Понятие биосферы

Земля сформировалась примерно $5-7$ млрд лет назад. Первоначально она была безжизненным объектом, возникшим из газопылевой туманности. Под воздействием распада радиоактивных элементов ее вещество разогрелось и расплавилось. По мере остывания вещества произошло разделение «смеси» на отдельные оболочки:

• литосферу,
• гидросферу,
• атмосферу.

Их химический состав несколько отличался от современного.

Примерно $3,5$ млрд лет назад возникла на нашей планете жизнь. О ее происхождении идут споры по сей день. Но за это время Земля оказалась заселенной разнообразными формами и видами живых организмов. По аналогии с литосферой, атмосферой и гидросферой это образование назвали биосферой.

Впервые термин «биосфера» был предложен Э. Зюссом в $1875$ году. А учение о биосфере, как особой части Земли, области распространения живых организмов, создал выдающийся отечественный ученый В.И. Вернадский.

Границы биосферы

По мнению Вернадского, впервые к понятию «биосфера» приблизился в своих идеях знаменитый французский ученый Ж.-Б. Ламарк. В отличии от остальных оболочек нашей планеты — литосферы, атмосферы и гидросферы, биосфера не образует отдельную сплошную оболочку. Она являет собой совокупность всех биогеоценозов Земли, единую экосистему высшего порядка.

Границами биосферы служат границы распространения живых организмов. Поэтому считается, что биосфера занимает практически всю гидросферу, верхние слои литосферы и нижние слои атмосферы.

Точно границы не определены. Известно, что некоторые группы бактерий обитают в толще литосферы на глубине около $4$ км. Проникновению в более глубокие слои литосферы препятствует высокая температура (более $100$°С) горных пород и подземных вод на больших глубинах.

Распространение живых организмов в атмосфере ограничено озоновым экраном. Именно озоновый экран защищает все живое от воздействия космического излучения (особенно – ультрафиолетовых лучей). Споры бактерий и грибов были обнаружены на высоте около $22$ км. Но наличие бактерий на остатках метеоритов подтверждает гипотезы некоторых ученых, что споры некоторых живых организмов могут некоторое время выдерживать влияние открытого космического пространства. Поэтому границы биосферы определены лишь условно. Самая высокая плотность организмов наблюдается там, где самые благоприятные и самые разнообразные условия существования организмов – на стыке земных оболочек.

Свойства биосферы

Всю совокупность живых организмов нашей Земли академик Вернадский назвал живым веществом. Основными характеристиками этого живого вещества он назвал суммарную биомассу, химический состав и энергию.

Энергия живого вещества проявляется в способности всех живых организмов к размножению и распространению. Живым организмам для реакций жизнедеятельности необходимы вещество и энергия. Поэтому главным свойством биосферы является постоянный обмен между организмами и окружающей средой. Из нее живые организмы получают все необходимые вещества. В окружающую среду поступают и продукты обмена веществ. Эти процессы обеспечивают функционирование биосферы как целостной системы.

Функции биосферы

Живое вещество биосферы выполняет несколько важных функций:

1. Газовая функция состоит в том, что живые организмы способны влиять на газовый состав атмосферы, Мирового океана и почвы. Все аэробные организмы поглощают во время дыхания кислород, а выделяют углекислый газ. В процессе фотосинтеза растениями и некоторыми бактериями происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода.
2. Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что с помощью живых организмов происходят окислительно-восстановительные реакции в почве, воде, воздухе.
3. Концентрационная функция состоит в том, что живые организмы поглощают определенные вещества из окружающей среды и постепенно накапливают их в своих организмах. Например, фораминиферы, моллюски, десятиногие раки накапливают в своих организмах соединения кальция и фосфора, бурые водоросли – йода.

Источник: spravochnick.ru

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

♦ живое вещество, образованное совокупностью организмов;

♦ биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

♦ косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

♦ биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию живых организмов. Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера.Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны: кислород,используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера.Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера.Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

Живое вещество в биосфере выполняет следующие важные функции:

1. Энергетическую функцию – поглощение солнечной энергии и энергии при хемосинтезе, дальнейшая передача энергии по пищевой цепи.

2. Концентрационную функцию – избирательное накопление определенных химических веществ.

3. Средообразующую функцию – преобразование физико-химических параметров среды.

4. Транспортную функцию – перенос веществ в вертикальном и горизонтальном направлениях.

5. Деструктивную функцию – минерализация необиогенного вещества, разложение неживого неорганического вещества.

Вопрос №2

Существование живого организма невозможно без восприятия и обработки информации с внешней и внутренней среды. Оба эти процессы осуществляются на основе функционирования сенсорных систем. Сенсорные системы превращают адекватные раздражения в нервные импульсы и передают их в центральную нервную систему. На разных уровнях головного мозга эти сигналы фильтруются, обрабатываются и преобразуются. Этот процесс завершается осознанными ощущениями, представлениями, узнаванием образов и т.д..

На основе сенсорной информации организуется работа всех внутренних органов. Сенсорная информация является важным фактором поведения, приспособление человека к условиям существования. Она также является важным условием активной деятельности человека и условием формирования и развития человека как личности. Сенсорная система состоит из трех взаимосвязанных отделов: периферического, проводникового и центрального.

Периферический отдел сенсорной системы (анализатора) образуют рецепторы. Рецепторы — это нервные окончания или специализированные нервные клетки, которые реагируют на изменения во внешней или внутреннем мире и превращают их в нервные импульсы. По строению рецепторы могут быть простыми (рецепторы общей чувствительности — прикосновения, давления, боли, температуры — их в организме больше) и сложными (отвечают на специфические раздражители, действующие на ограниченные участки тела человека — рецепторы вкуса, обоняния, зрения, слуха, равновесия ).

Проводной отдел сенсорной системы образуют нервные клетки, которые передают информацию от рецепторов к коре больших полушарий головного мозга.

Центральный отдел сенсорной системы образуют различные подкорковые области головного мозга которые подчиняются участкам коры больших полушарий (корковым отделам), которые воспринимают информацию от рецепторов.

Все части анализатора действуют как единое целое, нарушение деятельности любой из частей приводит к нарушению функций анализатора.

В организме человека различают зрительную, слуховую, обонятельную, вкусовую, вестибулярную сенсорные системы, а также соматосенсорной систему, (рецепторы которой расположены преимущественно в коже и воспринимают прикосновение, давление, тепло, холод, боль, вибрацию, движения в суставах и мышцах) и висцеральную сенсорную систему, которая воспринимает информацию от рецепторов, расположенных на внутренних органах (т.е. изменения внутренней среды организма).

Каждая сенсорная система имеет чувствительность и порог раздражения. Она может адаптироваться к действию постоянного раздражителя. Первичный анализ информации она осуществляет на уровне рецепторов, отбирая значимые раздражения. Последующие анализы информации, проверено в нервные импульсы, осуществляемых центральными отделами (подкорковыми зонами и корой больших полушарий головного мозга). По мере приближения к коре количество информации резко уменьшается — предупреждается ссылки в мозг ложных или неважных сигналов).

Для нормального восприятия внешнего мира необходимо, чтобы информация поступала во все типы сенсорных систем. Изменение одной сенсорной системы может изменить деятельность других сенсорных систем.

Различные сенсорные системы начинают функционировать в разные периоды развития. Как правило, на момент рождения полностью сформированным является периферический отдел. После рождения меняется проводных отдел (миелинизации нервных волокон происходит в течение первых месяцев жизни). Позже созревают корковые отделы сенсорных систем. Именно их созревания и определяет особенности функционирования органов чувств.

