Біосфера, її еволюція, ресурси, межі стійкості
ЗМІСТ
ВСТУП. 3
1. ПОНЯТТЯ І ЕВОЛЮЦІЯ БІОСФЕРИ .. 4
2. РЕСУРСИ БІОСФЕРИ .. 10
3. МЕЖІ СТІЙКОСТІ БІОСФЕРИ .. 12
ВИСНОВОК. 15
ЛІТЕРАТУРА .. 16

ВСТУП

Та частина літосфери, гідросфери і атмосфери Землі, в якій існують і розвиваються рослинні і живі організми, називається біосферою. До її складу входять не тільки рослинний покрив і тварина населення планети, всі ріки й озера, водна маса океанів, але і грунтовий шар, значна частина тропосфери і самий верхній шар земної кори - зони вивітрювання. На земній поверхні практично немає площ, де відсутня життя. Навіть у спекотних і безводних тропічних пустелях або на поверхні високогірних льодовиків і полярних льодів виявлені мікроби та інші мікроорганізми.
Знання про біосферу сьогодні як ніколи актуальні і необхідні. Людина вийшла за межі можливостей біосфери і активно перетворює її. У більшості випадків подібні перетворення вкрай негативно позначаються на самій біосфері.
Сьогодні необхідне створення концепції збереження біосфери, її охорони. Тільки спрямовуючи зусилля на збереження природного середовища хоча б у тому вигляді, якою вона є зараз, ми зможемо зберегти на планеті умови для існування людства.
У даній роботі ми розглянемо поняття біосфери, її структуру, особливості еволюції, ресурси і межі стійкості.

