§ 51. человек и биосфера

Сохранение биосферы

В течение последних десятилетий результатом форсированного развития человечества стали

Решение проблемы должно базироваться на перевороте в человеческих умах, пересмотре духовных, моральных, а также интеллектуальных ценностей. Биосфера должна выступать в качестве основы жизни, а не источника ресурсов. Необходимо использовать экологическое нормирование, основанное на научно обоснованном ограничении влияния любой деятельности на биоресурсы. Такая стратегия учитывает социально-экономические интересы человечества и экологические потребности, она поможет справиться с глобальными экологическими проблемами современности.

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.

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.

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.

Что такое биосфера и как она устроена

Биосфера представляет собой сферу жизни, оболочку земли, населенную живыми существами. Впервые подробно описана биосфера академиком В.И. Вернадским.

Область распространения живых организмов предопределяет границы биосферы.

Верхней границей биосферы считается озоновый экран. Расположен он на высоте 21-25 км, здесь же и проходит верхняя граница биосферы. Распространение организмов выше этой границы не происходит, так как очень большая концентрация ультрафиолетовых лучей.

Нижняя граница биосферы проходит в литосфере, причем многие ученые устанавливают разную глубину. Приблизительно нижняя граница биосферы располагается на глубине от многих сот метров до нескольких километров. Самых нижних пределов этой границы в биосфере достигают некоторые виды бактерий. Например, споры бактерий находят в земной коре на глубине свыше 3 км. Даже в месторождениях нефти были найдены эти организмы. Однако существует определенный предел для жизни организмов. Поэтому нижние границы биосферы определяются температурой земных недр. Вы уже знаете, что с глубиной температура будет увеличиваться, в таких условиях организмы существовать не смогут.

Поэтому можно сделать вывод, что верхние и нижние границы биосферы предопределяются наличием условий, необходимых для жизни организмов.

На планете обитает великое множество растений, животных, микроорганизмов, которые составляют живое вещество.

Полагают, что возникновение жизни на Земле случилось более 3 млрд. лет тому назад в мелководных водоемах при теплом и влажном климате. Отсюда произошло распространение в океаны и на сушу. В ходе геологической истории повышалось многообразие организмов, усложнялась их организация и увеличивалась масса живого вещества.

Основным свойством живого вещества является их способность к размножению. Данная особенность позволяет им распространяться очень быстро по всей планете. Например, в некоторые годы можно услышать о нашествии саранчи. Это во многом связано с интенсивностью размножения этих насекомых – большое количество потомства требует значительного количества пищи. Для добычи пищи организмы могут перемещаться на многие километры. Так происходит и с саранчой.

Саранча

В настоящее время по количеству видов в биосфере преобладают животные над растениями, а по массе вещества растения во много раз превышают массу животных. Подавляющая часть живого вещества сосредоточена на суше и превышает массу организмов океана в 1000 раз.

Основной функцией живых организмов является постоянный обмен веществ с окружающей средой. Он осуществляется в форме биологического круговорота.

Сущность биологического круговорота веществ сводится к двум противоположным процессам: созданию органического вещества в процессе фотосинтеза и его преобразованию в простые минеральные элементы с помощью микроорганизмов.

Каждая группа существ биосферы имеет огромное значение в круговороте веществ.

Растительные организмы создают органические вещества, потребляя солнечную энергию, поэтому они считаются производителями. Этим и определяется значение растений в биосфере.

Следующая группа организмов – животные, которые являются потребителями. Они потребляют готовые вещества, питаясь другими живыми организмами. Значение этих существ в биосфере определяется тем, что они перемещают органические вещества по планете.

Микроорганизмы и грибы способствуют разложению веществ и преобразованию их в неорганические. Данная группа считается разрушителями, но, тем не менее, их роль очень высока. Отсутствие этих организмов привело бы к накоплению продуктов распада, которые являются ядовитыми.

Соответственно, значение биологического круговорота заключается в перераспределении веществ и энергии в результате протекания основных процессов жизнедеятельности организмов.

