Идеи В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Живое вещество и его свойства

Биосфера – это своеобразная оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обменен с этими организмами.

Земля и окружающая ее среда сформировались в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Возраст планеты составляет около 4, 6 млрд. лет. В течение этого времени на Земле происходили процессы превращения, и перемещения материи, в результате чего образовалось ряд оболочек.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли, простирающаяся до высоты 1000 км. Более 50 % массы атмосферы сосредоточено в нижнем слое толщиной 5,5 км, а в слое толщиной 40 км – более 99%. Состав и свойства атмосферы на разных высотах не одинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, ионосферы.

Гидросфера – водная оболочка Земли.

Литосфера – твердая оболочка Земли, включающая земную кору. Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения – более 70% приходится на базальты, граниты и другие магматические породы, около 17 % - на метаморфические и чуть больше 12% на осадочные.

В состав биосферы полностью включается гидросфера – озера, реки, моря и океаны. Таким образом, биосфера – внешняя наружная оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими «живое вещество» планеты. Живое вещество – это совокупность всех живых организмов на планете. Косное вещество – вещество планеты, в образовании которого живые организмы не участвовали (минералы и горные породы). Биокосное вещество – особая категория вещества, в образовании которого участвовали живые организмы и абиогенные процессы (почва). Биогенное вещество – неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов (известняки, мел, нефть, газ, уголь, кислород атмосферы и т.д.).

Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основу которой составляет взаимодействие живого и косного вещества. Он писал: «Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой ее определяющей. …Организмы представляют живое вещество. …Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением». Важнейшим свойством биосферы является взаимодействие живого и неживого, нашедшего отражение в законе биогенной миграции атомов В. И. Вернадского.

Вся масса «живого вещества» Земли составляет ее биомассу. Это всего лишь 0,25 % всего вещества биосферы, но благодаря обмену веществ «живое вещество» играет ведущую роль в биогеохимических процессах. Деятельность живых организмов обуславливает химический состав атмосферы и гидросферы, формирование почвенного покрова литосферы. Живое вещество играет огромную роль в круговороте веществ в природе и осуществляет важнейшие биогеохимические функции.

 

Билет

Географическая оболочка и ее свойства

Основными свойствами географической оболочки являются: ритмичность природных явлений, круговорот веществ и энергии, целостность и единство, саморегулирование. Географическая оболочка - это комплексная оболочка земного шара, где соприкасаются и взаимно друг в друга проникают и взаимодействуют литосфера, гидросфера,биосфера и атмосфера. Географическая оболочка в своих границах почти совпадает с биосферой. Взаимное проникновение друг в друга слагающих географическую оболочку Земли газовой, водной, живой и минеральных оболочек и их взаимодействие определяет целостность географической оболочки. В ней происходит непрерывный круговорот и обмен веществ и энергии. Каждая оболочка Земли, развиваясь по собственным законам, испытывает на себе влияние других оболочек и в свою очередь оказывает на них свое воздействие.

 

Билет

Экологический потенциал и потенциал устойчивости ландшафтов

Модель геоэкологической оценки размещения

Экологическую экспертизу проходят все крупные народнохозяйственные объекты. Прежде всего обращается внимание на возможность ущерба здоровью населения через загрязнение вод, воздуха, почвенного покрова, оцениваются размеры изъятия сельскохозяйственных земель и водных ресурсов и др., то есть загрязнения, нарушения и деградации природной среды.

Природно-ресурсный потенциал оценивает значимость ресурса, дефицитность, возможность его использования в других направлениях. Это должно находить выражение в выявлении возможных конфликтных ситуаций и анализе альтернативных проектов.

Природно-ресурсный потенциал оценивается через нормы ресурсоемкости, землеемкости, энергоемкости. Анализ ведется не только с учетом площади проектируемого объекта, его санитарно-защитной зоны, но и площади потери природно-ресурсного потенциала на сопредельных территориях.

Экологический потенциал ландшафта — это способность ландшафта противостоять внешним воздействиям (рекреационным нагрузкам, химическим загрязнениям и др.) при сохранении своей структуры и организации. Экологический потенциал проявляется благодаря устойчивости ландшафтов и экосистем, способности освобождаться от загрязняющих веществ или разлагать их

 

Билет

Биогеохимические циклы и их роль в природе

Выделяют два основных круговорота веществ в природе:

1. Большой (геологический),

2. Малый (биогеохимический).

