Состав биосферы таблица


Биосфера и ее границы

Биосфера — это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются прошлой и современной деятельностью живых организмов.

■ Термин «биосфера» ввел Э. Зюсс (Австрия, 1875 г.), учение о биосфере было создано В.И. Вернадским (Россия, 1926 г.).

■ Биосфера — наиболее крупная экосистема, объединяющая все биогеоценозы планеты и осуществляющая глобальный круговорот веществ.

Компоненты биосферы: живое вещество (см. ниже), биогенное вещество, биокосное вещество, косное вещество, радиоактивное вещество, космогенное вещество.

Биогенное вещество — соединения и полезные ископаемые, создаваемые и перерабатываемые живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (нефть, газ, уголь, известняк и др.).


Биокосное вещество — вещество, образующееся в результате совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, грунт водоемов).

Косное вещество — соединения, образующиеся без участия живых организмов (горные породы, минералы и др.).

Радиоактивное вещество — радиоактивные руды и конечные продукты их распада.

Космогенное вещество — метеориты, космическая пыль.

Область жизни определяется наличием условий, необходимых для существования тех или иных живых организмов.

Жизнь на Земле распространена в трех геологических оболочках — атмосфере, гидросфере и литосфере. Эти оболочки объединены в единую целостную систему посредством непрерывного обмена друг с другом веществом и энергией, обусловленного не только абиогенными процессами, но и деятельностью живых организмов.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли. Плотность воздуха быстро уменьшается с высотой: 75% массы атмосферы сосредоточено в слое ниже 10 км, 90% — ниже 15 км, 99% — ниже 30 км. Сухой воздух состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%) и примесей других газов.


Тропосфера — нижний слой атмосферы высотой от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в экваториальной зоне. Выше тропосферы расположена стратосфера.

Озоновый слой — область с повышенным содержанием озона О3 — находится в стратосфере на высотах 15-25 км. Он поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца.

Водяной пар, присутствующий в атмосфере, участвует в природном круговороте воды;

■ конденсируясь, он выпадает в виде дождей, обеспечивая влажностный режим земных территорий;

■ вместе с СО2 он вносит главный вклад в парниковый эффект: удерживает отраженные от поверхности планеты длинноволновые тепловые лучи, благодаря чему нижние слои атмосферы оказываются теплыми.

Гидросфера — это водная оболочка Земли, образованная водами ее океанов, морей, озер, рек, подземных и ледяных покровов.

■ Средняя глубина Мирового океана — 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) — 11,034 км. 97% массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2% — воды ледников, 0,8% — подземные, озерные и речные пресные воды.


Литосфера — внешняя твердая оболочка (кора) планеты. Состоит из трех слоев: верхнего — слоя осадочных пород, среднего -гранитного и нижнего, наиболее плотного — базальтового.

Границы биосферы проходят там, где начинают преобладать природные факторы, делающие существование живых организмов невозможным.

Верхняя граница биосферы определяется высокой интенсивностью ультрафиолетового солнечного излучения, низкой температурой среды, дефицитом кислорода и воды и проходит в атмосфере на высоте 25-27 км (у нижней границы озонового слоя).

■ Отдельные споры бактерий и грибов найдены в тропосфере на высоте до 40 км.

Нижняя граница биосферы в литосфере для большинства форм жизни определяется высокой плотностью, прочностью и высокой сопротивляемостью среды, отсутствием света, недостатком кислорода и проходит на глубине нескольких десятков метров.

■ Неактивные формы жизни (споры, цисты) и нефтебактерии зарегистрированы на глубинах до 4 км. Эта граница, помимо перечисленных выше факторов, определяется также высокими давлением и температурой горных пород и подземных вод (на глубине 3 км температура около +100 °С).

В гидросфере жизнь простирается на всю глубину Мирового океана. Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды и отсутствие света (температура воды на дне океанических впадин — около 0 °С).

■ По В.И. Вернадскому, нижняя граница биосферы проходит на 1-2 км глубже дна Мирового океана, в постепенно накапливающейся в океане толще осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых организмов.


Живое вещество

Живое вещество — совокупность всех существующих в данный момент живых организмов планеты, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе или энергии.

Количественные меры живого вещества — биомасса и продукция.

Особенности живого вещества. Живое вещество:

■ является главным компонентом биосферы;

■ распределено по Земле неравномерно; его концентрация максимальна на границах раздела основных сред — в почве, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов, в так называемых «пленках жизни»;

■ по своему элементарному химическому составу близко к составу земной коры;

■ является наиболее активным компонентом биосферы, обеспечивающим глобальный круговорот химических элементов;


■ является гигантским аккумулятором и уникальным преобразователем энергии Солнца, связывая ее в химических связях сложных органических молекул в процессе фотосинтеза.

Общее количество биомассы на Земле — 2423,2 млрд. т. Основная ее часть сосредоточена на континентах (свыше 99,8%) в зеленых растениях суши (более 99,2%). Организмы, не способные к фотосинтезу, составляют 1%.

Распределение биомассы по континентальной и океанической частям биосферы (приведенное к сухому органическому веществу) представлено в таблице.

biomassa-organizmov-zemli

Распределение по продукции и количеству образуемого кислорода: около половины продукции и объема кислорода создают растения суши (главным образом влажные тропические леса), другую половину — микроскопические водоросли гидросферы — фитопланктон (при этом биомасса фитопланктона примерно в 10 000 раз меньше биомассы растений суши). Причина — в значительно большей скорости образования продукции фитопланктоном по сравнению с растениями суши.

Биогеохимический цикл — более или менее замкнутый путь, по которому осуществляется непрерывная циркуляция химических элементов в биосфере.