Помимо участия в круговороте веществ, живые существа выполняют и другие функции. Все знают, что растения при фотосинтезе вырабатывают кислород, который необходим для всех организмов, обеспечивают человека продуктами питания. Живые организмы влияют на литосферу, принимая участие в процессах выветривания и создавая новые формы рельефа.

Все организмы взаимодействуют друг с другом, формируя единую оболочку – биосферу. Каково же значение биосферы? Давайте познакомимся на рисунке.

Защита окружающей среды

Природа имеет большое значение в жизни человека. Состояние окружающей среды влияет на здоровье и продолжительность человеческой жизни. Поэтому человечеству необходимо решить две задачи:

• наладить рациональное природопользование;
• научиться управлять биосферой без вреда себе и другим организмам.

Один из примеров восстановления природы – создание особо охраняемых природных территорий (заповедников, заказников, природных парков). Однако этого недостаточно, чтобы привести биосферу в порядок, так как долгое время человечество не задумывалось о последствиях своей деятельности. Экологам ещё предстоит решить проблемы со свалками, химическим загрязнением, изменением климата.

Рис. 3. Восстановление биосферы.

Что мы узнали?

Кратко узнали о биосфере и ноосфере, взаимодействии человечества и окружающей среды, зависимости жизни человека от биосферы, а также позитивном и негативном воздействии человечества на природу.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

Положительное влияние

Некоторые считают, что люди не оказывают благоприятного воздействия на биосферу, но это не так. Несмотря на заметное истощение природных ресурсов, можно отметить несколько положительных моментов:

• Искусственные насаждения помогают улучшить состояние экосистемы. Озеленение территорий даёт возможность очистить воздух от пыли и грязи, а также улучшить показатели качества биосферы.
• Люди создают удобрения и средства, которые помогают сделать почву участка снова плодородной. Восстановление качества грунта даёт возможность сохранить территории с растительностью, которые ещё не были затронуты обществом.
• Выведение и разведение новых видов животных помогает восполнить исчезающие разновидности. Также человек вывел немало сортов растений, которые характеризуются ускоренным ростом, лучшим качеством и самоопылением. Это позволяет быстрее восполнить потери лесных площадей.
• Медицину тоже можно назвать положительным фактором, хотя её редко считают плюсом. Сегодня люди создают лекарства не только для себя, но и для животных и растений. Так люди берут и возвращают взятые у природы дары.
• Безотходные технологии предусматривают не только использование самих ресурсов, но и получение иной выгоды от остатков сырья. Такие мероприятия способствуют меньшему загрязнению биосферы. На некоторых производственных предприятиях применяют замкнутый цикл без сброса сточных вод и выброса вредных веществ в атмосферу.

Несмотря на эти нюансы, положительного воздействия общества на биосферу очень мало. Сознательно человек совершает мало мероприятий, которые способствуют улучшению экологической ситуации. Быстрое уменьшение объёма ресурсов планеты обусловлено увеличением населения.

Особенности распределения биомассы на Земле

Состав и распределение биосферы – один из интереснейших вопросов в биологии.

Биосфера включает в себя огромное количество растений, животных и других форм жизни нашей планеты. Термин «ноосфера», предложенный Вернадским в начале 20-го столетия, получил широкое распространение.

Биогенные вещества — созданные в процессе жизнедеятельности организмов соединения, например, природный газ, нефть, известняк.

Изучение биомассы крайне важно для понимания климатических сдвигов, путей передачи и трансформации углерода и других элементов.
Разнообразие живых и неживых организмов, взаимодействующих между собой, обменивающихся веществами, называется экосистемой. Приспособленность видов к условиям существования происходит непрерывно.
Биосфера имеет четкую структурную организацию и является глобальной экосистемой планеты

