Поняття біосфери - Біосфера і місце в ній людини
Господарська діяльність людини вносить дисгармонію у природні цикли речовини та енергії. Завдяки значному енергетичному внеску у виробничі процеси рух речовин пришвидшується. Поряд із їх фізичним переміщенням створюються нові хімічні сполуки. І в тому і в іншому випадку антропогенні потоки речовини дестабілізують вплив на природні екосистеми. Ефект антропогенного забруднення довкілля набув у другій половині XX ст. Світове значення.
Особлива роль розвитку вчення про біосфері - оболонці Землі, будова і організованість якої зумовлені життєдіяльністю організмів, - належить В.І. Вернадського. За його твердженням, біосфера – планетарне явище космічного характеру. Думка про життя як про космічне явище, пише Вернадський, існувала вже давно. Наприкінці XVII ст. голландський вчений X. Гюйгенс у книзі «Космотеорос», перекладеної в Укаїни з ініціативи Петра I, зробив таке наукове узагальнення: «життя є космічне явище, у чомусь різко відмінне від косної матерії». Вернадський назвав це узагальнення "принципом Гюйгенса".
Невелика книга Вернадського, присвячена біосфері, побачила світ 1926 р. Розуміння ідей Вернадського прийшло лише 60-ті гг. нашого сторіччя. Воно зміцнювалося в міру усвідомлення людством загрози екологічної кризи. Вирішення глобальних екологічних проблем неможливе без розуміння законів, які керують живими організмами в біосфері, і це зумовлює актуальність цієї роботи.
Метою даного реферату є дослідження біосфери як системи взаємодії живої та неживої речовини, визначення основних характеристик цієї системи та місце людини в ній.
У зв'язку з поставленою метою можна формулювати такі завдання дослідження:
- визначимо особливості впливу людської діяльності на екосистеми, що вже склалися, і перспективи розвитку людства виходячи з систематичного руйнування ним цінозів, які здійснюють середотворчу діяльність.
Реферат складається із 5 розділів. У першому сформульовані мета та завдання дослідження, у другому даються ключові положення вчення про біосферу, у третьому дається огляд глобальних проблем людства, пов'язаних з постійним негативним впливом людей на середовище їх проживання, у четвертому зроблено основні висновки щодо змісту роботи, у п'ятому вказані першоджерела з роботи.
Поняття «біосфера», на думку В.І. Вернадського, було сформульовано (без уживання самого терміна) Ж.Б. Ламарком на початку ХІХ ст. А. Гумбольдт виділяв сферу життя як невід'ємну частину географічної оболонки. Нарешті, Еге. Зюсс в 1875 р. під час розгляду основних оболонок Землі: літо-, атмо- і гидросферы, - вважав, що у взаємодії верхніх сфер і літосфери можна виділяти самостійну оболонку - біосферу. Еге. Зюсс вперше ввів цей термін у науку.
Визначаючи біосферу, Вернадський запроваджує поняття «жива речовина» - сукупність всіх живих організмів. Область поширення живої речовини включає нижню частину повітряної оболонки (атмосфери), всю водну оболонку (гідросферу) та верхню частину твердої оболонки (літосфери).
Вернадський чітко позначає верхню та нижню межі поширення життя. Верхній - обумовлюється променистою енергією, що приходить із космосу, згубною для живих істот. Йдеться про жорстке ультрафіолетове випромінювання; воно затримується озоновим екраном, нижня межа якого проходить на висоті близько 15 км: верхня межа біосфери. Нижня межа життя пов'язана з підвищенням температури вземних надрах. На глибині 3-3,5 км. температура досягає 100 °С. Найбільшу потужність біосфера має у океані: від поверхні до максимальних глибин у ньому живуть живі істоти.
Для біосфери характерна як присутність живої речовини. Вона має також такі три особливості: по-перше, в ній у значній кількості міститься рідка вода; по-друге, на неї падає потужний потік сонячної енергії; по-третє, у біосфері проходять поверхні поділу між речовинами, що знаходяться у трьох фазах - твердій, рідкій та газоподібній. Усе це є передумовою активного обміну речовиною і енергією, у якому велику роль грають організми. Біосфера - головна арена життя та господарської діяльності людини.
Щоб наочно уявити біосферу як систему, у якій живі організми виконують роль системутворюючого елемента, розглянемо основні функції живої речовини: енергетичну, деструктивну, концентраційну та середотворчу.