Основные процессы круговорота воды, углерода и азота приведены в таблице; подробнее они рассмотрены ниже.


krugovorot-vodyi-ugleroda-i-azota-v-biosfere

Целостность биосферы: каждый ее компонент, развиваясь по своим законам, существует не изолированно, а постоянно испытывает влияние других и сам оказывает влияние на другие компоненты. Поэтому изменение любого компонента биосЛеры вызывает изменение других.

Ряд компонентов биосферы, расположенных в порядке убывания скорости изменения: животный мир → растительность → почва → вода → климат → рельеф → литосфера.

Круговорот воды и кислорода

Круговорот воды

Вода испаряется с поверхности водоемов (океанов, морей и т.д.) и суши и воздушными течениями переносится на различные расстояния. Большая часть испарившейся воды выпадает в виде осадков в океан, меньшая — на сушу. Выпавшая на поверхность суши вода способствует разрушению горных пород, размывает верхний слой почвы и возвращается вместе с растворенными и взвешенными в ней веществами в реки, моря и океаны.


Растения извлекают воду из почвы и испаряют ее в атмосферу. Масса испаряемой при этом воды может быть весьма значительна (гектар леса испаряет 20-50 т воды в сутки), и в крупных лесных зонах основное количество осадков образуется из водяного пара, поступающего в атмосферу благодаря суммарному испарению с этих же зон.

Растительный покров также удерживает воду путем замедления ее стока, поддерживает постоянным уровень грунтовых вод и др.

Часть воды в процессе фотосинтеза расщепляется на водород и кислород. Водород используется для синтеза органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу.

Животные потребляют воду для поддержания осмотического давления и выделяют ее с продуктами диссимиляции.

Вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте примерно за 2 млн. лет.

Круговорот кислорода

Практически весь атмосферный кислород имеет биогенное происхождение. Свободный кислород используется аэробными организмами при дыхании для окисления органических соединений. Один из конечных продуктов окисления — диоксид углерода, поступающий в атмосферу. Пополнение содержания кислорода в атмосфере происходит при разложении воды в процессе фотосинтеза. Весь кислород атмосферы проходит через организмы примерно за 2000 лет.

Круговорот углерода и азота


Круговорот углерода в биосфере (см. рис. 5.3) обусловливают в основном процессы фотосинтеза и дыхания. Углерод в атмосфере содержится в основном в составе диоксида углерода СО2. Первичный источник СО2 — вулканическая деятельность.

Биосферный цикл углерода начинается с ассимиляции атмосферного диоксида углерода наземными и водными растениями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. При этом образуются углеводы, часть которых используется самими растениями для получения энергии, а часть потребляется животными. Кроме того, соединения углерода используются морскими организмами для построения раковин и скелетных образований.

Углерод возвращается в среду в виде диоксида, выделяемого в процессе дыхания животных и растений. Второй путь возврата -разложение мертвых растений и животных, при котором углерод их тканей окисляется и в виде СО2 поступает в атмосферу.

Цикл круговорота углерода замкнут не полностью. Часть углерода на продолжительное время выводится из круговорота, концентрируясь в залежах торфа, каменного угля, нефти и горючих сланцев, образующихся при разложении мертвых организмов без доступа кислорода, а также в мощных отложениях известняков на дне морей и океанов, образованных из остатков раковин и скелетов отмерших морских организмов.


Однако при сжигании ископаемого топлива, используемого человеком для получения энергии, образуется диоксид углерода, который возвращается в атмосферу. За счет этого за последние сто лет содержание СО2 в атмосфере возросло на 25%, что нарушает отрегулированный круговорот углерода и может привести к усилению парникового эффекта. Один цикл круговорота диоксид углерода проходит за 300 лет.krugovorot-ugleroda-v-biosfere

Круговорот азота

Азот — один из важнейших компонентов белков, нуклеиновых кислот, АТФ и других органических веществ. Его основные запасы содержатся в атмосфере в форме недоступного для растений молекулярного азота N2. В небольших количествах атмосферный азот связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов в атмосфере, а затем с дождями поступает на поверхность Земли.

Связывание атмосферного азота осуществляется цианобактериями, а также клубеньковыми азотфиксирующими бактериями, поселяющимися в клетках корней бобовых растений. Они синтезируют нитриты и нитраты, усваиваемые растениями. В растениях азот используется для построения нуклеиновых кислот и белков, которые затем употребляются в пищу животными и человеком.


В процессе жизнедеятельности белковые молекулы расщепляются до конечных продуктов — воды, диоксида углерода, аммиака, мочевины и мочевой кислоты, выделяющихся во внешнюю среду. При гниении погибших животных и растений также образуется аммиак.

Большая часть образующегося аммиака преобразуется нитрифицирующими бактериями в нитриты и нитраты, усваиваемые растениями. Небольшая часть аммиака уходит в атмосферу и вместе с СО2, водяным паром и другими газообразными веществами выполняет функцию удержания тепла планеты.

Некоторые виды бактерий путем денитрификации могут восстанавливать нитриты и нитраты до газообразного азота, который поступает в атмосферу. В результате происходит обеднение почвы и воды соединениями азота и насыщение атмосферы молекулярным азотом.

Интенсивное использование человеком азотных минеральных удобрений в целях получения больших урожаев сельскохозяйственных растений приводит к разбалансировке процессов нитрификации и денитрификации.krugovorot-azota-v-biosfere

Превращение энергии

Биологический круговорот веществ возможен только при постоянном притоке и преобразовании солнечной энергии, поскольку полученная от Солнца энергия связывается в органических веществах и при движении по ступеням пищевой цепи уменьшается (большая ее часть тратится на осуществление процессов жизнедеятельности организмов и рассеивается в виде тепла).

Биосфера — открытая система, постоянно получающая солнечную энергию. В процессе фотосинтеза эта энергия превращается в энергию химических связей органических веществ. Живым веществом Земли ежегодно создается 4,2 * 1017 Дж энергии.

