Сутність біосфери

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Сутність біосфери

План
Введення. Поняття біосфери
1. Характеристика та структура біосфери
2. Основні біохімічні цикли кругообіг біогенних елементів)
3. Продукційна і регуляторна функції біосфери як основа життєзабезпечення суспільства
Висновок
Список використаної літератури

Введення. Поняття біосфери
Існують два основних визначення поняття біосфера », одне з яких відомо з часу появи в науці даного терміну. Це розуміння біосфери як сукупності всіх живих і неживих організмів на Землі.
Біосфера (від грец. Bios - життя, sphaira - плівка) - жива оболонка Землі.
Термін «біосфера» вперше був використаний відомим австрійським вченим Е. Зюсом (1831-1914) в його книзі "Лик Землі» (1875).
Пізніше термін «біосфера» використовували й інші вчені, але вчення про біосферу в сучасному розумінні, було сформульовано В. І. Вернадським (1863-1945) у його знаменитій книзі «Біосфера» (1926). За В. І. Вернадському, Біосфера «представляє собою певну геологічну оболонку, різко відмінну від усіх інших оболонок нашої планети ...» І далі: «жива речовина біосфери, єдиної області планети, закономірно пов'язаної з космічним простором, є сукупність її живих організмів , її живої речовини як планетного явища. Жива речовина проникає всю біосферу та її значною мірою створює ».
Як відзначав академік, геохімічні процеси на Землі і формування лику Землі пов'язані з живими істотами, тому біосфера містить у собі власне живу оболонку Землі (живий матеріал у вигляді живих організмів, що населяють Землю в кожен момент) і колишні живі оболонки (колишньої живий матеріал), межі яких визначаються розподілом біогенних осадових порід.
Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з однієї сторони залежить, а з іншого - сама впливає на неї. Тому перед натуралістами виникає задача - конкретно досліджувати, яким чином і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні і геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі й у земній корі. Тільки подібний підхід може дати ясне і глибоке представлення про концепцію біосфери. Таку задачу саме і поставив перед собою видатний російський учений Володимир Іванович Вернадський (1863 - 1945). Вчений зазначав: «... Століття і тисячоліття пройшли, поки людська думка могла відзначити риси єдиного зв'язкового механізму в уявній хаотичної картині природи». Розвинені ним положення стали одним з найбільших природничонаукових узагальнень XX ст.

1. Характеристика та структура біосфери
Факти і положення про біосферу накопичувалися поступово в зв'язку з розвитком ботаніки, грунтознавства, географії рослин і інших переважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Ті елементи знання, що стали необхідними для розуміння біосфери в цілому, виявилися зв'язаними з виникненням екології, науки, що вивчає взаємини організмів і навколишнього середовища. Біосфера є визначеною природною системою, а її існування в першу чергу виражається в круговороті енергії і речовин при участі живих організмів.
Першим з біологів, що ясно вказав на величезну роль живих організмів в утворенні земної кори, був Ж. Б. Ламарк (1744 - 1829). Він підкреслював, що всі речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі й утворюючі його кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.
Дуже важливим для розуміння біосфери було встановлення німецьким фізіологом Пфефером (1845 - 1920) трьох способів харчування живих організмів:
автотрофне - побудова організму за рахунок використання речовин неорганічної природи;
гетеротрофне - будівля організму за рахунок використання низькомолекулярних органічних сполук;
міксотрофних - змішаний тип побудови організму (автотрофно-гетеротрофний).
Біосфера (у сучасному розумінні) - своєрідна оболонка Землі, що містить всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.
Біосфера розташовується на перетині верхньої частини літосфери, нижньої частини атмосфери і займає всю гідросферу.
Межі біосфери:
Верхня межа в атмосфері: 15-20 км. Вона визначається озоновим шаром, що затримує короткохвильове УФ-випромінювання, згубне для живих організмів.
Нижня межа в літосфері: 3,5-7,5 км. Вона визначається температурою переходу води в пару і температурою денатурації білків, однак в основному поширення живих організмів обмежується вглиб кількома метрами.
Нижня межа в гідросфері: 10 ÷ 11 км. Вона визначається дном Світового Океану, включаючи донні відкладення.
Атмосфера - найбільш легка оболонка Землі, яка межує з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом.
Атмосфера має кілька шарів:
тропосфера - нижній шар, що примикає до поверхні Землі (висота 9-17 км). У ньому зосереджено близько 80% газового складу атмосфери і уся водяна пара;
стратосфера;
ноносфера - там "жива речовина" відсутня.
Переважні елементи хімічного складу атмосфери: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
Гідросфера - водна оболонка Землі. Внаслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найбільш чисті атмосферні води містять від 10 до 50 мгр / л розчинних речовин.
Переважні елементи хімічного складу гідросфери: Na +, Mg2 +, Ca2 +, Cl-, S, C. Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого не говорить про те, наскільки він важливий для рослинних і тваринних організмів, що живуть у ній. У цьому відношенні ведуча роль належить N, P, Si, що засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану.
Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, що складає з осадових і магматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхній шар твердого тіла планети, розташований вище сейсмічної границі Мохоровичича. Поверхневий шар літосфери, в якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральної (неорганічної), являє собою грунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину грунту). Складовими частинами грунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази.
Переважні елементи хімічного складу літосфери: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
Провідну роль виконує кисень, на частку якого припадає половина маси земної кори і 92% її обсягу, проте кисень міцно пов'язаний з іншими елементами в головних породоутворюючих мінералах. Т.ч. в кількісному відношенні земна кора - це "царство" кисню, хімічно зв'язаного в ході геологічного розвитку земної кори.
Поступово ідея про тісний взаємозв'язок між живою і неживою природою, про зворотний вплив живих організмів і їх систем на навколишні їх фізичні, хімічні і геологічні фактори усе наполегливіше проникала у свідомість вчених і знаходила реалізацію в їхніх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли і зміни, що відбулися в загальному підході натуралістів до вивчення природи. Вони все більше переконувалися в тому, що відособлене дослідження явищ і процесів природи з позицій окремих наукових дисциплін виявляється неадекватним. Тому на рубежі ХІХ - ХХ ст. у науку усе ширше проникають ідеї холістичного, або цілісного, підходу до вивчення природи, які в наш час сформувалися в системний метод її вивчення.
