1. Основные среды биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера (почва)

 

Биосфера – система с прямыми и обратными (отрицательными и положительными) связями, которые, в конечном счете, обеспечивают механизмы ее функционирования и устойчивости. Биосфера – централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В.И. Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается человеком и в настоящее время: в центр биосферы или ее звеньев ставится только один вид – человек (антропоцентризм).

Атмосфера — газовая оболочка Земли, Это естественная смесь газов, сложившаяся в ходе эволюции планеты. В настоящее время атмосфера содержит 78,08% азота (N₂), 20,9% кислорода (0₂), около 1% аргона (Аг) и 0,03% углекислого газа (СО₂).

Атмосфера Земли уникальна. Кислород, содержащийся в воздухе, жизненно необходим для дыхания растений и животных. В настоящее время пока наблюдается примерное сохранение равновесия между производством кислорода и его потреблением. Однако интенсивное потребление 0₂ промышленностью и транспортом в последнее время вызывает опасение нарушить баланс кислорода в окружающей среде.

Углекислый газ оказывает существенное влияние на температуру планеты. Обладая большей плотностью, чем кислород или азот, этот газ плотно покрывает водный и почвенный покров Земли. Сам по себе С0₂ является опасным компонентом атмосферы для всего живого, Повышение содержания СО₂ в приземном слое атмосферы может привести к массовому уничтожению живого в почвенном покрове и ухудшению его плодородия.

В отличие от кислорода, который поставляется в атмосферу зелеными растениями, углекислый газ улавливается этими же растениями и связывается в органические соединения, В процессе дыхания углерод органических соединений превращается в диоксид углерода.

Азот, входящий в состав атмосферного воздуха в наибольших количествах, является химически инертным газом (в переводе с греческого — «безжизненный»). В воздухе он находится в молекулярном состоянии в бездействии. Азот практически не участвует в геохимических процессах и лишь накапливается в атмосфере. В тоже время N₂ является важнейшим строительным материалом для белков, нуклеиновых кислот и других соединений. Элементом жизни он становится только в химических соединениях — легкорастворимых азотнокислых и аммиачных солях. Однако связанного азота в воздухе нет₇и в обычных условиях большинство организмов не в состоянии извлечь его из атмосферы.

Атмосфера не только поддерживает жизнь, но и служит защитным экраном. На высоте 20-25 км от поверхности Земли под воздействием ультрафиолетовой радиации Солнца часть молекул кислорода расщепляется на свободные атомы. Последние могут вновь вступать в соединения с молекулами О₂ и образовывать трехатомную его форму 0₃ — озон.

Озон играет исключительную роль в жизни планеты. Он образует в высших слоях атмосферы тонкий слой — так называемый озоновый экран, который отфильтровывает вредный компонент солнечного излучения — ультрафиолетовые лучи. Прямое влияние этих лучей губительно для всего живого, Не будь озонового слоя, это излучение уничтожило бы жизнь на Земле.

Газовая оболочка предохраняет Землю от метеоритной бомбардировки. Большинство метеоритов никогда не достигают земной поверхности, так как сгорают при вхождении в атмосферу с огромной скоростью.

Кроме того, атмосфера способствует сохранению тепла на планете, которое в противном случае рассеивалось бы в холоде космического пространства. Солнечная энергия, проникающая в форме коротких электромагнитных волн через атмосферу к земной поверхности, в значительной мере отражается от нее в виде более длинных волн, которые частично задерживаются и экранируются нижними слоями атмосферы обратно на поверхность Земли.
к наша планета использует солнечное тепло дважды. Без этого эффекта жизнь на Земле была бы невозможна, так как первичные лучи Солнца разогревают ее поверхность лишь до -18 °С. Отраженные же тропосферой потоки тепловой энергии повышают эту среднюю температуру до +15 °С. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии. Нагреваясь энергией Солнца и инфракрасным излучением атмосферы, поверхность Земли возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество энергии.

Нагревание атмосферы происходит благодаря наличию в ней так называемых парниковых газов; углекислого газа, метана, оксидов азота и паров воды, которые способны, с одной стороны, поглощать (улавливать) инфракрасное излучение Земли, а с другой, — отражать часть его обратно на Землю. Без «газового одеяла», окутывающего планету, температура на ее поверхности была бы ниже на 30-40°С, а существование живых организмов в таких условиях весьма проблематично,

Гидросфера — одна из важнейших составляющих нашей планеты, объединяющая все свободные воды. Она занимает около 70% поверхности земного шара. Общие запасы воды в свободном состоянии составляют 1386 млн. км³. Если бы этой водой равномерно покрыть земной шар, то ее слой составил бы 3700 м. В то же время 97-98% воды — это соленые воды морей и океанов. И лишь 2-3% — пресная вода, необходимая для жизни. 75% пресной воды на Земле находится в виде льда, значительную часть ее составляют подземные воды, и лишь 1% доступен для живых организмов.

Вода входит в состав всех элементов биосферы. Это составная часть не только водоемов, но и воздуха, почвы, живых существ.

Вода — это источник жизни, без нее невозможно существование ни животных, ни растений, ни человека. Она входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. Сложнейшие реакции в животных и растительных организмах могут протекать только при наличии воды. Тело человека на 65% состоит из воды. Тела животных содержат, как правило, не менее 50% воды. Растения также содержат много воды: картофель — 80%, помидор — 95% и т.д.

Под влиянием солнечной энергии и сил гравитации воды Земли могут переходить из одного состояния в другое и находятся в непрерывном движении. Круговорот воды увязывает воедино все части биосферы, образуя в целом замкнутую систему; океан — атмосфера — суша.

Гидросфера играет решающую роль в формировании особых черт планеты. Она имеет большое значение в процессах обмена кислородом и углекислым газом с атмосферой, способствует поддержанию относительно неизменного климата, что позволило жизни воспроизводиться в течение более 3 млрд. лет. Климат на Земле во многом зависит от водных пространств и содержания водяного пара в атмосфере. Океаны и моря оказывают смягчающее, регулирующее воздействие на температуру воздуха, накапливая тепло летом и отдавая его атмосфере зимой. В океане происходит циркуляция и перемешивание теплых и холодных вод.

В гидросфере протекает основное количество химических реакций, обусловливающих производство биомассы и химическую очистку биосферы. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеют разбавление, растворение и перемешивание веществ. Этому способствует интенсивное течение рек. Кроме того, на процесс очистки влияют оседание в воде нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. Важным физическим фактором самоочищения является ультрафиолетовое излучение Солнца. Под его влиянием гибнут бактерии, вирусы, микробы.

Из химических факторов самоочищения следует отметить окисление органических и неорганических веществ кислородом, растворенным в воде.