Накопленная энергия частично расходуется растениями в процессах жизнедеятельности, а частично переходит к растительноядным организмам. Эти организмы также используют часть энергии в процессах жизнедеятельности, а оставшаяся ее часть поступает к плотоядным животным и т.д. Таким образом, энергия запасается в тканях растений и животных в виде органических соединений. Запас энергии в биосфере Земли оценивается в 4,2 * 1018 Дж. Часть энергии законсервирована в нефти, угле, сланцах, торфе.

Выделение энергии происходит при разрушении органических веществ в процессах дыхания, брожения и гниения. В настоящее время живым веществом Земли ежегодно выделяется 4,2 • 1017 Дж энергии — столько же, сколько и создается, т.е. в биосфере поддерживается баланс энергии.

Эволюция биосферы

Биосфера — сложная, относительно стабильная, но не застывшая, а развивающаяся, эволюционирующая экологическая система.

Доказательством и источником знаний о развитии биосферы служат ископаемые остатки древних организмов.

■ Считают, что за время существования биосферы ее населяли около 500 млн. видов организмов.

♦ Причины относительной стабильности биосферы:
■ непрерывное поступление солнечной энергии, используемой фототрофными организмами;
■ многообразие живых организмов;
■ адаптация организмов к жизни в разнообразных условиях четырех сред;
■ поддержание непрерывного биогенного круговорота веществ;
■ постепенно сложившийся в течение сотен миллионов лег баланс жизнедеятельности всего многообразия организмов -продуцентов, консументов и редуцентов.

Основная причина эволюции биосферы — первичная химическая эволюция (приведшая к появлению органических макромолекул и первых живых организмов — прокариот) и геологические и климатические процессы, изменявшие условия жизни на Земле (приведшие к изменению содержания кислорода в атмосфере, формированию озонового слоя, изменению содержания воды на планете и влажности атмосферы и г.д.).

Два основных исторических этапа эволюции биосферы:
■ биогенез;
■ ноогенез.

Биогенез — первый и самый длительный этап эволюции биосферы от появления прокариот до формирования человеческого общества.

Основные факторы и периоды биогенеза

Ноогенез — второй этап развития биосферы, начавшийся с момента становления человеческого общества и продолжающийся в настоящее время; характеризуется значительным и все возрастающим влиянием деятельности человечества на биосферу.

Ноосфера — «оболочка разума, сфера разумной жизни» (В.И. Вернадский), сфера, охваченная взаимодействием человеческого общества и природы.

Ноосфера — это новое состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором ее развития

Метки: биосфера, Экология

Источник: esculappro.ru

Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.[ …]

Биосфера глобальная экосистема, особая активная «оболочка» Земли, состав, строение и энергетика которой определяются существованием и деятельностью живых организмов.[ …]

Биосфера — область активной жизни, оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в настоящем и прошлом обусловлены жизнедеятельностью организмов.[ …]

Биосфера, таким образом, включает в свой состав живое вещество, все живые организмы, которые обитают в пределах атмосферы, гидросферы и литосферы.[ …]

Биосфера органически входит в состав первых трех оболочек. В узком значении термин «природа» используется как своеобразный эквивалент понятия «биосфера» (последняя, как отмечалось ранее, представляет собой совокупность микроорганизмов, растений, животных и человека, населяющих Землю).[ …]

В биосфере азот присутствует в газообразной форме (N2, №Т3, N0, N02), в виде соединений азотной и азотистой кислот (нитраты и нитриты), солей аммония, а также входит в состав разнообразных органических соединений. Круговорот азота приведен на рис. 2.[ …]

ВОДА В БИОСФЕРЕ — важнейшее составляющее живого вещества, без которого жизнь невозможна. Живые организмы в среднем состоят из воды на 2/3 (табл. Общая масса воды, содержащейся в живых организмах, около 2,5 х 1018 г (2,5 тыс. км3), а всей воды на планете, по разным данным, (1,5— 2,5) х 1024 г (1,5—2,5 млрд. км3), т. е. от 30 до 50 млн. т на 1 га поверхности Земли. Количество поверхностных вод Земли (табл.[ …]

Состояние биосферы характеризуется величиной биомассы, количеством углерода и связанной в биомассе (на поверхности и в почве) энергии, годичным приростом и количеством минеральных веществ, вовлеченных в состав биомассы.[ …]

Химический состав гомосферы определяется присутствием четырех главных компонентов, составляющих более 99 % от общей ее массы, — азота, кислорода, аргона и углекислого газа.Кроме них постоянными газовыми составляющими атмосферы являются микрокомпоненты , представленные главным образом редкими инертными газами и водородом. В атмосфере присутствуют также в переменных количествах ксенокомпоненты, являющиеся временными примесями, поступление которых обусловлено вулканической деятельностью, жизнедеятельностью биосферы, а также производственной и бытовой деятельностью человека. К числу ксенокомпонентов атмосферы относят также поступающие в нее в результате различных планетарных процессов пылевые частицы.[ …]

Живое вещество биосферы более чем на 99% представлено биомассой наземных растений, грибов и микроорганизмов (табл. 3.3). Поэтому они в основном и определяют средний химический состав суммарной биомассы (табл. 3.4).[ …]

Воздушные массы биосферы вследствие их неравномерного нагревания совершают планетарные циркуляции, определяя климат, вызывая процессы выветривания и т.д. Но решающее значение имеет газовый состав атмосферы, созданный живым веществом. Именно он определяет жизнь на Земле.[ …]

В характерных для биосферы условиях свинец представлен соединениями со степенями окисления свинца + 2 и + 4 (оксид РЬО и диоксид свинца РЬ02). Более устойчивы и распространены в природе соединения РЬ (И). Наибольшее влияние на состав соединений свинца в почвах могут оказать анионы: СО ОН , Б2 , РО и 80 Попадающий при химическом загрязнении в почву свинец сравнительно легко образует гидроксид при нейтральной или щелочной реакции.[ …]