Часть 2

Понятие об анализаторе

Представлен воспринимающим отделом — рецепторами сетчатой оболочки глаза, зрительными нервами, проводящей системой и соответствующими участками коры в затылочных долях мозга.

Человек видит не глазами, а посредством глаз, откуда информация передается через зрительный нерв, хиазму, зрительные тракты в определенные области затылочных долей коры головного мозга, где формируется та картина внешнего мира, которую мы видим. Все эти органы и составляют наш зрительный анализатор или зрительную систему.

Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопичным (то есть формировать трехмерное изображение). Правая сторона сетчатки каждого глаза передает через зрительный нерв "правую часть" изображения в правую сторону головного мозга, аналогично действует левая сторона сетчатки. Затем две части изображения — правую и левую — головной мозг соединяет воедино.

Так как каждый глаз воспринимает "свою" картинку, при нарушении совместного движения правого и левого глаза может быть расстроено бинокулярное зрение. Попросту говоря, у вас начнет двоиться в глазах или вы будете одновременно видеть две совсем разные картинки.

Строение глаза

Глаз можно назвать сложным оптическим прибором. Его основная задача — "передать" правильное изображение зрительному нерву.

Основные функции глаза:

· оптическая система, проецирующая изображение;

· система, воспринимающая и "кодирующая" полученную информацию для головного мозга;

· "обслуживающая" система жизнеобеспечения.

Роговица — прозрачная оболочка, покрывающая переднюю часть глаза. В ней отсутствуют кровеносные сосуды, она имеет большую преломляющую силу. Входит в оптическую систему глаза. Роговица граничит с непрозрачной внешней оболочкой глаза — склерой.

Передняя камера глаза — это пространство между роговицей и радужкой. Она заполнена внутриглазной жидкостью.

Радужка — по форме похожа на круг с отверстием внутри (зрачком). Радужка состоит из мышц, при сокращении и расслаблении которых размеры зрачка меняются. Она входит в сосудистую оболочку глаза. Радужка отвечает за цвет глаз (если он голубой — значит, в ней мало пигментных клеток, если карий — много). Выполняет ту же функцию, что диафрагма в фотоаппарате, регулируя светопоток.

Зрачок — отверстие в радужке. Его размеры обычно зависят от уровня освещенности. Чем больше света, тем меньше зрачок.

Хрусталик — "естественная линза" глаза. Он прозрачен, эластичен — может менять свою форму, почти мгновенно "наводя фокус", за счет чего человек видит хорошо и вблизи, и вдали. Располагается в капсуле, удерживается ресничным пояском. Хрусталик, как и роговица, входит в оптическую систему глаза.

Стекловидное тело — гелеобразная прозрачная субстанция, расположенная в заднем отделе глаза. Стекловидное тело поддерживает форму глазного яблока, участвует во внутриглазном обмене веществ. Входит в оптическую систему глаза.

Сетчатка — состоит из фоторецепторов (они чувствительны к свету) и нервных клеток. Клетки-рецепторы, расположенные в сетчатке, делятся на два вида: колбочки и палочки. В этих клетках, вырабатывающих фермент родопсин, происходит преобразование энергии света (фотонов) в электрическую энергию нервной ткани, т.е. фотохимическая реакция.

Палочки обладают высокой светочувствительностью и позволяют видеть при плохом освещении, также они отвечают за периферическое зрение. Колбочки, наоборот, требуют для своей работы большего количества света, но именно они позволяют разглядеть мелкие детали (отвечают за центральное зрение), дают возможность различать цвета. Наибольшее скопление колбочек находится в центральной ямке (макуле), отвечающей за самую высокую остроту зрения. Сетчатка прилегает к сосудистой оболочке, но на многих участках неплотно. Именно здесь она и имеет тенденцию отслаиваться при различных заболеваниях сетчатки.

Склера — непрозрачная внешняя оболочка глазного яблока, переходящая в передней части глазного яблока в прозрачную роговицу. К склере крепятся 6 глазодвигательных мышц. В ней находится небольшое количество нервных окончаний и сосудов.

Сосудистая оболочка — выстилает задний отдел склеры, к ней прилегает сетчатка, с которой она тесно связана. Сосудистая оболочка ответственна за кровоснабжение внутриглазных структур. При заболеваниях сетчатки очень часто вовлекается в патологический процесс. В сосудистой оболочке нет нервных окончаний, поэтому при ее заболевании не возникают боли, обычно сигнализирующие о каких-либо неполадках.

Зрительный нерв — при помощи зрительного нерва сигналы от нервных окончаний передаются в головной мозг.

Глаза — орган зрения — можно сравнить с окном в окружающий мир. Примерно 70% всей информации мы получаем с помощью зрения, например о форме, размерах, цвете предметов, расстоянии до них и др. Зрительный анализатор контролирует двигательную и трудовую деятельность человека; благодаря зрению мы можем по книгам и экранам компьютеров изучать опыт, накопленный человечеством.

Орган зрения состоит из глазного яблока и вспомогательного аппарата. Вспомогательный аппарат — это брови, веки и ресницы, слезная железа, слезные канальцы, глазодвигательные мышцы, нервы и кровеносные сосуды

Брови и ресницы защищают глаза от пыли. Кроме того, брови отводят стекающий со лба пот. Все знают, что человек постоянно моргает (2—5 движений веками в 1 мин). Но знают ли зачем? Оказывается, поверхность глаза в момент моргания смачивается слезной жидкостью, предохраняющей ее от высыхания, заодно при этом очищаясь от пыли. Слезную жидкость вырабатывает слезная железа. Она содержит 99% воды и 1 % соли. В сутки выделяется до I г слезной жидкости, она собирается во внутреннем углу глаза, а затем попадает в слезные канальцы, которые выводят ее в носовую полость. Если человек плачет, слезная жидкость не успевает уйти по канальцам в носовую полость. Тогда слезы перетекают через нижнее веко и каплями стекают по лицу.

Глазное яблоко располагается в углублении черепа — глазнице. Оно имеет шаровидную форму и состоит из внутреннего ядра, покрытого тремя оболочками: наружной — фиброзной, средней — сосудистой и внутренней — сетчатой. Фиброзная оболочка подразделяется на заднюю непрозрачную часть — белочную оболочку, или склеру, и переднюю прозрачную — роговицу. Роговица представляет собой выпукло-вогнутую линзу, через которую свет проникает внутрь глаза. Сосудистая оболочка расположена под склерой. Ее передняя часть называется радужкой, в ней содержится пигмент, определяющий цвет глаз. В центре радужной оболочки находится небольшое отверстие — зрачок, который рефлекторно с помощью гладких мышц может расширяться или сужаться, пропуская в глаз необходимое количество света.

Собственно сосудистая оболочка пронизана густой сетью кровеносных сосудов, питающих глазное яблоко. Изнутри к сосудистой оболочке прилежит слой пигментных клеток, поглощающих свет, поэтому внутри глазного яблока свет не рассеивается, не отражается.

Непосредственно за зрачком находится двояковыпуклый прозрачный хрусталик. Он может рефлекторно менять свою кривизну, обеспечивая четкое изображение на сетчатке — внутренней оболочке глаза. В сетчатке располагаются рецепторы: палочки (рецепторы сумеречного света, которые отличают светлое от темного) и колбочки (они обладают меньшей светочувствительностью, но различают цвета). Большинство колбочек размещается на сетчатке напротив зрачка, в желтом пятне. Рядом с этим пятном находится место выхода зрительного нерва, здесь нет рецепторов, поэтому его называют слепым пятном.

Внутри глаз заполнен прозрачным и бесцветным стекловидным телом.