Большой круговорот веществ в природе (геологический). Геологический круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.

Большой круговорот включает и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана, переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический). Он совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его – в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

В биогеохимических круговоротах следует различать две части, или как бы два среза: 1) резервный фонд — это огромная масса движу­щихся веществ, не связанных с организмами, 2) обменный фонд — зна­чительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым об­меном биогенным веществом между организмами и их непосредст­венным окружением. Если же рассматривать биосферу в целом, то' в ней можно выделить: 1) круговорот газообразных веществ с резерв­ным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).

Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком. Так, до­пивая минеральные удобрения, он загрязняет воду и воздушную среду. В воду попадает фосфор, вызывая эвтрофикацию, азотистые высокотоксичные соединения и др. Иными словами, круговорот становится не циклическим, а ациклическим. Таким образом, всеобщий гомеостаз биосферы зависит от ста­бильности биогеохимического круговорота веществ в природе. Но являясь планетарной экосистемой, она состоит из экосистем всех уровней, первоочередное значение для ее гомеостаза имеют целост­ность ее и устойчивость природных экосистем.

Билет

Экосистема

Концепция экосистемы

Экосистема — сложная, самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основная характеристика экосистемы — наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы^[2]. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой. Не каждая биологическая система является в достаточной степени самодостаточной и саморегулируемой, обычно такие подсистемы называются фациями^[3]. Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы — поток энергии солнечного света^[1], который является следствием термоядерной реакции, — в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем^[4] курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций^[4][5].

[править]Строение экосистемы

Строение экосистемы (биогеоценоза) по Реймерсу Н. Ф.

В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится наавтотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты^[6] компоненты, которые формируют трофическуюструктуру экосистемы.

[править] Структурные компоненты экосистемы

Структурными компонентами являются^[2]:

1. климатический режим, определяющий основные физические характеристики среды;

2. неорганические соединения;

3. органические соединения;

4. продуценты;

5. макроконсументы;

6. микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, грибы и бактерии, простейшие.

Последние три компонента являются биомассой экосистемы.

[править] Функциональные компоненты экосистемы

Трофическая структура экосистемы

1. автотрофы — организмы, производящие первичную продукцию;

2. биофаги — организмы, поедающие других живых организмов;

3. сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Это разделение показывает временную и функциональную связь в экосистеме, — органическое вещество образуется, затем преобразуется, затем разлагается^[2] (см. рисунок).

[править] Структурно-функциональные компоненты экосистемы

1. Экотоп — определённая территория или акватория со всем набором и особенностями почв, грунтов, микроклиматаи других факторов в неизменённом организмами виде^[7].

2. Климатоп — характеристика биогеоценоза, сочетание физических и химических характеристик воздушной или водной среды, существенных для населяющих эту среду организмов^[8].

3. Эдафотоп — часть косной среды преобразованной организмами^[7].

4. Биотоп — преобразованный биотой экотоп. Иначе — участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза^[9].

5. Биоценоз — исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп)^[10]. Иногда биоценоз разделяют на фитоценоз и зооценоз.

 

Билет

Биогеоценоз

В биологии используются три близких по значению понятия:

 

1. Биогеоценоз - система из сообщества живых организмов (биота) и его биотического окружения на ограниченном участке земной поверхности с однородными условиями (биотоп)

2. Биогеоценоз — биоценоз, который рассматривается во взаимодействии с абиотическими факторами, влияющими на него и в свою очередь изменяющимися под его воздействием. Биоценоз имеет синоним сообщество, ему также близко понятие экосистема.

3. Экосистема — группа организмов разных видов, взаимосвязанных между собой круговоротом веществ.

 

Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп — это территория, которую занимает биогеоценоз. Экотоп — это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов.

 

Свойства биогеоценоза

 

* естественная, исторически сложившаяся система

* система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на опеределённом постоянном уровне

* характерен круговорот веществ

* открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой — Солнце

 

Основные показатели биогеоценоза

 

* Видовой состав — количество видов, обитающих в биогеоценозе.

* Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

 

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

 

* Биомасса — количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:

o биомассу продуцентов

o биомассу консументов

o биомассу редуцентов

 

Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые — меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

 

 

Билет