В.И. Вернадский создал учение о роли живых организмов, о воздействии живого на преобразование земной коры. Состав биосферы и свойства зависят от взаимодействия её биотического и абиотического компонентов.
Основной объем массы живой материи приходится на растительный мир, он составляет 80% от биомассы планеты. На втором месте, после растений, идут бактерии. Ученые, с использованием углеродного метода, определили, что все живые организмы содержат суммарно 550 миллиардов тонн углерода.
Биомасса суши составляет почти 99,9%. Это объясняется большой массой продуцентов на поверхности Земли.
Наибольшая плотность жизни отмечается в тех зонах, где виды специфически приспособились к совместному существованию.
К структурообразующим факторам биосферы относят свет, как условия формирования и усовершенствования жизни. Под воздействием микроорганизмов, растений и животных сформировался почвенный слой.
В почве обитает больше редуцентов. К ним относятся бактерии и грибы, которые разлагают останки живых существ до неорганических веществ. В почве происходит особый газообмен. Ночью, при охлаждении и сжатии газов, в неё проникает некоторое количество воздуха, его поглощают и перерабатывают почвенные организмы.
Почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ, в почвообразовании и формировании плодородного слоя. Большая биомасса почвы, в сочетании с высоким видовым разнообразием, обеспечивает сложность экосистем.
Почвенные организмы включают в круговорот веществ биосферы важнейшие химические соединения.
В морской биомассе содержится больше консументов, чем продуцентов. В состав океанической и морской воды входят минеральные соли. Микроорганизмы, живущие в океанических термальных источниках, являются хемотрофами, основными продуцентами океанического дна.
Несмотря на многообразие водных обитателей, их можно поделить на 3 группы, с учетом мест обитания в воде. Между каждой группой организмов существуют тесные связи, они обмениваются веществом и энергией. В современном мире воздействие человека на биомассу океана огромно.
Бентосные организмы в океане живут на дне и в грунте. Фитобентос: зеленые, бурые, красные водоросли встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными.
Воздушная среда характеризуется значительным количеством кислорода, солнечной энергии, но в ней, зачастую, не хватает влаги. Поэтому, обитатели засушливых мест имеют специальные приспособления для добычи, запасания и экономной траты драгоценной влаги. Разнообразие этой среды представлено разнообразием жизни в ней.
Каждому наземному биогеоценозу присущи свои черты. Так, в экваториальных биоценозах сильно развита конкуренция за обладание местом обитания, пищей, светом и кислородом.

В современном мире огромное влияние на биомассу оказывает человек. Сокращаются площади, производящие живую массу.

Смотри также:

• Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека
• Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем.
• Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция биосферы

Это интересно: ТОП 14 удивительных загадок природы — характеристика и фото

Проблема сохранения экосистем

В Париже существует организация ЮНЕСКО, которая занимается вопросами науки, культуры, природы и многими другими. Она защищает древние сооружения, памятники, а также защищает окружающую среду от вероломного воздействия. «Человек и биосфера» — программа, созданная этой организацией. Она представляет собой план работ для улучшения взаимодействий, которые могут влиять на мир. Основной её задачей является сохранение ценностей экосистем.

Возникла в 1971 году, и уже через три года был основан первый заповедник, где проводились долгосрочные исследования. В Советском союзе в то время проблемами биосферы занимались такие учёные, как Виноградов, Соколов, Герасимов. Благодаря их работе было принято советско-американское соглашение по данной программе.

«ЧиБ» осуществляет деятельность по:

• Организации специальных зон, где сохраняется биологическое разнообразие, а также мониторинг экологических процессов. Эти территории делятся на ядро, переходную зону и буферную.
• Исследованию степени воздействия на природу. Их в прошлом веке было проведено тринадцать.
• Конечно, был разработан чёткий план, следуя которому цели программы возможно достигнуть. В него входит предотвращение сокращения видов, создание сети заповедников по всему миру, развитие наук, которые помогут уменьшить гибель животных и растений.

Важно помнить, что это дело не только учёных. Каждый должен бережно относиться к ресурсам, благодаря которым живёт

Чем больше страдает планета, тем больше страдает и всё живое, ведь всё взаимосвязано. Обязательно нужно быть подкованным в этой теме, даже в школах ученики пишут рефераты по обществознанию и биологии и знают, к чему могут привести действия населения.