Результати такого підходу негайно позначилися при дослідженні загальних проблем впливу біотичних, чи живих, факторів на абіотичні, чи фізичні, умови. Так, виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному грунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють навіть склад нашої атмосфери. Число подібних прикладів легко збільшити, і усі вони свідчать про наявність зворотного зв'язку між живою і неживою природою, у результаті якої жива речовина значною мірою змінює лик нашої Землі.
Біосферу складають наступні типи речовин:
Жива речовина - вся сукупність тіл живих організмів, що населяють Землю, фізико-хімічно єдина, незалежно від їх систематичної належності. Маса живої речовини порівняно мала і оцінюється величиною 2,4-3,6 · 1012 т (в сухій вазі) і складає менше 10-6 маси інших оболонок Землі. Але це одна «з наймогутніших геохімічних сил нашої планети», оскільки жива речовина не просто населяє біосферу, а перетворює вигляд Землі. Жива речовина розподілена в межах біосфери дуже нерівномірно.
Биогенное речовина - речовина, що створюється і що переробляє живою речовиною. Протягом органічної еволюції живі організми тисячократно пропустили через свої органи, тканини, клітини, кров всю атмосферу, весь обсяг світового океану, величезну масу мінеральних речовин. Цю геологічну роль живої речовини можна уявити собі по родовищах вугілля, нафти, карбонатних порід і т.д.
Відсталу речовину - в утворенні якого життя не бере участь; тверде, рідке і газоподібне.
Биокосное речовина, яка створюється одночасно живими організмами і відсталими процесами, представляючи динамічно рівноважні системи тих і інших. Такі грунт, мул, кора вивітрювання і т. д. Організми в них грають провідну роль.
Речовина, що знаходиться в радіоактивному розпаді.
Розсіяні атоми, безперервно створюються з усякого роду земного речовини під впливом космічних випромінювань.
Речовина космічного походження.
2. Біохімічні цикли в біосфері (кругообіг біогенних елементів)
Земля - ​​кінцеве фізичне тіло, і кількість будь-яких хімічних елементів на Землі звичайно. Але вже мільйони років, з тих пір, як з'явилося життя на планеті, йде процес фотосинтезу органічної речовини з неорганічних компонентів - і цей процес нескінченний.
Академік В. Р. Вільямс писав: "Щоб надати чогось кінцевого властивості нескінченного, треба примусити це кінцеве здійснювати рух по замкненій кривій, тобто залучити його в круговорот".
Дійсно, всі речовини на Землі здійснюють такі кругообіги, звані біохімічними циклами. Виділяють два основних цикли:
великий - геологічний і малий - біотичний. Великій кругообіг триває довго, сотні тисяч або мільйони років: гірські породи руйнуються, вивітрюються і водні потоки зносять їх у Світовий океан, де вони осідають на дно, лише частина їх повертається на сушу із опадами, з організмами, які людина отримує з моря. Великі геотектонічні зміни (підняття дна морів, опускання материків) знову повертають речовини на сушу - і все повторюється.
Малий кругообіг (біотичний) є частиною великого. Він іде на рівні живої природи. Живильні речовини грунту, вода, вуглець йдуть напостроеніе органічної речовини рослин і тварин і беруть участь у життєвих процесах. Після загибелі організмів відходи їх життєдіяльності знову розкладаються на неорганічні компоненти (відсталу речовину) організмами - редуцентами (деструкторами). І все знову повторюється: мінеральні речовини йдуть в їжу рослин і т. д. Малі кругообіги за участю живих організмів отримали назву біохімічних циклів.
Якщо зважити все живе речовина на планеті, воно складе близько 2 трильйонів тонн. Це величезна величина, але вона мізерно мала в порівнянні з масою земної кори - всього одна стотисячна частка і навіть менше. Однак якщо маса земної кори залишається загалом постійною, то жива речовина володіє унікальним, тільки йому властивим властивістю - самовідтворюватися. Живі клітини розмножуються, відтворюють самі себе. У деяких організмів здатність розмножуватися виключно велика. Якщо б не було ніяких перешкод, крихітна водорість діатолія за 8 днів утворила б біомасу, рівну масі Землі. Всього за 8 днів! Так велика сила життя в її прагненні захопити максимальний простір. Кожен рік жива речовина біосфери відтворює близько 250 млрд. тонн біологічної продукції. За 3 млрд. років свого існування загальна біомаса живої речовини повинна була б у сотні разів перевищити масу земної кори. Однак сила біосфери не в її масі, а у величезному розмаїтті.
У складові компоненти біосфери входять живе речовина і населені життям частини гідросфери, атмосфери та літосфери, вони тісно пов'язані один з одним всі разом складають єдину живу систему - біосистему.
Все живе і кожен живий організм пов'язані з навколишнім середовищем біологічним кругообігом речовин і потоком енергії. Споживаючи і виділяючи речовини та енергію, організми впливають на середовище існування вже тим, що вони живуть. Вплив на навколишнє середовище, окремої особини зазвичай невелика і малопомітно, але всі разом організми (тобто все живе речовина) виявляються потужною силою, перетворюючої земну поверхню.
Наприклад, тільки нової рослинної маси щорічно близько 170 млрд. (по сухому вазі). З них 115 млрд.дает суша і 55 млрд. - Світовий океан. Так, приблизно за мільярд років фотосинтезуючі водорості і наземні рослини, перетворюючи сонячну енергію, створили стільки органічної речовини, що воно могло б покрити всю Землю шаром 2000 км.
Всі організми по їх ролі, що виконується в біосфері, поділяють на три групи.
Продуценти - (від лат. «Створює») - автотрофи, що володіють унікальною здатністю з неорганічних сполук з споживанням сонячної енергії утворювати складні органічні сполуки.