Восприятие зрительных раздражений. Свет попадает в глазное яблоко через зрачок. Хрусталик и стекловидное тело служат для проведения и фокусирования световых лучей на сетчатку. Шесть глазодвигательных мышц обеспечивают такое положение глазного яблока, чтобы изображение предмета попадало бы точно на сетчатку, на ее желтое пятно.

В рецепторах сетчатки происходит преобразование света в нервные импульсы, которые по зрительному нерву передаются в головной мозг через ядра среднего мозга (верхние бугры четверохолмия) и промежуточного мозга (зрительные ядра таламуса) — в зрительную зону коры больших полушарий, расположенную в затылочной области. Начавшееся в сетчатке восприятие цвета, формы, освещенности предмета, его деталей, заканчивается анализом в зрительной зоне коры. Здесь собирается вся информация, она расшифровывается и обобщается. В результате этого складывается представление о предмете.

Нарушения зрения. Зрение людей меняется с возрастом, так как хрусталик теряет эластичность, способность менять свою кривизну. В этом случае изображение близко расположенных предметов расплывается — развивается дальнозоркость. Другой дефект зрения — близорукость, когда люди, наоборот, плохо видят удаленные предметы; она развивается после длительного напряжения, неправильного освещения. Близорукость часто возникает у детей школьного возраста из-за неправильного режима труда, плохой освещенности рабочего места. При близорукости изображение предмета фокусируется перед сетчаткой, а при дальнозоркости — позади сетчатки и поэтому воспринимается как расплывчатое. Причиной этих дефектов зрения могут быть и врожденные изменения глазного яблока.

Близорукость и дальнозоркость исправляются специально подобранными очками или линзами.

Вопрос №3

Приспособленность к среде обитания носит от­носительный характер, полезна только в тех усло­виях, в которых она исторически сформировалась : во время линьки речной рак беспомощен, с ним может справиться далее жук-плавунец. Речной рак имеет твердый хитиновый покров, служащий в основном в качестве наружного скелета.
На брюшке речного рака присутствует пять пар двуветвистых конечностей, служащих для плавания.
Самцы раков значительно крупнее самок и оснащены более громоздкими клешнями. Если вдруг происходит потеря конечности,
у рака отрастает новая – сразу же по прошествии линьки. Клешни предназначены для нападения и защиты.

Билет №23

Вопрос №1

Рациональное использование природных ресурсов

Большое значение для будущего республики имеют огромные запасы природных ресурсов. Однако, как известно, их освоению препятствуют сложные природные условия. Проблема освоения природных ресурсов выдвигает на первый план вопросы охраны природы. Ошибки, допущенные в освоении природных ресурсов, связаны с неразумным использованием подземных недр и ресурсов, преобладанием ошибочного мнения о том, что природные ресурсы неисчерпаемы. Все это вместе взятое привело к нарушению природного равновесия. Возьмем, к примеру, водные ресурсы. Для республики рациональное использование природных ресурсов имеет огромное значение, так как новые предприятия и орошаемые посевные территории требуют значительных запасов водных ресурсов. Загрязнение рек, неразумное использование водных ресурсов, изменение гидрологического режима рек в результате хозяйственной деятельности человека привели к изменению и других компонентов природы. Так, на орошаемых рисовых полях Южного Казахстана почва теряет свой плодородный слой и становится сильно засоленной. Изменения в почве повлияли на разнообразие и распространение растительного покрова. Это превратило целый регион в зону экологического бедствия. В ходе освоения целинных и залежных земель почва подверглась ветровой и водной эрозии.

Ранее продуктивность почв была намного больше, но в последние годы этот показатель снизился. В результате ветровой эрозии выносится плодородный слой почвы. Не учтены особенности почвенной структуры целинных территорий. На песчаных и глинистых землях после 4-5-летнего использования, почвы становятся засоленными и выходят из сельхозоборота. Уменьшается плодородный гумусный слой. Пустыни и полупустыни республики занимают 167 млн. га. В результате орошения эти площади можно использовать в качестве пастбищ. В последние годы в результате лиманного орошения здесь были достигнуты неплохие показатели. Большое будущее принадлежит использованию артезианских вод для обводнения пастбищ.

Природные богатства нашей республики немалые. Они дают всё необходимое для удовле-творения потребностей населения и развития хозяйства. Но как бы велики они не были, если не заботиться об их сохранении и правильном использовании, они с течением времени могут истощиться. Поэтому охрана природных богатств имеет весьма великое значение.По решению Международного союза охраны природы и природных ресурсов в каждой стране ведётся учёт редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и рас-тений. В нашей стране "Красная книга" учреждена в 1974 году. В ней значится 21 вид и под-вид редких зверей и 8 видов редких птиц, которых надо не только сохранить, но и принять все меры к увеличению их численности. Восстановленные виды животных и растений из "Красной книги" исключаются. Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов имеет два направления — государственное и общенародное. Государственное опре-деляется соответствующими знаками правительственными постановлениями, общенародное — осуществляется личным участием и через общественные организации.Сейчас нельзя рационально вести то или иное хозяйство, не учитывая взаимосвязей всех компонентов, существующих в природе, так как нарушение этой связи часто приводит к пе-чальным последствиям. Разработан ряд мероприятий по восстановлению и обогащению при-родных богатств. Самой массовой природоохранительной организацией является республи-канское Общество охраны природы, которое насчитывает в своих рядах около 2 млн. членов и имеет свои отделения во всех областях Казахстана. Одним из важных мероприятий по охране природы является создание государственных заповедников. В них охраняется природа, ведутся большие научно-исследовательские рабо-ты по изучению, восстановлению и обогащению природы.В Казахстане в настоящее время имеется семь заповедников: Аксу-Джабаглинский, Наур-зумский, Алматинский, Барсакельмесский, Кургальджинский, Маркакольский, Устюртский. Началась разработка проекта первого в Казахстане Национального природного парка. Он разместится в Баянаульских горах, одного из красивейших мест республики. Там находятся замечательные озёра, сосновые леса, богатый животный и растительный мир. На территории будущего национального парка обитает свыше 40 видов животных и 50 видов птиц, некото-рые из которых занесены в "Красную книгу". Центральная часть парка будет заповедной зоной. На берегах озёр Джасыбай и Сабындыкуль разместятся туристско-оздоровительные комплексы, пансионаты, пионерские лагеря.Аксу-Джабаглинский заповедник организован в 1962 г. Это самый старый заповедник в Казахстане. Он раскинулся на площади свыше74 тыс. га на склонах Таласского Алатау, Угамского хребта в Тюлькубасском и Сайрамском районах Чимкентской области. Заповед-ник охватывает 4 высотных ландшафтных пояса. Самый нижний пояс до высоты 1500 м представляет собой степь со своеобразной степной растительностью и животным миром. На высоте 1500 — 2300 м расположен пояс лугостепной и древесно- кустарниковой растительно-сти. Здесь произрастают древовидная арча, кусты миндаля, дикий виноград, дикие яблони и другие представители южных растений. Из животных здесь обитают косули, барсуки, дико-бразы, завезённые сюда маралы и другие.

Выше 2000 и 2300 м простираются субальпийские и альпийские луга. Древесной расти-тельности в этом поясе нет, за исключением стелющейся арчи туркестанской. Живут там горные козлы, снежные барсы, сурки, пищухи, а из птиц — улары, вьюрки, альпийские галки, бородач-ягнятник. На территории заповедника зарегистрировано 238 видов птиц и 42 вида млекопитающих. Наиболее ценными охраняемыми млекопитающими являются: архар, си-бирский горный козёл (тау-теке), марал, ксуля, хищные — снежный барс, пятнистая кошка, барсук.

