Биосфера и ее защита

Искусственные биосферы

Биосфера 2 в Аризоне.

Экспериментальные биосферы, также называемые закрытыми экологическими системами , были созданы для изучения экосистем и возможностей поддержания жизни за пределами Земли. К ним относятся космические аппараты и следующие наземные лаборатории:

• Биосфера 2 в Аризоне , США, 3,15 акра (13000 м 2 ).
• BIOS-1, BIOS-2 и BIOS-3 в Институте биофизики в Красноярске , Сибирь , на территории бывшего Советского Союза .
• Биосфера J (CEEF, Закрытые экологические экспериментальные объекты), эксперимент в Японии .
• Альтернатива микроэкологической системы жизнеобеспечения ( MELiSSA ) Автономного университета Барселоны

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.

Понятие биосферы и ее сущность

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем; глобальная экосистема Земли.

Биосфера отличается от других оболочек планеты тем, что не имеет конкретного ограничения. К примеру, возникновение других непрерывных слоев можно охарактеризовать следующим образом:

1. Литосфера в виде земной и океанической коры идет вначале.
2. Затем наблюдается гидросфера со всеми водными объектами.
3. Далее следует атмосфера, которая является воздушной оболочкой и переходит в космос.

Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя из-за равномерного глобального распределения живых организмов по всей поверхности планеты в среде обитания, охватывающей все три стихии. Сущность биосферы можно понять по исследованиям самых древних фактов из истории Земли, однако данная оболочка является наиболее молодой из всех. Зарождение и поддержание жизни на Земле отмечено относительно недавно, около 3,8 миллиардов лет назад, что является несущественным сроком в масштабе возраста и динамического развития всей планеты. Имеется два определения биосферы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

1. Биосфера в виде совокупности всей органики на планете. Данная формулировка является основой современного определения оболочки.
2. Согласно В.И. Вернадскому, биосфера является целостностью, неразрывным единством и взаимодействием живой и неживой природы в их широком смысле.

Примечание

Основной характеристикой биосферы является органическая составляющая. В этом заключается ее отличие от строения других оболочек планеты.

Происхождение термина 

Концепция живой оболочки была сформирована в XIX столетии. Краткая характеристика биосферы была дана Жан Батистом Ламарком. В это время еще не появился официальный термин.

Впервые понятие биосферы было введено в 1875 году австрийским палеонтологом и геологом Эдуардом Зюссом. Данное определение используют и в современной науке.

Большое значение в исследовании живой оболочки имеют научные труды советского философа и биогеохимика В.И. Вернадского. Ученый известен, как создатель целостного учения о биосфере, в которой роль мощнейшей силы, непрерывно преобразовывающей планету, играли живые организмы.

Какие функции выполняет

Ключевые функции биосферы:

1. Энергетическая. Данный функционал возложен на растения, которые существуют, благодаря фотосинтезу. Перерабатывая энергию солнца, растительные организмы распределяют ее между другими элементами биосферы, либо накапливают ее в отмершей органике. Таким образом, образуются залежи горючих полезных ископаемых в виде угля, торфа, нефти.
2. Газовая. Живые организмы являются участниками непрерывного газового обмена.
3. Концентрационная. Определенные формы жизни способны выборочно создавать запасы биогенных элементов из внешней среды. В дальнейшем они могут использоваться, как источник этих веществ.
4. Деструктивная. Окружающая среда постоянно подвергается воздействию живых организмов. Ее поверхность разлагается и перерабатывается. Таким образом, происходит формирование косного и биокосного вещества.
5. Средообразующая. Биосфера стабилизирует баланс между благоприятными и неблагоприятными условиями среды, благодаря которым поддерживается полноценная жизнедеятельность организмов.

Понятие о биосфере

Определение 1

Биосфера — сфера Земли, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию организмов. Она является четвертым компонентом географической оболочки. В настоящее время распространены три основных взгляда на биосферу.

1. Биосфера – представляет собой совокупность всех живых организмов на нашей планете.
2. К биосфере относятся не только сами живые объекты, но и среда их обитания. Поскольку среды обитания организмов представляют собой самостоятельные природные образования, обладают специфическими свойствами и отличаются присущим только им вещественным составом, более правильно относить их не к биосфере, а к другим оболочкам Земли, компонентами которых они являются.
3. В состав биосферы необходимо включать помимо организмов и среды их обитания также результаты жизнедеятельности организмов, существовавших ранее на Земле. Однако более 30 % пород земной коры имеют органогенное происхождение. Вряд ли можно все эти породы включать в биосферу.