Если сравнить химический состав живого и косного веществ Земли, то нетрудно увидеть их значительное несоответствие. Так, содержание углерода в живом веществе в 70 раз выше, чем в косном. Для живых существ характерна избирательность в поглощении элементов, необходимых для жизнедеятельности, что породило в биосфере проблему дефицита и ограничение количества живого вещества на Земле. Выходом из этого положения является круговорот, когда элемент, пройдя ряд биологических и химических превращений, возвращается в состав первоначального химического соединения.[ …]

Главными источниками хрома в биосфере являются промышленные отходы (гальванические осадки, отходы кожевенных заводов и производств, где хром входит в состав пигментов и красителей), осадки сточных вод. Другими, менее важными, источниками загрязнения хромом являются воды из циркуляционных систем охлаждения, производства клея, средств для стирки белья. Источниками загрязнения являются также жидкие стоки кожевенных производств, красилен, отвалы шлаков при производстве феррохрома, хромовых сталей; некоторые фосфорные удобрения содержат хрома до 102—104 мг/кг.[ …]

Одним из важнейших элементов биосферы является фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, костной ткани. Фосфор также участвует в малом и большом круговоротах (рис. 4), усваивается растениями. В воде фосфаты натрия и кальция растворяются плохо, а в щелочной среде они практически не растворимы.[ …]

Основным источником энергии в биосфере является Солнце. Биогенный круговорот веществ не дает прерваться жизни на планете Земля. Живые существа биосферы преобразовали химический состав воздуха, воды, почвы, определили и их современный состав, повлияли на формирование минералов и горных пород, на рельеф Земли. Биосфера — среда жизни и результат жизнедеятельности.[ …]

Методы, применяемые для защиты биосферы от загрязнений, несмотря на многообразие обезвреживаемых и перерабатываемых химических продуктов, ограниченны. В зависимости от вида соединения все методы могут быть разделены на две основные группы. В первую группу входят методы, предназначенные для переработки или обезвреживания неорганических соединений, во вторую — органических. Классификация основных методов обеих групп представлена на рис. 5.1. Так как в промышленной практике в состав отходов чаще всего входят и органические и неорганические соединения, то, очевидно, для их переработки и обезвреживания следует использовать методы из обеих групп. При переработке или обезвреживании отходов стремятся к получению вторичных продуктов, которые могут быть использованы в народном хозяйстве. Для этого применяется, как правило, не один, а несколько методов в последовательности, определяющей технологию обезвреживания или переработки. Число технологических решений процесса обезвреживания очень велико. Для того, чтобы выбрать метод и технологию, необходимо: 1) дать оценку их эффективности с учетом опасности выбрасываемых химических соединений; 2) определить области рационального применения каждого метода или группы методов; 3) дать экономическую оценку их эффективности.[ …]

Вода — самое распространенное в биосфере вещество. Вода входит в состав клеток и гканей любого организма. Для человека суточная физиологическая потребность в воде составляет 34-45 г на 1 кг веса тела, т.е. 2,5-3 л в сутки. При нарушении водного баланса на 6-8 % человек впадает в обморочное состояние , при дефиците 10—12% гибнет из-за сгущения крови. Вода для питья должна содержать соли не более 0,5 г/л; растения погибают от воды с содержанием 2,5 г/л соли.[ …]

Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В.И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов. При этом использование природных ресурсов происходит без учета закономерностей развития и механизмов функционирования биосферы. В результате хозяйственной деятельности из биотического круговорота изымаются или существенно преобразуются большие территории (сведение и насаждение лесов, осушение болот, строительство городов, дорог, плотин, распашка целинных земель, создание водохранилищ и т. д.). Добыча полезных ископаемых, сжигание огромных количеств топлива, создание новых, не существовавших ранее в биосфере веществ, интенсифицируют круговорот веществ, изменяют состав и структуру слагающих его компонентов. Антропогенные воздействия на биосферу, принявшие глобальный характер (на Земле не осталось ни одного участка суши или моря, где нельзя было бы обнаружить следов деятельности человека), ставят под угрозу возможность поддержания гомеостаза в биосфере.[ …]

Бактерии и синезеленые включают в состав органического вещества до 90 % всего входящего в биогенный цикл азота; оставшиеся же 10 % азота связываются грозовыми электрическими разрядами. Из сказанного следует, что важнейшей функцией прокариот в биосфере является вовлечение в круговорот элементов из косной (неживой) природы.[ …]

Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой пол-лютантов, получивших общее название «тяжелые металлы» (ТМ). К ним относят более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомными массами свыше 50 а. е. м. Иногда тяжелыми металлами называют элементы, которые имеют плотность более 7—8 тыс. кг/м3 (кроме благородных и редких). Оба определения условны и перечни тяжелых металлов по этим формальным признакам не совпадают. И хотя термин «тяжелые металлы» неудачен, им приходится пользоваться, так как он прочно вошел в экологическую литературу. Группа элементов, обозначаемых ТМ, активно участвует в биологических процессах, многие из них входят в состав ферментов. Набор тяжелых металлов во многом совпадает с перечнем «микроэлементов». К микроэлементам относят химические элементы, облигатные (обязательные) для растительных и живых организмов (по А.П. Виноградову), содержание которых измеряется величинами порядка я • 10 2 — и ■ 10 5 %. Также их называют «следовые», «малые», «редкие», «рассеянные» (В.И. Вернадский, Ф. Кларк, В. Гольдшмидт, А.Е. Ферсман). Большинство микроэлементов выполняет в живых организмах функции инициаторов и активаторов биохимических процессов. В число микроэлементов входят и многие неметаллы.[ …]