Активную роль в самоочищении гидросферы играет совокупная деятельность всех населяющих водоемы организмов. В процессах жизнедеятельности они окисляют (разлагают) органические загрязнители.

Кроме всего указанного выше, гидросфера является важным источником продовольствия для людей и других обитателей суши, источником получения ценного сырья и топлива. Океаны, моря, реки и другие водоемы представляют собой природные пути сообщения и имеют рекреационное значение.

Литосфера (почва). Почва — поверхностный слой земной коры, созданный под совокупным влиянием внешних условий: тепла, воды, воздуха, растительных и животных организмов, особенно микроорганизмов. Это — результат терпеливого многовекового труда природы. Земля накапливала его многие тысячелетия с очень медленной скоростью: 1см чернозема за 100-300 лет.

Почва обладает специфическими физическими свойствами: рыхлостью, водопроницаемостью, аэрируемостью и пр. В верхних слоях почвы концентрируются вещества, необходимые для питания растений — азот, фосфор, калий, кальций и другие. Она является средой обитания многих микроорганизмов и роющих животных. Здесь происходит жизненно необходимый обмен минеральными веществами между биосферой и неорганическим миром: растения получают воду и питательные вещества, а листья и ветки, отмирая, возвращаются в почву, где разлагаются, высвобождая содержащиеся в них минеральные вещества. Таким образом, роль почвы многообразна: с одной стороны, это важный участок всех природных круговоротов, с другой — основа для производства биомассы.

Почва — главный фундамент жизни, уникальное и в тоже время легкоуязвимое природное образование.

 

 

2. Экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенные факторы

 

Экологические факторы — это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые оказывают непосредственное действие на живые организмы, а также на характер их отношений друг с другом и особями других популяций.

По природе источников и характеру действия факторы среды разделяются на: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы — это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. К ним относятся физические и химические факторы.

Физические факторы, в свою очередь, включают космические, климатические, почвенно-грунтовые, геологические, физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующую и проникающую радиацию, движение сред (акустические колебания, волны, течения, приливы), суточные и сезонные изменения в природе.

Космические факторы — это поступающая от Солнца энергия и периодическая смена освещенности по времени суток и года, космическая пыль, метеоритное вещество, астероиды, вещества и волны галактического пространства.

Климатические факторы — температура, влажность и прозрачность атмосферного воздуха, движение воздушных масс, атмосферное давление, количество осадков и т.п.

К почвенно-грунтовым факторам относятся почвы различной плодородности и вода различной степени прозрачности, кислотности и наличия растворенных веществ.

Химические факторы — это компонентный состав воздуха, воды, почвы, примеси промышленного происхождения.

Биотические факторы — это вся совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие. Воздействие происходит как внутри видов, так и между видами. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов, зависит от них и сам оказывает воздействие. К этому типу факторов относятся совместная охота и защита от врагов, борьба за пищу и территорию, хищничество, симбиоз и т.п.

Особую роль в биосфере играют антропогенные факторы, порожденные деятельностью человека и человеческого общества в целом. Часть их связана с хозяйственным изъятием природных ресурсов, нарушением естественных ландшафтов — это вырубка лесов, промысел растений, рыб, птиц и зверей, замена природных комплексов сооружениями, коммуникациями, свалками и пустырями. Другие антропогенные воздействия обусловлены загрязнением природной среды (воздуха, водоемов, земли) побочными продуктами, отходами производства и потребления.

Преобладающая часть антропогенных факторов, связанная с производством, применением техники, машин, с влиянием промышленности, транспорта, строительства на природные экологические системы, носит название техногенных факторов. Нетехногенная часть антропогенных факторов связана, в основном, бытом и поведением человека в природе.

Следует подчеркнуть, что значимость разнообразия для природных систем в значительной мере действительна и для социальных структур. Всякое стремление к упрощению социальной структуры общества, перевод ее на однообразие, авторитаризм может дать кратковременный положительный результат, за которым неминуемо проявляются отрицательные последствия.

Важное свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ, и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. При отсутствии круговорота углерода, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого – углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений необходимых для жизни. Только благодаря круговоротам обеспечивается непрерывность процессов в биосфере. Как отмечал академик-почвовед В. Р. Вильяме, есть единственный способ сделать какой-то процесс бесконечным – пустить его по пути круговоротов.

В пределах биосферы может быть выделена «пленка жизни» – узкий слой, наиболее густо заселенный организмами, на границе между атмосферой и литосферой и в верхней части водной оболочки.

Живые организмы в сумме составляют живое вещество. Кроме него в составе биосферы есть косное вещество (неживое), а также сложные по своей природе биокосные тела. В их состав входят как живые организмы, так и видоизмененное неживое вещество. К биокосным веществам, по В.И. Вернадскому, относятся почвы, илы, природные воды.

Живое вещество находится в состоянии постоянного обмена веществом и энергией с геохимической средой. Оно ежегодно поглощает и ассимилирует огромное количество химических элементов и выделяет в окружающую среду новые, образующиеся в организмах соединения, поэтому почти каждый химический элемент в своей истории в той или иной мере проходит биологический цикл превращений.

Все ландшафты поверхности Земли, «лик Земли», обязаны геологической деятельности живой материи. Мертвая верхняя оболочка планеты, состоящая из «косного вещества», пережила крупнейшую перестройку: в ее составе появилось «живое вещество», она перешла в новое состояние – в биосферу.

Важно положение о том, что возник не локальный очаг жизни, а именно вся верхняя оболочка Земли перешла в новое состояние, был единый общепланетарный процесс. С помощью энергии Солнца пленка живого вещества многократно ускорила преобразование ее «костного вещества».

 

Литература

 

1.       Шимова, О.С. Основы экологии и экономика природопользования: Учебник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. — Мн.: БГЭУ, 2001 -367 с.

2.      Акимова, Т.А. Экология: Учебник для вузов / Т.А. Акимова, ВЛЗ. Хаскин. — М: ЮНИТИ, 1998, — 445 с.

3. Маврищев, В.В. Основы общей экологии: Учеб. пособие / В.В, Маврищев. — Мн.: Выш. шк., 2000, — 317 с.

4. Экология: Учебное пособие / Общая ред. С.А. Боголюбова. — М: Знание, 1997.-288 с.

5. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л.А. Муравья. — М. ЮНИТИ-ДАНА, 2000. — 447 с.

6. Кормилицын В.И. Основы экологии: Учеб, пособие / В.Ц. Кормилицын. — М.: Интерстиль. 1997. — 368 с.

7. Реймерс, Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник / Н.Ф. Реймерс. — М: Просвещение, 1992. — 320 с.