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки

ИИ ответит за 2 минуты

Биосфера трактуется и как живая оболочка планеты или «пленка жизни».

Биосферу можно также понимать как наиболее крупную экосистему Земли, в состав которой, таким образом, входят все остальные экосистемы. Это понимание является логическим следствием концепции иерархичности организации экосистем, согласно которой более территориально обширные экосистемы состоят из более мелких (однако, вполне обособленных для их выделения в качестве самостоятельных природных образований), те – из еще более мелких и т.д.

К деятельности организмов относят:

• изменения состава атмосферы и гидросферы,
• континентальные и морские отложения,
• образование почв,
• разрушение горных пород,
• формирование климата,
• формирование биологического круговорота веществ, связанного с геологическим.

Замечание 1

Понятие биосферы было предложено австрийским ученым Эдуардом Зюссом в 1875 г. Он перечислил все четыре оболочки нашей планеты и в том числе назвал и биосферу. Содержание этого термина Зюсс подробно не раскрывал. Учение о биосфере было детально разработано почти полвека спустя – в 20-х годах ХХ в. академиком Вернадским. Он в монографии «Биосфера» (1926) дал определение этой оболочки Земли, рассмотрел принципы ее функционирования и ее значение. В дальнейшем учение о биосфере разрабатывалось Дж. Хатчинсоном, Э. Оортом, К. Делвич, Х. Брауном и др.

Закон системной организации биологических макросистем:

1. Любой организм, популяция, сообщество, биоценоз, экосистема и биом представляют собой открытую, неравновесную, самовоспроизводящуюся, саморегулирующуюся и саморазвивающуюся активную систему. Все происходящие в ней биохимические процессы направлены на воспроизведение системы в целом.
2. Вся структурно-функциональная организация любого уровня биологической макросистемы подконтрольна естественному отбору. Естественный отбор формирует сообщества разных типов, экологические ниши, пищевой спектр и т.д. и направлен на максимальное число видов и наибольшие потери энергии каждого звена тропической цепи экосистемы (биома), что ускоряет биологический круговорот веществ. В итоге повышается продуктивность и обусловливается самое главное качество экосистемы — это ее стабильность.

Такое понимание предполагает справедливость на биосферном уровне организации материи всех основных закономерностей, работающих в экосистемах более низкого ранга, и в то же время – существование некоторой специфики их проявления. Этими вопросами занимается отдельная наука – глобальная экология, занимающая видное место в структуре экологического знания.

Функции биосферы

Энергетическая – аккумуляция солнечного излучения в процессе фотосинтеза (переход энергии солнечного света с помощью пигментов растений в органические связи) и ее трaнcформация, с последующим распределением между всеми живыми организмами.

Газообразующая – поддержание стабильного газового состава атмосферы (выделение кислорода, поглощение диоксида углерода).

Концетрационная – сосредотачивают в теле химические вещества, образуя в дальнейшем полезные ископаемые.

Круговорот вещества в биосфере

Растения в процессе роста и развития используют минеральные вещества из почвы, адсорбируют воду с помощью корня, переpaбатывают энергию Солнца, образуют органические вещества из неорганических, из атмосферного воздуха листьями поглощается диоксид углерода и выделяется кислород посредством фотосинтеза.

Животные и человек дышат кислородом, используют органические вещества образованные растениями. После cмepти, скопление органических веществ растений и животных разлагается под действием микроорганизмов, и переходят в неорганическое состояние.

Шаблон:ЯкорьСлои биосферы[3][]

Весь слой воздействия жизни на неживую природу называется мегабиосферой, а вместе с артебиосферой — пространством человекообразной экспансии в околоземном пространстве — панбиосферой.

Аэробиосфера

Субстратом для жизни в атмосфере микроорганизмов (аэробионтов) служат водные капельки — атмосферная влага, источником энергии — солнечная энергия и аэрозоли. Примерно от верхушек деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами; это пространство — более тонкий слой, чем тропосфера). Выше ростирается слой крайне разреженной микробиоты — альтобиосфера (с альтобионтами). Выше простирается пространство, куда организмы проникают случайно и не часто и не размножаются — парабиосфера. Выше расположена апобиосфера.