За время эволюции с момента образования биосферы состав атмосферы изменился принципиально — появился и стал одним из основных компонентов кислород, образовался защитный озоновый слой, значительно колебалась концентрация диоксида углерода и т. д. На протяжении суток, а также в различные периоды года состав воздуха достаточно постоянен, что объясняется огромной массой земной атмосферы, интенсивным перемешиванием ее нижних слоев (в пределах тропосферы), большой скоростью диффузии газов. Исследования состава атмосферы за последние столетия показали хотя и медленное, но постоянное увеличение концентрации диоксида углерода и метана, относящихся к группе «парниковых газов ».[ …]

Из биологически активных веществ, входящих в состав живых организмов и участвующих в метаболических процессах, только концентрации углерода и кислорода регулируются в масштабе всей биосферы в целом. Эти биогены, называемые биологически глобально накапливаемыми, усваиваются живыми организмами из газовой части окружающей среды биосферы — атмосферы. Все остальные биогенные вещества усваиваются организмами из почвы (в континентальных экосистемах) или из водных растворов ( в океанических экосистемах). Ввиду ограниченности возможностей горизонтального перемещения концентрации этих биогенов стабилизируются лишь в пределах отдельных локальных экосистем. Поэтому их называют биологически локально накапливаемыми.[ …]

Природные воды — один из важнейших компонентов биосферы — являются средой обитания водных растений и во многом определяют состав атмосферы. Неоценимо значение природных вод в возникновении и развитии животных организмов, немыслимо существование людей без пресной воды. Исторически обусловлено размещение подавляющего большинства населенных пунктов по берегам рек и водоемов, являющихся источниками водоснабжения, приемниками коммунальных отходов, средством транспорта. Закономерно возрастает роль воды в интенсифицируемом сельском хозяйстве и большом числе отраслей промышленности, где она используется как теплоноситель, средство очистки и среда для проведения технологических процессов.[ …]

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО — совокупность живых организмов, их биомассы в биосфере (В.И. Вернадский). Имеет специфический химический состав (преобладают водород, углерод, азот, кальций, кислород, натрий, магний, алюминий, кремний, сера, хлор, фосфор) и огромную массу (18,4 ■ 10й т).[ …]

На основе того, что биота поддерживает определенный химический состав окружающей среды следует, что биота подчиняется принципу Ле Шателье-Брауна. При возникновении внешних возмущений, нарушающих равновесное состояние биосферы, в ней возникают внутренние процессы, компенсирующие это внешнее воздействие. Сейчас много говорится об избыточной величине СО2 в атмосфере. Для биосферы принцип Ле Шателье-Брауна выражается в том, что скорость поглощения углерода биотой пропорциональна приросту концентрации углерода по отношению к невозмущенному состоянию. На основе анализа выбросов ископаемого углерода и накопления его в атмосфере показано, что в биосфере принцип Ле Шателье-Брауна выполнялся до начала XX века. С начала XX века биота суши перестала поглощать избыток углерода в атмосфере. Однако большинство ученых считает, что современное состояние биосферы обратимо, при уменьшении антропогенного воздействия биосфера может еще вернуться в устойчивое состояние.[ …]

С появлением жизни на Земле она стала ведущей силой, направляющей развитие поверхности планеты, определяющей состав атмосферы, водный режим, распределение тепла и влаги. Жизнь обеспечила образование почвы (педосферы) Земли — основы человеческого благосостояния. Биосфера эволюционирует как целое. Она обладает значительной пластичностью (гибкостью), позволяющей ей приспосабливаться к появлению изменений как естественных, так и происшедших в результате действий человека.[ …]

Для совокупности всех организмов (включая микроскопические), обитающих на Земле, В. И. Вернадский ввел термин «живое вещество», состав которого обусловлен всеми химическими, физическими и энергетическими процессами, которые происходят в той оболочке земного шара, в которой существует «живое вещество», т. е. в биосфере. Термин «биосфера» для этой оболочки Земли предложил в 1873 г. австрийский геолог Эдуард Зюсс. Он же ввел такие ныне широко используемые термины, как «гидросфера», «литосфера».[ …]

Овладение человеческим разумом различными формами энергии (механической, тепловой, электрической, атомной) способствует значительному изменению как облика Земли, так и состояния биосферы вследствие введения все большего количества элементов в миграции атомов и веществ в природной среде. Человечество овладело громадной энергией и техникой, Оно, несмотря на то, что представляет собой сравнительно небольшую массу в биосфере, стало главнейшей силой, изменяющей процессы в биосфере, состав атмосферы, рек, морей и океанов. Человек прорывается и за пределы биосферы, его космические корабли достигли Луны, Венеры и других планет. Но разумное природопользование немыслимо без экологических знаний. В настоящее время во всем мире возникла насущная необходимость наладить разумное развитие производства, потребление энергии и использование природных богатств без нарушения закономерностей, сложившихся в биосфере. Необходимы природоохранные мероприятия для охраны атмосферного воздуха, воды, почвы, живой природы, природной и окружающей человека среды при функционировании всех производств в хозяйственной деятельности человека.[ …]

Таким образом, внешние геосферы и биота прошли длительный путь совместной эволюции, в результате которой сложился своеобразный природный «биосферный метаболизм», определяющий химический состав атмосферы, океанов и твердой поверхности нашей планеты. Этот «метаболизм» выступает в виде совокупности взаимосвязанных физических, химических и биологических процессов. Как и любому организму со сложным метаболизмом, биосфере Земли присущ внутренний гомеостазис: в отсутствие значительных нарушений (вследствие действия космических, внутрипланетарных или антропогенных факторов) эти процессы определяют природные циклы элементов, сбалансированные во временном интервале менее 1000 лет по всем источникам и стокам. Ключевым звеном поддержания такого квазистационарного состояния является деятельность биоты.[ …]

Средняя мощность геосферы — 55 км. За ее верхнюю границу принимают тропопаузу — переходный слой от тропосферы к стратосфере (12—18 км), за нижнюю — границу земной коры с мантией (до глубины 4—5 км). Гидросфера и биосфера полностью включены в состав геосферы (рис. 1.29).[ …]