Консументи - (від лат. «Споживаю чи споживачі») - гетеротрофи, що харчуються органічними речовинами, створеними автотрофами і утворюють з них нові органічні речовини яких немає в тілах автотрофів.
Редуценти - (від лат. "Повернення або разлагателі») - гетеротрофи, здатні переробляти органічні речовини мертвих тіл і різні відходи живих організмів, руйнуючи їх до простих неорганічних сполук.
Кожна з цих трьох груп виконує свою особливу функцію в біосфері. При цьому взаємодіючи між собою і з навколишнім середовищем, живі організми цих 3 груп у глобальній биосистеме створюють кругообіг речовин і потік енергії від одних компонентів системи до інших, забезпечуючи цілісність і стійке підтримання життя біосфери.
Однак якщо б на Землі існували тільки зелені рослини, то через деякий час всі мінеральні речовини планети виявилися б зв'язаними в самих рослинах (притому в основному в мертвих тілах), і в результаті зростання рослин, а потім і їх життя припинилися зовсім. Але цього не відбувається, тому що інші організми - редуценти, харчуючись речовинами, укладеними в мертвих тілах рослин, піддають їх мінералізації (деструкції) до простих неорганічних сполук, які потім знову використовуються автотрофами - продуцентами.
Крім того, величезні запаси речовин і енергії, укладені в тілах продуцентів, споживаються не тільки редуцентами, але і консументами, до яких відносяться в основному тварини: рослиноїдні, м'ясоїдні, всеїдні і паразити. Продуценти, консументи і редуценти пов'язані один з одним і з навколишнім абіотичним середовищем складними харчовими мережами. Між цими чотирма компонентами біосфери відбувається обмін речовинами та енергією. У кінцевому рахунку хімічні елементи оболонок планети і енергія, що надійшла від сонця, через тіла рослин доходять по харчових ланцюгах до кожного гетеротрофного живого організму. Таким шляхом з численних речовин, що підтримують життя організмів різних видів, у біосфері створюється кругообіг речовин і потік енергії. Зважаючи на величезну роль живої речовини кругообіг речовин в біосфері називають біологічним чи біотичних.
Могутньої рушійною силою кругообігу речовин та потоку енергії на нашій планеті є жива речовина.
Отже, біологічний кругообіг характеризується наявністю чотирьох обов'язкових взаємопов'язаних компонентів:
1) запасу хімічних речовин і енергії;
2) продуцентів;
3) консументів;
4) редуцентов.
У підсумку все живе біосфери та навколишнє середовище, звідки організми черпають засобу життю і куди виділяють всі свої продукти життєдіяльності, створюють цілісне, тісно пов'язане, що взаємодіє єдність - живу систему (біосистему), яку з-за цієї безперервної взаємозв'язку живої речовини з неживою природою називають також екологічною системою (екосистемою). Організована в глобальну біосистему (екосистему), життя на планеті Земля триває безперервно вже мільйони років.
Будь-яка біосистема стійка лише в тому випадку, якщо що входять до її складу взаємодіючі комплекси живих організмів досить повно підтримують кругообіг речовин. Зміни маси живої речовини його структури, хімізму впливають на характер біологічного кругообігу. Знання якісних і кількісних характеристик біологічного кругообігу, його ритму, інтенсивності та швидкості руху речовин і енергії можливість прогнозувати ступінь стійкості екосистеми.
Біологічний кругообіг речовини і потік енергії є головною умовою виникнення та існування глобальної екосистеми.
Кругообіг речовин у природі - це відносно повторювані (циклічні) взаємопов'язані хімічні, фізичні та біологічні процеси перетворення і переміщення речовин у природі.
Рушійними силами кругообігу служать потоки енергії Сонця (і Космосу в цілому) і діяльність живої речовини. Завдяки цим силам йде переміщення, концентрація і перерозподіл величезних мас хімічних елементів, залучених зеленими рослинами з допомогою фотосинтезу в органічні речовини живих істот.
Кругообіг речовин підтримується в екосистемі планети постійним припливом все нових порції енергії. Однак кругообігу енергії не буває. Енергія - відповідно до закону збереження, не зникає безслідно, а перетворюється в процесі життєдіяльності організмів і, переходячи в теплову форму, розсіюється в навколишньому просторі. У той же час хімічні елементи, мігруючи з їжею від одного організму до іншого, можуть виходити в абіотичних середу і знову залучатися автотрофами в круговорот життя, тобто багаторазово рухаються в круговороті.
Біологічний кругообіг речовин і потік енергії в біосфері нагадують обертання млинового колеса в струмені швидкоплинної води.
У біологічному кругообігу речовин біосфери виділяють кілька циклів звернення хімічних елементів, тобто шляхів циркуляції речовин із зовнішнього середовища в організми і знову в зовнішнє середовище. У циклах простежують рух життєво важливих - біогенних - елементів наприклад: С, О, Н, N, P. Біогенні елементи різними шляхами поперемінно переходять з живої речовини в неорганічну матерію, а з неї знову надходять у жива речовина і таким чином постійно входять до складу організмів, беручи участь у їхній життєдіяльності.
Всі біохімічні цикли біосфери не замкнуті. При цьому кожен новий цикл не є точним повторенням попереднього, так як природа не залишається незмінною. Речовини і сонячна енергія залучаються до кругообігу, але разом з тим енергія у вигляді тепла йде, розсіюючись в просторі, нерідко й органічні речовини виходять з кругообігу в навколишнє середовище, накопичуючись у вигляді покладів. Тому і в окремих біогеоценозах і у всій біосфері кругообіги не замкнуті, а сама біосфера є відкритою біосистемою
Кругообіг вуглецю в біосфері.
