Основы учения о биосфере

<body topmargin=0 leftmargin=0 marginheight=0 marginwidth=0> <table cellpadding=0 cellspacing=0 border=0><tr> <td valign="top" rowspan="2" width=210 BGCOLOR="#99CC99" TEXT="#080000" bgproperties="fixed" background="03f8dfc3.jpg"> <div> <A HREF="id40.htm" TARGET="_top" TITLE="_"><U><B>Биографии</B></U></A></div> <div> <A HREF="id39.htm" TARGET="_top" TITLE="_"><U><B>Рефераты</B></U></A></div> <div> <A HREF="id68.htm" TARGET="_top" TITLE="_"><U><B>Биология</B></U></A></div> <div> <A HREF="id69.htm" TARGET="_top" TITLE=". "><U><B>Бел. литература</B></U></A></div> </td> <td valign="top" colspan=2 height=82 BGCOLOR="#CCCC99" TEXT="#080000" bgproperties="fixed" background="0408dfe1esnpes.jpg"> <div> <FONT SIZE="5" COLOR="#000000" FACE="Arial" ><B>www.lan-ne4.narod.ru</B></FONT><B>     </B><B>|</B><B>     </B><A HREF="index.html" TARGET="_top" TITLE="www.lanne4.narod.ru"><U><B>home</B></U></A></div> <div>                                                   </div> <div> </div> </td> </tr><tr> <td valign="top" height=398 colspan=2 BGCOLOR="#CCCC99" TEXT="#080000" bgproperties="fixed" background="0408dfc3.jpg"> <div> <I>Основы учения о биосфере</I></div> <div> Строение и эволюция биосферы</div> <bR> <div>     Термин "биосфера" впервые введен в науку австрийским  натуралистом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения общего облика поверхности Земли, ее лика, обусловленного  наличием на планете живых организмов. Целостное учение о биосфере и протекающих в ней процессах, ее строении и функциях развито в 30-е годы XX в. советским геохимиком В. И. Вернадским. Он рассматривал совокупность живых организмов Земли как единый всеобщий фактор, который вовлекает в круговорот косную материю планеты, аккумулируя энергию Космоса и преобразуя ее в энергию земных процессов.</div> <div>     Под биосферой необходимо понимать специфическую оболочку небесного тела, в пределах которой существует жизнь, т. е. обитают и размножаются живые существа. Согласно данному определению, биосфера включает твердую оболочку Земли (литосфера), водную (гидросфера) и газовую (тропосфера) оболочки.</div> <div>     Что же характерно для биосферы как особой оболочки земного шара? Во-первых, это область, в которой в значительном количестве имеется жидкая вода, во-вторых, на нее падает мощный поток энергии Солнца, в-третьих, в биосфере существуют поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состоянии. И наконец, в биосфере жизнь защищена озоновым экраном от жесткого ультрафиолетового излучения.</div> <div>     Литосфера — верхний каменный твердый слой Земли — составляет нижнюю сферу географической оболочки. На равнинах она имеет мощность 30—40 км, в горах— 50—60, а в пределах морей и океанов — 3—10 км. Литосфера состоит из слоя осадочных пород, ниже которых лежат гранитный и базальтовый слои. На суше плотно заселен только тонкий слой: от десятков сантиметров до нескольких метров, но по трещинам, кавернам, пустотам жизнь распространилась в толщу земной коры до глубины 5—7 км (предел глубин, где обнаруживаются жизнеспособные формы), где есть жидкая вода.</div> <div>     Атмосфера — воздушная оболочка — достигает мощности до 20 тыс. км. Она состоит из пяти слоев. Сфера жизни охватывает первый слой атмосферы — тропосферу — и частично заходит в стратосферу.</div> <div> В пределах тропосферы ограничивающими факторами служат излучение, недостаток влаги, кислорода и низкое парциальное давление.</div> <div> Вероятно, на высоте выше 6200 м над уровнем моря хлорофиллоносные растения существовать не могут, хотя отдельные организмы встречаются и на большей высоте. По-видимому, они питаются ногохвостками и клещами (например, пауки), а те в свою очередь довольствуются зернами пыльцы и другими органическими частицами, заносимыми сюда ветрами. В покоящемся состоянии (в виде спор, цист, грибов и бактерий) организмы могут встречаться на высоте до 12—15 км. В жидкой среде (гидросфере) ограничивающими факторами могут служить большое давление и отсутствие света, начиная с глубины 200 м. Несмотря на это, жизнь обнаруживается на глубинах до 11 тыс. м.</div> <div> Между земной корой, гидросферой и атмосферой происходит взаимообмен веществом и энергией, который находит свое выражение, например, в тектонических движениях (землетрясение, вулканизм). Общая мощность географических оболочек меняется от 80—90 км в горных системах до 25—30 км в океанах.