Целостность биосферы.

Биосфера - глобальная экосистема, объединяющая все экосистемы нашей планеты.

Биосфера (от греч. биос — жизнь и сфера — шар) — оболочка Земли, населенная и активно преобразуемая организмами. В ней постоянно происходят круговороты веществ и превращение энергии, поддерживающие ее существование.

Учение о биосфере, ее границах, составе и функциях живого вещества создал русский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863—1945).

Границы биосферы определяются областью распространения организмов в геологических оболочках Земли — атмосфере, гидросфере и литосфере.

Верхняя граница биосферы проходит в атмосфере, в среднем, на высоте 25—27 км, и определяется нарастанием с высотой ультрафиолетовой солнечной радиации. Отдельные споры бактерий и грибов обнаружены на высоте до 40 км.

Нижняя граница биосферы проходит в литосфере на глубине 4 км.

В гидросфере жизнь проникает на всю глубину Мирового океана (до 11 км).

Особенности биосферы как глобальной экосистемы.

1) она является открытой системой, в которой на входе имеется солнечная энергия, а на выходе - вещества, образовавшиеся в процессе жизнедеятельности организмов и вынесенные из круговорота.

2) биосфера - динамическая система (изменение любого компонента вызывает изменение других компонентов).

3) биосфера неразрывно связана с космосом и Вселенной (сама атмосфера планеты - результаты жизнедеятельности организмов).

Целостность биосферы.

Каждый компонент биосферы существует не изолированно, а испытывает влияние со стороны других компонентов и сам на них воздействует. Изменение любого из компонентов вызывает изменение других.

Наиболее подвержены изменениям животный и растительный мир, менее изменчивы почва, гидросфера и атмосфера. Еще меньшим изменениям подвержены климат, рельеф и литосфера.

Скорость изменения компонентов биосферы убывает в следующем порядке: животный мир —> растительный мир —> почва —> гидросфера —> атмосфера —> климат —> рельеф —> литосфера.

Зональность биосферы: а) широтная зональность; б) высотная зональность.

Полярная асимметрия биосферы - проявляется в различиях, имеющихся между природой Северного и Южного полушарий. Так, в Северном полушарии огромные пространства умеренного пояса занимают хвойные леса - тайга.

В Южном полушарии суша на этой широте отсутствует.

В составе биосферы В.И. Вернадский в основном выделял живое, биогенное и косное вещества.

Живое вещество - совокупность всех организмов нашей планеты, выраженное в биомассе и энергии. Наиболее высока его концентрация на границах основных сред жизни — в почве, в поверхностных слоях Мирового океана, на дне водоемов.

Биогенное вещество - соединения и полезные ископаеме (известняк, нефть, газ, уголь, торф), созданные живыми организмами.

Косное вещество - горные породы вулканического происхождения и минералы, возникшие в результате геологических процессов без участия организмов.

Биомасса всех организмов нашей планеты составляет 24 000 000 000 т сухого вещества,

Газовая функцияживого вещества - поддержание постоянства газового состава атмосферы (СО₂, О₂, СН₄ и т.д.).

Концентрационная функцияживого вещества - накопление в телах организмов ряда химических элементов (углерода, водорода, кислорода, кремния, фосфора) и соединений. Так, карбонат кальция откладывается в костях, зубах и раковинах животных; кремнезем концентрируют хвощи, а йод накапливают морские бурые водоросли.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества заключается в окислении и восстановлении в процессе жизнедеятельности организмов ряда химических соединений.

Биогеохимическая деятельность человека - использование человеком для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства все возрастающего количества косного, биогенного и живого веществ нашей планеты.

Промышленностью созданы новые химические соединения, которые не вовлекаются в круговорот веществ, а накапливаются и загрязняют атмосферу, литосферу и гидросферу.

Круговороты веществ:

1) геологический, или большой, круговорот. Например, круговорот воды в природе, круговорот углерода, азота, и т.д.

2) биологический, или малый, круговорот, в котором ведущую роль стали играть организмы (биогеохимический цикл углерода и азота), накопление кислорода, связывание углекислого газа и азота, осаждение кальция и др.

Круговорот кислорода. Основной источник свободного кислорода в атмосфере — это деятельность разных групп фотосинтезирующих организмов, использующих углекислый газ и воду. Из атмосферы кислород выводится при дыхании большинства живых существ, а в неживом мире — в процессах окисления. Он включается в состав как органических, так и неорганических соединений, в том числе воды. Часть кислорода выводится из круговорота при захоронении карбонатов. Таким образом, круговороты кислорода и углерода тесно сопряжены.

Круговорот воды: поглощается из почвы растениями и затем в виде водяного пара испаряется листьями для предотвращения перегревания. Часть воды растения расходуют на процесс фотосинтеза. Животные воду получают с питьем и с пищей. Удаляется из животных организмов вода в составе выдыхаемого воздуха, пота и других выделений. Наземные растения, главным образом из влажных экваториальных лесов, испаряя воду, уменьшают ее поверхностный сток и удерживают влагу в атмосфере.

Круговорот углерода: Основной первичный источник СО₂— это вулканическая деятельность. Связывание углекислого газа происходит двумя путями:

а) поглощение СО₂растениями в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующим отложением их в виде торфа, угля, горючих сланцев.

б) растворение СО₂ в водоемах, переход его в карбонат-ионы и гидрокарбонат-ионы. Затем с помощью кальция или магния происходит осаждение карбонатов на дно водоемов в виде известняков. Запасы углекислого газа в атмосфере постоянно пополняются благодаря дыханию организмов, процессам разложения органических остатков, а также от сжигания топлива и выбросов промышленности.

Круговорот азота: в небольших количествах атмосферный азот связывается с кислородом воздуха в нитраты при грозовых разрядах. Основное связывание атмосферного азота осуществляется азотфиксирующими бактериями, обитающими в почве. Они синтезируют нитриты и нитраты, которые становятся доступными для использования растениями. В растениях азот переходит в состав органических соединений, например белков, нуклеиновых кислот и АТФ. При разложении трупов погибших организмов или при выделении мочи у животных, азот поступает в почву в виде соединений аммиака. Они затем окисляются до нитритов и нитратов и снова используются растениями. Частично нитраты почвы восстанавливаются денитрифицирующими бактериями до газообразного азота.

Круговорота энергии в биосфере не происходит. Этот процесс не является замкнутым. В биосфере наблюдается лишь поток энергии, связанный с превращением одной ее формы в другую.