Вуглець - один з найпоширеніших елементів на Землі (11-е місце); визначає всі різноманіття органічних сполук. Джерелом вуглецю служить вуглекислий газ, що знаходиться в атмосфері і розчинений у воді. Захоплений фотосинтезом вуглець перетворюється в цукру, а іншими процесами біосинтезу перетворюється на білки і ліпіди. Але в процесі дихання і при розкладанні мертвих тіл за допомогою редуцентов вуглець знову вступає в круговорот у формі вуглекислоти. Вуглець входить до складу атмосфери у вигляді CO2, крейди, вапняків, мармуру CaCO3, магнезиту MgCO3, доломіту, малахіту, викопного вугілля, нафти, природного газу та інших корисних копалин надовго залишаючись поза кругообігу. Але під впливом коренів рослин, тварин і діяльності людини (опалення, промисловість) вуглець може бути звільнений і тоді знов опиниться в круговерті. Проста речовина вуглецю може існувати у формі алмазу, графіту, карбін, аморфного вуглецю («деревне вугілля», «активоване вугілля») і фулерену.
Парниковий ефект
Кругообіг вуглецю відбувається по двох циклів: за великим (геологічного) круговороту, що відбувається протягом мільйонів років, і по малому, біологічному кругообігу, пов'язаного з життєдіяльністю організмів. Вуглець міститься в атмосфері близько 23,5. 1011 т і служить харчуванням для рослин в процесі фотосинтезу; потім у складі органічної речовини (біомаси) проходить по харчових ланцюгах. При диханні рослин, тварин та інших живих організмів виділяється CO2; таким чином вуглець повертається в атмосферу.
Частина вуглецю в мертвій органіці переходить в викопне паливо (кам'яне вугілля, торф); в процесі горіння вуглець у вигляді CO2 повертається в атмосферу.
Проблема "парникового ефекту" CO2 вловлює тепло від нагрітої поверхні Землі, перешкоджаючи стоку тепла від Землі в Космос. Це явище отримало назву "парниковий ефект". Крім CO2 існує безліч інших "парникових газів, які залежно від їх внеску" можна розташувати в наступний ряд: водяна пара, CO2, метан, фреони, закис азоту (геміоксід) N2O. Це найбільш значущі.
Помітне зростання концентрації CO2 в атмосфері розпочався в кінці 18 століття. Це було пов'язано з вирубкою лісів і спалюванням викопного палива. В даний час від спалювання різного палива в атмосферу щорічно надходить 0,7% загальної кількості атмосферного CO2. Середньорічна температура за останні 100 років зросла ~ на 0,5 ° С. Відповідно рівень Світового океану за цей період піднявся на 10-15 см за рахунок теплового розширення вод Світового океану і частково - таненням льодовиків. Все це свідчить про те, що людська діяльність (антропогенний чинник) робить все більший вплив на глобальні процеси, пов'язані з тепловим режимом нашої планети.
Кругообіг фосфору в біосфері.
Фосфор - «елемент - одинак». Проста речовина при звичайних умовах існує у вигляді цілого ряду аллотропних модифікацій, головні з них - білий, червоний і чорний фосфор. Фосфор у вільному стані в природі не зустрічається, а входить до складу мінералів типу апатитів 3Ca3 (PO4) 2 CaF2 та фосфатів Ca3 (PO4) 2. Фосфор - важлива складова частина цитоплазми і нуклеїнових кислот. Редуценти, минерализуют органічні сполуки фосфору в фосфати, які знову споживаються корінням рослин. Багато фосфору накопичується у гірських породах, у глибинних відкладах, звідки за допомогою тварин знову повертається в кругообіг.
Кругообіг води на поверхні земної кулі відомий: дією сонячної енергії в результаті випаровування створюється атмосферна волога, вона конденсується у формі хмар, з їх охолодженням вода випадає вигляді опадів (дощ, сніг, град), які поглинаються грунтом чи стікають у річки, озера, моря і океани. Кількість води, що випаровується рослинами з допомогою транспірації, завжди більше, ніж випаровується з поверхні водойм. Кругообіг води в басейні річки Конго - приклад регіонального круговороту води. Вода, що втрачається в процесі випаровування тропічним лісом і саваною, згодом повертається з опадами в грунт. Притому опади більш рясні, ніж стік води в морі.
Кругообіг, що відбуваються в біосфері, дуже складні і тісно пов'язані між собою. Вливаючись у загальний біологічний кругообіг, вони складають основу існування та розвитку глобальної екосистеми, забезпечуючи її динамічну стійкість і поступальний розвиток. Рушійною силою біологічного кругообігу речовин на нашій планеті є життєдіяльність організмів.
Кругообіг азоту
Атмосфера на ~ 79% складається з азоту. Азот - біогенний елемент, входить до складу амінокислот і білків у живих організмах. Біохімічний цикл азоту наведено на рис. 1.8. Азот може стати доступним для живих організмів тільки у зв'язаній формі, тобто в результаті азотфіксації. Фіксація азоту (у порядку значимості)
1. Промислова фіксація (см.ріс 1.8 в Пріложеніі5).
2. Синьо-зелені водорості і бактерії.
3. Дія фізичних сил природи: блискавок, космічного випромінювання
(N2 + 02 → NО → нітрати).
Промислова фіксація - це виробництво добрив (КNO3, NаNО3, NН4NO3 і т.п.).
Найбагатший природне джерело пов'язаного азоту - це бобові: горох, конюшина, соя, люцерна і т. д. На їх коренях є бульби, в яких знаходяться колонії азотфіксуючих бактерій. Це симбіоз рослин і бактерій: рослини отримують азот, бактерії-вуглеводи і інше харчування. Розпад органічної речовини і нітрифікація відбувається за участю сапрофітів - бактерій. Вони повертають азот білків, що містяться в мертвих рослинах і тварин, в загальний круговорот у вигляді нітратів. Денітрифікація виробляється особливими бактеріями денітрифікатори, які розщеплюють нітрати і повертають азот. Такі бактерії живуть у грунтах і водах з малим вмістом 02. Природний круговорот азоту відбувається з дуже малою швидкістю, тому він сильно схильний до антропогенних впливів. В даний час рівновагу по азоту в природі порушено в результаті людської діяльності: відбувається накопичення нітратів та інших проміжних продуктів нітрифікації в навколишньому середовищі.
Проблеми, пов'язані з порушеннями в кругообігу азоту.