Самый верхний пояс — высокогорный со снежными вершинами и ледниками. От туда на-чинаются бурные горные реки с пенистыми водопадами, каскадами, низвергающимися в до-лину.

организован в 1934 году. Он раскинулся на низменности в Се-миозёрном районе Кустанайской области. Его территория занимает 83 тыс. га. В заповеднике сохраняется и изучается целинная ковыльная степь с множеством озёр, на берегах которых сохранились сосновые боры. В него входит и островной сосновый бор Наурзум-Карагай. Это самый южный участок распространения редкой сосны солончаковой формы. В заповеднике есть разновидность берёзы, растущей на зелёных почвах. Растет яблоня "мамус баката", встречающаяся в диком виде лишь на Дальнем Востоке.

Вопрос №2

Высшие растения — это новый этап эволюционного развития растительного мира Высшие растения, в отличие от низших, имеют расчленения тела на вегетативные органы: корень, листья и стебель В основе строения вегетат ных органов лежат разнообразные тканейни.

Все высшие растения, как правило, жители суши, но среди них есть и обитатели водоемов По способу питания большинство высших растений — автотрофы

Для развития высших растений характерны две фазы, которые чередуются друг с другом: гаметофит и спорофит гаметофит — половое поколение, на котором образуются многоклеточные половые органы — антеридии ‘и архегонии антеридиев — овальные или шаровидные тельца, внешняя стенка которых покрыта одним или несколькими рядами стерильной них клеток В антеридии развиваются сперма-генные клетки, из которых затем возникают мужские гаметы — подвижные сперма-тозооны Во время созревания антеридии разрываются, и тогда сперматозоиды выходят наружу и Они активно двигаются в воде и подплывают к архегонииіїв. архегонии — колбообразные тельца, состоящие из нижней расширенной части — брюшка и верхней суженной — шейки Внешне архегоний окружают стерильные клетки, защищающие его от высыхания В брюшке архегония находится неподвижная женская гамета — яйцеклетка Над яйцеклеткой расположена брюшистый канальцевая клетка Во время созревания яйцеклетки канальцах клетки ослизняются, архегоний на верхушке откры ется По слизи сперматозоиды проходит в брюшко архегония, где сливается с яйцеклеткой, происходит оплодотворениенення.

В процессе эволюции высших растений произошло постепенное упрощение (редукция) антеридиев и архегонии Например, у покрытосеменных (цветковых) от архегония осталась только яйцеклетка, которая развивается у в зародышевом мешке (женский гаметофит).

Спорофит — бесполое поколение, на котором образуются органы бесполого размножения — спорогонии, в которых путем редукционного деления образуются гаплоидные споры Споры в высших растений могут быть морфологически в одинаковые или разные мелкие по размерам споры называют микроспоры, а большие — мегаспоры С микроспоры развивается мужской гаметофит, а с мегаспоры — женский гаметофит гаплоидный Переход от г аплоидного состояния к диплоидного происходит во время оплодотворения и образования диплоидной зиготы, из которой развивается спорофитерофіт.

Для эволюции высших растений, кроме мохообразных, характерна тенденция к преобладанию и совершенствование спорофита при одновременной редукции гаметофита

Высшие растения разделяют на:

Высшие споровые растения (рис50):

o отдел Мохообразные, или Мхи (25 тыс. видов; в Украине — около 800 видов);

o отдел Плауновидные или Плауны (400 видов);

o отдел Хвощевидные или Хвощи (32 вида);

o отдел Папоротникообразные, или Папоротники (10 тыс. видов) Высшие семенные растения:

o отдел Голосеменные (700 видов);

o отдел Цветковые, или Цветочные (250 тыс. видов)

Характеристика высших споровых растений. Прогуливаясь по лесу, вы, несомненно, наблюдали прикорневые розетки из крупных листьев папоротников, а на поверхности влажной почвы – нежные зеленые стебельки мхов. На огородах среди других сорняков часто растет похожий на маленькие сосенки хвощ полевой. Вблизи водоемов или на болотах среди трав можно найти ползучие стебли плаунов, покрытые мелкими листочками.

Если посмотреть на листья папоротника снизу, то можно заметить маленькие коричневые бугорки. В них расположены органы бесполого размножения – спорангии (от греч. спора и ангейон – вместилище). Там образуются и дозревают споры. У мхов споры образуются в коробочке на ножке, а у хвощей и плаунов спорангии расположены на видоизмененных листьях особых спороносных побегов, напоминающих колоски. Способность этих растений размножаться спорами и определила их название – «высшие споровые растения» (вы помните, что водоросли также могут размножаться спорами). К высшим споровым растениям относятся представители отделов Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные и Папоротниковидные.

Особенности размножения и распространения. В жизненном цикле высших споровых растений, как и некоторых групп водорослей, наблюдается чередование представителей разных поколений, размножающихся бесполым и половым способами. Жизненный цикл – это период между одинаковыми фазами развития двух или большего количества одинаковых поколений. Жизненный цикл обеспечивает непрерывность существования определенного вида организмов.

Особи бесполого поколения формируют споры. Из спор, в свою очередь, развиваются особи полового поколения, которые образуют женские и мужские половые органы. В них развиваются соответственно женские и мужские гаметы – яйцеклетки и сперматозоиды. При оплодотворении у высших споровых растений подвижные сперматозоиды проникают в неподвижные яйцеклетки. При этом сперматозоиды выходят во внешнюю среду. Они перемещаются, используя для этого воду, и проникают внутрь женского полового органа, где расположена яйцеклетка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш. Он прорастает и превращается в особь бесполого поколения, размножающуюся спорами. Посмотрите на рисунки 37 и 41. Как вы можете убедиться, особи полового и бесполого поколений значительно отличаются между собой.

Таким образом, мхи, папоротники, хвощи и плауны, называемые высшими споровыми растениями, расселяются с помощью спор и характеризуются чередованием в их жизненном цикле бесполого и полового поколений.

Высшие споровые растения распространены в разных климатических условиях, но большинство произрастает на влажных участках суши, поскольку для полового размножения им необходима вода. Однако некоторые виды этих растений встречаются даже в пустынях.

Подцарство высших растений объединяет многоклеточные растительные организмы, тело которых расчленено на органы – корень, стебель, листья. Их клетки дифференцированы на ткани, специализированы и выполняют определенные функции.

По способу размножения высшие растения разделяют на споровые и семенные. К споровым растениям относят мхи, плауны, хвощи, папоротники.

Мхи – это одна из самых древних групп высших растений. Представители этой группы наиболее просто устроены, их тело расчленено на стебель и листья. Они не имеют корней, а у наиболее простых – печеночных мхов даже отсутствует деление на стебель и листья, тело имеет вид слоевища. Прикрепляются мхи к субстрату и всасывают воду с растворенными в ней минеральными веществами с помощью ризоидов – выростов наружного слоя клеток. Это в основном многолетние растения небольших размеров: от нескольких миллиметров до десятка сантиметров (рис. 74).