Наверное, много миллионов лет понадобилось для того, чтобы сложился и был отобран из множества случайно возникавших вариантов тот принцип генетического кода и синтеза белка, который стал единым для всего живого на Земле. Эта первичная биосфера развивалась в условиях восстановительных свойств среды и еще очень мало на нее влияла. Огромные запасы углекислого газа атмосферы не были еще вовлечены в биогенный круговорот, однако растворенные в водах океана органические вещества постепенно концентрировались, входя в состав живого вещества первичных организмов.[ …]

В металлическом ядре Земли (оно состоит из железа и никеля) идут реакции термоядерного синтеза, продукты этой реакции формируют твердую, жидкую и газообразную оболочки планеты. В процессах образования оболочек активно участвуют живые существа, которые создают биосферу Земли, а также влияют на процессы неживой природы. Неживая природа влияет на живую и наоборот. Так, полный состав жидкой части крови, плазмы, близок к полному составу морской воды. Современная оболочка Земли сформировалась с участием живых существ (отложения известняка, месторождения угля, нефти и пр.). Свободный кислород появился в воздухе в результате деятельности растений.[ …]

На развитие растительности того или иного типа оказывают совместное воздействие многие факторы, формирующие условия обитания растений. На каждом конкретном участке географической оболочки создаются различные количественные комбинации этих факторов. В пределах биосферы происходит беспрерывное развитие растительных ассоциаций, состав которых определяется особенностями взаимодействия всех компонентов географической оболочки.[ …]

Постоянство основного состава атмосферы и гидросферы в условиях продолжающейся однонаправленной дегазации земных недр на первый взгляд кажется удивительным. В принципе, такая дегазация (даже на современном ее уровне) способна относительно быстро изменить химический состав окружающей среды, сделав ее совершенно непригодной для подавляющего большинства живых организмов. И если этого не происходит, то исключительно благодаря регулирующей деятельности биоты, образовавшей вместе с прилегающими к поверхности планеты оболочками (нижней атмосферой, гидросферой и самой верхней частью литосферы) крупнейшую из всех известных нам экологических систем — биосферу Земли.[ …]

Озон Оз является компонентом атмосферы, присутствие которого в. небольших количествах исключительно важно для жизни. Благодаря поглощению солнечного ультрафиолетового излучения стратосферным озоном (нижняя граница стратосферы— от 8 им над полюсами до 17 км над экватором, верхняя — на высоте около 50 км) биосфера защищена от вредного излучения, а поглощение инфракрасного излучения тропосферным озоном (тропосфера — нижний слой атмосферы, 8… 17 км от поверхности Земли) поддерживает глобальный температурный баланс. При этом фотохимическая активность озона влияет на химический состав как стратосферы, так и тропосферы.[ …]

Выше указывалось, что в основе жизни находится обмен веществом, между организмом и окружающей его средой, представляющий собой совокупность химических (биохимических) процессов. В конечном счете живой организм — это сложная химическая «машина», осуществляющая ассимиляцию, трансформацию и диссимиляцию химических элементов, входящих в состав сложных органических и неорганических соединений. В то же время экологическая система как структурная часть биосферы, являющаяся источником требуемых организму материальных ресурсов, представляет собой химическую среду обитания. От соответствия химического состава биосферы требованиям живых организмов зависит жизнедеятельность последних. На уровне экосистемы и биосферы в целом также происходят непрерывные физикохимические процессы, в общем случае представляющие собой биогеохимические циклы. Составным элементом последних является биотический круговорот, т. е. та часть биогеохимиче-ских циклов, в которой непосредственно участвуют живые организмы. Взаимодействие живого и неживого на глобальном уровне лежит в основе учения В. И. Вернадского о биосфере.[ …]

Таким образом, моря и океаны содержат более миллиарда кубических километров воды, что составляет 1/4й00 часть массы Земли. Их средняя глубина 3800 м, т. е. равна 1/1в00 части радиуса земного шара. Эти данные П. Черниа (1959) свидетельствуют о том, что мировой океан, хотя и представляется огромным, но по сравнению с массой всей планеты запасы воды незначительны, а по качеству в основном непригодны для питья. Вода в небольшом количестве входит в состав кристаллических пород земли, в виде росы и тумана собирается на поверхности суши, в виде паров, туч и облаков концентрируется в нижних слоях атмосферы. Она является основой биосферы и необходимым строительным материалом клеток растений и живых организмов.[ …]

Синэкология — часть экологии, изучающая экологические системы. Общепринятого понятия системы до сих пор не существует. Под системой обычно понимают целостное образование, состоящее из взаимосвязанных компонентов (элементов). Любая система состоит из частей (подсистем) и является составным компонентом системного образования более высокого иерархического уровня (надсистемы). Например, биогеоценоз как система состоит из подсистем — биоценоза, популяций растений и животных — и входит в состав биосферы — глобальной системы высокого иерархического уровня. Системы обладают эмерджентными (новыми) свойствами. Каждая система качественно отличается от слагающих ее подсистем и от надсистемы, в которую она входит. Молекула воды как система состоит из непохожих на нее подсистем — атомов водорода и кислорода. Коралловый риф как система резко отличается от составляющих его подсистем: водорослей и кишечнополостных животных.[ …]

С промышленными источниками выбросов относительно легче бороться, так как они являются стационарными, характеризуются высокой концентрацией вредных веществ и малым количеством устройств, посредством которых осуществляется вывод вредных веществ в окружающую среду. Это позволяет провести более эффективные мероприятия по уменьшению и нейтрализации выбросов, чем от многочисленных мобильных источников. В результате этого доля автотранспорта в загрязнении приземного слоя атмосферного воздуха — наиболее важного компонента биосферы — существенно выше, чем от других источников. Источниками токсичных веществ, поступающих в атмосферный воздух из агрегатов и систем автомобиля, являются отработанные картерные газы и топливные испарения. Состав токсичных выбросов от различных источников, использующих нефтяные топлива, представлен в табл. 4.3.[ …]

Источник: ru-ecology.info

Значение биосферы для нашей планеты

Жизнь на нашей планете многочисленна и разнообразна. Своим существованием она обязана биооболочке, в пределах которой сложились уникальные условия для углеродных форм органики. В рамках глобальной экосистемы биология формирует геологическую среду.

