Презентация Экология и природопользование. Учение о биосфере онлайн

Содержание слайда: Экология и природопользование Колесников С.И. Южный федеральный университет кафедра экологии и природопользования

Содержание слайда: Учение о биосфере

Содержание слайда: Структура и границы биосферы Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira — шар) — оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.

Содержание слайда: Структура и границы биосферы Термин «биосфера» впервые применил австрийский геолог Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «Лик Земли».

Содержание слайда:

Содержание слайда: Структура и границы биосферы Однако заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому, так как именно он развил представление о живом веществе как огромной геологической (биогеохимической) силе, преобразующей свою среду обитания.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Структура и границы биосферы Границы биосферы в большой степени условны. Обычно считают, что верхняя граница биосферы находится на высоте 22-24 км от поверхности Земли, где образуется озоновый экран. Здесь свободный кислород под влиянием солнечной радиации превращаются в озон (О2  О3), который образует экран и отражает губительные для живых организмов космические излучения и частично ультрафиолетовые лучи. Нижняя граница биосферы проходит по литосфере на глубине 3-4 км, а по гидросфере по дну Мирового океана, местами свыше 11 км. Более широкое распространение живых организмов ограничено лимитирующими факторами. Так, проникновению вверх препятствует космическое излучение, а проникновению вглубь — высокая температура земных недр.

Содержание слайда: Вещество биосферы В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, включающую наряду с организмами и среду их обитания. Он выделил в биосфере семь типов веществ.

Содержание слайда: Вещество биосферы 1.Живое вещество — живые организмы, населяющие нашу планету.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Вещество биосферы 2.Косное вещество — неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов. Например породы магматического происхождения, породы метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Вещество биосферы 3.Биогенное вещество — неживые тела, образующиеся в результате деятельности живых организмов. Например некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Вещество биосферы 4.Биокосное вещество — биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов. Например почвы, илы, кора выветривания и др.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Вещество биосферы 5.Радиоактивное вещество — атомы радиоактивных элементов. Например уран (238U, 235U), торий (232Th), радий (226Ra), радон (222Rn, 220Rn), калий (40К), кальций (48Са), углерод (14С) и др.

Содержание слайда: Вещество биосферы 6.Рассеянные атомы — отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии. Например в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультрамикроэлементов: Mn, Co, Zn, Cu, Au, Hg и др.

Содержание слайда: Вещество биосферы 7.Вещество космического происхождения — вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса Например метеориты, космическая пыль.

Содержание слайда: Вещество биосферы Классификация вещества биосферы, предложенная В.И. Вернадским, с логической точки зрения не является безупречной, так как выделенные категории вещества частично перекрывают друг друга. Так, вещество космического происхождения одновременно является и косным. Атомы многих элементов являются и радиоактивными, и рассеянными одновременно. При этом и атомы радиоактивных элементов, и рассеянные атомы могут входить в состав как живого, так и косного вещества. «Биокосное вещество» нельзя рассматривать в качестве особого типа вещества, поскольку оно состоит из двух веществ — живого и косного. По своему характеру это не вещество, а динамическая система, что подчеркивает и сам В.И. Вернадский.

Содержание слайда: Распределение живого вещества в биосфере Масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы. Тем не менее живое вещество биосферы — это главнейший ее компонент. Важнейшим свойством живого вещества является способность к воспроизводству и распространению по планете. Живое вещество распространено в биосфере неравномерно: пространства, густо заселенные организмами, чередуются с менее заселенными территориями.

Содержание слайда: Распределение живого вещества в биосфере Наибольшая концентрация жизни в биосфере наблюдается на границах соприкосновения земных оболочек: атмосферы и литосферы (поверхность суши), атмосферы и гидросферы (поверхность океана), гидросферы и литосферы (дно океана), и особенно на границе трех оболочек — атмосферы, литосферы и гидросферы (прибрежные зоны). Эти места наибольшей концентрации жизни В.И.Вернадский назвал «пленками жизни». Вверх и вниз от этих поверхностей концентрация живой материи уменьшается.

Содержание слайда: Распределение живого вещества в биосфере В настоящее время по видовому составу на Земле преобладают животные (более 2,0 млн видов) над растениями (0,5 млн). В водной среде обитает около 7% животных от общего их количества и 8% видов растений. Эволюция на суше проходила значительно быстрее. В то же время запасы фитомассы составляют 99% запасов живой биомассы Земли. Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. При этом продуктивность экосистем суши и океана примерно одинаковы. На суше биомасса и количество видов организмов в целом увеличиваются от полюсов к экватору.

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Свойства живого вещества К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую преобразующую деятельность, можно отнести следующие (по Н.А. Воронкову, 1997). 1.Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. 2.Движение не только пассивное, но и активное. 3.Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти. 4.Высокая приспособительная способность (адаптация). 5.Феноменально высокая скорость протекания реакций. 6.Высокая скорость обновления живого вещества.

Содержание слайда: Свойства живого вещества Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. По В.И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов.

Содержание слайда: Функции живого вещества Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Выделяют следующие основные геохимические функции живого вещества: 1.Энергетическая (биохимическая) — связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

Содержание слайда: Функции живого вещества 2.Газовая — способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. С газовой функцией связывают два переломных периода (точки) в развитии биосферы. Первая из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1 % от современного уровня (первая точка Пастера). Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд лет назад.