Перша проблема пов'язана з накопиченням нітратів. Це сполуки азоту, солі азотної кислоти з радикалом NO3-, входять до складу добрив, застосовуються як харчові добавки. Самі по собі нітрати відносно не токсичні. Але бактерії, що живуть в організмі людини, можуть перетворювати їх на токсичні нітрити. Нітрити реагують в шлунку з амінами, утворюючи досить канцерогенні нітрозаміни. (Нітрозаміни - найсильніші канцерогени з відомих). Нітрит натрію (NaNO2) в суміші з кухонною сіллю використовується для засолу м'яса і риби. У ФРН 95% м'ясних виробів підсолювати цією сумішшю.
Нітрити небезпечні:
1). Утворюються нітрозаміни - канцерогени.
2). У грудних і маленьких дітей розвивається ціаноз або синюшність.
Джерелами нітрозамінів (Н) є: машинні масла (було обнаруженодо 3% Н), тютюновий дим ~ 1 мкг і деякі косметичні засоби.
Другою проблемою є проблема оксидів азоту. Оксиди азоту утворюються при всіх процесах горіння в результаті з'єднання N і О. При горінні утворюється спочатку NO, який потім окислюється до N02, який більш токсичний і шкідливий для живої природи. З N02, утворюються кислотні опади в умовах вологого повітря (кислотні тумани, кислотна роса, кислотні дощі)
N02 + Н20 → HNO3
ГДК по N02 дорівнює 0,08 мг/м3 при тривалій дії. Ознаки хронічного отруєння N02: головні болі, безсоння, виразка слизових оболонок.
Фотохімічний зміг утворюється в умовах великого кількостях вихлопних газів (близько 500 різних вуглеводнів), оксидів азоту, інтенсивного сонячного випромінювання. Продуктами відбуваються хімічних реакцій є безліч небезпечних речовин - фотооксидантами, озон, ПАН (піроксіацетілнітрат, що є смертельно небезпечною речовиною).
Кругообіг сірки. Проблема кислотних опадів
Кругообіг сірки в природі складний і до кінця не ясний. Сірка поширена в природі у вигляді безлічі неорганічних сполук. (Відомо більше 200 сірковмісних мінералів). Сірка бере участь також і в біотичному круговороті: вона входить до складу деяких амінокислот, а також бере участь в біохімічних процесах утворення білків.
В атмосферному повітрі сірка присутні основному, у вигляді трьох сполук - газоподібних оксиду сірки (1У), сірководню та аерозолів сульфатів. Природним джерелом сірки в атмосферному повітрі є сірководень. Середній час життя Н2S в атмосфері ~ 2 діб. Він швидко окислюється до SO2. Антропогенний джерело SO2 - спалювання палива, оскільки викопне паливо містить значну кількість сірки майже до 4%. В атмосферному повітрі SO2 призводить до утворення аерозолів і "кислих" дощів. Час життя SO2 в атмосфері ~ 4 діб.
Існує і природний забруднювач атмосферного повітря сполуками сірки (SO2, Н2S, сульфати) - це вулканічна діяльність. При виверженнях вулканів ці сполуки потрапляють в нижні шари атмосфери - тропосферу.
Діоксид сірки - газ, шкідливий для здоров'я людей, які страждають захворюваннями дихальних шляхів. Доведено пряму залежність частоти захворювань бронхітом від концентрації SO2 в повітрі:
у = 14,5 х - 1,3
де у - відсоток хворих бронхітом;
х - концентрація SO2 у повітрі, мг/м3. Приклади: При х = 1,0 мг/м3 кількість хворих бронхітом складе 13,2%, при х = 5 мг/м3 - у = 71,2%, при х = 6,8 мг/м3 - все населення захворіє бронхітом. Ці прогнозиподтверждаются дослідженнями, проведеними в Європі. В атмосферному повітрі SO2 окислюється до SO3. Газоподібний SO3 розчиняється в краплях вологи з утворенням сірчаної кислоти

SO3 (г) + Н2O (ж) -> H2SO4 (ж)
Це призводить до випадання кислотних опадів, що згубно впливає на живі організми в природі: у водоймах гинуть риби й інші організми. Кислотні опади змінюють структуру і склад грунтів, призводять до загибелі рослин. Особливо страждають хвойні дерева. І, нарешті, кислотні опади призводять до руйнування і творіння людських рук. Під впливом кислоти руйнуються будівлі, архітектурні та інші пам'ятки, під дією кислотних дощів прискорюється корозія металевих конструкцій.
Таким чином, можна зробити висновок, що біохімічними циклами і кругообігом в цілому забезпечуються найважливіші функції живої речовини в біосфері.
Якщо ж розглядати біосферу в цілому, то в ній можна виділити: 1) кругообіг газоподібних речовин із резервним фондом в атмосфері та гідросфері (океан) і 2) осадовий цикл із резервним фондом в земній корі (в геологічному круговерті).
Процес кругообігу кисню в біосфері дуже складний, тому що він міститься в дуже багатьох хімічних сполуках.
Біогеохімічний кругообіг в біосфері, крім кисню, вуглецю та азоту, здійснюють і багато інших елементів, що входять до складу органічних речовин, - сірка, фосфор, залізо та ін
3. Продукційна і регуляторна функції біосфери як основа життєзабезпечення суспільства
В. І. Вернадський писав: «Живий організм і жива речовина є закономірною функцією біосфери ... в біосфері можуть існувати не всякі організми, а тільки строго певні її структурою ». Тому морфологічні, фізіологічні властивості організмів повинні розглядатися нерозривно з його геохімічними функціями.
Біосфера - це відкрита цілісна система, тобто така яка, з одного боку, пов'язана енергоінформаційним і речовим обміном з Космосом, з іншого, - не зводиться до простої суми складових її частин. Цілісність біосфери виконує регуляторну функцію по відношенню до об'єктів і процесів всередині біосфери.
Найбільша заслуга В. І. Вернадського полягає у визначенні найважливішої ролі живих організмів у формуванні та підтримці основних фізико-хімічних властивостей оболонок Землі.
Він першим сформулював поняття біосфери не просто як простору, заселеного живими організмами, а як цілісної функціональної системи, на рівні якої реалізується нерозривний зв'язок геологічних і біологічних процесів. Центральна роль в цій системі належить живим організмам, що володіє високою хімічною активністю, рухливістю і здатністю до самовідтворення.