Рис. 74. Мхи: 1 – маршанция; 2 – кукушкин лен;
3 – сфагнум

Для всех мхов характерно чередование поколений полового (гаметофита) и бесполого (спорофита), причем гаплоидный гаметофит преобладает над диплоидным спорофитом. Эта черта резко отличает их от остальных высших растений.
На листостебельном растении или слоевище в половых органах развиваются половые клетки: сперматозоиды и яйцеклетки.
Оплодотворение происходит только в присутствии воды (после дождялибо в половодье), по которой передвигаются сперматозоиды. Из образовавшейся зиготы развивается спорофит – спорогон с коробочкой на ножке, в которой образуются споры. После созревания коробочка вскрывается, и споры распространяются ветром. При попадании во влажную почву спора прорастает и дает начало новому растению.
Мхи – довольно распространенные растения. В настоящее время их насчитывается около 30 тыс. видов. Они неприхотливы, выдерживают сильные морозы и длительную жару, но растут только во влажных тенистых местах.
Тело печеночных мхов редко ветвится и обычно представлено листовидным слоевищем, с тыльной стороны которого отходят ризоиды. Селятся они на скалах, камнях, стволах деревьев.
В хвойных лесах и на болотах можно встретить мох – кукушкин лен. Его стебельки, усаженные узкими листьями, растут очень густо, образуя на почве сплошные зеленые ковры. К почве кукушкин лен прикрепляется ризоидами.
Кукушкин лен – растение раздельнополое, т. е. у одних особей развиваются мужские, а у других – женские половые клетки.
На женских растениях после оплодотворения образуются коробочки со спорами.

Очень широко распространены белые, или сфагновые, мхи.
Накапливая в своем теле большое количество воды, они способствуют заболачиванию почвы. Это связано с тем, что листья и стебель сфагнума, наряду с зелеными клетками, содержащими хлоропласты, имеют мертвые бесцветные клетки с порами.
Именно они и поглощают воду в 20 раз больше своей массы. Ризоиды у сфагнума отсутствуют. К почве он прикрепляется нижними частями стебля, которые, постепенно отмирая, превращаются в сфагновый торф. Доступ кислорода в толщу торфа ограничен, кроме того, сфагнум выделяет специальные вещества, предотвращающие размножение бактерий. Поэтому попавшие в торфяное болото различные предметы, погибшие животные, растения часто не сгнивают, а хорошо сохраняются в торфе.
В отличие от мхов остальные споровые имеют хорошо развитую корневую систему, стебли и листья. Более 400 млн лет назад они доминировали среди древесных организмов на Земле и образовывали густые леса. В настоящее время это немногочисленные группы в основном травянистых растений. В жизненном цикле преобладающим поколением является диплоидный спорофит, на котором образуются споры. Споры разносятся ветром и при благоприятных условиях прорастают, образуя небольшой заросток – гаметофит. Это зеленая пластинка величиной от 2 мм до 1 см. На заростке образуются мужские и женские гаметы – сперматозоиды и яйцеклетка. После оплодотворения из зиготы развивается новое взрослое растение – спорофит.
Плауны – очень древние растения. Ученые полагают, что они появились около 350–400 млн лет назад и образовывали густые леса из деревьев высотой до 30 м. В настоящее время их осталось очень мало, и это многолетние травянистые растения. В наших широтах наиболее известен плаун булавовидный (рис. 75). Его можно встретить в хвойных и смешанных лесах. Стелющийся по земле стебель плауна крепится к почве придаточными корнями.
Мелкие шиловидной формы листья густо покрывают стебель. Размножаются плауны вегетативно – участками побегов и корневищ.

Рис. 75. Папоротниковидные: 1 – хвощ; 2 – плаун;
3 – папоротник

Спорангии развиваются на прямостоячих побегах, собранных в виде колосков. Созревшие мелкие споры разносятся ветром и обеспечивают размножение и распространение растения.
Хвощи – небольшие многолетние травянистые растения. Они имеют хорошо развитое корневище, от которого отходят многочисленные придаточные корни.
Членистые стебли, в отличие от стеблей плаунов, растут вертикально вверх, от главного стебля отходят боковые побеги.
На стебле расположены мутовки очень мелких чешуйчатых листочков. Весной на зимующих корневищах вырастают бурые весенние побеги со спороносными колосками, которые после созревания спор отмирают. Летние побеги зеленые, ветвящиеся, фотосинтезируют и запасают питательные вещества в корневищах, которые перезимовывают, а весной образуют новые побеги (см. рис. 74).
Стебли и листья хвощей жесткие, пропитаны кремнеземом, поэтому животные их не едят. Хвощи растут в основном на полях, лугах, болотах, по берегам водоемов, реже в сосновых лесах. Хвощ полевой, трудноискоренимый сорняк полевых культур, используется как лекарственное растение. Стебли разных видов хвощей за счет наличия кремнезема используют как полировочный материал. Хвощ болотный ядовит для животных.
Папоротники, как хвощи и плауны, в каменноугольном периоде были процветающей группой растений. Сейчас их насчитывается около 10 тыс. видов, большинство которых распространено во влажных тропических лесах. Размеры современных папоротников колеблются от нескольких сантиметров (травы) до десятков метров (деревья влажных тропиков). Папоротники наших широт – травянистые растения с укороченным стеблем и перистыми листьями.
Под землей находится корневище – подземный побег. Из его почек над поверхностью развиваются длинные, сложные перистые листья – вайи.
Они обладают верхушечным ростом. От корневища отходят многочисленные придаточные корни.
Вайи тропических папоротников достигают в длину 10 м.
В наших краях наиболее распространены папоротники орляк, щитовник мужской и др. Весной, как только оттает почва, от корневища отрастает укороченный стебель с розеткой красивых листьев. Летом на нижней стороне листьев появляются бурые бугорки – сорусы, представляющие собой скопления спорангиев. В них образуются споры.
Молодые листья мужского папоротника используются человеком в пищу, как лекарственное растение. Вайи орляка используют для оформления букетов. В тропических странах некоторые виды папоротников разводят на рисовых полях для обогащения почвы азотом. Некоторые из них стали декоративными, оранжерейными и комнатными растениями, например нефролепис.

Вопрос №3 Ответ в Билете №5 Вопрос №3

Билет №24

Вопрос №1

В книге.

Вопрос №2

Птицы — высокоорганизованные позвоночные животные, тело которых покрыто перьями, а передние конечности превращены в крылья. Способность передвигаться в воздухе, теплокровность и другие особенности строения и жизнедеятельности дали им возможность широко расселиться на Земле. Особенно разнообразны виды птиц в тропических лесах. Всего насчитывается около 9000 видов.

Это высокоспециализированный и широко распространенный класс высших позвоночных, представляющий собой прогрессивную ветвь пресмыкающихся, приспособившихся к полету.

О сходстве птиц с пресмыкающимися свидетельствуют общие признаки:

1) тонкая, бедная железами кожа;

2) сильное развитие на теле роговых образований;

3) наличие клоаки и другие.

К числу прогрессивных черт, отличающих их от пресмыкающихся, относятся:

а) более высокий уровень развития центральной нервной системы, обуславливающий приспособительное поведение птиц;

б) высокая (41-42 градуса) и постоянная температура тела, поддерживаемая сложной системой терморегуляции;

в) совершенные органы размножения (гнездостроение, насиживание яиц и выкармливание птенцов).

Источник: studopedia.ru

Функции биосферы (по Вернадскому и основные биосферные законы по Реймерсу)

Функции (от лат. Functio — исполнение, совершение)

«Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей».

Приведем пять постулатов В.И.Вернадского, относящихся к функции биосферы.

Постулат первый: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». Смысл сказанного однозначен: первобытная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием.

Постулат второй: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте… «. И далее: «Первое появление жизни… должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».

Третий постулат: «В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». Смысл приведенных постулатов таков: первичная биосфера была представлена «совокупностями» организмов типа биоценозов, которые и были главной «действующей силой» геохимических преобразований, а морфологические изменения компонентов этих «совокупностей» не отражались на их «химических функциях».

Постулат четвертый: «Живые организмы… своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом… непрерывной сменой поколений… порождают одно из грандиознейших планетных явлений… миграцию химических элементов в биосфере», поэтому «на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас».