Геобиосфера

Геобиосферу населяют геобионты, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши — террабиосфера (с террабионтами), разделяемую на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев) и педосферу (почвы и подпочвы; иногда сюда включают всю кору выветривания) и жизнь в глубинах Земли — литобиосфера (с литобионтами, живущими в порах горных пород, главным образом в подземных водах). На больших высотах в горах, где уже невозможна жизнь высших растений, расположена высотная часть террабиосферы — эоловая зона (с эолобионтами). Литобиосфера распадается на слой, где возможна жизнь аэробов — гипотеррабиосфера и слой, где возможно лишь обитание анаэробов — теллуробиосфера. Жизнь в неактивной форме может проникать глубже — в гипобиосферу. Метабиосфера — все биогенные и биокосные породы. Глубже расположена абиосфера.

В глубинах литосферы есть 2 теоретических уровня распространения жизни — изотерма 100 °C, ниже которой вода при нормальном атмосферном давлении вода кипит, и изотерма 460 °C, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии быть не может.

Гидробиосфера

Гидробиосфера — весь глобальный слой воды (без подземных вод), населённый гидробионтами — распадается на слой континентальных вод — аквабиосфера (с аквабионтами) и область морей и океанов — маринобиосфера (с маринобионтами). Выделяют 3 слоя — относительно ярко освещённую фотосферу, всегда очень сумеречную дисфотосферу (до 1 % солнечной инсоляции) и слой абсолютной темноты — афотосфера.

Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы лежит собственно биосфера — эубиосфера.

Современные биоценозы и экологические ниши

Гидробиология

Зообентос и фитобентос (донная биота)

Зообентос и фитобентос Чёрного моря
Зообентос Чёрного моря по сравнению с фитобентосом по качествен­ному разнообразию
значительно больше уступает средиземноморскому, со­ставляя только 1/4, 1/5 его часть.
Все группы животных представлены в Чёрном море гораздо меньшим числом видов, а некоторые,
как, например, головоногие моллюски, плеченогие, сифонофоры и др., совсем не могут заселить его
из-за пониженной солёности и отчасти из-за низкой зимней температуры, а для отдельных форм
из-за присутствия на небольшой, глу­бине сероводородного брожения.
Это качественное обеднение исходной фауны полносолёного водоёма (Средиземного моря) с переходом к пониженным солёностям
Чёрного моря имеет примерно тот же характер, что и в Белом, и в Балтийском морях.
Однако при этом следует помнить, что это «обеднение» касается только качественного разнообразия,
т. е. в состав растительного и животного населения входит меньшее число видов;
что же касается количественного распределения, то, по сравнению с Среди­земным морем,
фауна и флора Чёрного моря оказываются гораздо более богатыми.

Проблемы биоценозов

Сбой в биотическом равновесии может произойти при массовом распространении
и/или резком увеличении численности какого-либо вида в ущерб другим видам.
Например,
а) распространение морских звёзд-хищников приводит к исчезнвению некоторых видов в акватории;
б) налёт саранчи опустошает округу и обрывает пищевую цепочку.

Самым губительным сбоем, принимающим характер стихийного бедствия,
будет массовая эпидемия, переходящая в пандемию.
Например, Бубонная чума, свирепствовавшая в 1333-1335 гг.,
унесла жизни 75 миллион человек — пости половину населения Европы!
Это для того времени не сравнимо даже с Мировой войной!

Человек и биосфера

Человек занимает определенное место в биосфере, как и все живые существа. Любой организм подчиняется биологическим законам.

Не так давно человек полностью зависел от биосферы – среды его обитания. Он занимался собирательством растений и охотился на животных, так как это основной источник пищи.

Охота древних людей

В современном мире роль биосферы в жизни человека также очень высока.

Не утратили свое значение в процессе эволюции биосферы животные и растения для человека. Растения используются не только в пищу, но и для изготовления одежды, бумаги, материал для строительства.

Животные все также поставляют нам продукты питания, сырье для промышленности, служат транспортным средством и являются «братьями нашими меньшими».