Підкреслюючи глобальне значення життя, В. І. Вернадський розглядав її в масштабах цілісної біосфери. У його геохімічної концепції виділена сукупність живих організмів («живої речовини») як ціле. При такому підході вченого цікавили в першу чергу хімічні властивості живих організмів, оскільки саме вони визначають характер кругообігу речовин. «Форма організмів в міграціях елементів земної кори майже зовсім стушевиваются, - писав він, - але речовина організмів, рух його молекул, його енергія проявляються у всіх спостережуваних явищах ... Необхідно висловлювати сукупність організмів виключно з точки зору їхньої ваги, їх хімічного складу, їх енергії, їх обсягу та характеру відповідає їм простору ». При цьому В. І. Вернадський підкреслював, що біосфера як цілісна система володіє певною організованістю, механізмами самопідтримки: «Жива речовина ... стає регулятором дієвої енергії біосфери ».
Однак ця регуляторна функція чутлива до конкретних форм живих організмів і механізмам їх взаємодії. Ініційоване вченням В. І. Вернадського розвиток біології в напрямку пізнання ролі життя в біосферних процесах характеризувалося прагненням розкрити конкретні механізми біогенного кругообігу речовини як стійкого глобального явища. Найбільш плідною виявилася концепція В. Н. Сукачова про біогеоценозах - біологічних системах, на рівні яких реалізуються процеси цього кругообігу. За сучасним уявленням, стійке підтримання біогенного кругообігу грунтується на трьох генеральних властивості життя: її різноякісні і різноманітності її системності, гомеостазірованіі функцій на різних рівнях організації біологічних систем.
Фізіологічна різноякісність живих організмів - фундаментальне умова стійкого існування життя як планетарного явища. Форма існування життя - вид. З позицій геохімічної ролі виду його найбільш істотним властивістю є неповторна специфічність обміну речовин. Різноманіттям видів визначається максимальна ефективність використання зовнішніх джерел і форм енергії для синтезу органічної речовини та її трансформацій на різних етапах біогенного кругообігу аж до повної мінералізації і повторного залучення в цикл (схема). Підтримка кругообігу в біогеоценозах засноване на функціональній різноякісності входять до них видів. У найпростішому випадку комплементарний набір життєвих форм, необхідний для безперебійного функціонування біогеоценозу, представлений продуцентами, консументами та редуцентами. Різноманітність видів у кожній з цих екологічних категорій обумовлює паралельність і дублювання трофічних ланцюгів в конкретних біогеоценозах, що гарантує стійкість системи при завжди можливі порушення її складу, депресіях чисельності окремих видів і т. п.
Така властивість життя, як системність, сприяє безперебійного здійснення геохімічних функцій живої речовини в біосфері. Вихідним ланкою в ланцюзі кругообігу речовин служить окремий організм. Тільки на рівні організму реалізується обмін речовин з навколишнім середовищем. Ця функція забезпечується складним набором морфофізіологічних механізмів, узгодженість роботи яких підтримується системою регуляцій, що визначають цілісність і стійкість організму як біологічної системи. Але окремі організми смертні. Сталий участь видів у біогенному кругообігу здійснюється на рівні популяцій - природних угруповань особин одного виду, разом мешкають і пов'язаних спільністю генофонду і закономірними функціональними взаємодіями. Популяція в сучасній біології розглядається як біологічна система надорганізменного рівня, що характеризується специфічною структурою і функцією. При цьому функція популяції неоднозначна. З одного боку, вона полягає у збереженні та відтворенні виду в конкретних умовах. Завдяки ефективному розмноженню популяція як система виявляється практично безсмертної, хоча відбувається безперервна зміна складових її особин (організмів). З іншого боку, популяція входить до складу біогеоценозу як одна з його субсистем. Біогеоценотична функція популяції - участь у біогенному кругообігу речовин - визначається видоспецифічні типом обміну. Популяція представляє вид в біогеоценозах; всі міжвидові взаємовідносини, що забезпечують стійке існування і функціонування біогеоценозів, відбуваються на рівні видових популяцій.
Біогеоценози (екосистеми) - це наступний етап інтегрування біологічних процесів у біосфері. Історично сформовані міоговідовие спільноти підтримують біогенний кругообіг в конкретних географічних умовах. Відповідно набір видових популяцій в екосистемах детермінований цією функцією: у них з необхідністю входять види, пов'язані з продуцентів, консументам і редуцентам. На їх взаємозв'язку будується базова структура екосистеми - трофічна, що включає не тільки набір видів, за і систему їх взаємодій, яка робить стійкими процеси кругообігу речовин і спрямовані потоки енергії.
На всіх розглянутих рівнях організації біологічних систем (організм - популяція - біогеоценоз) паралельно їх основних функцій діє система гомеостазірованія, що забезпечує стійкість системи та безперервність її функціонування в умовах нестабільного середовища. Конкретні форми гомеостазу вельми різноманітні як у різних видів, так і на різних рівнях організації життя. Спільним є підрозділ цих механізмів на стабільні, що зумовлюють пристосованість системи до стійким середнім характеристиками середовища, і лабільні (функціональні), що виникають у відповідь на конкретний стан середовища в кожен даний момент. Два типи, «два рівня» адаптації не переходять один в одного, а діють спільно, забезпечуючи максимальну пристосованість системи і, відповідно, максимальну ефективність її функціонування в умовах складної і динамічної середовища.
Російські вчені піднімали питання про необхідність вивчення межбіогеоценотіческіх зв'язків, говорили про биогеоценотическом покриві Землі як цілісної системи. Дійсно, хоча біогенний кругообіг може бути завершений на рівні окремого біогеоценозу, в реальних умовах відокремлених кругообігів немає. На рівні біосфери процеси, що протікають в окремих біогеоценозах, об'єднуються в систему глобальної функції живої речовини. У цій системі не тільки завершуються окремі біогеохімічні цикли, а й реалізується тісний взаємозв'язок їх з абіотичними процесами. У єдиному глобальному циклі функції живої речовини ширше, ніж у круговерті окремих елементів: живі організми і надорганізменних системи (популяції, спільноти, екосистеми) беруть активну участь у формуванні рельєфу і клімату, типів грунтів, характеру циркуляції вод і в інших процесах. У кінцевому підсумку різноманіттям форм життя визначаються властивості біосфери як самопідтримуваної системи, гомеостаз запрограмованим на всіх рівнях організації живої матерії.