И пятый постулат: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами».

Какие же именно «геохимические функции» имел в виду Вернадский? Он определил их такими терминами: газовая, кислородная, окислительная, кальциевая, восстановительная, концентрационная, разрушение органических соединений, восстановительное разложение, метаболизм и дыхание. Функций этих было достаточно, чтобы «былая биосфера» сыграла свою определяющую роль в становлении оболочек Земли — атмосферы, гидросферы, литосферы и геосферы. Современная наука о биосфере те же функции классифицирует по пяти категориям:

энергетическая (накопление свободной энергии — связывание и запасание солнечной энергии);

концентрационная (акапливание химических элементов в телах живых организмов в масштабах биосферы (формирование атмосферы, залежей органических и неорганических веществ);

транспортная (закон биоигенной миграции атомов, биогеохимические круговороты);

деструктивная (разложение органики и замыкание круговоротов, выветривание √ разрушение земной коры, формирование почвы);

средообразующая

Естественно возникает вопрос, какой же механизм функционировал и продолжает обеспечивать способность биосферы выполнять? Деятельность живого вещества, живых организмов.

Функции биосферы системный подход.

Функция биологических систем — свойство направлять свою деятельность к достижению определенных полезных для них результатов приспособительного значения.

ФУНКЦИЯ БИОСФЕРЫ — выражается как специфика направления развития жизни на Земле.

Если направление превращений вещества и энергии в НЕЖИВОЙ природе характеризуется общим снижением уровня организации и качества энергии, приближением к устойчивому равновесию, возрастанием термодинамической и структурной энтропии, то в ЖИВОЙ природе направление этих превращений оказывается прямо противоположным. ЭТИМ И ОПРЕДЕЛИЛАСЬ ВЕДУЩАЯ РОЛЬ БИОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ.

Общее направление превращений биосферы в целом или ее ФУНКЦИЮ можно определить как повышение уровня структурной организации, накопление свободной энергии устойчивого неравновесия, появление и возрастание НЕГЭНТРОПИИ, которые достигаются за счет энергетических и материальных ресурсов неживой природы и реализуются в синтезе первичной биомассы и эволюции ее форм. При этом разные подсистемы биосферы играют разную роль.

1.Общее направление превращений в РАСТИТЕЛЬНОЙ ПОДСИСТЕМЕ биосферы или ее функцию можно определить как первичный синтез биомассы из неорганических источников, создание исходного негэнтропийного материала.

2.Общее направление превращений в ЖИВОТНОЙ ПОДСИСТЕМЕ биосферы или ее функцию можно определить как прогрессивные преобразования биомассы, повышающие ее структурную организацию и уровень негэнтропии.

3.Функцию ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ ПОДСИСТЕМЫ биосферы можно определить как производство все новых орудий труда, позволяющих создавать небиологическим техническим путем свободную энергию негэнтропии в искусственных высокоорганизованных системах, воспроизводящих прямо или косвенно некоторые процессы, осуществлявшиеся до того только живой материей.

«Постоянство внутренней среды есть условие свободного поведения», — так определил Клод Бернар основной принцип взаимодействия живого организма с внешней средой, названный в последствии ГОМЕОСТАЗОМ.

Гомеостазис (греч. подобное состояние) — способность системы сохранять относительное постоянство, относительную замкнутость, устойчивость с помощью приспособительных механизмов, устраняющих или ограничивающих воздействие на систему факторов внешней и внутренней среды.

Продуктивность как показатель функционирования биосферы.

Продуктивность биологическая — биомасса, производимая популяцией или сообществом на единице площади за единицу времени.

Продуктивность первичная чистая — наблюдаемый фотосинтез или чистая ассимиляция.

Продуктивность энергетическая абсолютная — количество энергии, заключенной в продуктах питания, получаемых с единицы площади возделываемых земель при культивировании определенного растения, за вычетом произведенных энергозатрат.

Биологическая продуктивность биосферы, всего живого вещества Земли составляет 1,7*1015 МДж/год. По абсолютному своему значению она сопоставима, в пределах одного порядка величин, с такими глобальными геологическими процессами, как энергия приливно-отливных течений 2,3*1015 MДж/год, энергия движения воздушных масс атмосферы — 1,3*1015 МДж/год и величина теплового потока из недр Земли, равная 1,3*1015 МДж/год; на порядок выше энергии землетрясений Земли и на два порядка выше энергии речного стока и вулканических извержений.

Сопоставляя приведенные цифры, необходимо иметь в виду, что значение биологической продуктивности отвечает энергии, накопленной в массе сухого вещества. Однако хорошо известно, что накопление какой то массы органического вещества, требует поглощения солнечной энергии на два порядка выше. Следовательно, реальное поглощение солнечной энергии биосферой Земли по своим масштабам превышает не меньше чем на порядок любой из глобальных геологических процессов, формирующих Лик Земли.

Вернадский попpобовал более понятно выpазить вес одной тучи саpанчи, наблюдавшейся доктоpом Кpаутеpом над Кpасным моpем в 1889 г. до оpганизации междунаpодной боpьбы с саpанчей. Вес этой тучи отвечал 4,4*107 т. Он был почти pавен весу меди, цинка и свинца вместе взятых, выpаботанных человечеством в течение (XIX в. прим. авт.) столетия. Туча саpанчи — как бы ╚гоpная поpода в движении╩. Добавим к этому, масса, обладающая колоссальным потенциалом биологического обмена!

Часть солнечной энергии поглощенная биосферой и вторично освобождающаяся при дыхании, испарении и обмене веществ всех живых организмов, фактически расходуется на ход :

процессов стабилизации состава атмосферы и водных масс,

биогеохимической миграции атомов,

биогеохимической переработки горных пород приповерхностной части Земной коры,

почвообразовательных процессов,

формирования термовлажностного режима приземного слоя тропосферы.

Однако энергия развития живого вещества, биогенная энергия, не есть нечто постоянное. Любая биологическая или биокосная система, находясь в состоянии «устойчивой неравновесности», т.е. подвижного динамического равновесия с окружающей ее средой, и эволюционно развиваясь, увеличивает свое воздействие на среду. Эти позиции закреплены в биогеохимических принципах В.И.Вернадского:

Геохимическая биогенная энергия стремиться в биосфере к максимальному проявлению (первый биогеохимический принцип) и

При эволюции видов выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию (второй биогеохимический принцип).

Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца (третий биогеохимический принцип)

Сравнение масс оболочек Земли.

Оболочки Земли Масса, т Отношение к массе живого вещества

Живое вещество 2,4 . 1012 1

Атмосфера 5,15 .1015 2 146

Гидросфера 1,5 х 1018 602 500

Земная кора 2,8 х 1019 1 670 000

Биосфера не находится и никогда не находилась в состоянии равновесия. Она получает энергию Солнца и, в свою очередь, излучает определенное количество энергии в космос. Эти энергии разного свойства (качества). Получает Земля коротковолновое излучение — свет, который, трансформируясь, нагревает Землю. А в космос от Земли уходит длинноволновое тепловое излучение. И баланс этих энергий не соблюдается: Земля излучает в космос несколько меньше энергии, чем получает от Солнца. Эту разность — небольшие доли процента — и усваивает Земля, точнее, ее биосфера, которая все время накапливает энергию. Этого небольшого количества накапливаемой энергии оказывается достаточно для того, чтобы поддерживать все грандиозные процессы развития планеты. Этой энергии оказалось достаточно для того, чтобы однажды на поверхности нашей планеты вспыхнула жизнь и возникла биосфера, чтобы в процессе развития биосферы появился человек и возник Разум.