8. Охрана окружающей среды: Учеб, для техн. спец, вузов / Под ред. СЗ. Белова. — М.: Высшая школа, 1991. — 319 с.

9. Маглыш, С.С. Основы экологии и экономика природопользования: Пособие / С.С. Маглыш. — Гродно: ГрГУ, 2002 — 126 с.

10. Шимова О.С. Основы экономики природопользования: Учеб. пособие / О.С. Шимова, Н.К. Соколовский. — Мн: НКФ Экоперспектива. — 1995. — 127 с.

11. Шимова О.С. Эколого-экономическое регулирование: Учеб. пособие / О.С. Шимова. — Мн., 1998. — 110 с.

12. Бобылев С.Н. Экономика природопользования: Учеб. пособие / С.Н. Бобылев, А.Ш. Ходжаев. — М: ТЕИС, 1997. — 272 с.

13. Неверов А.В. Экономика природопользования: Учеб. пособие для вузов инж. — экон спец. / А.В. Неверов. — Мн., 1990. — 215с.

14. Экономика природопользования: Учебник / Под ред. Т.С. Хачатурова. – М / Изд. МГУ, 1991.-271 с.

15. Боголюбов С.А. Экологическое право: Учебник для вузов / С.А. Боголюбов. — М.: НОРМА: ИНФА.,1999. — 448 с.

Источник: znakka4estva.ru

Гидросфера как часть биосферы

Водная оболочка Земли включает в себя мировой океан, воды поверхности континентов и подземные воды. Основной объем воды этой оболочки сосредоточен в океанах. Водяной пар и ледники тоже относятся к гидросфере.

Гидросфера имеет тесную связь и с литосферой и с биосферой. Вода в качестве обязательного компонента входит в состав живого вещества биосферы, являясь водной её частью. Океаны и моря – это основные биотопы, несмотря на то, что 90% их объема представляют глубину, где присутствует полный мрак.

Для 4-х километровой глубины характерно очень высокое давление – около 400 атмосфер. Таким образом, часть Мирового океана представляет собой естественную барокамеру, которая заполнена живыми организмами по всей своей толще.

В гидросфере ученые повсюду находили живые организмы, а это значит, что вода в жидком состоянии в расселении организмов является более важным лимитирующим фактором по сравнению со светом.

В принципе самые жаркие и сухие пустыни мира находятся формально вне биосферы, но и здесь есть присутствие живых организмов. Они находятся под слоем сухого песка – это насекомые, которые существуют за счет сухих пылевидных остатков растений, приносимых ветром. Используя их как пищу, насекомые получают метаболическую воду.

Поверхность Земли на 71% покрыта водами океанов, средняя глубина которых составляет 3 800 м.

В водах Мирового океана растворены соли и некоторые газы. В верхних слоях океанов содержится 140 трлн. тонн углекислого газа и 8 трлн. тонн кислорода.

На воды суши приходится небольшая часть гидросферы, но, эти воды играют огромную роль в жизни наземной биосферы.

Воды суши находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой и литосферой.

В биосфере вода выступает в роли универсального растворителя, не вступая в химические реакции, она взаимодействует со всеми веществами литосферы.

В общем объеме гидросферы пресные воды составляют только 2%. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках у полюсов Земли.

Гидросфера, являясь элементом биосферы, играет огромную роль в природе, принимая участие во многих происходящих процессах.

Вода используется всюду – это и сырье и хладо-агент, источник энергии и важный ресурс орошения.

Почти вся масса кислорода и водорода сосредоточена в гидросфере. В ней же находятся натрий, калий, магний, сера, хлор, бром, соединения которых хорошо растворяются в воде.

Растворенные в воде вещества являются одним из условий существования живых организмов.

Более 300 тыс. видов от планктона до крупных морских животных обитает в океане.

Мировой океан аккумулирует тепловую энергию Солнца, поскольку вода имеет способность медленно нагреваться и медленно остывать.

Биосфера перекрывает гидросферу по всей толще, но, самая большая плотность живого вещества находится в поверхностных и хорошо прогреваемых Солнцем слоях.

Жизнь, зародившаяся в гидросфере, постепенно выходила на поверхность образовавшейся литосферы.

Экологические проблемы литосферы и гидросферы

Экологические проблемы водной оболочки Земли специалисты условно делят на внешние и внутренние.

Гидросфера является составной частью биосферы и неразрывно связана с атмосферой и литосферой – этим обусловлены внешние проблемы.

Все оболочки между собой тесно взаимодействуют и оказывают друг на друга влияние, поэтому возникшие экологические проблемы одной оболочки вызывают очень быстрое изменение в других оболочках. В результате между ними происходит своеобразный «обмен» проблемами. Внутренние проблемы связаны с основным составляющим её веществом – водой.

Вода представляет собой неорганическое соединение, состоящее из двух атомов водорода. Эта бесцветная и прозрачная жидкость может находиться в 3-х состояниях – твердом, жидком, газообразном.

Кроме того, вода может быть соленой и пресной. Соленая вода, содержащаяся в океанах, для питья непригодна, нельзя её употреблять и для развития сельского хозяйства, использовать в технологическом процессе производства.

Загрязнение гидросферы может быть разной классификации – тепловое, механическое, органогенное, органическое, радиоактивное.

Загрязнение гидросферы приводит к изменению физических, химических, биологических свойств воды и делают её употребление опасным для человека и животных.

Источников загрязнения сегодня очень много и все они связаны с хозяйственной деятельностью человека.

Что касается литосферы, то и эта оболочка Земли испытывает техногенные изменения и, прежде всего изменения происходят в почве, горных породах и массивах, земных недрах.

Деятельность человека вызывает эрозию почв, вторичное засоление и заболачивание почв, опустынивание, отчуждение земель.

Источник: spravochnick.ru

Глоссарий

Астеносфера — расположенный на глубине около 150-200 км частично расплавленный, находящийся в вязком состоянии слой.

Лава — лишенная газов, застывшая на поверхности Земли магма.

Магма — огненная масса в слое астеносферы, расплавленная, содержащая большое количество газов.

Литосферные плиты — гигантские участки земной коры, свободно перемещающиеся по вязкому слою мантии.

Области складчатости — участки земной коры между плитами литосферы, находящиеся в относительном движении, в рельефе им соответствуют горные системы суши и дна морей.

Определение литосферы

Литосферой (λίθος – «камень» и σφαίρα – «шар») называют твердую земную оболочку, которая полностью покрывает планету, защищая ее от достигающей 60000 °С температуры раскаленного ядра. Литосфера расположена между атмосферой и гидросферой сверху и астеносферой снизу. Толщина твердой оболочки Земли не однородна, и на различных участках составляет от десятков до нескольких сотен километров.  

