Живое вещество биосферы

ВВЕДЕНИЕ

 

Данная курсовая работа посвящена  изучению биосферы, исследованию живого вещества.

Все живые существа тесно связаны  между собой и с окружающей средой, образуя экосистемы — сообщества взаимодействующих организмов. Экосистемы не изолированы друг от друга: существа различных биоценозов вступают между собой в определенные взаимоотношения, прежде всего пищевые, экосистемы обмениваются веществом и энергией. В тесной взаимосвязи они образуют единую планетарную экосистему — биосферу. В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Живое вещество биосферы есть совокупность всех ее живых организмов.

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют  различные функции в поддержании  общего потока вещества и распределении  энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и  абиогенных процессов, на согласовании циклов отдельных элементов и  уравновешивании емкости отдельных  резервуаров. В биосфере действуют  сложные системы обратных связей и зависимостей.

Актуальность исследования. Современное человечество использует не только огромные энергетические ресурсы биосферы, но и небиосферные источники энергии (например, атомной), ускоряя геохимические преобразования природы. Некоторые процессы, вызванные технической деятельностью человека, направлены противоположно по отношению к естественному ходу их в биосфере (рассеивание металлов, руд, углерода и др. биогенных элементов, торможение минерализации и гумификации, освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушение крупномасштабных процессов в атмосфере, влияющих на климат и т.п.)

Почти весь XX век может быть описан динамикой экстенсивного развития: увеличением производства электроэнергии, стали, алюминия, удобрений, пестицидов, автомобилей, протяженности транспортных магистралей и много другого.

Социально-экономическое развитие общества пришло и явное противоречие с ограниченными ресурсовоспроизводящими и жизнеобеспечивающими возможностями биосферы. Происходит истощение естественных ресурсов суши и океана, безвозвратная потеря видов растений и животных, загрязнение окружающей среды, упрощение и деградация экосистем. Поэтому человечество ищет пути устойчивого развития общества и природы. В результате крайне тревожного состояния биосферы назрела необходимость оценки ее состояния, непрерывного наблюдения и принятия мер защиты от негативного воздействия на биосферу. Актуальность и состояние данного вопроса определили цели и задачи нашего исследования.

Целью курсовой работы является изучение функций и свойств живого вещества. Выявление механизмов устойчивости биосферы, рассмотрение вредоносного воздействия на биосферу и изучение мер по ее охране. Исходя из указанной цели, можно выделить задачи, поставленные в курсовой работе:

- на основании литературных  источников рассмотреть образование биосферы, выявить ее границы, изучить свойства и состав биосферы;

- раскрыть свойства и  функции живого вещества;

- исследовать современное  состояние биосферы;

- выявить механизмы устойчивости  биосферы;

- установить все причины влияющие на изменение биосферы, осветить существующие меры по охране.

- в заключении подвести  итог по проделанной работе.

Структура курсовой работы: курсовая работа состоит из введения, основной части, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основная часть разбита на три главы. В первой главе проводится общая характеристика биосферы, раскрывается ее образование, рассматриваются границы, состав и свойства биосферы. Во второй главе отражены свойства и функции живого вещества. В третьей главе рассмотренно современное состояние биосферы, выявлены механизмы устойчивости биосферы, раскрыты антропогенные воздействия на биосферу, а также предпринимаемые меры по ее охране.

Методологическую основу курсовой работы образуют общенаучные  методы познания. Основу исследования составляют научные труды в области  экологии, биологии, географии, результаты научно-исследовательских работ, анализ литературных источников. В работе приводятся различные примеры, рассматриваются наиболее актуальные проблемы.

Глава 1. ОБЩАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА БИОСФЕРЫ

1.1. Образование биосферы

 

Биосфера возникла на определенном этапе эволюционного развития нашей планеты, в результате взаимодействия всех компонентов географической оболочки.

Первые примитивные организмы  появились на земле 3 млрд. лет назад, одноклеточные, способные к фотосинтезу  – 2,7 млн. лет назад и многоклеточные – 1,2 млн. л.н. Считается, что местом развития жизни были прибрежные части  морей. При этом вредные для жизни  ультрафиолетовые лучи здесь задерживались  верхним слоем воды, так как  озонового слоя в атмосфере Земли  в то время еще не было.

Возможно, что сложные органические соединения попали в воду из атмосферы, где они возникли под действием  солнечной радиации и электрических  разрядов, то есть под воздействием молний. Затем из них образовались многомолекулярные системы, взаимодействующие  со средой. Постепенно эти системы  стали обладать свойствами живых  организмов, то есть способностью к  обмену веществ, росту и размножению.

Водная среда долгое время была единственным местом обитания живых  организмов. На сушу вначале вышли  растения. Произошло это 550 млн. лет назад, а затем – животные (земноводные) – 350 млн. л.н. и уже в девоне, то есть 280 млн.л.н., масса живого вещества на суше стала близка к современной. Немного позднее появились динозавры, расцвет которых отмечался в триасовом и юрском периодах, то есть 130 – 190 млн. л.н.

Быстрому распространению жизни  на Земле способствовали:

-       высокая приспособляемость к среде;

-       большая потенциальная возможность размножения организмов.

Возникновение и развитие жизни на Земле стало очень важным этапом развития нашей планеты. В результате деятельности биосферы структура планеты усложнилась и появились новая геосфера – педосфера, то есть почвенная среда.

Биосфера породила человека, что  привело к возникновению еще  одной сферы –ноосферы, то есть сферы разума.

Все живые существа тесно связаны  между собой и с окружающей средой, образуя экосистемы — сообщества взаимодействующих организмов. Экосистемой  является и лишайник, прилепившийся  к стволу дерева, и обширная степь, и океанический шельф. Экосистемы, конечно  же, не изолированы друг от друга: существа различных биоценозов вступают между  собой в определенные взаимоотношения, прежде всего пищевые, экосистемы обмениваются веществом и энергией. В тесной взаимосвязи они образуют единую планетарную экосистему — биосферу.