Всего растительный покров земного шара ежегодно фиксирует 687 х 1018 кал. солнечной энергии, в том числе растительность континентов √ 426 х 1018 кал.(52,8млрд.т углерода в год), а растения океана √ 26 х 1018 кал.(24,8 млрд.т углерода в год).

На поверхность Земли поступает за год 510 х 1018 ккал. солнечной энергии. Из этой энергии растениями связывается — только 0,13%. Растительность суши использует солнечную энергию 0,3%, а растения океана на 0,07%.

Живые организмы и биосфера в целом состоят из тех же химических элементов, которые встречаются в окружающей среде. Во всех живых организмах преобладают в основном 14 элементов, их называют биогенными: Н2 ;С ;02. Они составляют 99,9% веса живых организмов, образуют 99% веса всей земной коры нашей планеты и тем самым обеспечивают устойчивость жизни на Земле. Все остальные химические элементы находятся в рассеянном состоянии. Большую часть веса живых организмов дают 02 и С. Они составляют от 50 до 90% их сухого абсолютного веса. «Совокупность живых организмов √ писал В.И.Вернадский, образует лишь малую долю всей массы вещества биосферы, вес этого вещества представляет много триллионов метрических тонн (1012 ), вес биосферы несколько квинтиллионов тонн(1018).

Человечество производит по крайней мере в 2000 раз больше отбросов органического происхождения, чем вся остальная биосфера. Отходами или отбросами условимся называть вещества, которые надолго исключаются из биогеохимических циклов биосферы, то есть из кругооборота веществ в Природе. Другими словами, человечество кардинальным образом меняет характер функционирования основных механизмов биосферы.

Первичная продукция, доступная гетеротрофам (человеку) составляет максимум 4% от общей лучистой энергии Солнца, в оптимальном среднем — 0,5% и в общем для биосферы — 0,1%. Это чистая первичная продукция. Если же говорить об урожае полезных для человека растений (зерна пшеницы), то это не более трети чистой первичной продукции, т.е. 1% поступающей солнечной энергии (максимально -0,15% для биосферы — 0,03%. Это абсолютные лимиты естественной урожайности.) Более высокого урожая можно достигнуть вложив дополнительную энергию мин. удобрений, сельхозмашин, топлива и т.п. Но превысить природный максимум невозможно. Большее вложение энергии ведет к разрушению экосистем.

Собирательство давало от 0,4 до 20 кг/га сухого вещества в год; сельское хозяйство без минерального горючего — 50-200 кг/га сухого вещества в год; увеличение вложения энергии привело к 2 000- 20 000 кг/га сухого вещества. Теоретический предел при максимальном использовании энергии — 80 000 кг/га в год.

(Рисунки продуктивности и турбинной модели биосферы.)

Чистая первичная продуктивность в среднем в год по основным типам экосистем в г х м2 в год:

Заросли водорослей и рифы 2 500

Влажные тропические леса 2 200

Болота 2 000

Тропические сезонно-зеленые леса 1 600

Эстуарии 1 500

Вечнозеленые леса умеренного пояса 1300

Листопадные леса умеренного пояса 1 200

Культивируемые земли 650

Первичная продукция живого вещества планеты в экосистемах основных типов (Одум, 1986.)

Тип экосистем Продуктивность в тыс. ккал/кв.м

пустыни <0,5

Луга, пастбища,глубокие озера, горные леса 0,5-3,0

Влажные леса, мелководные озера 3-10

Эстуарии, коралловые рифы 10-25

Воды на шельфе 0,5-3,0

океан <0,5

Основные законы определяющие функционирование биосферы (и других экосистем)

Принцип устойчивого неравновесия живых систем Э.Бауэра: все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и используют за счет своей свободной энергии постоянную работу против равновесия, требуемого законами физики и жизни при существующих внешних условиях.

Закон биогенной миграции атомов В.И.Вернадского утверждает, что миграция химических элементов во всех экосистемах, включая биосферу в целом, осуществляется при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом живущим сейчас и жившим ранее.

Закон физико-химического единства живого вещества В.И.Вернадского: все живое вещество Земли физико-химически едино.

Закон константности живого вещества: количество живого вещества (для данного геологического периода) есть константа.

Закон сохранения структуры биосферы (первый закон экодинамики Ю.Голдсмита): в живой природе наблюдается постоянное сохранение информационной и соматической структуры, хотя она и несколько меняется с ходом эволюции.

Закон стремления к климаксу (второй закон экодинамики Ю.Голдсмита): для сохранения структуры биосферы живое стремится к достижению состояния зрелости, или экологического равновесия.

Принцип экологической комплементарности (дополнительности): никакая функциональная часть экосистемы не может существовать без других функционально дополняющих частей.

Принцип экологической конгруэнтности (соответствия): функционально дополняя друг друга, живые составляющие экосистем вырабатывают для этого соответствующие приспособления, скоординированные с условиями абиотической среды.

Оба эти правила объединяются в рамках третьего закона экодинамики Ю.Голдсмита — принцип экологического порядка или экологического мутуализма (взаимопомощи).

Закон самоконтроля и саморегуляции живого (четвертый закон экодинамики Ю.Голдсмита): живые системы и системы под управляющим воздействием живого способны к самоконтролю и саморегулированю в процессе их адаптации к изменениям в окружающей среде.

Правило автоматического поддержания глобальной среды обитания: живое вещество в ходе саморегуляции и взаимодействия с абиотическими факторами автоматически поддерживает среду жизни, пригодную для ее развития.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://ecosoft.iatp.org.ua/

Источник: www.BiblioFond.ru

Понятие о биосфере

В общем понимании данным термином принято обозначать все многообразие живых существ на нашей планете и продуктов, ими производимых. Однако структура биосферы строго разграничена, она имеет свои составляющие компоненты, пределы и выполняет определенные функции.

Дословно перевести термин можно как «сфера жизни». Это точно отражает суть. Вообще биосфера, ее структура и функции являются предметом изучения уже не одного поколения ученых. Но целостную теорию, учение сумел создать только В. И. Вернадский, который и определил данное понятие как совокупность всех существующих экосистем и продуктов их переработки.

История термина

Самым первым ученым, высказавшим мысль о том, что живые существа взаимодействуют друг с другом, вырабатывают продукты и тем самым оказывают влияние на окружающую среду и планету в целом, стал Жан Батист Ламарк. Еще в XVIII веке он указал на то, что биомасса принимает активное участие в формировании земной коры.

После него многие ученые, естествоиспытатели занимались изучением этого вопроса и подтверждали данное высказывание. Так, например, понятие биосферы, ее структура были описаны Эдуардом Зюссом в XIX веке. Однако многих фактов им учтено не было, поэтому целостной картины не получилось.

А вот наш русский ученый В. И. Вернадский и француз Тейяр де Шарден сумели создать настоящее объемное учение, давшее полную характеристику данного понятия, пояснившее, что такое биосфера, ее структура и границы. Основополагающую роль сыграл все же Вернадский.