Пангея

Несмотря на солидный возраст, формирование планеты не окончено до сих пор. И тонкая поверхность коры, что является домом для человека, растений и животных, и горячие недра находятся в постоянном движении. Меняются очертания материков, рельеф местности, климатические условия.

Глядя на современные космические снимки планеты с очертанием шести отдельных континентов, сложно поверить, что около 250 миллионов лет назад на планете существовал единый сверхконтинент, носящий название Пангея.

В результате активных процессов в недрах планеты единый материк раскололся на современные континенты, которые, благодаря медленному, от 2.5 см до 7 см в год (по данным различных источников), движению тектонических плит за миллионы лет удалились на максимальное расстояние. Доказательства этой теории подробно изложены на странице 178 учебника «География. Землеведение 5-6 классы» под редакцией Климановой О. А.

Поднимаясь на царапающие облака горы или спускаясь в недра океана, человек считает себя покорителем природы, но ни один рукотворный небоскреб не сравнился по высоте с горами, и ни один батискаф не спустился в самую глубокую Марианскую впадину.

Поверхность литосферы не сплошная, а представлена отдельными плитами, которые в некоторых местах находят друг друга, образуя горные хребты или расходятся, формируя морские впадины.

В строении литосферы ученые выделяют восемь крупных плит и значительное количество более мелких. Плиты не зафиксированы неподвижно, а медленно передвигаются по горячей и жидкой астеносфере, образуя в местах стыков пластин зоны сейсмической активности.

Крупнейшие тектонические плиты:

• Австралийская плита
• Антарктическая плита
• Африканская плита
• Евразийская плита
• Индостанская плита
• Тихоокеанская плита
• Северо-Американская плита
• Южно-Американская плита

Строение литосферы

Если смотреть на Землю в поперечном разрезе вдоль полюсов, то можно выделить: земную кору, пограничный слой, мантию, ядро.

К литосфере относятся: земная кора, переходный слой и самый верхний, вязкий слой мантии.

Литосфера, о которой мы ведем сейчас речь — это всего лишь около 1% от радиуса земли, но именно этот 1% позволяет существовать жизни на планете.

Земная кора — самый верхний слой литосферы. В неоднородности земной коры можно убедиться, стоя на берегу и глядя на обрыв скромной реки, где слои различных пород находятся друг над другом. Найденные при раскопках полезные ископаемые (нефть, газ, железная руда, алмазы) рассказывают ученым о процессах, происходящих на планете миллионы лет назад.

Земная кора — не только самый верхний слой литосферы, но и самый тонкий — ее размер составляет от 80 километров на горных участках планеты до 30 км на равнинных. По типу земная кора делится на океаническую и материковую. Такое деление характерно только для Земли, на остальных планетах такого разделения нет, если верить показаниям космических зондов и планетоходов.

В коре материкового типа выделяют три слоя пород:

• осадочный — сформирован породами осадочного и вулканического происхождения;
• гранитный — сформирован породами метаморфического горного происхождения, которые представлен кварцем и полевым шпатом;
• базальтовый — в формировании участвовали магматические породы.

Океаническая кора состоит из осадочного и базальтового слоев.

Под земной корой, в точности повторяя ее очертания, и отделяя ее от мантии, расположен пограничный слой или поверхность Мохоровичича. Граница Мохоровичича представляет собой тонкий слой из пепла, который образуется в результате электроразрядных молний, протекающих в верхнем слое мантии.

Огромное давление между мантией и земной корой привело к тому, что слой пепла спрессовался и при пропускании сейсмических волн ведет себя как плотное, практически монолитное вещество. Поверхность Мохоровичича выполняет гидро-, электро- и теплоизоляционную функции.

Мантия делится на два слоя:

• верхний, который относится к литосфере;
• нижний, окутывающий раскаленное ядро.

Ядро, жидкое снаружи и плотное внутри, состоит преимущественно из железа и никеля.

В верхнем слое мантии образуется раскаленная магма, ищущая свой выход через разломы в земной коре в местах соприкосновения тектонических плит. И именно в недрах обычный уголь под действием давления и температуры превращается в самый прочный (и к тому же драгоценный) камень — алмаз.

Способы изучения земной коры

Вы спросите, откуда ученым это известно? Ведь толщина земной коры составляет около 60-70 километров, а буровые установки, созданные человеком, достигли глубины чуть более 12 километров.

Про один из способов изучения земных недр рассказывается на странице 86 учебника «География. Землеведение. 5-6 классы» под редакцией Климановой О.А.

Вулканы — смертельно опасные, но в тоже время впечатляющие и завораживающие доказательства огненных процессов, происходящих в земных недрах. Преодолев сопротивление земной коры, на поверхность под давлением выбрасывается раскаленная магма, которая, остывая в атмосфере, превращается в реки лавы, несущие вулканические камни и газ, а с ними сведения для ученых о процессах, происходящих глубоко внутри Земли.

По линиям глубинных разломов земной коры расположены активные действующие вулканы. Тихоокеанское огненное кольцо, в которое входят вулканы Камчатки, Японии, Филиппинских островов, Индонезии, Мексики, Алеутских островов, Южной Америки и Огненной Земли дает ученым ответы на вопросы, а наблюдателям — незабываемое зрелище.

Но «дыхание» планеты и ее активную жизнь можно увидеть и на менее разрушительных примерах.

Среди древних городских развалин небольшого городка Поццуоли, расположенного на берегах Неаполитанского залива, в центре города есть остатки древнего храма и прилегающей к нему рыночной площади, построенных более двух тысяч лет назад, еще во времена Римской Империи. Даже невооруженным глазом заметно, что мраморные колонны изъедены морскими камнеточцами почти на 6 метров в высоту.

Из исторических хроник известно, что к XIII веку городская площадь опустилась ниже уровня моря. Однако произошло это не одномоментно, в результате землетрясения или другого катаклизма, а медленно, год за годом. В течение трех веков остатки зданий были затоплены,затем суша неспеша начала подниматься. К 1800 году руины вновь оказались выше уровня моря, и любознательные туристы могут своими глазами наблюдать уникальное явление брадисеймса, когда слой магмы настолько близко подходит к земной коре, что в результате подземных движений поверхность Земли поднимается и опускается.

Методические советы

С помощью наводящих вопросов и наглядного материала в виде таблиц и схем ребята узнают о движении литосферных плит, указывая на карте их границы.

1. Ребята схематически зарисовывают строение материковой и океанической коры.

2. Затем рассматривают образцы минералов различного происхождения, определяют отличия между представителями разных литосферных слоев.

3. Заключительный этап — тестирование по теме.