Значение биосферы для Земли неоценимо. В этой среде организмы постоянно взаимодействуют с отходами жизнедеятельности, неорганической материей, энергией Солнца. Возникает пищевая цепочка, которая создает ряд условий в пределах оболочки:

  • атмосфера наполняется пригодными для дыхания газами в процессе фотосинтеза (поглощение углекислого газа, выделение кислорода);
  • формируется рельеф планеты (осадочные породы);
  • развивается видовое разнообразие.

Разнообразие видов животных

Основное значение экосистемы для нашей планеты – непрерывное продолжение жизни, где конец одного жизненного цикла формирует питательную среду для следующего поколения. В органических структурах происходит циклическое накопление, а затем преобразование солнечной энергии. Это биологический круговорот, который создает условия, пригодные для развития растений, животных, других биологических видов.

История возникновения понятия

В середине XVIII в. французский врач Ф. Вик-д’Азир выразил мысль о связи жизни со всей окружающей средой. Впервые концепцию существования единой оболочки, в пределах которой существуют живые организмы или продукты их жизнедеятельности, вывел французский естествоиспытатель Ж. Б. Ламарк в начале XVIII в. В середине второй половины XIX в (1875 г.) другой ученый, австрийский геолог Э. Зюсс, ввел в обращение термин «биосфера».

Согласно терминологии Э. Зюсса, биосфера – это «тонкая пленка жизни», окутывающая земную поверхность и определяющая ее облик.

Основоположником и создателем учения о преобразовании планеты живыми организмами был В. И. Вернадский. В начале ХХ в (1926 г.) советский ученый определил активное участие биологических видов в формировании геологических структур планеты. При разработке учения академик не исключал концептуальной связи совокупной экосистемы с теорией панспермии (космического переноса биомассы).

 

Границы распространения оболочки

Размеры оболочки ограничены зонами, в пределах которых может развиваться органическая жизнь (биомасса). Высота и глубина обитаемой зоны составляют:

  • верхняя граница проходит в тропосфере, на высоте 15-20 км от уровня земной поверхности (ограничивается озоновым слоем на уровне начала стратосферы);
  • нижняя граница углубляется в литосферу, на глубину от 3,5 до 7,5 км;
  • в пределах между земной поверхностью и атмосферой глубина гидросферы доходит до 10 км.

Слои и оболочки биосферы

Чтобы понять масштабы обитаемой оболочки Земли, нужно знать, из чего состоит биосфера. Оболочка имеет сферическую форму и полностью окружает планету, создавая тесную связь экосистем. Морфологическая структура биосферы представлена следующими слоями:

  • атмосфера;
  • литосфера;
  • гидросфера.

Биосфера

С биосферой соприкасаются внешние слои, в которые живые организмы попадают только лишь случайным образом. Под литосферой расположена метабиосфера, которая сформирована ранее существовавшими в ней живыми формами, но необитаемая в настоящем. Верхняя часть атмосферы – парабиосфера. В этом пространстве организмы могут существовать условно, не размножаясь и не доживая до естественной гибели.

В глобальном понимании, во всех этих слоях земного пространства происходит или когда-то происходило воздействие живой среды на неживую. Общее название всех оболочек – мегабиосфера. С учетом деятельности человека в околоземном пространстве (космической экспансии), конгломерат слоев называют панбиосферой.

Атмосфера (воздушная оболочка)

Газовая прослойка, в состав которой входят кислород, азот, двуокись углерода, является неотъемлемой частью биосферы. Химические соединения отвечают за дыхательные процессы и переход мертвой органики в минералы, формируют биомассу, участвуют в фотосинтезе. Атмосфера защищена озоном, слой которого защищает живые формы от воздействия губительного УФ излучения.

Атмосфера Земли

Литосфера (твердая оболочка)

Один из слоев биосферы – литосфера, которая объединяет земную кору и часть мантии. Жизненные формы распространены только в верхнем слое грунта. Бактерии обнаруживаются на глубине 2-3 м под поверхностью (в отдельных случаях обнаружены микроорганизмы на глубине до 4 км). Почвенный слой сформирован из минеральных и органических останков биомассы. В новом цикле роста жизненные формы получают питание из почвы, затем удобряют ее в течение жизни, а также после гибели.

Гидросфера (водная оболочка)

Гидросфера содержит в себе все водные запасы на планете, включая снеговой и ледяной покровы, водяной пар, донные отложения. Вода, из которой состоит этот слой биосферы – главное условие для существования углеродных форм жизни и растений. Большая часть животной органики поглощает и выделяет энергию именно в воде.Баланс масс

Состав и структурное строение биосферы

Состав биосферы отличается разнообразием веществ. Составные компоненты находятся в состоянии непрерывного движения. В. И. Вернадский классифицировал основные компоненты обитаемой биооболочки, выделив их в 4 группы. Химическая структура глобальной экосистемы включает следующие вещества:

  • Живое вещество. К этой категории относятся флора, фауна, представители микромира, прочие живые организмы. Органика и углеродные формы жизни осуществляют геохимические процессы, формируя облик планеты.
  • Биогенное вещество. Категория включает все продукты переработки, которые изменяются во время циклов рождения, питания, размножения, смерти, разложения, других функциональных процессов биомассы. Масштабы биогенного вещества соответствуют нефтяным и угольным месторождениям, осадочным породам, другим следам былой жизнедеятельности организмов.
  • Косное вещество. К этому классу относят горные породы, лаву, метеоритные глыбы, образовавшиеся без участия переработки биомассой.
  • Биокосное вещество. Класс веществ, образующихся из косной материи при участии органических форм жизни. Основные представители биокосного вещества – почва и донный осадок.