Но взаимодействие человека с биосферой не всегда «дружественные». Так некоторые животные являются разносчиками инфекций, могут быть ядовитыми. К примеру, весной появляется большое количество клещей, которые являются переносчиками тяжелого заболевания – клещевого энцефалита.

Клещ на коже человека

В системе «человек– биосфера» наблюдается перевес в одну сторону. Воздействие человека с каждым годом становится все больше на биосферу.

Добывая пищу, человек охотился на животных, в результате было уничтожено более 100 видов.

Многие живые организмы находятся на грани уничтожения и занесены в Красные книги.

Огромно влияние хозяйственной деятельности человека на биосферу. Происходит разрушение почв, из-за ее вытаптывания домашними животными и выдувания ветрами. Вырубаются леса и уничтожаются места обитания животных.

Вырубка леса

Хозяйственная деятельность человека способствует загрязнению биосферы. Так выбросы вредных веществ, загрязнение отходами деятельности человека в биосфере приводит к гибели и заболеваниям живых организмов.

Для сохранения видового состава живых организмов в биосфере человек создает охраняемые территории.

Каждая страна издает законы и постановления об охране растений и животных, а также мест их обитания.

Основная роль человека – научиться жить в гармонии со всеми живыми существами, находящимися в биосфере.

Свойства биосферы по Вернадскому

По определению академика Вернадского, вся совокупность живых организмов нашей планеты представляет собой живое вещество. Ее основные характеристики:

• суммарная биомасса;
• химический состав;
• энергия.

Живое вещество обладает энергией, то есть способно размножаться и распространяться. От наличия вещества и энергии зависят реакции жизнедеятельности живых организмов. Исходя из этого, главное свойство биосферы заключается в постоянном обмене, в котором участвуют организмы и окружающая среда. Она является источником всех необходимых веществ для организмов. Окружающая среда пополняется продуктами обмена веществ. Данные процессы определяют функционирование биосферы в виде целостной системы.

Примечание

Процесс деятельности продуцентов сопровождается накоплением солнечной световой энергии, которая затем трансформируется в энергию химических связей. Суммарная биомасса биосферы в целом определяется именно суммарной первичной продукцией автотрофов.

Свойства биосферы определяют специфику это достаточно сложной системы. Основными из них являются:

1. Централизованность. Живые организмы — это центральное звено биосферы, что всесторонне подтверждено В.И. Вернадским. Несмотря на то, что недопустимо применять понятие антропоцентризма в исследовании живого вещества, многие современные ученые считают центром биосферы один вид — человека.
2. Открытость. От наличия энергии, включая солнечную радиацию, зависит существование биосферы.
3. Саморегулируемость и организованность. Биосфера обладает рядом механизмов, которые обеспечивают ее способность противодействовать возникающим возмущениям, стабилизировать первоначальное состояние или способность к гомеостазу.
4. Разнообразие заключается в наличии разных сред жизни, которые составляют биосферу, включая водную, почвенную, наземно-воздушную и другие среды, разнообразных природных зон, геохимических областей и большого количества элементарных экосистем, которым присуще видовое разнообразие. Предположительно, в наше время на планете Земля обитают свыше 10 миллионов видов животного мира и более 1 миллиона видов царства растений и грибов. Разнообразие является условием устойчивости какой-либо экосистемы, а также биосферы в целом.
5. Механизмы, которые обеспечивают круговорот веществ и зависимую от него неисчерпаемость каких-либо химических элементов и их соединений.

В процессе эволюции биосферы наблюдается усложнение структуры биологических сообществ, увеличивается видовое разнообразие, совершенствуются механизмы приспособляемости живых организмов. Вместе с эволюцией повышается эффективность преобразовании энергии и вещества биологическими системами в виде:

• организмов;
• популяций;
• сообществ.

Вершина эволюции живого вещества на планете — человек. Он относится к биологическому виду, который с помощью множества эволюционных трансформаций приобрел сознание, являющееся совершенной формой отражения окружающей среды, и способность к изготовлению и применению в процессе жизнедеятельности орудий труда. Благодаря орудиям труда, человечество обустроило среду искусственного происхождения для жизни в виде поселений, жилищ, одежды, продуктов питания, машин и многого другого. С этого момента эволюция биосферы перешла на новый уровень, на котором мощная движущая сила определяется человеческим фактором.