Организмы и круговорот в биосфере

Согласно мнению В. Вернадского, все вещества биосферы разделяются на семь типов:

• живое – основной элемент, состоящий из комплекса животных, растений и прочих организмов;
• биогенное – материал, сформированный жизнедеятельностью различных организмов в биосфере (уголь, нефть, газы);
• косное – вещество неорганического происхождения, не связанное с какими-либо организмами (горные породы, вода);
• биокосное – вещество, сочетающее в себе живую и неживую материю (ил, почва);
• соединения рассеянных атомов (цезий, рубидий);
• радиоактивные элементы (радий, полоний);
• вещества неземного происхождения (части метеоритов).

Ключевая роль отводится именно живому веществу, которое разделяется на следующие типы:

1. Продуценты (производители) – организмы, которые применяют для своей жизнедеятельности неорганические материалы и одновременно создают органические вещества при помощи поглощения энергии Солнца (фотосинтез). К их числу можно отнести сине-зеленые водоросли, растения, ряд бактерий.
2. Консументы (потребители) – организмы, потребляющие органику. Представлены траво- и плотоядными животными, растениями-хищниками и паразитами.
3. Деструкторы (разрушители) – специфические организмы, которые разлагают вещества органического происхождения и обращают их в неорганические продукты. К числу таких организмов относятся низшие грибы и бактерии.

Благодаря наличию разных веществ и функционированию описанных организмов происходит круговорот в биосфере, состоящий в постоянном обмене всевозможными веществами между средой и организмами. Живые существа появляются, растут, осуществляют программу жизни и умирают.

Состав биосферы – оболочки

Биосфера разделена на три уровня, обладающих определенными особенностями. Также их называют оболочками.

Атмосфера

Фото атмосферы из космоса Атмосфера – область над поверхностью планеты. Через нее Земля из космоса получает необходимые газы: водород и гелий. Она полностью пронизывается радиацией от Солнца, которое нагревает планету, способствует распаду молекул и ионизации атомов.

Атмосферу можно разделить на различные слои:

• тропосфера (0-10 км);
• стратосфера (10-47 км);
• мезосфера (47-80 км);
• термосфера (80-1000 км);
• экзосфера (от 1000 км), газы рассеиваются в космическое пространство.

В состав атмосферы входят: азот 78,8%, кислород 20,9%, аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%. Также в ней присутствуют неон, гелий, метан, водород, водяной пар и озон.

Температура, давление и плотность атмосферы постоянно меняются в зависимости от времени года и суток, расположения. Например, масса водяного пара в разных местах будет отличаться: в тропиках 3%, в Антарктиде 0,00002 %.

Интересный факт: озоновый слой – один из важнейших компонентов в атмосфере. Он находится на высоте в 20-25 км и защищает планету от радиации Солнца.

Гидросфера

Гидросфера составляет большую часть поверхности планеты Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жидкость присутствует повсюду: в виде пара находится в атмосфере, в естественном состоянии просачивается сквозь землю, а также составляет основу Мирового океана.

Интересный факт: В воде растворяется множество веществ, и их концентрация может доходить до 50 мг/л, а в море до 35 г/л.

Морская вода содержит в себе такие элементы, как: кислород, водород, хлор, натрий, магний, кальций, калий, бром и сера. Также в разном количестве в ней присутствуют и другие вещества. Фактически, в некоторых водоемах может находиться большая часть химических элементов, и все они будут влиять на местные организмы. Вода также оказывает воздействие на человека, природу, климат, более того, именно в ней зародилась жизнь.

Интересно: Экологическая система: понятие, суть, типы, примеры, уровни, фото и видео

Мировой океан составляет 94% всех вод на планете. Поэтому большая часть подводных организмов проживает именно в нем. В морской воде много растворенных газов, например углекислого больше, чем в атмосфере, в 100 раз. А кислорода наоборот, в 100 раз меньше.