Енергетична функція виконується насамперед рослинами, які у процесі фотосинтезу акумулюють сонячну енергію як різноманітних органічних сполук. За словами Вернадського, зелені хлорофільні організми, зелені рослини, є головним механізмом біосфери, який уловлює сонячний промінь та створює фотосинтезом хімічні тіла – своєрідні сонячні консерви, енергія яких надалі є джерелом дієвої хімічної енергії біосфери, а значною мірою – усієї земної.
За розрахунками Вернадського, Землі щорічно акумулюється рослинами близько 10 19 кілокалорій енергії. Усередині екосистеми ця енергія у вигляді їжі розподіляється між тваринами. Частково енергія розсіюється, а частково накопичується у відмерлій органічній речовині і переходить у копалинустан. Так утворилися поклади торфу, кам'яного вугілля, нафти та інших горючих з корисними копалинами, які у час служать енергетичної базою життя і роботи людей. Рослини - головне джерело їжі для людей та сільськогосподарських тварин.
Деструктивна функція полягає в розкладанні, мінералізації мертвої органічної речовини, хімічному розкладанні гірських порід, залученні мінералів, що утворилися, в біотичний кругообіг. Мертва органічна речовина розкладається до простих неорганічних сполук (вуглекислого газу, води, сірководню, метану, аміаку тощо), які знову використовуються у початковій ланці кругообігу. Цим займається спеціальна група організмів – редуценти (деструктори).
Особливо слід сказати про хімічне розкладання гірських порід. Завдяки живій речовині біотичний кругообіг поповнюється мінералами, що вивільняються з літосфери. Наприклад, за свідченням О.В. Лапо, пліснявий грибок в лабораторних умовах за тиждень вивільняв з базальту 3% кремнію, що міститься в ньому, 11% алюмінію, 59% магнію, 64% заліза. Піонери життя на скелях – бактерії, синьо-зелені водорості, гриби та лишайники – надають на гірські породи сильний хімічний вплив розчинами цілого комплексу кислот – вугільної, азотної, сірчаної та різноманітних органічних. Розкладаючи з їхньою допомогою ті чи інші мінерали, організми вибірково витягують і включають в біотичний кругообіг найважливіші поживні елементи - кальцій, калій, натрій, фосфор, кремній, мікроелементи.
Загальна маса зольних елементів, що щорічно залучається до біотичного кругообігу тільки на суші, становить близько 8 млрд. т. Це в кілька разів перевищує масу продуктів виверження всіх вулканів світу протягом року. Завдяки життєдіяльності організмів-деструкторівстворюється унікальна властивість ґрунтів – їх родючість.
p align="justify"> Середоутворююча функція полягає в трансформації фізико-хімічних параметрів середовища (літосфери, гідросфери, атмосфери) в умови, сприятливі для існування організмів. Можна сміливо сказати, що вона є спільним результатом всіх розглянутих вище функцій живої речовини: енергетична функція забезпечує енергією всі ланки біологічного круговороту; деструктивна та концентраційна сприяють вилученню з природного середовища та накопиченню розсіяних, але життєво важливих для організмів елементів.
Середоутворюючі функції живої речовини створили та підтримують у рівновазі баланс речовини та енергії в біосфері, забезпечуючи стабільність умов існування організмів, у тому числі людини. Водночас жива речовина здатна відновлювати умови проживання, порушені внаслідок природних катастроф чи антропогенного впливу. Цю здатність живої речовини до регенерації екологічних умов виражає принцип Ле Шательє, запозичений в галузі термодинамічних рівноваг. Він у тому, що зміна будь-яких змінних у системі у відповідь зовнішні обурення відбувається у напрямі компенсації вироблених обурень. Теоретично управління аналогічне явище зветься негативних зворотних зв'язків. Завдяки цим зв'язкам система повертається в початковий стан, якщо обурення, що виробляються, не перевищують порогових значень. Отже, гомеостаз, стійкість екосистеми, виявляється явищем не статичним, а динамічним.
В результаті середотворчої функції в географічній оболонці відбулися такі найважливіші події: було перетворено газовий склад первинної атмосфери; змінився хімічний склад вод первинного океану; утворилася товща осадових порід улітосфері; на поверхні суші виник родючий грунтовий покрив (також родючі води океану, річок та озер).
Вернадський пояснює парадокс: чому, незважаючи на те, що загальна маса живої речовини - плівка життя, що покриває Землю, - дуже мала, результати життєдіяльності організмів позначаються на складі і літосфери, і гідросфери, і атмосфери? Якщо живу речовину розподілити на поверхні Землі рівним шаром, його товщина складе всього 2 см. При такій незначній масі організми здійснюють свою планетарну роль за рахунок дуже швидкого розмноження, тобто дуже енергійного кругообігу речовин, пов'язаного з цим розмноженням.