Содержание слайда: Функции живого вещества Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10 % от современной (вторая точка Пастера). Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).

Содержание слайда: Функции живого вещества 3.Концентрационная — «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов. Концентрационная способность живого вещества повышает содержание атомов химических элементов в организмах по сравнению с окружающей средой на несколько порядков. Содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Содержание марганца в некоторых бактериях может быть в миллионы раз больше, чем в окружающей среде. Результат концентрационной деятельности живого вещества — образование залежей горючих ископаемых, известняков, рудных месторождений и т.п.

Содержание слайда: Функции живого вещества 4.Окислительно-восстановительная — окисление и восстановление различных веществ с участием живых организмов. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, Р, N и др.), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

Содержание слайда: Функции живого вещества 5.Деструктивная — разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) — сапротрофные грибы и бактерии.

Содержание слайда: Функции живого вещества 6.Транспортная — перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скопления (птичьи базары и другие колониальные поселения).

Содержание слайда: Функции живого вещества 7.Средообразующая — преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной — представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры.

Содержание слайда: Функции живого вещества 8.Рассеивающая — функция, противоположная концентрационной — рассеивание веществ в окружающей среде. Она проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

Содержание слайда: Функции живого вещества 9.Информационная — накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

Содержание слайда: Функции живого вещества 10.Биогеохимическая деятельность человека — превращение и перемещение веществ биосферы в результате человеческой деятельности для хозяйственных и бытовых нужд человека. Например, использование концентраторов углерода — нефти, угля, газа и др.

Содержание слайда: Функции живого вещества Таким образом, биосфера представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой.

Содержание слайда: Свойства биосферы Целостность и дискретность. Централизованность. Устойчивость и саморегуляция. Ритмичность. Круговорот веществ и энергозависимость. Горизонтальная зональность и высотная поясность. Большое разнообразие условий обитания и живых организмов.

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы Качественно новый этап развития биосферы наступил в современную эпоху, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В.И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов.

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы В 1944 г. В.И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу, то есть в такое ее состояние, когда развитие биосферы будет управляться разумом человека. Сам термин «ноосфера» предложен Э. Леруа (1927) и П. Тейяром де Шарденом (1930).

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы Ноосфера (от греч. noоs — разум, мышление) — сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития биосферы. По убеждению В.И. Вернадского, биосфера вступает в новую стадию своего развития — стадию ноосферы. На этой стадии человек разумный выступает как геохимическая сила невиданного масштаба. Особенность этой силы — ее разумность.

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы Кроме понятия «ноосфера» часто употребляют такие понятия, как «антропосфера», «техносфера», «какосфера» и др. Антропосфера (от греч. anthropos — человек) — сфера Земли, где живет и куда временно проникает (с помощью спутников и т.п.) человечество. Понятие «антропосфера» употребляют для характеристики пространственного положения человечества и его хозяйственной деятельности.

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы Техносфера (от греч. techne — искусство, ремесло, мастерство) — сфера Земли (часть биосферы, со временем, по-видимому, вся биосфера), преобразованная технической деятельностью человека. Понятие «техносфера» используют, когда хотят подчеркнуть вещественную сторону отношений человек—природа, а также то, что на настоящем этапе хозяйственная деятельность людей не настолько разумна, чтобы говорить о ноосфере.

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы Какосфера (от греч. kakos — дурной, плохой) — сфера Земли (часть биосферы), измененная деятельностью человека настолько, что в ней искажены природные связи и ограничена способность к восстановлению; область дисгармонично измененной человеком биосферы. Понятие «какосфера» используют для отражения плохого, негативного воздействия человека на природу, как «сферу неразумия».

Содержание слайда:

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы Можно выделить ряд основных признаков превращения биосферы в ноосферу: 1.Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры (рост разработки месторождений полезных ископаемых). Геохимическая деятельность человека становится сравнимой по масштабам с биологическими и геологическими процессами. В геологическом круговороте резко возрастает звено денудации. 2.Массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох (нефти, газа, каменного угля и пр.). Следствием является усиление парникового эффекта и глобальное потепление климата.

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы 3.Рассеивание энергии, в отличие от ее накопления в биосфере до появления человека. Основным следствием является энергетическое загрязнение биосферы. 4.Образование в больших количествах веществ, ранее в биосфере отсутствовавших (чистые металлы, пластмассы и др.). В результате наблюдается химическое загрязнение биосферы — ее металлизация, загрязнение промышленными и другими отходами и т.д.

Содержание слайда: Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы 5.Создание, хотя и в ничтожно малых количествах, трансурановых химических элементов (плутония и др.). Освоение ядерной энергии за счет деления тяжелых ядер и (в обозримом будущем) термоядерной энергии за счет синтеза легких ядер атомов. Возникает опасность теплового загрязнения биосферы и загрязнения радиоактивными отходами ядерной энергетики. 6.Расширение границ ноосферы за пределы Земли в связи с научно-техническим прогрессом. Возникновение космонавтики обеспечило выход человека за пределы родной планеты. Ноосфера в будущем займет большее пространство, чем биосфера до появления человека. Создается принципиальная возможность создания искусственных биосфер на других планетах.

Содержание слайда: Благодарю за внимание !