Темы докладов

• От Пангеи до 6 континентов.Движение литосферных плит
• Сокровища недр Земли
• Три жизни углерода: от графита до алмаза
• Чем богаты, тем и рады. Полезные ископаемые родного края

ТЕСТ

1. Как называется твердая оболочка Земли?
   • литосфера +
   • наносфера
   • атмосфера
2. Пангея — это…
   • имя древнегреческой богини плодородия
   • название единого континента, когда-то существовавшего на планете Земля +
   • название планеты в Крабовидной Туманности
3. Что называют Тихоокеанским огненным кольцом?
   • пожары на нефтяных танкерах в Тихом океане
   • активные действующие вулканы,расположенные по линиям глубинных разломов земной коры +
   • рой светящегося планктона, видимый в Тихом океане ночью
4. Какое еще явление свидетельствует о «дыхании» планеты?
   • космонавтика
   • тектоника
   • брадисеймс +
5. Поверхность Мохоровичича расположена…
   • между земной корой и верхним слоем магмы +
   • между базальтовым и осадочными слоями земной коры
   • между нижним слоем магмы и земным ядром

#ADVERTISING_INSERT#

Источник: rosuchebnik.ru

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА КАК СИСТЕМА

Окружающая среда как система — 4 ч.

ЛЕКЦИЯ № 5-6 (4 ч.).

ТЕХНОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК

Системный подход в изучении экологических систем. Атмосфера, гидросфера, литосфера — основные компоненты окружающей среды. Законы функционирования биосферы.

Защитные механизмы природной среды и факторы, обеспечивающие ее устойчивость. Динамическое равновесие в окружающей среде. Гидрологический цикл. Круговорот энергии и вещества в биосфере. Фотосинтез.

Условия и факторы, обеспечивающие безопасную жизнедеятельность в окружающей среде. Естественные "питательные" циклы, механизмы саморегуляции, самоочищение биосферы. Возобновляемые и невозобновляемые природные ресурсы.

 

Совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты создаёт гигантскую глобальную экосистему, называемую биосферой (от греч. биос — жизнь, сфера — шар) — область системного взаимодействия живого и костного вещества планеты. Биосфера – это всё пространство, где существует или когда-либо существовала жизнь, т.е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Та часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к былым биосферам, иначе палеобиосферам или мегасферам. Примерами последних являются безжизненные скопления органических веществ (залежи угля, нефти, газа и др.) или запасы иных соединений, образовавшихся при непосредственном участии живых организмов (известняки, ракушечники, образования мела, ряда руд и многое др.).

Биосфера включает в себя: аэробиосферу (нижнюю часть атмосферы), гидробиосферу (всю гидросферу), литобиосферу (верхние горизонты литосферы – твёрдой земной оболочки). Границы нео- и палеобиосферы различны. Теоретически верхняя граница у них определяется озоновым слоем. Для необиосферы это нижняя граница озонового слоя (около 20 км), ослабляющего до приемлемого уровня губительное космическое ультрафиолетовое излучение, а для палеобиосферы — это верхняя граница того же слоя (около 60 км), ибо кислород в атмосфере Земли есть результат преимущественно жизнедеятельности растительности (так же, как и другие газы в соответствующей мере).

 

Биосфера — это часть оболочек земного шара, населённая живыми организмами, т.е.часть атмосферы, гидросферы и литосферы.

16) Характеристика химического состава атмосферы как геосферы и части биосферы

Атмосфера Земли — это газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой называют ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с ней как единое целое. Масса атмосферы составляет 5.15 — 5.9х10¹⁵ тонн. Атмосфера как компонент биогеоценоза представляет собой слой воздуха в почве и над ее поверхностью, в пределах которого наблюдается взаимодействие компонентов биосферы.

Современная атмосфера имеет вторичное происхождение и образовалась из газов, выделенных твердой оболочкой Земли после формирования планеты. В течение геологической истории Земли атмосфера претерпела значительную эволюцию под влиянием ряда факторов: улетучивания атмосферных газов в космическое пространство;

выделения газов в результате вулканической деятельности, расщепления молекул под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения, химических реакций между компонентами атмосферы и породами земной коры; захвата межпланетной среды.

Развитие атмосферы тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, а также с деятельностью живых организмов. Атмосфера защищает поверхность Земли от разрушительного действия падающих метеоритов, большая часть из которых сгорает в плотных слоях атмосферы.

По своему строению атмосфера имеет сложную структуру, которая определяется особенностями вертикального распределения температуры. На высотах более 1000 км находится экзосфера, откуда атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство. Здесь происходит постепенный переход от атмосферы к межпланетному пространству. Все структурные параметры атмосферы — температуры, давление и плотность – обладают значительной пространственно-временной изменчивостью.

Сложная структура атмосферы проявляется и в ее химическом составе. Так, если на высотах до 90 км, где существует интенсивное перемешивание, относительный газовый состав остается практически неизменньм, то выше 90 км под влиянием ультрафиолетового излучения солнца происходит диссоциация молекул газов и сильное изменение состава атмосферы с высотой. Типичные черты этой части атмосферы – слой озона и собственное свечение. Сложная слоистая структура характерна для атмосферного аэрозоля — взвешенных в газовой среде жидких или твердых частиц земного или космического происхождения. Аэрозоль с жидкими частицами — туман, с твердыми частицами — дым. Диаметр твердых частиц аэрозоля в среднем 10^-9 — 10^{-13 мм, капель 10-6} — 10^{-2 мм. Слоистым является и вертикальное распределение электронов и ионов в атмосфере, что выражается в существовании различных слоев ионосферы.}

Состав атмосферы Земли уникален. Например, если атмосферы Юпитера и Сатурна состоят главным образом из водорода и гелия. Марса и Венеры — из углекислого газа, то атмосфера Земли состоит преимущественно из кислорода и азота. В ней содержатся также аргон, углекислый газ, неон и другие постоянные и переменные компоненты. Объемная концентрация азота составляет 78.084%, кислорода — 20.9476%, аргона — 0.934%, углекислого газа — 0.0314. Эти данные относятся только к нижним слоям атмосферы.

Наиболее важная переменная составляющая часть атмосферы — водяной пар. Пространственно-временная изменчивость его концентрации колеблется в широких пределах у земной поверхности — от 3% в тропиках до 0.00002% в Антарктиде. Основная масса водяного пара сосредоточена в тропосфере, и его концентрация быстро убывает с высотой. Среднее содержание водяного пара в вертикальном столбе атмосферы в умеренных широтах составляет около 15-17 мм "слоя осажденной воды".

