2.7. Роль человеческого  фактора в развитии биосферы........................... 13

2.8. Экологические проблемы  биосферы................................................... 14

2.9. Охрана природы и  перспективы рационального природопользования.       14

3. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В В Е Д Е  Н И Е.

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.

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.

Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды  и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых  организмов обуславливает возможность  существования всевозможных форм организмов и самого различного образования  их жизни.

Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную  систему. Выделяют несколько уровней  организации живой материи.

1.Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.

2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.

3.Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.

4.Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.

Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию  как систему надорганизменного  порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

5.Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.

6.Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва).

 

АНАЛИТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ.

1. Структура биосферы.

Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).

Косное вещество биосферы.

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые  делают невозможным существование  живых организмов. Верхняя граница  проходит примерно на высоте 20 км от поверхности  планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные  для жизни коротковолновую часть  ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы  могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В  гидросфере земной коры организмы проникают  на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается  на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено  температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера.

Преобладающие элементы химического  состава атмосферы: N₂ (78%), O₂ (21%), CO₂ (0,03%). Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера.

Преобладающие элементы химического  состава гидросферы: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^-, S, С. Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км³. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км³, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км³. Значительные запасы воды (24 млн. км³) содержат ледники. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера.

Преобладающие элементы химического  состава гидросферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Основная масса организмов, обитающих  в пределах литосферы, находится  в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва  включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности  организмов.

Живые организмы (живое вещество).

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в  их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы  встречаются относительно редко. Жизнь  сосредоточена главным образом  на поверхности Земли, в почве  и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х10¹²т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х10 ¹² т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

В распределении живых  организмов по видовому составу наблюдается  важная закономерность. Из общего числа  видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых  десятая часть - млекопитающие. Масса  живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических  процессах. Вещества и энергию, необходимую  для обмена веществ, организмы черпают  из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются  и разлагаются. Ежегодно, благодаря  жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

 

 

2. Эволюция биосферы.

Все компоненты биосферы тесно  взаимодействуют между собой, составляя  целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних  сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных  полей Солнца, Луны и др. небесных тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е. оболочки, образованной веществом Земли, происходило  на ранних стадиях существования  нашей планеты, миллиарды лет  назад. Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности  и в глубинных слоях планеты  и находили проявление в извержениях  вулканов, землетрясениях, подвижках  земной коры, горообразовании. Такие  процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и  их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся  устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем все быстрее  и значительнее стало проявляться  влияние живой материи на геологические  процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела  к возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной  единой системы геологических и  биологических тел и процессов  преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных  масштабов, существенно видоизменив  облик и эволюцию Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых  растений, образовался современный  газовый состав атмосферы, в ней  появился кислород. В свою очередь  на активность фотосинтеза существенно  влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и  тепла.

Почва является целиком результатом  деятельности живого вещества в косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, топографии, деятельности микроорганизмов и  растений и материнским породам. Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени  относятся первые обнаруженные остатки  живых организмов), находится в  постоянном динамическом равновесии и  развитии.

В биосфере, как в любой  экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные перемещения воздушных  масс, а также биологический круговорот, характеризующийся емкостью - количеством  химических элементов, находящихся  одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью - количеством живого вещества, образующегося  и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость миграции в  больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов  в биосфере теснейшим образом  сопряжены между собой.

Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии  и вещества в биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные (местные) изменения структуры и  особенностей отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.

Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные  для жизни места, изменяя их и  превращая в места обитания. И  уже в древние времена различные  жизненные формы и виды растений, животных, микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество, можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких  гор, и в вечных снегах приполярья, и в горячих водах источников вулканических районов.