1. ПОНЯТТЯ І ЕВОЛЮЦІЯ БІОСФЕРИ

Біосфера (від біо ... і сфера), оболонка Землі, склад, структура і енергетика якої в істотних рисах обумовлені минулої чи сучасної діяльністю живих організмів.
Біосфера охоплює частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери, що взаємозв'язані складними біогеохімічними циклами міграції речовин і енергії (за В. І. Вернадського, - біогенна міграція атомів); початковий момент цих циклів укладений у трансформації сонячної енергії рослинами і синтезі біогенних речовин на Землі . Термін "біосфера" ввів в 1875 австрійський геолог Е. Зюсс.
Загальне вчення про біосферу створено в 20-30-х рр.. 20 в. В. І. Вернадським, що розвинув ідеї В. В. Докучаєва про комплексне природно-історичному аналізі взаємодіють у природі різноякісних об'єктів і явищ (факторів грунтоутворення) і виявленні самостійних природних об'єктів гетерогенної структури та складу (грунту, природні зони). В основі вчення Вернадського лежать уявлення:
1) про планетарну геохімічної ролі живої речовини (сукупність всіх живих організмів, що існували або існують у певний відрізок часу, що розглядаються як потужний геологічний, фактор; на відміну від живих істот, що вивчаються в біології на всіх рівнях їх організації, починаючи від молекулярного, жива речовина , в розумінні Вернадського, як біогеохімічний фактор, кількісно виражається в елементарному хімічному складі, масі та енергії).
2) про організованості біосфери, що є продуктом складного перетворення речовинно-енергетичного та інформаційного потоків живою речовиною за час геологічної історії Землі.
Біосфера включає не тільки область життя (біогеосфери, фітогеосферу, геомеріду, вітасферу), але й інші структури Землі, генетично пов'язані з живою речовиною.
По Вернадського, речовина біосфера складається з семи різноманітних, але геологічно взаємопов'язаних частин:
- Жива речовина;
- Биогенное речовина;
- Відсталу речовину;
- Биокосное речовина;
- Радіоактивну речовину;
- Розсіяні атоми;
- Речовина космічного походження.
У межах біосфери скрізь зустрічається або жива речовина, або сліди його біогеохімічної діяльності. Гази атмосфери (кисень, азот, вуглекислота), природні води, так само як і каустобиолитов (нафти, вугілля), вапняки, глини та їх метаморфічні похідні (сланці, мармури, граніти тощо) у своїй основі створені живою речовиною планети.
Шари земної кори, позбавлені в даний час живого речовини, але перероблені нею в геологічному минулому, Вернадський відносив до області "колишніх біосфер". Біосфера мозаїчна щодо структури і складу, відображаючи геохімічну і геофізичну неоднорідність лику Землі (океани, озера, гори, ущелини, рівнини і т.д.) і нерівномірність у розподілі живої речовини по планеті як в минулі епохи, так і в наш час.
Максимальний вміст живої речовини гідросфери приурочено до мілководдя, мінімальне - до глибинних акваторій (абиссаль); на суші ця нерівномірність проявляється в мозаїці біогеоценотичного покриву (ліси, болота, степи, пустелі та ін) з мінімумом щільності живої речовини у високогір'ях, пустелях і полярних областях. Елементарна структура активної частини сучасної біосфери - біогеоценоз.
Жива речовина виконує такі біогеохімічні функції: газові (міграція газів та їх перетворення); концентраційні (акумуляція живими організмами хімічних елементів із зовнішнього середовища); окислювально-відновні (хімічні перетворення речовин, що містять атоми із змінною валентністю, - сполук заліза, марганцю, мікроелементів і т.д.); біохімічні та біогеохімічні функції, пов'язані з діяльністю людини (зсуви, форма творення і перетворення речовини в біосфері, стимулююча перехід біосфери в новий стан - ноосферу). Сукупність цих функцій визначає всі хімічні перетворення в біосфері
Еволюція біосфери діалектично пов'язана з еволюцією форм живої речовини (організми та їх спільноти), ускладненням його біохімічних функцій, що відбуваються на тлі геологічної історії Землі.
У вченні про біосферу виділяють наступні основні аспекти: енергетичний, що висвітлює зв'язок біосферному-планетарних явищ з космічними випромінюваннями (в основному сонячними) та радіоактивними процесами в земних надрах; біогеохімічний, що відображає роль живої речовини у розподілі та поведінці атомів (точніше їх ізотопів) в біосфері та її структурах; інформаційний, що вивчає принципи організації та управління, здійснювані в живій природі у зв'язку з дослідженням впливу живої речовини на структуру та склад біосфери; просторово-часової, що висвітлює формування та еволюцію різних структур біосфери в геологічному часу у зв'язку з особливостями просторово-часової організованості живої речовини в біосфері (проблеми симетрії та інше); ноосферний, що вивчає глобальні ефекти впливу людства на структуру і хімію біосфери: розробка корисних копалин, отримання нових, відсутніх до того в біосфері речовин (наприклад, чисті алюміній, залізо та інші метали) , перетворення біогеоценотіческіх структур біосфери (зведення лісів, осушення боліт, розорювання цілинних земель, створення водосховищ, забруднення вод, грунтів і атмосфери продуктами господарської діяльності, внесення добрив, ерозія грунтів, лісонасадження, будівництво міст, гребель, промислове господарство тощо) .