Существенное влияние на атмосферные процессы, особенно тепловой режим, оказывает озон. Он, в основном, сосредоточен в стратосфере, где вызывает поглощение ультрафиолетовой солнечной радиации. Средние месячные значения общего содержания озона изменяются в зависимости от широты и времени года и составляют толщину слоя в пределах 2.3-5.2 мм при наземных значениях давления и температуры. Наблюдается увеличение содержания озона от экватора к полюсам и годовые изменения с минимумом осенью и максимумом весной. В настоящее время отмечено разрушение озонового слоя под влиянием хозяйственной деятельности. Главными разрушителями озонового слоя являются фреоны (хладоны), представляющие собой группу галогеносодержащих веществ, фреоны инертны у поверхности Земли, но, поднимаясь в стратосферу, они подвергаются фотохимическому разложению, выделяют ион хлора, служащий катализатором химических реакций, разрушающих молекулы озона.

Внешняя, верхняя граница атмосферы, постепенно переходит в межпланетный газ, плотность которого составляет 1000 пар ионов в кубическом сантиметре.

 

17) Характеристика химического состава гидросферыкак геосферы и части биосферы

Гидросфера — водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности воды проникают повсеместно в различные природные образования. Вода находится в виде паров и облаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, существует в виде ледников в высокогорных районах континентов. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов различной степени концентрации. Даже наиболее чистые атмосферные воды содержат 10-50 мг/л растворенных веществ.

Вода как окись водорода Н2О является простейшим устойчивым в обычных условиях соединением водорода с кислородом. Общее количество воды на планете составляет приблизительно 1.5-2.5х10²⁴ граммов (от 1-5 до 2.5 млрд км³).

По выражению В.И. Вернадского, вода стоит особняком в истории нашей планеты, но воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли. Вода является одним из факторов формирования физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете, возникновения жизни на Земле.

Наша планета на 3/4 покрыта водой, льдами; над ней плывут облака в виде скопления парообразной воды. Вода наполняет клетки растений, животных; клетки тела человека в среднем на 70% состоят из воды.

Воды в природных условиях всегда содержат растворенные соли, газы, органические вещества. Их концентрация меняется в зависимости от происхождения воды и окружающих условий- При концентрации солей до 1 г/кг вода считается пресной, до 25 г/кг — солоноватой и более 25 г/кг — соленой.

Наименее минерализованными считаются атмосферные осадки, в которых, в среднем, концентрация солей составляет 10-20 мг/кг, затем пресные озера и реки (5- 1000 мг/кг). Соленость океана составляет около 35 г/кг. Моря имеют меньшую минерализацию — от 8 до 22 г/кг. Минерализация подземных вод вблизи поверхности в условиях избыточного увлажнения составляет до 1 г/кг, а в засушливых условиях до 100 г/кг.

В пресных водах обычно преобладают ионы НСО3^— (-), Са²⁺, Мg²⁺. По мере увеличения общей минерализации растет концентрация ионов SO4^—, Сl^—, Nа⁺, К⁺. В высокоминерализованных водах преобладают ионы хлора и натрия, реже — магния и очень редко — кальция. Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, но почти все естественные элементы периодической системы найдены в природных водах.

Из растворенных газов в воде присутствуют азот, кислород, двуокись углерода, благородные газы, редко — сероводород и углеводороды.

Концентрация органических веществ невелика. Она составляет: в реках — около 20 мг/л, в подземных водах еще меньше и в океанах — около 4 мг/л. Исключение составляют болотные воды и воды нефтяных месторождений, а также воды. Загрязненные промышленными и бытовыми стоками, где концентрация органических веществ может быть велика.

Первоисточниками солей природных вод являются вещества, которые образуются при химическом выветривании изверженных пород, а также вещества, которые выделялись из недр Земли на протяжении ее истории. От разнообразия состава этих веществ и условий, в которых происходило их взаимодействие с водой, зависит состав воды. Огромное значение для формирования состава воды имеет и воздействие на нее живых организмов, а также хозяйственная деятельность человека.

Огромна роль Мирового океана в стабилизации природных условий на поверхности Земли. Это обусловлено в значительной степени его массой и занимаемой площадью.

Около 52.6% акватории океана имеет глубину от 4000 до 6000 м. Участки с глубинами более 6000 м занимают около 1.2%, мелководные участки — до 200 м – также занимают небольшую площадь — 7,5%. Остальная часть акватории, около 38.7%, имеет глубину от 200 до 4000 м. Большая часть Мирового океана расположена в южном полушарии, где он занимает 81% площади поверхности, в северном полушарии — 61% поверхности.

В целом гидросферу отождествляют с океанами и морями, так как их масса составляет 91.3% всей гидросферы.

Вода является самым мощным поглотителем солнечной энергии тепла на поверхности Земли, Решающая роль в поглощении солнечной энергии на нашей планете принадлежит Мировому океану, способность которого поглощать солнечную энергию в 2-3 раза больше, чем у поверхности суши. От поверхности океана отражается только 8% солнечной радиации. Океан является поглотителем тепла на планете. Нагревание его происходит в экваториальном поясе примерно в полосе от 15 градусов Южной широты до 30 градусов Северной широты. В более высоких широтах обоих полушарий океан отдает тепло, полученное в поясе нагревания.

Воды Мирового Оксана все время находятся в активном движении. Этому способствуют атмосферная циркуляция, неравномерный нагрев поверхности, контрасты солености, температурные контрасты, силы притяжения Луны и Солнца.

Однако благодаря своему разнообразию гидросфера является чрезвычайно устойчивой к внешним и внутренним воздействиям. Значительное разнообразие создается одновременным существованием воды в трех фазах, резко различающихся своими составляющими, большим набором растворенных в ней веществ и газов, формированием разнообразных статических и динамических структур. Гидросфера Земли как компонент биосферы представляет собой глобальную термодинамические открытую систему, устойчивую и поддерживающую устойчивость биосферы в целом.

 

18) Характеристика химического состава литосферы как геосферы и части биосферы

Земная кора — наиболее неоднородная оболочка Земли, образованная различными минеральными ассоциациями в виде осадочных, изверженных и метаморфических горных пород, различных форм залегания.

В настоящее время под земной корой понимают верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы. Эта граница находится на разных глубинах, где отмечается резкий скачок скорости сейсмических волн, возникающих при землетрясении. Выделяют два типа земной коры — континентальный и океанический. Континентальный отличается более глубоким залеганием сейсмической границы. В настоящее время чаще используется термин литосфера, предложенный еще Э. Зюссом, под которым понимают более обширную, чем земная кора, область.

Литосфера — это верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую прочность и переходящая в менее прочную астеносферу. Литосфера включает земную кору и верхнюю мантию до глубины примерно 200 км.