Впервые понятие биосфера, как «область жизни», было введено в науку Ж.Б. Ламарном в начале 19 века, а в геологию Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под этим термином совокупность всех организмов. Это определение близко к современному понятию биота.  

Вернадский пошел значительно  дальше. Его «биосфера не есть только так называемая область жизни». Это  единство живого и косного вещества планеты. Но не только. Это еще и  связь с космосом, с космическими излучениями, принимаемыми нашей планетой, строящими ее биосферу.  
Биосфера составляет верхнюю оболочку или геосферу, одной из больших концентрических областей нашей планеты Земли. 

Если с понятием «биосферы» по Зюссу  связывалось только наличие в  трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой, газообразной) живых организмов, то по В.И. Вернадскому, им отводится  роль главнейшей геохимической силы. 

В таком случае под понятием биосферы понимается все пространство, где  существует или когда-либо существовала жизнь, то есть, где встречаются живые  организмы или продукты их жизнедеятельности.  
Биосфера охватывает часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу. Верхняя граница биосферы проходит на высоте примерно 20 км над поверхностью Земли, а нижняя на 6-7-километровой глубине. Биосфера принципиально отличается от прочих земных оболочек поскольку является «комплексной». Она не только «покров» из живого вещества, но и среда обитания миллионов видов живых существ, в том числе и человека.  
Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или к белым биосферам. 

 

 

1.2. Границы биосферы

 

Биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов – 8-10 км, у экватора – 17-18 км, над остальными территориями – 20-25 км). 

В 1926 г. В. И. Вернадский впервые поставил вопрос о границах биосферы; он вернулся к нему в специальной статье "О  пределах биосферы" в 1937 г. Однако вопрос, как тогда, так и сейчас, не имеет  однозначного ответа. Физико-химические условия наиболее благоприятны для существования жизни:

• Достаточное количество углекислого газа и кислорода.
• Достаточное количество воды (причем обязательно - в жидком состоянии).
• Температурный режим, исключающий как слишком высокие температуры (вызывающие свертывание белков), так и слишком низкие (прекращающие работу ферментов).
• Наличие "прожиточного минимума" элементов минерального питания.
• Определенная соленость водной среды.

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), нижних слоях атмосферы Земли (тропосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере).

В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает  
с глубиной и на уровне 1,5-15 км превышает +100°С. Самая большая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2-2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин глубиной 10-11 км. Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием с высотой ультрафиолетовой радиации. Озоновый слой поглощает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца на высоте 22-25 км. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20-22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1-1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни проходит на высоте около 6 км над уровнем моря.

Распределение жизни в  биосфере отличается крайней неравномерностью. Наиболее велика концентрация живого вещества на границах раздела основных сред - в почве, т. е. пограничном слое между литосферой и атмосферой, в  поверхностных слоях океана, на дне  водоемов и особенно - на литорали (от лат. litoralis - прибрежный) - зоне морского дна, затопляемой во время прилива и осушаемой при отливе, в лиманах (от греч. limenas - гавань, бухта) и эстуариях (от лат. aestuarium - берег, заливаемый приливом) - затопляемых устьях рек, где все три среды - почва, вода и воздух - тесно взаимодействуют друг с другом. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал "пленками жизни".

Вернадский указывал на "всюдность" жизни в биосфере. Жизнь появилась локально в водоемах, а затем распространилась все шире и шире, заняв все материки. Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни, - от практически абсолютного нуля до +180°С. Давление, при котором существует жизнь, - от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки давления лежат в области 12 000 атм. С другой стороны, семена и споры растений, мелкие животные в анабиозе (от греч. anabiosis - оживление - состояние организма, при котором жизненные процессы резко замедляются, что способствует выживанию его в неблагоприятных условиях температуры, влажности и др.) сохраняют жизнеспособность в полном вакууме.

Живые организмы могут  существовать в широком диапазоне  химических условий среды. Первые живые  существа Земли жили в бескислородной атмосфере. Анаэробный обмен свойственен  и многим современным организмам, в том числе многоклеточным. Уксусные угрицы (нематоды) обитают в чанах с бродящим уксусом. Ряд микроорганизмов живет в концентрированных растворах солей, в том числе медного купороса, фторида натрия, в насыщенном растворе поваренной соли. Серные бактерии выдерживают 0,1 М растворы серной кислоты.

В 1977 г. в океане на глубине  нескольких километров были обнаружены горячие вулканические зоны, в  которых при температуре 350°С существуют многочисленные термофильные бактерии. 

В экспериментах американского  исследователя Камерона сине-зеленые  водоросли на протяжении нескольких месяцев не теряли жизнеспособности в условиях, которые соответствовали  марианским. 

Живое вещество не гибнет в жидком азоте. Некоторые виды, например, те же сине-зеленые водоросли, не гибнут под действием мощного ионищирующего излучения и поселяются в эпицентре ядерного взрыва уже после нескольких дней его действия. 

Живое вещество может сохраняться  даже в условиях открытого космоса. Так, третья экспедиция американских астронавтов  забыла на Луне телекамеру. Когда через  полгода ее возвратили на Землю, на внутренней стороне крышки были обнаружены земные бактерии, которые без каких-либо вредных последствий пережили длительное нахождение за пределами родной планеты. 

Некоторые особо устойчивые формы  могут существовать даже при действии ионизирующей радиации. Например, ряд инфузорий выдерживает излучение, по дозе в 3 млн. раз превышающее естественный радиационный фон на поверхности Земли, а некоторые бактерии обнаружены даже в котлах ядерных реакторов.