</div> <div>        Самой активной формой материи во Вселенной является живое вещество. По сравнению с массой Земли масса живого вещества незначительна. Если собрать все население биосферы и гомогенизировать (размельчить) его, то получим слой толщиной в лист бумаги. По расчетам специалистов в сырой массе это будет примерно 240 г/м". Если вещество высушить, то его масса будет еще меньше, так как 75—80 % приходится на долю воды. Несмотря на малую массу, живое вещество, выполняя наиболее существенные функции, является самой важной энергетической частью биосферы.</div> <div> В целом общая биомасса живого вещества на планете оценивается в 2423,2 млрд т сухой массы (табл. 1). Несмотря на то, что гидросфера составляет около 71 % всей поверхности земного шара, основная масса живого вещества биосферы сосредоточена на континентах (свыше 99,8 %). Вклад океаносферы составляет только 0,13 %.</div> <div> На континентах преобладают растения (99,2 %), в океане—животные (93,7%). Живое вещество планеты сосредоточено преимущественно в зеленых растениях суши. Организмы, не способные к фотосинтезу, составляют менее 1 %.</div> <div> Кроме того, биомасса наземных растений по абсолютной величине на четыре порядка больше, чем водных (см. табл. 1). Вместе с тем по своим функциональным особенностям наземные и водные растения вполне сопоставимы.</div> <div>        Приблизительно половина кислорода на Земле образуется в процессе фотосинтеза растениями суши (главным образом влажных тропических лесов), вторая половина — мельчайшими растениями гидросферы (фитопланктоном), хотя биомасса тех и других несопоставима между собой. Такое явление объясняется тем, что скорость продуцирова-ния микроскопических растений во много раз выше, чем крупных наземных форм. В этом проявляется одна из общих биологических закономерностей: интенсивность процессов жизнедеятельности (питания, роста, обмена) выше у более мелких организмов. Поэтому при сравнительно небольшой биомассе (0,2 млрд т) величина их продуктивности близка величине продуктивности высших растений (биомасса 2400 млрд т).</div> <div> Под живым веществом понимают совокупность массы всех организмов, населявших в тот или иной момент нашу планету.</div> <div>        По Вернадскому, живые организмы участвуют в круговороте многих химических элементов. Проявление жиз-ни коренным образом изменяет течение всех химических реакций в земной коре, и чуть ли не каждый из элементов проходит в общей цепи превращений через биогеохимическое звено. Таким образом, жизнедеятельность организмов — это глубокий и мощный геологический процесс. Масштабы работы живого вещества таковы, что в течение короткого промежутка времени через живые организмы может пройти все вещество биосферы. Так, весь кислород атмосферы, являясь продуктом процесса фотосинтеза, обновляется благодаря жизнедеятельности зеленых хлоро-филлоносных растений каждые 2 тыс. лет, а все молекулы СОз, участвующие в процессе фотосинтеза,— каждые 300 лет.</div> <div>         Мощь геологического и геохимического воздействия живого вещества на поверхностные оболочки планеты целиком и полностью определяются его особыми специфическими функциями.</div> <div> Живое вещество в биосфере выполняет следующие основные функции: газовую, концентрационную и окислительно-восстановительную.</div> <div>        Одной из важнейших функций живого вещества является газовая, заключающаяся в динамике и трансформации газов в биосфере. Известно, что в процессе фотосинтеза выделяется кислород, который обогащает нашу планету. В настоящее время весь кислород в свободном и связанном состоянии биогенного происхождения. В процессе дыхания и брожения происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа как конечного продукта окислительного процесса, присущего живой системе. В большом количестве выдыхаются азот и пары воды. В процессе газового метаболизма могут выделяться сероводород (при неполном окислении органических веществ), метан и др.</div> <div>        Живые организмы способны накапливать определенные химические элементы и соединения таким образом, что если в окружающей среде концентрацию элемента принять за единицу, то на первом трофическом уровне у фотосинтезирующих организмов она возрастет в 10 раз, на следующем, например у фитофагов,— в 100—1000 раз. В результате концентрации элементов по трофическим уровням из безвредных в окружающей среде они могут стать токсичными (летальными). Данная функция свойственна разным таксономическим группам организмов в различных количественных отношениях. Этим объясняется тот факт, что хищники высокого ранга (орел, лососи), принадлежащие к высокому трофическому уровню, в пищевых цепях подвержены большим опасностям.