Строение земной коры имеет неровный характер. Горные системы чередуются с равнинами на материках. Материки, в свою очередь, представляют собой приподнятые над уровнем моря участки земной коры. Пространственное расположение материков на планете В.И. Вернадский назвал "диссиметрией планеты". Если разделить земной шар по тихоокеанскому побережью на две половины, то получится как бы два полушария: континентальное, где сосредоточены все материки с Атлантическим и Индийским океанами, и океаническое, которое займет площадь всего Тихого океана. Это связано со строением и составом земной коры в пределах континентального и океанического полушарий. Разная толщина земной коры в области континентов и океанов связана с различием состава слагающих ее горных пород. Океаническая кора сложена в основном базальтовым материалом, континентальная — материалом, близким по составу к граниту. Гранитные породы содержат больше кремневой кислоты и меньше железа, чем базальтовые.

Общий химический состав земной коры определяют немногие химические элементы. Всего лишь восемь элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, магний, калий распространены в земной коре в весовом количестве более 1%. Ведущим, наиболее распространенным элементом земной коры, является кислород, составляющий едва ли не половину массы (47.3%) и 92% ее объема. Таким образом, в количественном отношении земная кора — это царство кислорода, химически связанного с другими элементами.

Распространенность химических элементов в земной коре неодинакова и повторяет в определенной мере космическую распространенность. Преобладают легкие элементы четырех порядковых номеров, составляющих первые четыре периода таблицы Менделеева. Преобладание кислорода среди химических элементов земной коры определяет ведущее значение распространения минералов, в состав которых он входит. Используя данные о распространенности элементов в земной коре, можно рассчитать соотношение слагающих ее минералов, обычно называемых породообразующими.

Поверхность континентов на 80% занята осадочными породами, а океаническое дно — почти полностью свежими осадками как продуктами сноса материала континентов и деятельности морских организмов. Земная кора первоначально возникла как продукт выплавления первичной мантии, который затем был переработан в биосфере под влиянием воздуха, воды и деятельности живых организмов.

Континентальная часть земной коры в течение длительной геологической истории находилась в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных пород и сосредоточенность в них полезных ископаемых в виде угля, нефти, горючих сланцев, кремнистых и карбоновых пород, связанных в прошлом с жизнедеятельностью организмов. В связи с этим континентальная земная кора имеет прямое отношение к биосфере Земли.

 

19) Законы функционирования биосферы.

Главную роль в теории биосферы В.И. Вернадского играет представление о живом веществе и его функциях.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов. Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами (гетеротрофами-потребителями и деструкторами) разрушается с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.

Другой важнейшей функцией живого вещества, а, следовательно, биосферы является газовая функция. Благодаря деятельности живого вещества изменился состав атмосферы, в частности, в результате процесса фотосинтеза в ней появился в значительных количествах кислород. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. В верхних слоях тропосферы и в стратосфере под влиянием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана – также результат деятельности живого вещества, которое по выражению В.И. Вернадского, "как бы само создает себе область жизни". Углекислый газ поступает в атмосферу в результате дыхания всех живых организмов. Весь азот атмосферы имеет органогенное происхождение. К газам органического происхождения относятся также сероводород, метан и множество других летучих соединений, образующихся в результате разложения органических веществ растительного происхождения, ранее захороненных в осадочных толщах.

Живое вещество способно перераспределять атомы в биосфере. Одной из функций живого вещества является концентрационная. Многие организмы обладают способностью накапливать в себе определенные элементы, несмотря на незначительное их содержание в окружающей среде. На первом месте стоит углерод. Многие организмы концентрируют кальций, кремний, натрий, алюминий, йод и т.д. Отмирая, они образуют скопление этих веществ. Возникают залежи угля, известняков, бокситов, фосфоритов, осадочных железных руд и т.д. Многие из них человек использует как полезные ископаемые.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества заключается в его способности осуществлять окислительные и восстановительные химические реакции, почти невозможные в неживой природе. В биосфере в результате жизнедеятельности микроорганизмов в больших масштабах осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). Микроорганизмы-восстановители — гетеротрофы — используют в качестве источника энергии органические вещества. К ним относятся денитрифицирующие и сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливающие из окисленных форм азот до элементарного состояния и серу до сероводорода. Микроорганизмы-окислители могут быть как аутотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, окисляющие сероводород и серу, нитри- и нитрофицирующие микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующие эти металлы в своих клетках.

 

20) Защитные механизмы природной среды и факторы, обеспечивающие ее устойчивость. Динамическое равновесие в окружающей среде. Гидрологический цикл. Круговорот энергии и вещества в биосфере. Фотосинтез.

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экологическая система, работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех ее составляющих частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласованности циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.

Стабильность биосферы обусловлена тем, что результаты активности трех групп организмов, выполняющих разные функции в биотическом круговороте, — продуцентов (аутотрофы), потребителей (гетеротрофы) и деструкторов (минерализирующие органические остатки) — взаимоуравновешиваются.

Важное значение для поддержания стабильности биосферы наряду с биологическим круговоротом имеет круговорот воды, источником энергии для которого служит солнечное излучение. В круговороте воды огромную роль играют живые организмы, в частности, транспирирующие растения, на создание единицы продукции которых требуется в сотни раз больше транспирируемой влаги.

В пределах ограниченных территорий круговорот воды заключается в испарении ее с поверхности почвы, водоемов, растений, концентрировании облаков и выпадении осадков. В пределах всей планеты этот круговорот выражается в водообмене "океаны — материки". Вода, испаряемая с поверхности океана, переносится ветрами на материки, выпадает над ними и с речными и подземными стоками вновь возвращается в океан.

Круговорот воды — главный источник механической работы в биосфере, тогда как биологический круговорот обусловлен в основном химическими процессами, которые сопровождаются превращениями химической энергии. Однако механическая работа, совершаемая на Земле в ходе круговорота воды — выветривание, растворение и т.п. – тем не менее, совершается или при участии живых организмов или за счет продуктов их жизнедеятельности. Перемещение воды осуществляют в биосфере процессы эрозии, транспорта, перераспределения, осаждения и накопления механических и химических осадков на суше и в океане.

Солнечная энергия вызывает планетарные перемещения воздушных масс в результате их неравномерного нагревания. Возникают грандиозные процессы атмосферной циркуляции, которые носят ритмический характер.

Все эти планетарные процессы на Земле тесно переплетены, образуя общий, глобальный круговорот веществ, перераспределяющий энергию, поступающую от солнца. Он осуществляется через систему малых круговоротов. К большим и малым круговоротам подключаются тектонические процессы, обусловленные вулканической деятельностью и движением океанических плит в земной коре. В результате на Земле осуществляется большой геологический круговорот веществ.