Границы биосферы

Каждую часть планеты, от полярных льдов до экватора, населяют живые организмы. Последние достижения в области микробиологии показали, что микроорганизмы обитают глубоко под земной поверхностью и возможно их общая биомасса превышает биомассу всего животного и растительного мира на поверхности Земли.

В настоящее время фактические границы биосферы измерить невозможно. Как правило, большинство видов птицы летают на высотах 650 — 1800 метров, а рыбы были обнаружены на глубине — до 8372 метров в океаническом Жёлобе Пуэрто-Рико. Но также есть более экстремальные примеры жизни на планете. Африканский сип, или гриф Рюппеля был замечен на высоте более 11000 метров, горные гуси обычно мигрируют на высоте не менее 8300 метров, дикие яки обитают в горных районах Тибета на высоте около 3200 — 5400 метров над уровнем моря, а горные козлы живут на высотах до 3000 метров.

Микроскопические организмы способны жить в более экстремальных условиях и если брать их во внимания, то толщина биосферы намного больше, чем мы себе представляли. Некоторые микроорганизмы были обнаружены в верхних слоях атмосферы Земли на высоте 41 км. Вряд ли микробы являются активными на таких высотах, где температура и давление воздуха являются чрезвычайно незначительными, а ультрафиолетовое излучение очень интенсивным. Скорее всего, они были доставлены в верхние слои атмосферы ветрами или извержением вулканов. Также одноклеточные формы жизни были найдены в самой глубокой части Марианской впадины на глубине 11034 метров.

Несмотря на все вышеперечисленные примеры крайностей существования жизни, в общем слой биосферы Земли настолько тонкий, что его можно сравнить с кожурой яблока.

Почва

Почва – это верхний слой земной коры, покрытый растительностью и обладающий естественным плодородием.

На формирование почвы оказывают влияние различные факторы: состав пород, климат, наличие подземных и поверхностных вод, растительность и животные.

1. Почвообразующие породы определяют тип почвы. В районах с песчаными породами формируются песчаные почвы, которые характеризуются сыпучестью, большим количеством кислорода, однако имеет недостаток других веществ. Такой вид почвы как песчаная, очень быстро пересыхает. Поэтому на песчаной почве растут определенные растения, к примеру, сосна, тимьян, вереск, то есть хорошо переносящие засуху.

Песчаная почва

На участках с преобладанием глины, формируются различные виды глинистой почвы. Для данного типа почвы характерен застой влаги, недостаток кислорода, при высыхании образуется плотная корка на поверхности. Поэтому глинистая почва считается очень тяжелой для растений. Более благоприятны смешанные типы глинистой почвы, например суглинистая, состоит из песка и глины.

Глинистая почва

Каменистая почва характерна для горных или пустынных районов с россыпями камней.Такие почвы бедны питательными веществами и выживают на каменистых участках только неприхотливые растения. К примеру, различные виды камнеломок, молодило, кактусы.

1. Не менее важным для формирования почвы является климат. Он определяет количество тепла и воды, что способствует развитию плодородности почвы.
2. Живые организмы обеспечивают рыхление почвы, способствуют разложению органических остатков. Все это повышает плодородность почвы.
3. Хозяйственная деятельность человека может положительно влиять на почву, а может и отрицательно. Для достижения высокой плодородности вносят в почву удобрения. Высокое содержание питательных веществ и перегноя делает почву плодородной. Такой тип почв получил название чернозем. Распространены черноземы на юге России в степной природной зоне.

Чернозем

Самыми распространенными в России считаются подзолистые почвы. Они имеют низкое содержание питательных веществ, поэтому для использования в сельском хозяйстве не пригодны. Встретить подзолистые почвы можно в зоне тайги и смешанных лесов.

Подзолистые почвы

У всех типов почв можно выделить одинаковые особенности строения. Присмотревшись внимательно к разрезам почвы, видно, что они состоят из слоев различного цвета. Эти слои получили название горизонты почвы.

Горизонты почвы Источник

Отличаются слои не только по цвету, но и по составу и количеству веществ. По мощности горизонты почвы также различаются. Какой горизонт почвы самый мощный? Это материнская порода, на которой находятся все остальные слои. Примерно таким же считается горизонт вмывания, однако он является плодородным, в отличие от породы. Верхним горизонтом почвы является гумусовый – самый плодородный для растений.