Різні рівні гомеостазірованія біологічних систем і біосфери в цілому склалися протягом тривалої еволюції Землі. Останнім часом стрімкий розвиток науки й техніки призвело до того, що за масштабами впливу на біосферні процеси діяльність людини виявилася зіставною з тими геологічними чинниками, які направляли еволюцію життя в попередні періоди її розвитку на нашій планеті. У наші дні набуває чинності розроблена В. І. Вернадським концепція ноосфери - сфери провідного значення людського розуму.
Продукційна функція - створення біологічної продукції. Людина одержує продукти харчування і сировина для різних галузей господарства як з природи (ліс, риба, продукція мисливського промислу та ін), так і за допомогою спеціально створених біосистем.
Продуктивність біологічної системи - її здатність виробляти подібну собі речовину. Всі біосистеми володіють продуктивністю, а системи одного типу порівнюють за рівнем продуктивності (швидкості продукування), про що судять за величинами продукційних показників. До основних продукційних показників відносяться продукція і питома продукція.
Продукція (Р) є все вироблене даної біосистемою за розглядається час речовина з вирахуванням витрат на обмін незалежно від того, чи знаходиться вона в кінці досліджуваного періоду в системі або елімінувати. Зазвичай мається на увазі органічна речовина, синтезована системою, але оцінка продукції найчастіше здійснюється в термінах «живої» маси, включаючи скелетні та інші подібні утворення. Отже, до продукції відносять всі утворилася в ній речовину, що входить в «живу» масу системи.
Оскільки будь-яка реальна біосистема відтворює себе безперервно, то при кількісній оцінці продукції виникає питання про розглянутому відрізку часу, для якого оцінюється продукція біосистеми. Причому цей період часу повинен вибиратися так, щоб була можливість оцінити особливості функціонування системи в часі і порівняти її з іншими системами.
Для детального вивчення продукційного процесу у біосистемах необхідно отримати інформацію у масштабі часу (доба, місяць чи рік), характерному для індивідуального існування системи і її основних компонентів. Для видів з коротким життєвим циклом (1-2 роки) з метою порівняння найбільш зручно використовувати в якості основної одиниці часу добу. Оскільки продукція вимірюється або обчислюється за певний період часу, що приймається за одиницю, вона може одночасно розглядатися і як швидкість продукції (швидкість продукування). Хоча ці визначення можна розглядати як синоніми, але в ряді випадків, наприклад, коли вивчається залежність місячної продукції від мінливості добової, зручніше користуватися поняттям швидкість продукції.
Крім тимчасових продукція має також просторові межі. Вона оцінюється для біосистем або в природних межах, або з розрахунку на одиницю простору (об'єму або площі). Так вивчають продукцію популяцій в їх ареалах, спільнот в межах їх біотопів, на квадратному метрі поверхні, в кубометрі води.
Питома продукція - продукція за одиницю часу в перерахунку на одиницю біомаси продукує біосистеми. Причому розрахунок питомої продукції виробляється обов'язково на одиницю середньої біомаси. Залежно від обраної одиниці часу отримують годинну, добову, місячну питому продукцію. Найбільш прийнятним порівняльним показником є ​​добова питома продукція, причому порівнюватися можуть тільки системи одного типу: особини з особинами, популяції з популяціями.
У нинішніх умовах діяльність людства, на жаль, нерідко порушує еволюційно склалося екологічну рівновагу. Пояснюється це подвійністю сучасного становища людини в біосфері. З одного боку, як біологічний об'єкт людство всіма проявами своєї життєдіяльності пов'язане з навколишнім середовищем, включається в складну систему трофічних, біоенергетичних і просторових відносин. З іншого боку, як соціальна система людство володіє широким колом потреб культурного, побутового та іншого небіологічного характеру, високорозвиненою технологією. Воно вилучає з навколишнього середовища біологічні ресурси, вводить в експлуатацію ресурси небіологічного походження, не залучаємо в біогенний кругообіг і тому не поновлювані. В навколишнє середовище виводиться велика кількість речовин, що не беруть участь в циклах біологічного розкладання. Виникає ситуація переексплуатаціі природних ресурсів, забруднення навколишнього середовища, порушення природних гомеостазірующіх механізмів біосфери. Останнє призводить до того, що ситуація вже не може бути змінена природним біологічним шляхом.
Сучасний стан біосфери характеризується як критичний. У міжнародному масштабі в наші дні формулюється проблема екологічної безпеки, що включає розробку принципово нових засад взаємодії різних сфер діяльності людини з природними біосферними процесами. Вирішення цієї проблеми передбачає активну регулює втручання людини в біологічні процеси, зокрема, спрямоване регулювання чисельності та біологічної активності економічно важливих видів і формування штучних біологічних систем з заданими властивостями. Це - завдання сучасної екології, і в основі її рішення мають лежати глибокі знання природних законів формування і функціонування біологічних систем різного рівня організації.
У біологічному підході до проблеми екологічної безпеки виділяються два аспекти. Перший передбачає вивчення механізмів впливу антропогенних чинників на біологічні системи, адаптивних реакцій останніх на ці дії, діапазонів пристосовності систем до окремих факторів та їх комплексів.
Це - проблема стійкіше біологічних систем; її рішення веде до розробки методів оцінки стану систем та нормативів антропогенного навантаження на них у різних умовах.
Другий аспект - з'ясування шляхів і результатів непрямого впливу антропогенного навантаження на склад і характер функціонування біологічних систем. Форми такого впливу різноманітні: зміна ландшафтів і режиму вод, технологічні впливи, роль транспорту і т. д. Кінцевою завданням є використання екологічних закономірностей для активного формування стійких і продуктивних екосистем в умовах антропогенно змінених ландшафтів.