Любой биологический круговорот характеризуется многократным включением атомов химических элементов в тела живых организмов и выходом их в окружающую среду, откуда они вновь захватываются растениями и вовлекаются в круговорот. Малый биологический круговорот характеризуется емкостью — количеством химических элементов, находящихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью — количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени.

Скорость биологических круговоротов на суше составляет годы и десятки лет, в водных экосистемах — несколько дней или недель.

Биологический круговорот суши и гидросферы объединяют круговороты отдельных ландшафтов посредством водного стока и атмосферных перемещений. Особенно важна роль циркуляции воды и атмосферы в объединении всех материков и океанов в единый круговорот биосферы.

Большой геологический круговорот вовлекает осадочные породы вглубь земной коры, надолго выключая содержащиеся в них элементы из системы биологического круговорота. В ходе геологической истории преобразованные осадочные породы, вновь оказавшись на поверхности Земли, постепенно разрушаются деятельностью живых организмов, воды и воздуха и снова включаются в биосферный круговорот.

Установлено, что в последние 600 млн. лет характер основных, круговоротов на Земле существенно не менялся. Осуществлялись фундаментальные геохимические процессы, характерные и для современной эпохи: накопление кислорода, связывание азота, осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных, марганцевых руд и сульфидных минералов, накопление фосфора. Менялись лишь скорости этих процессов. В общих чертах не менялся и общий поток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Специалисты считают, что масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с каменноугольного периода, т. е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном стабильном режиме круговоротов.

Стабильное состояние биосферы обусловлено деятельностью самого живого вещества, обеспечивающей определенную степень фиксации солнечной энергии (фотосинтез) и уровень биогенной миграции атомов.

Например, круговорот углерода начинается с фиксации атмосферной двуокиси углерода в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся в процессе фотосинтеза углеводов используется самими растениями для получения энергии, другая часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане.

Необходимо учитывать, что стабильность биосферы, как любой другой системы, имеет определенные пределы.

Человеческое общество, используя не только энергетические ресурсы биосферы, но и небиосферные источники энергии (например, ядерной), ускоряет геохимические преобразования на планете, вмешивается в ход биосферных процессов. Некоторые процессы, вызванные деятельностью человека, имеют противоположную направленность по отношению к естественным процессам (рассеивание руд металлов, углерода и других биогенных элементов, торможение минерализации и гумификации, освобождение углерода и его окисление, нарушение глобальных процессов в атмосфере, влияющих на климат, и т.д.).

В соответствии с этим одной из основных задач современной экологии является изучение регуляторных процессов в биосфере, создание научного фундамента ее рационального использования, поддержания ее стабильности.

 

21) Условия и факторы, обеспечивающие безопасную жизнедеятельность в окружающей среде. Естественные "питательные" циклы, механизмы саморегуляции, самоочищение биосферы. Возобновляемые и невозобновляемые природные ресурсы.

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот веществ в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. Более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, составляет излучение Солнца. Эта энергия в огромном количестве растрачивается на физические и химические процессы в атмосфере, гидросфере и литосфере: перемешивание воздушных потоков и водных масс, испарение, перераспределение веществ, растворение минералов, поглощение и выделение газов.

Только 1/2000000 часть солнечной энергии достигает поверхности Земли, при этом 1-2% ее ассимилируется растениями. На Земле существует единственный процесс, при котором энергия солнечного излучения не только тратится и перераспределяется, но и связывается, запасается на очень длительное время. Этот процесс – создание органического вещества в ходе фотосинтеза. Сжигая в топках каменный уголь, мы освобождаем и используем солнечную энергию, запасенную растениями сотни миллионов лет назад.

Основная планетарная функция растений (аутотрофов) заключается в связывании и запасании солнечной энергии, которая затем расходуется на поддержание биохимических процессов в биосфере.

Гетеротрофы получают энергию с пищей. Все живые существа являются объектами питания других, т.е. связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в биоценозах являются механизмом передачи энергии от одного организма к другому. Организмы любого вида являются потенциальным источником энергии для другого вида. В каждом сообществе трофические связи образуют сложную сеть. Однако энергия, поступившая в трофическую сеть, не может долго мигрировать в ней. Она может передаваться не более чем через 4-5 звеньев, т.к. в цепях питания существуют потери энергии. Место каждого звена в пищевой цепи называют трофическим уровнем.

Первый трофический уровень — это продуценты, создатели растительной биомассы; растительноядные животные (консументы 1-го порядка) относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные животные, живущие за счет растительноядных форм – это консументы 2-го порядка; плотоядные, поедающие других плотоядных — консументы 3-го порядка и т.д.

Энергетический баланс консументов складывается следующим образом. Поглощенная пища обычно усваивается не полностью. Процент усвояемости зависит от состава пищи и наличия пищеварительных ферментов организма. У животных ассимилируется в процессе обмена веществ от 12 до 75% пищи. Неусвоенная часть пищи вновь возвращается во внешнюю среду (в виде экскрементов) и может быть вовлечена в другие цепи питания. Большая часть энергии, полученной в результате расщепления пищевых веществ, расходуется на физиологические процессы в организме, меньшая часть — трансформируется в ткани самого организма, т.е. расходуется на рост, увеличение массы тела, откладывание запасных питательных веществ.

Передача энергии в химических реакциях в организме происходит, согласно второму закону термодинамики, с потерей части ее в виде тепла. Особенно велики эти потери при работе мышечных клеток животных, коэффициент полезного действия которых очень низок.

Траты на дыхание также во много раз больше энергетических затрат на увеличение массы организма. Конкретные соотношения зависят от стадии развития и физиологического состояния особей. У молодых особей траты на рост больше, тогда как зрелые особи используют энергию практически исключительно на поддержание обмена веществ и физиологических процессов.

Таким образом, большая часть энергии при переходе от одного звена пищевой цепи к другому теряется, т.к. использована другим, следующим звеном, может быть, только энергия, заключенная в биомассе предыдущего звена. Подсчитано, что эти потери составляют около 90%, т.е. только 10% потребленной энергии аккумулируется в биомассе.

В соответствии с этим, запас энергии, накопленный в растительной биомассе, в цепях питания стремительно иссякает. Потерянная энергия может быть восполнена только за счет энергии Солнца, В связи с этим, в биосфере не может быть круговорота энергии, подобного круговороту веществ. Биосфера функционирует только за счет однонаправленного потока энергии, постоянного поступления ее извне в виде солнечного излучения,

Трофические цепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называются цепями потребления, а цепи, которые начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных — детритными цепями разложения.

Таким образом, поток энергии в биосфере разбивается на два основных русла, поступая к консументам через живые ткани растений или запасы мертвого органического вещества, источником которого также является фотосинтез.

 

Источник: studopedia.su