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.

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.

Живое вещество биосферы. Количественная и качественная характеристика. Роль в природе планеты.

При любых трактовках понятия «биосфера» главным ее составляющим остается живое вещество. Данный тезис отнюдь не тривиален, хотя бы потому, что биомасса живого вещества составляет лишь около 0,0001% от массы биосферы, включающей в свой состав, как известно, все органическое вещество биогенного происхождения и косное вещество других сфер, занятых биосферой. Дело все в том, что роль живого вещества в биосфере уникальна. Основной отличительной особенностью живого существа является не столько его способность размножаться и двигаться, сколько способ использования энергии. Только живые существа могут улавливать энергию Солнца, удерживать ее в виде сложных органических соединений (биомассы), передавать друг другу, трансформировать в механическую, электрическую, тепловую и другие виды. К числу основных функций живого вещества относятся следующие: 1) энергетическая; 2) деструктивная; 3) концентрационная и 4) средообразующая. Суть первой из них состоит в поглощении солнечной энергии при фотосинтезе и передаче энергии по пищевой цепи. На собственные нужды организма в среднем расходуется 10—12% ассимилированной ими энергии. Остальная ее часть перераспределяется внутри экосистемы. Энергия частично рассеивается, а частично накапливается в биогенном веществе. После перехода в ископаемое состояние энергия консервируется в земной коре и служит энергетической базой для геологических процессов, обеспечивает энергетические потребности человечества. Деструктивная функция живого вещества состоит в разложении, минерализации мертвого вещества, в химическом разложении горных пород, вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Специальная группа организмов (редуцентов) деструкторов разлагает мертвое органическое вещество до простых неорганических соединений: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака, которые затем вновь используются в начальном звене круговорота. Концентрационная функция проявляется в избирательном накоплении в ходе жизнедеятельности атомов веществ, рассеянных в природе. При этом наиболее активными концентраторами многих элементов являются организмы. Наконец, средообразующая функция живого вещества заключается в преобразовании физикохимических параметров среды (литосферы, гидросферы, атмосферы) в условия, благоприятные для существования организмов. С известной долей условности можно утверждать, что эта функция является результатом совместного действия всех рассмотренных выше функций живого вещества. В результате именно средообразующей функции образовался покров осадочных пород, был преобразован газовый состав атмосферы, изменился химический состав вод первичного океана, возник почвенный покров на поверхности суши.

Живое вещество играет огромную роль в круговороте веществ в природе и осуществляет важнейшие биогеохимические функции:

-газовая функция – это поглощение растениями двуокиси углерода и выделении кислорода, в восстановлении азота, сероводорода и пр.,

-концентрационная функция – это поглощение и накопление живыми организмами углерода, азота, водорода, кислорода, фосфора, серы, йода, железа и прю элементов. На местах массовой гибели животных и растений обнаруживается отложения мела, известняка, нефти, угля и других полезных ископаемых;

-окислительно – восстановительная функция – это восстановление и окисление различных веществ в живых организмах.

 

Круговорот веществ в природе, осуществляется при участии всех организмов биосферы; между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря ему возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе элементов в природе. Около 40 элементов вовлекаются в круговорот. Одновременно с круговоротом веществ идет и круговорот энергии, основным источником которого является Солнце.

Таки образом биосфера представляет собой сложную экологическую систему, стабильность которой обусловлена тем, что результаты деятельности продуцентов, консументов и редуцентов уравновешиваются.

Деятельность человека превратилась в мощный экологический фактор, нарушивший равновесие в биосфере. В результате деятельности человека (извлечение полезных ископаемых, использование синтетических продуктов, синтетических ядохимикатов, нетрадиционных источников энергии и пр.) нарушается биотический круговорот и он стал незамкнутым. За последние 300 лет существования человека биомасса земли уменьшилась почти на четверть.

154. Человечество как активный элемент биосферы. Ноосфера – высший этап эволюции биосферы. Медико-биологические аспекты ноосферы.

1. Биосфера – совокупность всех биогеоценозов (экосистем) Земли, представляет собой большую экологическую систему. Границы жизни на Земле являются границами биосферы. Биосфера – часть геологических оболочек, заселенных живыми организмами. Верхняя граница проходит в стратосфере, нижняя граница – в литосфере, на глубине 2-3 км. Гидросфера занимает до 71% поверхности земли.

Человек – часть биомассы биосферы – долгое время находился в непосредственной зависимости от окружающей природы. С развитием мозга человек сам стал мощным фактором в дальнейшей эволюции на Земле. Овладение человеком разными формами энергии – механической, энергетической и атомной – способствовало значительному изменению земной коры и биогенной миграции атомов. Но деятельность людей часто приводит к нарушению природных закономерностей. Нарушение и изменение биосферы вызывают беспокойство. Ноосфера – «разумная оболочка» Земли. В.И.Вернадский полагал, что человечество создает новую оболочку Земли, изменяя своей деятельностью состав атмосферы, рек, океанов. Академик В.И.Вернадский (1863-1945 г.г) - основоположник учения о биосфере и метода определения возраста Земли по периоду полураспада радиоактивных элементов. Он впервые раскрыл огромную роль растений, животных и микроорганизмов в перемещении химических элементов земной коры.