Вихід людини в космос, за межі біосфери, буде стимулювати розробку нових сторін вчення про біосферу. Суттєвий момент вчення про біосферу - уявлення про взаємозв'язки (прямих і зворотних зв'язках) і зв'язаного еволюції всіх структур біосфери. Це уявлення покладено в основу розробки багатьма національними та міжнародними організаціями, науковими центрами та лабораторіями проблеми "біосфера і людство". Вирішенню цієї проблеми служать заходи, в яких беруть участь багато країн, наприклад Міжнародне гідрологічний десятиріччя, Міжнародна біологічна програма і т.д. Підвищений інтерес до вивчення біосфери викликаний тим, що локальне вплив людини на біосферу, характерне для всієї передувала історії, змінилося в 20 ст. глобальним його впливом на склад, структуру і ресурси біосфери. На планеті немає ділянки суші або моря, де б не були виявлені сліди діяльності людини. Один з яскравих прикладів - глобальні випадіння радіоактивних опадів - продуктів ядерних вибухів.
В атмосфері, океані і на суші повсюдно присутні (нехай у незначних кількостях) продукти згоряння нафти, вугілля, газів, відходи хімічної та іншої індустрії, отрутохімікати і добрива, що зносяться з полів в процесі водної та вітрової ерозії. Інтенсивне і нераціональне використання ресурсів біосфери - водних, газових, біологічних та ін, які згубно гонкою озброєнь, випробуваннями ядерної зброї і т.д., розвіяло міф про нескінченність і невичерпності цих ресурсів. Численні приклади руйнівної діяльності людини і, на жаль, рідкісні приклади його творчої діяльності (у т. ч. у плані охорони природи) свідчать про актуальність розумного ведення земних справ розумним людством, що можливо тільки при переході від стихійного капіталістичного виробництва до планового господарства соціалістичного і комуністичного суспільства.
Природно-науковою основою раціонального підходу до проблеми "біосфера і людство" - однієї з найграндіозніших проблем нашого часу - служать вчення про біосферу та биогеоценология - дисципліни, які вивчають загальні принципи і механізми функціонування та еволюції спільнот живих організмів в певних просторових і часових умовах.
Завдяки створеному В. І. Вернадським вчення про біосферу не лише термін "біосфера" отримав широке поширення й визнання, хоча нерідко і в різному розумінні, але, по суті, виникла нова парадигма.
Суть її, ймовірно, можна висловити словами самого В. І. Вернадського: "Жива речовина є найпотужніша геологічна сила, що росте з ходом часу". Однак треба було майже половина сторіччя, щоб геологи глибоко усвідомили і стали обгрунтовувати і розвивати уявлення про те, що геологічна історія земної кори почалася завдяки великої перетворюючої ролі живої речовини, а тому сама стратісфери Землі є прямим продуктом розвитку біосфери. В останні роки стали велику увагу приділяти проблемі взаємозв'язку живого і мінерального світів, їх коеволюції, що знайшло відображення, зокрема, у проведенні з цієї тематики спеціальних міжнародних семінарів. Нерозривний зв'язок живого і мінерального світів у біосфері викликана тим, що будь-який прояв життя не може існувати без обміну речовин з навколишнім середовищем, тобто поза біологічних кругообігів. Неодмінною умовою існування біосфери є функціонування глобального циклу органічного вуглецю. Енергетичну основу цього циклу складає фотосинтез, головний речовий показник результативності якого - величина глобальної продукції живої речовини. Найважливішою характеристикою циклу, визначальною інтенсивність його впливу на геологічне середовище і на швидкість її зміни, є маса випадаючого з нього та захоронювати в осадових породах органічної речовини. Аналіз кількісної моделі глобального циклу органічного вуглецю показує, що для еволюції біосфери, стратісфери, а тим самим і земної кори, основною закономірністю є їх евтрофікація і супутня їй оксігенізація.
Відбулися й суттєві зміни біосфери в цілому, що виразилися в проходженні нею декількох стадій: ембріональної, юної, зрілою і, можливо, вже входження в старечу. У всіх усвідомлених і, ймовірно, поки ще не виявлених причинно-наслідкових зв'язках живого і мінерального світів функціонування живої речовини виступає як основна причина зміни, що спостерігаються в системах різного масштабу. Якщо еволюція живої речовини визначала спрямовані зміни глобального літогенезу, то тектонічні рухи (ендогенні процеси) накладали на нього різноманітні риси повторюваності, викликали просторову приуроченість його різних стадій і (через зміни швидкості ерозії і осадконакопленія) впливали на ступінь завершеності літогенетіческіх процесів. Одночасно, впливаючи на зміни маси захороняется при осадконакоплении та / або руйнується при вивітрюванні органічної речовини, ці рухи в свою чергу могли істотно впливати на функціонування глобального циклу органічного вуглецю. Таким чином, біосфера - дуже складна, саморегурірующаяся відкрита система, в якій діє принцип Ле Шательє, що обумовлює стійкість її існування. Інтегральним показником її еволюції та зростаючого в часі впливу живої речовини на геологічні процеси є евтрофікація земної кори.

