Биосфера: определение, структура, границы, закономерности развития

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

 

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ»

_______________________________________________________________

 

РЕФЕРАТ

Дисциплина: Экология

На тему: «Биосфера: определение, структура, границы, закономерности развития»

 

 

 

 

                                                             Выполнила: Кошелева Е.А.

                                                             Преподаватель: Шилова Е.А

 

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012 год

 

Содержание:

 

1. Введение;

2. Основная часть:

1) Определение биосферы;

2) Структура;

3) Границы;

4) Закономерности развития.

3. Заключение;

4. Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Актуальность. В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»). Этот термин первым ввёл в 1875 году Эдуард Зюсс, а учение о биосфере было создано в 1926 году Владимиром Вернадским. В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.

Целью данной работы является выяснение основного определения научного термина «биосфера», определение её составляющих, а так же история её развития.

Информационной  базой для данной работы послужили научно-исследовательские сайты, предоставляющие теоретический материал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основная часть

2.1. Определение:

В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»). Этот термин первым ввёл в 1875 году Эдуард Зюсс, а учение о биосфере было создано в 1926 году Владимиром Вернадским. В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы.

Биосфера, по Вернадскому, – земная оболочка, область существования  живого вещества. Она включает в  себя не только живые организмы, но и изменённую ими среду обитания (кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения и т.п.).

Биосфера является одной  из геологических оболочек Земли  или геосфер. На Земле также различают  литосферу – твёрдую наружную оболочку Земли, состоящую из осадочных пород и расположенных под ними гранитов и базальтов, гидросферу, включающую в себя все океаны, моря, озёра и реки, и атмосферу – газовую оболочку Земли. В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.

Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4 ∙ 1012 т (около 0,01 % массы всей биосферы). 97 % из этого количества занимают растения, 3 % – животные. В настоящее время на Земле известно несколько миллионов видов живых организмов.

 

 

В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:

• энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);
• биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);
• информационный (принципы организации и управления в живой природе);
• пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);
• ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).

Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли  доходит около 1024 Дж солнечной энергии; 42 % из неё отражается обратно в  космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 % энергии излучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022 Дж в год, поглощают 1,7 ∙ 108 т CO2, выделяют около 11,5 ∙ 107 т кислорода и испаряют 1,6 ∙ 1013 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения.

В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растёт.

 

 

2.2. Структура биосферы:

Живое вещество — вся  совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

Косное вещество —  продукты, образующиеся без участия  живых организмов.

Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными  процессами, представляя динамически  равновесные системы тех и  других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

2.3. Границы биосферы:

Поскольку биосфера - часть  геологической оболочки Земли, заселенная живыми организмами, ее границы определяются условиями существования жизни, такими, как достаточное количество воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа, благоприятный температурный режим, степень солености воды в водоемах, уровень радиации и др.

Верхняя граница биосферы очерчивается озоновым слоем, который  своеобразным экраном защищает все живое от губительного воздействия ультрафиолетовой радиации. Нижняя граница очень изрезана: биосфера включает гидросферу суши и Мировой океан, на материках проникает в земную кору в среднем на 3-4 км. Поэтому можно сказать, что биосфера - это часть литосферы, атмосферы и гидросферы, заселенная живым веществом.

Биосфера существовала на протяжении практически всей геологической  истории, поэтому нижняя граница  биосферы сопрягается с областью "былых биосфер" - так В.И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосфер прошлых геологических периодов (накопления известняков, углей, горючих сланцев, осадочных пород).

Былые биосферы - документальное доказательство геологически длительного  развития биосферы. По последним данным, в горных породах возрастом около 3,5-3,8 млрд. лет уже встречаются остатки организмов разных видов и форм, т.е. возраст биосферы сравним с геологическим возрастом планеты.

Живое вещество распределено в биосфере неравномерно: на суше пространства, густо заселенные живыми организмами (тропики и субтропики), чередуются с менее заселенными территориями (холодные области, пустыни, высокогорья и т.п.). В океане наибольшей концентрацией живого вещества характеризуются шельфовые и прибрежные районы. При этом продуктивность приполярных водоемов (Баренцево, Берингово, Охотское моря) может быть выше, чем в экваториальных областях океана. В.И. Вернадский выделял две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки, занимающие огромные пространства (планктонная и донная пленки морей и океанов), и сгущения жизни, характерные для небольших территорий (небольшие водоемы, прибрежные отмели, рифы). Для остальной территории биосферы характерно "разрежение живого вещества". Однако это не означает, что в пределах биосферы есть совсем безжизненные пространства. В.И. Вернадский подчеркивал, что способность живого вещества к размножению приводит к распространению, "растеканию" живого вещества по поверхности планеты, обусловливает "всюдность жизни" и постоянное "давление жизни" на косную природу. Живое вещество с мгновенной скоростью захватывает все "незанятые", "оголенные" или временно вышедшие из-под "давления жизни" участки биосферы.

 

2.4. Закономерности развития биосферы:

Биосферу, как и любую  другую систему, формируют не только внешние факторы, но и внутренние закономерности.

Согласно закону биогенной  миграции атомов В.И. Вернадского, в  общих химических процессах на поверхности планеты самое непосредственное участие принимает деятельность живого вещества.

Для живого вещества планеты  неизбежна количественная стабильность, которая отражается в законе константности  живого вещества Вернадского: количество живого вещества биосферы для данного геологического периода есть константа. Помимо количественной константности в живой природе наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической (внутренней) структуры, хотя она медленно изменяется в процессе эволюции. Закон сохранения структуры биосферы – информационной и соматической – Ю. Голдсмит назвал первым законом экодинамики.

Э.Я. Колчинский выделяет следующие тенденции эволюции биосферы: постепенное увеличение ее общей  биомассы и продуктивности; прогрессивное  накопление аккумулированной солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли; увеличение информационной емкости биосферы; усиление биогеохимических функций живого вещества и появление новых функций; расширение сферы действия биотического круговорота и усложнение его структуры.

Наличие ярко выраженного  круговорота веществ, согласно закону глобального замыкания биогеохимического  круговорота, – обязательное свойство биосферы любого этапа развития. В  биосфере периодически происходит каскадная  по иерархии систем глобальная перестройка. Одни виды за относительно короткое время безвозвратно исчезают, замещаются другими. Это периодическое убыстрение было отражено в виде принципа (правила) катастрофического толчка: природная катастрофа приводит к существенным эволюционным перестройкам, которые прогрессивны для биосферы, так как адаптируют ее к новым условиям среды. Поскольку существуют ускорения и замедления эволюции, действует и принцип прерывности и непрерывности развития биосферы: процесс медленного эволюционного изменения организмов закономерно прерывается фазами бурного развития и вымирания без переходных (палеонтологических) форм.

По утверждению В. Гранта в течение кайнозойского периода  число видов оставалось примерно одинаковым, что отражается в законе константности числа видов в ходе стационарной эволюции биосферы: число народившихся видов в среднем равно числу вымерших, и общее видовое разнообразие в биосфере есть константа. Отсюда следует правило обязательности заполнения экологических ниш.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Заключение

Итак, изучив используемую литературу по данной теме, можно сформировать следующий вывод. Под термином «биосфера» Вернадский В.И. подразумевал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера находится на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы, располагаясь в диапазоне от 10 км вглубь Земли до 33 км над Землей.