Помимо основных категорий, выделяют радиоактивное вещество, находящееся в процессе деградации и вещество космического происхождения. Учитывая строение биосферы, концентрация веществ неравномерна на разных участках земной поверхности.

Как биосфера связана с другими оболочками планеты?

Биосфера – это обитаемая оболочка на поверхности и частично под поверхностью Земли. Ее связь с другими оболочками заключается во взаимном проникновении и взаимодействии – границы области обитания жизненных форм включают:

  • гидросферу (без подземных вод);
  • верхнюю часть литосферы;
  • нижнюю часть атмосферы.

Вся деятельность организмов сосредоточена в этом небольшом, с космической точки зрения, пространстве.

Основные функции и свойства

Функциями биомассы обусловлены все геологические и биохимические процессы в пределах глобальной экосистемы. Выделяют несколько основных функций биосферы:

  • переработка энергии (впитывание или поглощение, трансформация, передача солнечного тепла и света по пищевой цепи);Пищевая цепь
  • концентрация химических элементов;
  • усвоение и выделение газов;
  • окислительно-восстановительные реакции в пределах среды обитания;
  • разложение;
  • минерализация биокосного вещества.

В течение жизненного цикла и последующего распада органические формы обеспечивают перемещение химических веществ из одной структурной оболочки в другую.

Свойства, необходимые для происхождения и развития жизни

Все свойства биосферы удовлетворяют условиям, при которых возможно возникновение и эволюция живых организмов. К основным факторам, которые поддерживают баланс жизни, относятся:

  • наличие солнечной энергии;
  • присутствие воды;
  • фотосинтез растений;Фотосинтез
  • разложение мертвой органики.

Эти свойства сохраняют видовое разнообразие и обеспечивают биотический круговорот.

Круговорот вещества в биосфере

Непрерывный процесс эволюции жизни и геологических формаций на нашей планете возникает при переходе (трансформации) химических веществ. Такие условия применимы для биомассы, которая обеспечивает круговорот вещества в биосфере. Биогенная цепочка имеет несколько этапов:

  • потребление и усвоение питательные веществ;
  • возвращение их в среду обитания после пищевой переработки или гибели потребителя;
  • разложение и минерализация органики.Разложение органики

В процессе трансформации химические элементы постоянно связываются и высвобождаются, перемещаясь в горизонтальном и вертикальном направлении по всей обитаемой оболочке.

Биотический круговорот происходит при участии следующих представителей биомассы:

  • продуценты – создатели органики (растения, бактерии);
  • консументы – потребители органики (животные);
  • редуценты – разрушители органики (микроорганизмы, грибы).

Продуценты образуют восходящую ветвь, а консументы и редуценты формируют нисходящую ветвь круговорота. Взаимодействие компонентов биомассы направлено на непрерывное производство и разложение веществ.

Периоды развития биосферы

Следы обитаемой оболочки, окружающей Землю, обнаружены в осадочных породах архейского эона (около 3,5 млрд лет назад). Археологические находки той эпохи свидетельствуют о существовании древнейших органических остатков. Зарождение многогранной жизни на Земле началось с первых представителей биомассы, которыми можно считать:

  • одноклеточные водоросли;
  • простейшие прокариоты.Геохранологическая шкала времени

Простейшие органические формы обрели половое размножение только к концу архея, дав начало эволюционным процессам.

Для эволюции биомассы характерна временная дестабилизация в результате масштабных катастроф (вымирание динозавров).

Непрерывное возобновление биомассы сформировало видовое разнообразие. Многочисленные животные и растения способствовали расширению биогенного круговорота и формированию геологического облика планеты. В процессе развития биосферы сложился основной принцип биомассы – в бионическом круговороте задействуются только живое и биокосное вещества.

Современное состояние и прогнозируемое будущее

Появление человека не сказывалось на развитии биосферы на ранних этапах. Деятельность человеческих существ и потребляемые ими ресурсы гармонично вписывались в круговорот веществ. С наступлением периода, когда люди научились менять условия среды обитания, равновесие в биосфере нарушилось. Стремление человека приспосабливать обитаемую оболочку под свои нужды постоянно дестабилизирует экосистему.

Негативными факторами для баланса обитаемой оболочки являются:

  • техногенное влияние на животный и растительный мир (вымирание растений, животных);
  • чрезмерное потребление биокосных и косных веществ.

Биосферные заповедники

Сохранение биосферы – одна из важнейших экологических задач человечества. С этой целью в различных уголках планеты создаются резерваты глобальной экосферы – особо охраняемые природные зоны. Биосферные заповедники призваны решать следующие проблемы:

  • сохранение уникальных растений и животного генофонда при согласованном потреблении ресурсов;
  • мониторинг среды, изучение собранных данных.

Заповедные территории создаются под эгидой ЮНЕСКО. В список всемирного охраняемого наследия внесен 701 заповедник в 124 странах мира.

Обитаемая среда на других планетах

Существование биосферы на других планетах остается в научных сообществах предметом открытых дискуссий. Глобальная экосистема – это уникальный конгломерат, который объединяет следующие параметры:

  • кислородную атмосферу;
  • водную среду;
  • плодородную почву.

С одной стороны, биосфера присуща только Земле и не обнаружена ни на одной планете или объекте изученного космоса. С другой стороны, наши знания о космосе еще не так обширны, чтобы подтверждать или опровергать наличие обитаемой оболочки на других планетах. Третье мнение, которое высказывается за присутствие такого явления, допускает существование обитаемой оболочки. Гипотетическая биосфера должна иметь другие параметры среды и жизненные формы, основанные на других химических элементах.

Источник: cleanbin.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.