Ноосфера по В.И.Вернадскому – биосфера, преобразованная трудом человека и измененная научной мыслью. Биосфера, как утверждал В.И.Вернадский, должна перейти в ноосферу, т.к. познавая законы природы и развивая технику, человечество должно придавать ей черты новой, более высокой организованности. При этом человечество становится мощной силой, сравниваемой по воздействию с геологической силой.

 

• НООСФЕРА - Введено в науку Эдуард Леруа и Пьром Тейяром де Шарденом (1927):

– оболочка Земли, включающая человеческое общество с его индустрией, языком и прочими атрибутами разумной деятельности;

– «...мыслящий пласт», который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных вне биосферы и над ней

• В. И. Вернадский

– не нечто внешнее по отношению к биосфере, а новый этап в ее развитии, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы

 

155. Эволюция биосферы. Учение академика В.И. Вернадского.

«Биосфера не раз переходила в новое эволюционное состояние. Это переживаем мы и сейчас, за последние 10-20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научную мысль, создаёт в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывалую. Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу — перерабатывается научной мыслью социального человека».

В. И. Вернадский. «Научная мысль как планетное явление»

 

 

• Факторы эволюции:

– Геологические изменения

– Климатические изменения

– Изменения видового и количественного состава живых существ в процессе биологической эволюции

– Развивающееся человеческое общество

 

• Первые организмы - анаэробы, которые получали энергию путем брожения. Питание за счет опускавшихся на дно водоемов органических веществ, синтезируемых в поверхностных слоях воды абиогенным способом.

• Недостаток органических веществ создал давление отбора, приведшее к возникновению фотосинтеза.

• Прогрессивное увеличение кислорода в воде за счет жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов и его диффузия в атмосферу вызвали изменения в химическом составе оболочек Земли, и прежде всего атмосферы, что сделало возможным распространение жизни по планете и развитие более сложно организованных живых форм.

• По мере увеличения содержания кислорода в атмосфере формируется слой озона, который защищает поверхность Земли от проникновения ультрафиолетового излучения. В таких условиях жизнь смогла продвинуться к поверхности моря.

 

• Развитие механизма аэробного дыхания сделало возможным появление многоклеточных организмов.

• Благодаря способности фотосинтезирующих морских организмов продуцировать такое количество кислорода, которое превышало потребности в нем обитателей планеты того времени, стало возможным на основе возникновения в процессе эволюции организмов более высокого уровня структурно-физиологической организации. Жизнь заполнила моря и вышла на сушу. Развитие зеленых растений обеспечило образование больших количеств кислорода и органических веществ, что создавало благоприятные условия для последующей прогрессивной эволюции.

• С появлением человеческого общества в развитии биосферы намечается переход от биогенеза, обусловливаемого факторами биологической эволюции, к ноогенезу — развитию под влиянием произвольной осознанной деятельности человечества

 

• Период биогенеза – в основе биологические закономерности

– Первый этап - возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом

– Второй этап - усложнение структуры биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных организмов. Эти два этапа, осуществлявшиеся в связи с чисто биологическими закономер­ностями жизнедеятельности и развития, могут быть объединены в период биогенеза.

• Период ноогенеза

– Возникновение человеческого общества

– Разумная производственная деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу

156. Проблемы окружающей среды и их решение.

Среда – совокупность элементов, которые действуют на особь в месте ее обитания. Для современного состояния развития человеческого общества характерна интенсивная урбанизация. Наиболее выражены здесь преобразования человеком природной среды, что часто приводит к отрицательным последствиям. Промышленные и бытовые отходы загрязняют почву, воду и воздушный бассейн. Аэрозольные загрязнения воздуха приводят к повышению облачности и образованию туманов, нарушают теплообмен. Деятельность человека сказывается на изменении состава атмосферы, рек и океана. Санитарная охрана биосферы стала важнейшей проблемой всего человечества. Необходимо расширят земельные пространства, обогащать кислородом воздух, охранять животных и способствовать их размножению. Промышленные предприятия обязуются устанавливать очистные установки для сбрасываемых вод, дымоуловители. Каждое производство должно создать замкнутую систему с использованием всех отходов, чтобы вредные вещества не вводились в биологический круговорот. Добыча ископаемых, лесозаготовка учитывает баланс природных ресурсов и возможность последующего нарушения равновесия природных явлений. Несовершенные технологии в промышленном и сельскохозяйственном производстве породили проблему за­грязнения природной среды отходами, токсичными для жи­вых организмов, в том числе и для человека. Неграмотное ис­пользование химических удобрений, предназначенных для повышения урожайности сельскохозяйственных культур применение химических препаратов (пестицидов) для борьбы с сорной растительностью и вредными животными привели к загрязнению почвы и воды. Истончение озонового слоя возрастание концентрации диоксида углерода в атмосфере, которое может привести к глобальному потеплению, таянию ледников и повышению уровня Мирового океана; кислотные осадки, уничтожающие леса и водоемы, — вот некоторые негативные последствия деятельности человека в настоящее время.

Сила воздействия человека на природу в современную эпоху научно-технического прогресса столь велика, что порождает мысли о вытеснении биосферы «техносферой», т. е. средой насыщенной продуктами технической деятельности человека. Возникший экологический кризис в отношениях человека и природы может быть разрешен при условии осознания человеком себя частицей биосферы.