</div> <div>        Концентрационная функция — это эволюционно выработавшееся приспособление, обеспечивающее выживание организмов в существующих условиях обитания, но ставшие вследствие деятельности человека опасным для живых организмов. Результат этой функции в масштабах биосферы — накопление залежей полезных ископаемых, например, известняка, мергеля, туфа, торфа, каменного угля и др.</div> <div>        Окислительно-восстановительные функции и реакции лежат в основе всякого биологического метаболизма. Если в одних процессах преобладает одна, то в других — другая функция, которые балансируются в масштабе биосферы.</div> <div> Жизнь и прокариот и эукариот — это непрекращающийся синтез и распад органических веществ, объединяющие все живые организмы на Земле. На разных этапах развития биосферы соотношение этих процессов менялось. В частности, в момент возникновения биосферы, когда природа была молода, созидание преобладало над разрушением, что имело для нее определенные последствия. Из первичной атмосферы в большом количестве были изъяты метан, сероводород и углекислый газ, а концентрация свободного кислорода, отсутствовавшего в ней прежде, была доведена до нынешней — 21 %.</div> <div>        При достижении расцвета теплокровных животных в биосфере это неравенство перешло в относительное равновесие. В этот период времени появился человек. С момента расцвета промышленности до настоящего времени процессы разрушения стали преобладать над созиданием, причем наблюдается тенденция к их увеличению.</div> <div> Для того, чтобы биосфера существовала и на Земле не прекращалось развитие жизни, в природе должен происходить непрерывный круговорот органического вещества и химических элементов. Единственный способ придать ограниченному количеству вещества свойство бесконечного—это, как считал советский ученый В. В. Вильяме, заставить его вращаться по замкнутой кривой.</div> <div>        В биотическом круговороте особенно велика роль микроорганизмов, которые, минерализуя органические вещества отмерших животных и растений, превращают их в минеральные соли и простейшие органические соединения. Вновь образованные биогенные элементы используются благодаря распаду и деструкции, осуществляемой в основном микроорганизмами,                        Единственный источник энергии на Земле, от которого зависит жизнь,— Солнце. Поверхность Земли ежегодно получает около 1,2 • 1020 кДж солнечной энергии. Примерно половина этого количества идет на испарение воды. На синтез органического вещества в процессе фотосинтеза тратится в среднем 0,1—0,2 % от приходящей энергии Солнца. Благодаря этому суммарная первичная продукция Земли за год составляет около 232,5 млрд. т сухого органического вещества. В целом растения ежегодно продуцируют массу органического вещества, равную 10 % от их биомассы, а деструкторы, составляющие примерно 1 % от суммарной биомассы организмов планеты, вынуждены перерабатывать массу органического вещества, в 10 раз превосходящую их собственную. Эти ориентировочные сравнения показывают исключительно тесную связь главных компонентов биотического круговорота.</div> <div>        Запасание солнечной энергии на Земле, используемой на жизнедеятельность всех живых организмов, происходит только на первом трофическом уровне, на уровне продуцентов. Во всех остальных звеньях пищевой цепи происходит только ее потребление и расходование с разной эффективностью, сопровождающиеся потерей энергии в виде тепла. Чем выше трофический уровень организма, тем больше эти потери. После отмирания организмов и их полной минерализации органические и минеральные вещества вступают в новый круговорот. Они вновь используются в процессе новообразования органического вещества и его расходования по цепям питания.</div> <div>        С возникновением на Земле жизни стала возможной непрерывная циркуляция между гидросферой, литосферой и атмосферой химических элементов (Р, N, С, 02, S и др.), которые в своих превращениях проходят через живое вещество: они поступают из внешней среды в организмы, а после их отмирания возвращаются обратно. Такая циркуляция получила название биогеохимического круговорота (или циклов). Если не учитывать поступающего в биосферу космического вещества в виде метеоритов, пыли, то можно считать, что количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным в течение геологических периодов.