Структура биосферы

К основным элементам, составляющим суть оболочки Земли, можно отнести разные типы веществ, находящиеся в ней. Вернадским выделяется горизонтальная и вертикальная структура биосферы. Первая включает в себя охват живыми существами всех возможных оболочек Земли. Можно рассмотреть структуру горизонтальной биосферы следующим образом:

• Верхняя граница — нижний слой атмосферы (озоновый). От поверхности Земли приблизительно 10 километров. Выше ни один организм не жизнеспособен, так как действуют строгие ограничивающие пределы по концентрации кислорода и ультрафиолетового излучения. На подобной высоте способны к развитию и жизни только споры грибов и бактерий, попадающие туда из литосферы, гидросферы и так далее.
• Нижняя граница — различна для литосферы и гидросферы. Почва (литосфера) может быть заселена представителями живой природы до глубины 7,5 км. Здесь встречаются такие организмы, как бактерии, споры грибов, простейшие. Лимитирующими факторами выступают давление, отсутствие кислорода и света, ограничение содержания воды.
• Состав и структура биосферы также включает в себя гидросферу, причем до глубины 11 км. Все слои имеют важное значение, так как густо заселены живыми существами.

Типы обитателей водной оболочки

Гидросфера — это структура биосферы, которая включает в себя абсолютно все водные источники: океаны, моря, реки, озера, болота и так далее. Организмы по месту распределения в водной среде делятся на:

• планктонные — заселяют поверхностные воды, движение осуществляется без затрат энергии током воды;
• нектон — срединная часть водоемов;
• бентосная часть — ее составляют те существа, которые живут на дне и зарываются в ил.

Структура биосферы, по Вернадскому, в нижней части земной коры ограничивается следами так называемых былых биосфер. Это ископаемые остатки, накопленные в массе, и сформировавшие горные и осадочные породы.

Живое вещество

Владимир Иванович Вернадский выделял несколько типов вещества, составляющего общую массу биосферы в целом. В первую очередь это живое вещество. Оно складывается из всей биомассы. То есть к данной группе можно отнести представителя абсолютно любого царства живой природы, в том числе и вирусы.

Элементарной структурой биосферы является биоценоз, который также включается в состав живого вещества. Человек и вся его деятельность, которая направлена на взаимосвязь с животными, растениями, микроорганизмами, также является частью живого вещества.

Эволюция и структура биосферы складываются таким образом, что распределение биомассы на планете неравномерно. Главная подавляющая часть живых существ находится в верхнем слое почвы, наземной среде жизни и приповерхностном океанском слое. Глубины гидро- и литосферы остаются малозаселенными местами.

Живое вещество, количество которого отражает структура биосферы, кратко можно распределить по массе следующим образом:

1. Подавляющее большинство приходится на беспозвоночных животных, простейших и микроорганизмы.
2. Второе место по распространенности занимают растения.
3. Высшие позвоночные животные — самая малочисленная группа.
4. Человек и вся его деятельность занимает особое положение в составе живого вещества биосферы.

При таком распределении продукция биомассы тем не менее разными группами вырабатывается в неодинаковом количестве. Так, основную часть необходимых веществ дают растения (около 92%). Меньше всего полезной продукции приносят беспозвоночные, хотя по численности и стоят на первом месте.

Вернадский отмечал, что биоценозы — это важная структурная часть биосферы, а все процессы, происходящие внутри них, — определяющие в живой природе и эволюции. Глядя на количественное распределение биомассы, становится очевидным, что преобладают несовершенные виды, те, которые находятся на более низкой ступени эволюции, более просто организованные и лучше всего приспособленные.

В целом же живое вещество биосферы играет определенную роль, которую можно выразить несколькими пунктами.

Функции живого вещества

Постоянная циркуляция атомов, молекул, соединений между элементами живой и неживой природы — это одна из основополагающих характеристик биосферы в целом. Преобразование энергии, сохранение постоянства состава, геологические новшества и преобразования — все это делается биомассой и в итоге является необходимым условием существования и формирования биосферы. Конкретно биомасса выполняет также и ряд других важных функций.

1. Функция газообмена. Структура биосферы затрагивает достаточно значительную часть атмосферы. А она, в свою очередь, формируется под влиянием количества углекислого газа и кислорода. Известно, что газ, поддерживающий жизнь, вырабатывают для всех живых существ, в том числе и для себя, зеленые друзья нашей планеты — растения. Остальные живые организмы являются лишь потребителями и продуцентами углекислого газа. Тем не менее совместно биомасса оказывает значительное влияние на изменение компонентного состава атмосферного воздуха, то есть осуществляет газовую функцию.
2. Концентрационная роль биомассы. Заключается в накоплении тех или иных соединений, атомов и молекул и передаче их в виде продуктов жизнедеятельности или после отмирания в неживую среду.
3. Биохимическая функция. Современная наука в структуре биосферы важное место уделяет роли ноосферы. И она тесно связана с биохимическими преобразованиями, происходящими внутри живых организмов. Сам Вернадский определял ее как сферу разума и человеческих возможностей при действии на живую природу, ее состав и функционирование. То, что человек имеет возможность вмешиваться практически во все биохимические преобразования в живых системах, может управлять ими, подстраивать под себя и получать от этого выгоду, есть высшее достижение разума человека. Это и включают в себя ноосфера, а также любые механические, технические, генетические и мутагенетические воздействия, которые способны оказать люди на живой мир. Особое место ученый отводил способности людей охранять и оберегать живое, находить выходы из сложных ситуаций исчезновения и загрязнения окружающей среды.

Энергетическая, или окислительно-восстановительная функция

Основные продуценты энергии — это растения. Ведь именно они в процессе фотосинтеза способны поглощать солнечную энергию и переводить ее в другую форму, удобоваримую для остальных живых организмов — химические связи в соединениях запасного питательного вещества.

Далее для преобразования энергии подключаются животные, начинают работать экологические цепи питания, пирамиды. Итогом является накопление в геологических породах таких полезных ископаемых, богатых энергией химических соединений, как нефть, газ, уголь, торф и другие. Также часть энергии рассеивается в окружающую среду, создавая определенный атмосферный фон. Определение и структура биосферы сводятся к тому, что именно эта функция является наиболее значимой и важной.

Косное вещество

Еще один элемент, которым характеризуются биосфера, ее структура и функции, — это косное вещество. К такому относятся все соединения, предметы, материалы и так далее, в создании которых не принимали участие живые организмы. Типичным примером могут служить:

• вулканические извержения (магма и ее продукты);
• движения подземных плит и образуемые в результате вещества;
• метеориты и другие космические находки на поверхности Земли.

В совокупности с живыми существами косное влияет на то, как формируется структура биосферы.

Биокосное вещество

К такому продукту следует относить совместный гармоничный результат производства живого и косного вещества. Например, почва, верхний плодородный слой земли, и более глубокие подпочвенные слои. Почва является средой жизни для огромного количества живых существ, но при этом в ее формировании принимают участие и горные породы, и тектонические движения плит, метеоритные остатки, химические соединения и другие компоненты.

Также к таким веществам можно отнести и воду, атмосферу, кору выветривания. Термин «биокосное вещество» ввел в обиход сам Вернадский в 1926 году. Сегодня создано много моделей, на которых отражена структура биосферы. Картинки на эту тему широко распространены.

Неживое биогенное вещество

По названию становится понятно, что в формировании данного материала принимали участие живые организмы, однако впоследствии он стал неживым. К таким биогенным веществам относятся:

• нефть;
• уголь;
• торф;
• сапропель;
• различные руды;
• мел и известняк и другие.

Таким образом, функциональная структура биосферы представлена не только оболочками планеты, но и основными типами веществ в пределах Земли.

Эволюция биосферы по Вернадскому

Конечно, рассмотрена нами структура биосферы кратко. Например, у Вернадского на описание основных ключевых моментов ушел не один год. Поэтому мы рассмотрели только общие черты.

Стоит еще заметить, что эволюционное развитие и формирование биосферы Вернадский описывал как процесс, длящийся с самого возникновения жизни на Земле. Поэтому и возраст ее такой же, как и геологический возраст нашей планеты.

Источник: www.syl.ru