Маса живої речовини, що відповідає даному моменту часу, насилу зіставляється з тією грандіозною її кількістю, яка робила свою роботу протягом сотень мільйонів років існування організмів. Якщо розрахувати всю масу живої речовини, відтвореної за цей час біосферою, вона виявиться рівною 2,4×10 20 т. Це у 12 разів перевищує масу земної кори.
На земній поверхні немає хімічної сили, що постійно діє, а тому й більш могутньої за своїми кінцевими наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому. Глини, вапняки, доломіт, бурі залізняки, боксити - це все породи органогенного походження. Нарешті, властивості природних вод, солоність Світового океану та газовий склад атмосфери визначаються життєдіяльністю істот, що населяють планету.
У наші дні накопичення в атмосфері вуглекислого газу від спалювання вуглеводневого палива розглядається як тривожна тенденція, що веде до потепління клімату, танення льодовиків і загрожує підвищенням рівня Світового океану більш ніж на 100 м. У цьому зв'язку слід відзначити функцію захватуорганізмами шляхом переведення її в сполуки вуглекислого кальцію, а також шляхом утворення біомаси живої речовини на суші та в океані.
Чистота морських вод - багато в чому результат фільтрації, що здійснюється різноманітними організмами, але особливо зоопланктоном. Більшість із цих організмів видобуває їжу, відціджуючи з води дрібні частинки. Робота їх настільки інтенсивна, що весь океан очищається від суспензії за 4 роки. Байкал винятковою чистотою своїх вод багато в чому завдячує веслоногому рачку епішурі, який за рік тричі проціджує його воду.
Основу функціонування живої речовини становить біотичний кругообіг речовин. Біотичний кругообіг забезпечується взаємодією трьох основних груп організмів: 1) продуцентів – зелених рослин, що здійснюють фотосинтез, та бактерій, здатних до хемосинтезу, – вони створюють первинну органічну речовину; 2) консументів, що споживають органічну речовину, - це рослиноїдні та хижі тварини; 3) редуцентів (деструкторів), що розкладають мертву органічну речовину до мінеральної, - це в основному бактерії, гриби та найпростіші тварини.
На висхідній галузі біотичного круговороту, заснованого на виконанні енергетичної функції зеленими рослинами, відбувається акумуляція сонячної енергії у вигляді органічних речовин, що синтезуються рослинами з неорганічних сполук - вуглекислого газу, води, азоту, зольних елементів живлення. Східна гілка біотичного круговороту пов'язана із втратами органічної речовини. Найважливішим процесом є дихання рослин, при якому до половини асимільованої при фотосинтезі органічної речовини окислюється до СО2 і повертається в атмосферу. Другий суттєвий процес витрачання органічної речовини та накопиченої в ній енергії – це споживання рослинконсументами першого порядку - рослиноїдними тваринами. Енергія, що запасається фітофагами з їжею, також значною мірою витрачається на дихання, життєдіяльність, розмноження, виділяється з екскрементами.
Рослиноїдні тварини є їжею для м'ясоїдних тварин - консументів вищого трофічного рівня. Консументи другого порядку витрачають накопичену з їжею енергію тими самими каналами, як і консументи першого порядку (рослинноядные тварини). Число трофічних рівнів, що утворюються хижими тваринами, зазвичай не перевищує трьох-чотирьох, тому що у зв'язку з великими витратами енергії чисельність і біомаса тварин на більш високих трофічних рівнях стають дедалі меншими.
Кожна ланка екосистеми постачає в довкілля органічні залишки (детрит), які є джерелом їжі та енергії для тварин-сапрофагів, а головним чином для мікроорганізмів - бактерій, грибів, актиноміцетів та ін. Завершальним етапом перетворення органічної речовини є процеси гумифікації і далі окислення до СО2 та мінералізації зольних елементів, які знову повертаються у ґрунт та атмосферу, забезпечуючи рослину їжею.
Таким чином, біотичний кругообіг являє собою безперервний процес створення та деструкції органічної речовини. Він реалізується за участю представників усіх трьох груп організмів: без продуцентів неможливе життя, оскільки вони виробляють основу життя - первинна органічна речовина; консументи різних порядків, споживаючи первинну та вторинну продукцію та переводячи органічну речовину з однієї форми в іншу, сприяють зростанню різноманіття форм життя на Землі; нарешті, редуценти, розкладаючи органічну речовину до мінеральної, повертають її на початок круговороту. Глобальні цикли міграціїхімічних елементів як пов'язують три зовнішні оболонки нашої планети у єдине ціле, а й зумовлюють безперервну еволюцію її складу.