2. РЕСУРСИ БІОСФЕРИ

Ресурси біосфери - це особливий компонент природного середовища, їм слід приділяти особливу увагу, оскільки Їх наявність, вид, кількість та якість у значній мірі визначають ставлення людини до природи, характер та обсяг антропогенних змін навколишнього середовища.
Під ресурсами біосфери розуміють все те, що людина використовує для забезпечення свого існування - продукти харчування, мінеральну сировину, енергоносії, простір для життя, повітряний простір, воду, об'єкти для задоволення естетичних потреб.
Біологічні ресурси - джерела і передумови одержання необхідних людям матеріальних і духовних благ, укладені в об'єктах живої природи: промислові об'єкти, культурні рослини, домашні тварини, мальовничі ландшафти і т.п. Розрізняють рослинні ресурси, ресурси тваринного світу, генетичні ресурси.
Ще кілька десятиліть тому, якщо ставлення всіх народів до природи визначалося лише одним девізом: підкорити, взяти якнайбільше, нічого не віддаючи, оскільки багатства Землі невичерпні людство і брало, руйнувало, спалювало, вирубували, вбивало, виснажувало, поглинало, не рахуючи. Нині настали інші часи, тому що, підрахувавши, схаменулися.
Виявляється, практично невичерпних ресурсів у природі взагалі немає. Умовно поки ще можна відносити до невичерпних загальні запаси води на планеті і кисні в атмосфері. Але через їх нерівномірний розподіл вже сьогодні в окремих районах та регіонах Землі відчувається їх гострий недолік.
Всі мінеральні ресурси належать до невідновні і найголовніші з них нині вже вичерпані або знаходяться на межі знищення (вугілля, залізо, марганець, нафта, поліметали). Через швидку деградацію ряду екосистем біосфери останнім часом ресурси живої речовини - біомаси - теж перестали відновлюватися, як і запаси прісної питної води.
Оскільки біосфера планети є замкнута система з відносно постійною масою і обмінюється з космічним простором лише енергією, людству слід враховувати його стан та її здатність самовідновлюватися свою біомасу, виснаженість сучасних енергоносіїв, які використовуються людством, зменшити обсяги використання ресурсів, свідомо відмовившись від надлишків, перейти до тактиці та стратегії раціонального ресурсокористування.