Однак повне вирішення проблеми екологічної безпеки, тобто відновлення порушених циклів кругообігу речовин, можливе лише на основі створення замкнутих технологічних виробництв у промисловості та сільському господарстві, як би «доповнюють» природні форми біологічного кругообігу. Тільки циклічні безвідходні технології допоможуть усунути небезпеку забруднення біосфери.
Таким чином, вирішення проблеми екологічної безпеки виходить за рамки суто біологічних завдань. До сфери сучасної екології залучаються всі досягнення науки. Комплексна проблема взаємовідносин людства і навколишнього середовища виводить науку про біосферу на новий щабель розвитку, що характеризується спрямованим впливом на природні комплекси з метою створення стійких форм гармонійної взаємодії людства і природних систем. Розроблена В. І. Вернадським концепція ноосфери - основа підтримки розумного рівноваги з середовищем, що забезпечує добробут людства в умовах науково-технічного прогресу.

Висновок
Життя «своїм існуванням - в нерозривному зв'язку з середовищем життя - створює біосферу-певну оболонку земної кори». Характеризуючи її біогеохімічних організованість, В. І. Вернадський писав: «Організованість позначає, що це середовище - біосфера-має певну будову, поєднане з явищем життя».
«Організованість середовища життя - частини планети - відповідає, перш за все, складу життя живих організмів». «Сама біосфера не є випадковим утворенням - вона відповідає певній формі організованості. Це - стійка динамічна система, рівновага ..».« Організованість біосфери є структурно-речовинно-енергетичний результат сукупного (за законами статистичного ансамблю) проходження різними природними системами певних відрізків часу. Організованість біосфери являє собою вищий рівень розвитку відомих нам природних систем. Це ті системи, функціонування яких визначає темп, напрям і характер фізичних, хімічних, термодинамічних, біологічних, геологічних, інакше кажучи, всю сукупність найрізноманітніших процесів, що протікають у біосфері ».
Але організованість біосфери має й відносну самостійність: організуючись живими організмами, вона впливає на них, вибираючи ті, які строго визначені її структурою.
Еволюція біосфери переконливо свідчить, що при будь-якому впливі на біосферу - природному чи антропогенном - її гомеостаз забезпечується за рахунок збереження біологічного різноманіття.
При цьому невпинне економічне зростання можливе лише за рахунок безперервного розширення використання ресурсів біосфери.
Людина, ставши потужним геологічним фактором, надає глобальний вплив на біосферу.
Біосфера, зі свого боку, через свої екологічні закони, які він змушений дотримуватися, щоб вижити, в тому числі і закон про біотичної регуляції навколишнього середовища, впливає на людину.
Створюються умови, що дуже нагадують пов'язану еволюцію або коеволюцію людина-біосфера.
Ноосфера («мисляча оболонка", сфера розуму) - вища стадія розвитку біосфери.
Прикладна екологія вивчає механізми руйнування біосфери людиною, способи запобігання цьому процесу і розробляє принципи раціонального використання природних ресурсів.

Список використаної літератури
1. Акімова, Т.А., Хаскин, В.В. Екологія. - М.: ЮНИТИ, 2001.
2. Алексєєв, В. П. Нариси екології людини .- М.: «Наука», 1993.
3. Вернадський, В.І. Біосфера і ноосфера. - М.: Наука, 1989.
4. Вернадський, В.І. Загальне поняття про біосферу. / / Вернадський В.І. Початок і
5. вічність життя.я / Упоряд., вступ. ст., комент. М. С. Бастраковой, І. І. Мочалова,
6. В. С. Неаполітанської. - М.: Сов. Росія, 1989.
7. Вернадський, В.І. Наукова думка як планетне явище. / / Вернадський В.І.
8. Початок і вічність життя.я / Упоряд., Вступ. ст., комент. М. С. Бастраковой,
9. І. І. Мочалова, В. С. Неаполітанської. - М.: Сов. Росія, 1989.
10.Вронскій, В.А. Екологія: Словник-справочник.-Ростов-на-Дону: Фенікс, 1997.
11.Голубев, В. С. Еволюція: від геохімічних систем до ноосфери .- Київ, 2002.
12.Деміна, Т. А. Екологія, природокористування, охорона навколишнього
середовища: Посібник для учнів старших кл.общеобразоват.учреждений.-3-е вид .- М.: Аспект Пресс, 1996. 13.Коробкін, В. І., Передільське, Л. В. Екологія для студентів вузів .- Ростов-на-Дону, «Фенікс», 2001. 14.Кріксунов, Е.А., Пасічник, В.В., Сидорин, А.П., Екологія .- М.: Видавничий дім "Дрофа", 1995.
15.Міллер, Т. Життя у навколишньому середовищі. Т.1., Вид. Прогрес-Пангея, М.: 1993.
16.Общая біологія. Довідкові матеріали, Упорядник В. В. Захаров, М.: Видавничий дім «Дрофа», 1995.
17.Петров К.М. Загальна екологія: Взаємодія обшества і
природи: Учеб.пособие для студентів вузов.-СПб.: Хімія, 1997.
18.Розанов, Б.Г. Основи вчення про навколишнє середовище. Вид. МДУ, М., 1984.
19.Рузалін, Г.І. Концепція сучасного природознавства .- М.: 1997.
20.Хрістофорова, Н.К. Основи екології .- Вид. Дальнаука, Владивосток, 1999.
21.Чернова, Н.М., Билова, А.М., Екологія. Навчальний посібник для педагогічних інститутів, М., Просвітництво, 1988;
22.Екологія й життя № 4. 97 / / М.Н. Іванов. "Чи зуміємо ми зберегти біосферу"
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
102.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Поняття біосфери
Еволюція біосфери
Поняття біосфери 2
Концепція біосфери й екологія
Біоценоз як частина біосфери
Проблема забруднення біосфери
Взаємодія людини і біосфери
Антропогенне забруднення біосфери
Основні середовища біосфери
© Усі права захищені
написати до нас