Вода активно поглощает тепло от Солнца, не давая температуре на Земле подниматься критически высоко. Поверхность океана в районе экватора нагревается, образует теплые течения и уносит жидкость в полярные области. Обратно же она возвращается охлажденной. А за счет испарений образуется круговорот воды в природе, что влияет на климат.

Литосфера

Фото каньона как пример литосферы Литосфера – это земля, почва, полезные ископаемые – всё, что находится в твердом веществе на поверхности планеты. В её химический состав входят алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий.

Организмы проникают в почву на глубину до 3 км, дальше им не хватает ни воздуха, ни питательных веществ для того, чтобы выжить. Камни и горные породы препятствуют проходу животных и растений.

Почва включает в себя твердые, жидкие и газообразные элементы, ей присуща живая и неживая природа. Она – результат выветривания горных пород и взаимодействия климата, растений, животных. Самый плодородный – верхний слой (гумус), содержит продукты перегнивания органики, имеет глубину в 10-15 см.

Выделяют три основных элемента почвы:

• твердая часть – это органическое вещество, состоящее из растительного, животного и микробного происхождения;
• жидкая часть – почвенный раствор, в нем находятся элементы питания, необходимые для роста растений: ионы, молекулы, коллоиды;
• газообразная часть – это воздух, который заполняет поры, в его состав входят азот, озон, углекислый газ и множество других элементов в зависимости от места, окружающих условий.

Интересно: Как растения справляются с засухой в пустыне? Описание, фото и видео

В верхних слоях живых существ больше, чем в нижних. Почва – это среда обитания микроорганизмов, формирующих ее плодородие. Они способны разрушать все природные и органические соединения, участвуя в процессе почвообразования. Также микроорганизмы очищают окружающую среду от загрязнений.

Значение биосферы в природе

Значение биосферы как глобальной экосистемы планеты трудно переоценить. Исходя из функций оболочки всего живого, можно осознать ее значимость:

• Энергетическая. Растения являются посредниками между Солнцем и Землей, и, получая энергию, часть ее распространяется между всеми элементами биосферы, а часть используется для образования биогенного вещества.
• Газовая. Регулирует количество разных газов в биосфере, их распределение, превращение и миграцию.
• Концентрационная. Все существа выборочно извлекают биогенные компоненты, поэтому они могут быть как полезными, так и опасными.
• Деструктивная. Это разрушение минералов и горных пород, органических веществ, что способствует новому обороту элементов в природе, в ходе чего появляются новые живые и неживые вещества.
• Средообразующая. Влияет на условия окружающей среды, состав атмосферных газов, пород осадочного происхождения и земельного слоя, качество водной среды, а также на баланс веществ на планете.

Долгое время роль биосферы была недооцененной, так как в сравнении с иными сферами масса живого вещества на планете очень мала. Несмотря на это, живые существа являются могучей силой природы, без которой были бы невозможны многие процессы, а также сама жизнь. В процессе деятельности живых существ, их взаимосвязей между собой, влияния на неживую материю, формируется сам мир природы и облик планеты.

Основные признаки ноосферы

Учение Вернадского о ноосфере дало большой фактический материал о биосфере и производственной человеческой деятельности. В том числе на их основе сформулировали современные признаки ноосферы:

• увеличение объема добычи полезных ископаемых. Сегодня этот показатель в 5 раз выше показателя горных пород, переносимых реками под воздействием речной эрозии;
• увеличение углекислого газа в атмосфере. Причинами этого стало массовое потребление органических веществ, которые образовались путем фотосинтеза в прошлые геологические эпохи. Вместе с этим количество кислорода в атмосфере сокращается;
• рассеивание энергии в ноосфере. Под влиянием человека энергия не накапливается, а рассеивается;
• появление новых трансурановых химических элементов. Это произошло в результате развития современных технологий и ядерной энергетики;
• освоение околоземного пространства и Солнечной системы. Научно-техническая революция поспособствовала выходу ноосферы за пределы биосферы. Разрабатываются возможности создания искусственных экосистем на других планетах;
• переход планеты в новое качественное состояние благодаря образованию ноосферы. Ноосфера становится сферой Солнечной системы.