3. МЕЖІ СТІЙКОСТІ БІОСФЕРИ

Біосфера виступає як величезна, надзвичайно складна екосистема, що працює в стаціонарному режимі на основі тонкої регуляції всіх складових її частин і процесів.
Стабільність біосфери грунтується на високому різноманітності живих організмів, окремі групи яких виконують різні функції в підтримці загального потоку речовини і розподілі енергії, на найтіснішому переплетенні і взаємозв'язку біогенних і абіогенних процесів, на узгодження циклів окремих елементів і зрівноважуванні ємності окремих резервуарів. У біосфері діють складні системи зворотних зв'язків і залежностей.
Проте стабільність атмосфери має визначені межі, і порушення її регуляторних можливостей загрожує серйозними наслідками.
Виступаючи як найважливіший агент зв'язування і перерозподілу на поверхні Землі космічної енергії, жива речовина виконує тим самим функцію космічного значення.
Проте в даний час на Землі з'явилася нова сила, по потужності впливу не уступає сумарній дії живих організмів - людство з його соціальними законами розвитку і могутньою технікою, що дозволяє впливати на віковий хід біосферних процесів. Сучасне людство використовує не тільки величезні енергетичні ресурси біосфери, але і небіосферние джерела енергії (наприклад, атомної), прискорюючи геохімічні перетворення природи. Деякі процеси, викликані технічною діяльністю людини, спрямовані протилежно стосовно природному ходу їх у біосфері (розсіювання металів, руд, вуглецю й ін біогенних елементів, гальмування мінералізації і гуміфікації, звільнення законсервованого вуглецю і його окислювання, порушення великомасштабних процесів в атмосфері, що впливають на клімат і т.п.)
Вернадський вважав можливим говорити навіть про автотрофної ролі людини, розуміючи під цим зростаючі масштаби штучного синтезу органічних речовин, часто навіть не мають аналогів у живій природі.
За останні 100 років людство збільшилася в 4 рази, споживання енергії в 10 разів, сукупний продукт в 17,6 рази, мінеральної сировини - в 29 разів. 85% всіх здобутих за всю історію людства корисних копалин припадає на XX століття. Загальна кількість використовуваної енергії в кінці століття всього на 3-4 порядку величин менше сумарної сонячної енергії надходить на верхню межу атмосфери Землі. До теперішнього часу 1 / 4 суші зайнята агроценозами і пасовищами і 3 / 4 непокритою віковими льодами території опиняється в зоні прямого господарського впливу. Світовий вилов риби досяг свого теоретичної межі. На очах відбувається зміна глобального клімату Землі, в результаті якого можуть посилитися стихійні лиха, зрости матеріальні втрати, вимерти значне число видів. У XXI столітті людство має подвоїтися. Чи зможе біосфера витримати таке навантаження?
Комплексний вплив людства на біосферу збільшується значно інтенсивніше приросту самого людства. Тому при подальшому подвоєнні народонаселення світу навантаження на біосферу зросте багаторазово.
Майже все XX століття може бути описаний динамікою екстенсивного розвитку: збільшенням виробництва електроенергії, сталі, алюмінію, добрив, пестицидів, автомобілів, протяжності транспортних магістралей і багато іншого.
Лише в останній чверті XX століття відбулися революційні зміни в стратегії економічного розвитку Підвищення країнами ОПЕК У 1973 р цін на нафту змусив головних її покупців - США, Японію і країни Західної Європи - терміново розвивати нові технології енергозбереження.
Протягом майже десяти років світ продовжував успішний розвиток без збільшення енерговитрат. Цей приклад вперше похитнув здавався непорушним постулат про випереджаючий розвиток енергетики для стійкості економіки. З тих пір перспективи розвитку людства пов'язують зі швидкістю науково-технічного прогресу, спрямованого на отримання більш досконалого кінцевого результату з використанням все меншої кількості ресурсів
Але, як тільки ціна на нафту стала знижуватися на світовому ринку протягом 1980-х років, так знову намітився ріст споживання енергії людством, а прогресивні способи енергозбереження знову стали нерентабельними. Мабуть в умовах ринкової економіки підвищення цін на сировину сприяє технологічному прогресу і раціональному господарюванню на обмеженій Землі, хоча при цьому страждають бідні країни, що не володіють власними запасами цінних природних ресурсів.
Зворотним боком екстенсивного розвитку стало забруднення навколишнього середовища. Людство ніколи раніше не замислювалося про долю відходів життєдіяльності, а тому й не планувало замкнутих циклів виробництва. Природа сама утилізувала солому, дерево, трупи тварин, а те, що не піддавалося хімічним перетворенням, просто ховалися під шаром землі або мулу. У порівнянні з кругообігом речовин в біосфері людські відходи довгий час залишалися незначними. Проте багаторазове збільшення протягом XX століття промислового та сільського виробництва призвело до такого ж масштабного забруднення води, повітря, грунту. При обмежених розмірах майже повністю заселеною планети люди повинні тепер самі забезпечувати переробку своїх відходів так, щоб не нашкодити біосфері.

ВИСНОВОК

Біосфера - найважливіша система, значимість якої важко переоцінити, тому що саме біосфера є тим середовищем, в якій людство може існувати.
Сучасна структура біосфери - продукт тривалої еволюції багатьох систем різної складності, послідовно прагнуть до стану динамічної рівноваги. Практичне значення вчення про біосферу величезна. Особливо зацікавлені в розвитку цього вчення охорона здоров'я, сільське і промислове господарство та інші галузі людської практики, частіше за інших зіштовхуються з "відповідними ударами" з боку біосфери, викликаними нерозумним або необережним перетворенням природи людиною.
Сучасна діяльність людини багато в чому нанесла непередбачений шкоди навколишньому середовищі, що в кінцевому підсумку загрожує подальшому розвитку самого людства. Ці зміни на даному етапі ще не є непоправними. Тому одне із завдань сучасної екології - це вивчення регуляторних процесів в біосфері, створення наукового фундаменту її раціонального використання. Основні закони функціонування біосфери уже вимальовуються, але має бути ще багато чого зробити об'єднаними зусиллями екологів усіх країн світу.

ЛІТЕРАТУРА