Лекции по "Экологии"

Гидросфера (греч. «гидор» - вода) – водная оболочка Земли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную.

Поверхностная гидросфера - водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8 %.

Подземная гидросфера включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.

Атмосфера (греч. «атмос» - пар) – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20-25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов. В формировании природной среды Земли велика роль тропосферы (нижний слой атмосферы до высоты 8-10 км в полярных, 10-12 в умеренных и 16-18 в тропических широтах) и в меньшей степени стратосферы, области холодного разреженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км. Сквозь стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее выбрасывается вулканическая пыль. В тропосфере происходят глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс, теплообмен, трансграничный перенос пылевых частиц и загрязнений.

Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно взаимодействуют между собой. Практически все поверхностные экзогенные геологические процессы обусловлены этим взаимодействием и проходят, как правило, в биосфере.

Биосфера – одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом окружающей природной среды.

Тема 2. Понятие  о биосфере. Строение и функции  биосферы. Понятие о ноосфере.

Понятие о  биосфере

Биосфера-это совокупность частей живых оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Биосфера - глобальная экосистема. Она охватывает всю гидросферу, верхнюю  часть литосферы и нижнюю часть  атмосферы. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс (1873). Основы учения о биосфере заложил В.И.Вернадский (1919, 1926). Будучи основоположником геохимии, он провел первые исследования закономерностей строения и состав взаимодействующих элементов и структур земной коры, гидросферы и атмосферы, исследовал миграцию химических элементов в литосфере и роль радиоактивных элементов в ее эволюции. В 1923 г. им сформулирована теория о ведущей роли живых организмов в геохимических процессах; в 1926 г.- концепция и определение биосферы и живого вещества; создано учение, согласно которому живое вещество, трансформируя солнечное излучение, вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот - центральная концепция биогеохимии.

Строение и  функции биосферы

Согласно В.И.Вернадскому  компоненты вещества биосферы:

28. живое вещество-совокупность всех живых организмов на планете;
29. биогенное вещество- вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (каменный уголь, известняки, нефть и др.);
30. косное вещество (твердое, жидкое, газообразное)- вещество неорганического происхождения, в его образовании живое вещество не участвует (магматические горные породы);
31. биокосное вещество- вещество, которое создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (почти вся вода биосферы, почва, ил);
32. вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада (радиоактивные элементы);
33. рассеянные атомы, непрерывно образующиеся из различных видов земного вещества под влиянием космического излучения;
34. вещество космического происхождения (космическая пыль, обломки метеоритов и т.д.).

Важнейшими компонентами биосферы являются первые четыре. Живое  вещество, как наиболее активное (химически  и геологически), участвует в образовании биогенных и биокосных веществ. Оно создает и изменяет биосферу, проникая во все ее элементы, хотя и составляет весьма незначительную часть от объема планеты.

Данные современной  науки позволяют выделить пять основных функций биосферы: энергетическую, газовую, концентрационную, деструктивную, средообразующую.

Энергетическая  функция выполняется за счет аккумулирования зелеными растениями солнечной энергии в процессе фотосинтеза.

Одна часть этой энергии  перераспределяется между остальными компонентами биосферы, другая накапливается в отмершей органике, образуя залежи биогенного вещества (торфа, угля, нефти), а третья часть рассеивается.

Газовая функция обеспечивает газовый состав биосферы в процессах миграции и превращения газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение.

Концентрационная  функция заключается в избирательном извлечении  и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Благодаря этой функции живые организмы могут служить для человека источником как полезных (витаминов, аминокислот), так и опасных для здоровья веществ (тяжелых металлов, радиоактивных элементов, ядохимикатов).

Деструктивная функция обуславливает процессы, связанные с разложением мертвой органики, с химическим разрушением горных пород и вовлечением образовавшихся веществ в биотический круговорот. В результате этого образуются биокосные и биогенные вещества, происходит минерализация органики, т.е. превращение ее в косное вещество.

Средообразующая функция состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Она обеспечивает газовый состав атмосферы, состав осадочных пород литосферы и химический состав гидросферы, баланс веществ и энергии в биосфере, восстановление нарушенных человеком условий обитания.

Понятие о  ноосфере

Появление на Земле человека привело к тому, что биосфера начинает преобразовываться. Поверхность земного  шара подвергается активному вмешательству  и переустройству в интересах  человека. Интенсивность преобразований увеличивается по мере развития человеческого общества, освоения новых источников энергии, роста научного знания. Эту стадию в эволюции биосферы В.И.Вернадский назвал ноосферой, сферой разума.

Это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Однако современное состояние человеческого общества и отношение к природе заставляет задуматься о возможности перехода биосферы на эту стадию развития в обозримом будущем.

Тема 3. Круговорот веществ

В природе различают  два основных круговорота веществ: большой геологический, происходящий в результате действия абиотических факторов, и малый биотический, происходящий при участии живых организмов.

Большой геологический круговорот веществ обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Геологический круговорот происходит в течение сотен тысяч и миллионов лет. Горные породы подвергаются разрушению, выветриванию и в конечном итоге смываются потоками воды в Мировой океан. Здесь они откладываются на дне, образуя осадочные породы, и лишь частично возвращаются на сушу с организмами, извлеченными из воды человеком или другими животными. Процессы опускания материков и поднятия морского дна приводят к тому, что морские отложения возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.

Малый биотический круговорот веществ является частью большого круговорота и совершается лишь в пределах биосферы. Скорость протекания процессов здесь значительно выше. Сущность этого круговорота состоит в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. При этом часть вещества исключается из биотического круговорота, и с помощью геохимических процессов закрепляется в осадочных отложениях или переносится в океан.

Круговороты наиболее важных биогенных веществ

(углерода, кислорода, азота, фосфора, серы, воды)

Круговорот углерода. Углерод, содержащийся в атмосфере в виде углекислого газа, служит сырьем для фотосинтеза растений. Затем углерод с органическим веществом поступает к другим живым организмам. При дыхании растений и животных, а также при разложении мертвой органики в почве выделяется углекислый газ, в форме которого углерод и возвращается в атмосферу. Скорость оборота CO₂ составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере). Основная масса углерода накоплена в карбонатных отложениях дна океанов, в кристаллических породах, в угле и нефти. Этот углерод принимает участие в большом геологическом круговороте. Антропогенное воздей