Функции биосферы (по Вернадскому и основные биосферные законы по Реймерсу)

На поверхность  Земли поступает за год 510 х 1018 ккал. солнечной энергии. Из этой энергии  растениями связывается - только 0,13%. Растительность суши использует солнечную энергию 0,3%, а растения океана на 0,07%.

Живые организмы  и биосфера в целом состоят из тех же химических элементов, которые встречаются в окружающей среде. Во всех живых организмах преобладают в основном 14 элементов, их называют биогенными: Н2 ;С ;02. Они составляют 99,9% веса живых организмов, образуют 99% веса всей земной коры нашей планеты и тем самым обеспечивают устойчивость жизни на Земле. Все остальные химические элементы находятся в рассеянном состоянии. Большую часть веса живых организмов дают 02 и С. Они составляют от 50 до 90% их сухого абсолютного веса. "Совокупность живых организмов √ писал В.И.Вернадский, образует лишь малую долю всей массы вещества биосферы, вес этого вещества представляет много триллионов метрических тонн (1012 ), вес биосферы несколько квинтиллионов тонн(1018).

Человечество  производит по крайней мере в 2000 раз больше отбросов органического происхождения, чем вся остальная биосфера. Отходами или отбросами условимся называть вещества, которые надолго исключаются из биогеохимических циклов биосферы, то есть из кругооборота веществ в Природе. Другими словами, человечество кардинальным образом меняет характер функционирования основных механизмов биосферы.

Первичная продукция, доступная гетеротрофам (человеку) составляет максимум 4% от общей лучистой энергии Солнца, в оптимальном  среднем - 0,5% и в общем для биосферы - 0,1%. Это чистая первичная продукция. Если же говорить об урожае полезных для человека растений (зерна пшеницы), то это не более трети чистой первичной продукции, т.е. 1% поступающей солнечной энергии (максимально -0,15% для биосферы - 0,03%. Это абсолютные лимиты естественной урожайности.) Более высокого урожая можно достигнуть вложив дополнительную энергию мин. удобрений, сельхозмашин, топлива и т.п. Но превысить природный максимум невозможно. Большее вложение энергии ведет к разрушению экосистем.

Собирательство  давало от 0,4 до 20 кг/га сухого вещества в год; сельское хозяйство без  минерального горючего - 50-200 кг/га сухого вещества в год; увеличение вложения энергии привело к 2 000- 20 000 кг/га сухого вещества. Теоретический предел при  максимальном использовании энергии - 80 000 кг/га в год.

(Рисунки продуктивности  и турбинной модели биосферы.) 

Чистая первичная  продуктивность в среднем в год  по основным типам экосистем в  г х м2 в год:

Заросли водорослей и рифы 2 500

Влажные тропические  леса 2 200

Болота 2 000

Тропические сезонно-зеленые  леса 1 600

Эстуарии 1 500

Вечнозеленые  леса умеренного пояса 1300

Листопадные леса умеренного пояса 1 200

Культивируемые  земли 650

Первичная продукция  живого вещества планеты в экосистемах  основных типов (Одум, 1986.)

Тип экосистем  Продуктивность в тыс. ккал/кв.м

пустыни <0,5

Луга, пастбища,глубокие озера, горные леса 0,5-3,0

Влажные леса, мелководные  озера 3-10

Эстуарии, коралловые рифы 10-25

Воды на шельфе 0,5-3,0

океан <0,5

Основные законы определяющие функционирование биосферы (и других экосистем)

Принцип устойчивого  неравновесия живых систем Э.Бауэра: все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и используют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и жизни при существующих внешних условиях.

Закон биогенной миграции атомов В.И.Вернадского утверждает, что миграция химических элементов во всех экосистемах, включая биосферу в целом, осуществляется при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом живущим сейчас и жившим ранее.

Закон физико-химического  единства живого вещества В.И.Вернадского: все живое вещество Земли физико-химически  едино.

Закон константности  живого вещества: количество живого вещества (для данного геологического периода) есть константа.

Закон сохранения структуры биосферы (первый закон  экодинамики Ю.Голдсмита): в живой  природе наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической структуры, хотя она и несколько  меняется с ходом эволюции.

Закон стремления к климаксу (второй закон экодинамики  Ю.Голдсмита): для сохранения структуры  биосферы живое стремится к достижению состояния зрелости, или экологического равновесия.

Принцип экологической  комплементарности (дополнительности): никакая функциональная часть экосистемы не может существовать без других функционально дополняющих частей.

Принцип экологической  конгруэнтности (соответствия): функционально  дополняя друг друга, живые составляющие экосистем вырабатывают для этого  соответствующие приспособления, скоординированные с условиями абиотической среды.

Оба эти правила  объединяются в рамках третьего закона экодинамики Ю.Голдсмита - принцип  экологического порядка или экологического мутуализма (взаимопомощи).

Закон самоконтроля и саморегуляции живого (четвертый закон экодинамики Ю.Голдсмита): живые системы и системы под управляющим воздействием живого способны к самоконтролю и саморегулированю в процессе их адаптации к изменениям в окружающей среде.

Правило автоматического  поддержания глобальной среды обитания: живое вещество в ходе саморегуляции и взаимодействия с абиотическими факторами автоматически поддерживает среду жизни, пригодную для ее развития.

Список  литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы  с сайта http://ecosoft.iatp.org.ua/