</div> <div> Однако часть вещества в результате геологических изменений может надолго исключаться из этого круговорота. Это биогенные отложения: известняки, каменный уголь, нефть и др., которые многие тысячелетия лежат в земной коре, хотя и не исключено их повторное включение в биосферный круговорот.</div> <div>        Итак, между неорганической и органической материей на Земле существует неразрывная связь, постоянный круговорот веществ и превращение энергии из одной формы в другую. Круговорот веществ подчиняется закону сохранения вещества и энергии, так как каждый живой организм благодаря существующим цепям питания после окончания жизненного цикла возвращает в окружающую среду все, что взял из нее в течение жизни. Большая часть составляющих неживую природу атомов вновь возвращается в живое вещество, и лишь незначительная выбывает из жизненного цикла за пределы биосферы. Миграция атомов из организма в среду и наоборот не прекращается ни на секунду и была бы невозможна, если бы элементарный химический состав организмов не был бы близок к химическому составу земной коры. Благодаря круговороту веществ и потоку энергии обеспечивается длительное существование жизни. В противном случае запасы необходимых веществ на Земле очень быстро были бы исчерпаны. Таким образом, круговорот является необходимым условием существования экологической системы планетарных масштабов — биосферы.</div> <div>        К концепции биосферы В. И. Вернадский подошел после того, как установил роль и значение организмов в процессах геохимической миграции атомов. Это в свою очередь привело ученого к идее биогеохимических циклов элементов и связи планеты Земля с Космосом.</div> <div> Жизнь на Земле возникла на основе круговорота органического вещества вследствие того, что из него выделился биотический круговорот. Живое вещество, которое образовалось на Земле, вовлекало в грандиозный круговорот все элементы ее поверхности. Так называемая "сфера жизни" явилась гигантским аккумулятором и универсальным трансформатором солнечной энергии. Благодаря ей осуществляется активная связь Земли с Космосом. Если бы на Земле не было жизни, не было биосферы, то работа солнечного луча сводилась бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твердых тел по поверхности планеты и их временному накапливанию. Солнечная энергия не совершала бы на Земле созидательной деятельности, так как она не могла бы ни удерживаться на ней, ни преобразовываться в необходимую для этого форму.</div> <div>        Процесс фотосинтеза, преобразования атомов в сложное органическое вещество, обладающее большими запасами  заключенной в них энергии, осуществляют земные хлорофиллоносные растения. Процесс фотосинтеза, его биологическая сущность были раскрыты задолго до Вернадского, но именно он показал, что благодаря фотосинтезу меняется лик Земли. Преобразуя солнечную энергию в свободную (химическую, механическую, тепловую, электрическую и др.), живое вещество постоянно нарушает относительное химическое спокойствие, которое присуще планете самой по себе.</div> <div> С момента своего возникновения биосфера претерпевает постоянные изменения, проявляющиеся в увеличении разнообразия видов, усложнении их организации и росте биомассы. Благодаря деятельности хлорофиллоносных растений в атмосфере появился свободный кислород. При достижении им определенной концентрации (1 % от содержания в современной атмосфере) возник озоновый экран, защищающий живое вещество от жесткого ультрафиолетового излучения. При такой концентрации некоторые микроорганизмы выработали механизмы окислительного метаболизма. На этой стадии развития Земли возник окислительный обмен веществ и появились первые многоклеточные организмы.</div> <div>        В геологических масштабах времени и истории Земли происходили значительные изменения: жаркий климат сменился холодным (период оледенения), чередовались подъемы и опускания суши, менялись очертания и размеры материков и океанов. Но, несмотря на это, жизнь продолжала существовать и развиваться. И именно благодаря ей изменился облик планеты Земля.</div> <div>        </div> <bR> </td> </tr></table> <div align="center">Сайт управляется системой <a href="http://www.ucoz.ru/" title="Создать сайт бесплатно">uCoz</a><br /></div> </body>