Главная>
Мониторинг среды>
Об экологии>
Что такое биосфера?
Что такое биосфера?
Если взглянуть на нашу планету из Космоса, то биосфера представится нам как тонкая живая наружная оболочка, покрывающая каменное «тело» Земли, распространяющаяся также на водную среду и верхние слои атмосферы.
Советским биогеохимиком В.И. Вернадским в 20 годах 20 столетия было разработано общее научное учение о биосфере.
В контексте понятия «биосфера» возникают вопросы:
- Чем же особенным отличаются живые организмы от остальных природных тел?
Основной отличительной особенностью живого вещества в целом является способ использования энергии. Живые существа являются уникальными природными объектами, способными улавливать энергию, приходящую из Космоса, преимущественно в виде солнечного света, удерживать ее в виде энергии сложных органических соединений (биомассы), передавать друг другу, трансформировать в механическую, электрическую, тепловую и другие виды . Неживые тела преимущественно рассеивают энергию. Например, камень, под действием солнечного света нагревается и только, он не может двигаться или увеличивать свою массу.
- Почему живые организмы выделяются в особую оболочку – биосферу?
Для существования жизни необходим внешний источник энергии, например энергия Солнца.
Таки образом, биосфера является сложной физико-химической системой, получающей энергию извне, преобразующей ее часть в работу, а остальную – рассеивающей в виде тепла. Так, например, только 52% энергии Солнца из верхних слоев стратосферы достигает поверхности Земли, из них только 1% улавливается растениями и превращается в живое вещество биосферы, а остальная энергия тратится на испарение, нагревание и другие физические процессы.
Живое вещество биосферы проникнуто энергией, благодаря ей оно становится активным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме солнечного света энергию, превращает ее в земной коре в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере, создании из них новых тел, благодаря чему значительная часть атомов, составляющих материю земной поверхности, находится в непрерывном круговороте. Все почвы и минералы верхних слоев земной поверхности: черноземы, глины, известняки, месторождения руд, углей, нефти образовались и продолжают создаваться только под действием жизни. Химический состав природных вод в значительной степени сформирован живыми организмами, состав атмосферы земли в ее основных газах – кислороде, азоте и углекислоте – есть создание жизни.
Пределы биосферы обусловлены границами физических условий существования живых организмов. Согласно современным представлениям, существование жизни ограничивается диапазоном температур от минус 250°С до плюс 160°С, давлением от 0,001 атм. до 3000 атм. Нижняя граница жизни в водной среде условно проходит на глубине 10 км, в земной коре – на глубине до 2 км. В атмосфере верхняя граница распространения жизни обусловлена слоем озона, который предохраняет живую материю от ультрафиолетового излучения солнца и расположен на высоте около 345 км над уровнем моря.
- Каков химический состав живого вещества?
Живые существа, в отличии от машин, создаваемых человеком, в которых используются принципы перепада давлений, разности температур и др., являются скорее химическими машинами, в которых химическая энергия непосредственно преобразуется в другие виды энергии.
Около 98% общей массы составляют кислород (70%), углерод (18%), водород (10%). Большая часть кислорода и водорода, присутствующих в организмах, входит в состав воды, которая является растворителем и средой для протекания биохимических реакций. Кислород, углерод и водород являются основными биогенными элементами.
Десять других элементов вместе составляют лишь 1,5% - это азот, натрий, магний, кремний, фосфор, сера, калий, кальций, железо, хлор. Эти элементы выполняют различные биологические функции. Например, азот и сера входят в состав белков, кальций и кремний – формируют скелет и кости высших животных, защитный покров у насекомых, фосфор играет важную роль в биоэнергетике.
Менее 0,01% составляют в организме микроэлементы: марганец, кобальт, медь, железо, цинк. Эти металлы участвуют в процессах синтеза и разрушения органических веществ в составе высокоэффективных ферментов-катализаторов.
Что такое катализаторы? Это вещества, ускоряющие ход течения химических реакций, при этом само вещество-катализатор остается неизменным. Поскольку катализаторы не расходуются вы ходе реакции, содержание микроэлементов в организмах мало.
Для живых организмов характерна избирательность поглощения элементов из окружающей среды, необходимых для жизнедеятельности. Недостаток или недоступность того или иного элемента в окружающей среде является одной из важнейших причин, ограничивающих рост и размножение живых организмов.
Несоответствие между наличием и доступностью химических элементов в земной коре с одной стороны, и потребностями живых организмов с другой, породило в биосфере проблему дефицита некоторых элементов и привело к ограничению количества живого вещества на Земле. Единственным выходом из этого положения оказалось использование элементов по типу круговоротов, когда элемент, пройдя целый ряд биологических и химических превращений, возвращается в состав того же самого химического соединения, в котором он находился в начальный момент. В настоящее время биогенные элементы земной коры охвачены глобальными и локальными круговоротами, причем движущей силой в функционировании круговоротов являются сами живые организмы.
Глобальные круговороты жизненно важных (биогенных) элементов распадаются в биосфере на множество мелких круговоротов, приуроченных к локальным местам обитания различных биологических сообществ, образующих как бы «кванты» биосферы.
Функциональные системы, включающие в себя сообщества живых организмов и среду обитания, осуществляющие более или менее замкнутый круговорот биогенных элементов, называются экологическими системами.
Экосистемы могут быть наземными или водными, например, экосистема луга, пруда, леса.
В природе растения улавливают 1-2% поглощенного света. Эффективность усвоения пищи у растительноядных животных соответствует питательным свойствам их пищи, достигая 80% при поедании семян, 30-60% при поедании травы и листьев и около 10% при поедании древесины. Эффективность усвоения у хищников составляет 60-90% потребленной пищи.
Из усвоенной энергии растения около 30-85% расходуют на создание биомассы, остальная часть тратится на дыхание. Холоднокровные животные, особенно водные, могут тратить до 75% энергии на рост и размножение, что приближается к максимальной биохимической эффективности, а вот теплокровные имеют низкое производство массы: у птиц и крупных млекопитающих – менее 1%, у мелких – до 6%.
В результате, на верхние уровни пищевых цепочек переходят всего тысячные доли процента от энергии зеленых растений, пропорционально снижается и биомасса хищников.
Таким образом, основные принципы естественного устройства биосферы можно кратко изложить в следующих тезисах:
- биосфера использует внешние источники энергии (солнечный свет и энергию радиоактивного разогрева земных недр). Это позволяет упорядочивать структуру биосферы, усложнять ее организацию, эффективно использовать свободную энергию, не вызывая загрязнения окружающей среды. Постоянный приток определенного количества энергии, ее использование и рассеяние в виде тепла создало эволюционно сложившийся тепловой баланс в биосфере.
- биосфера использует вещество, в основном, в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению вредных отходов. В биосфере преимущественно используются легкие (биогенные) элементы.
- в биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между видами способствуют установлению равновесия между отдельными видами, при этом практически отсутствуют доминирующие виды с чрезмерной численностью, что обеспечивает защиту биосферы от чрезмерной опасности со стороны внутренних факторов.
Человек издавна рассматривал окружающую среду в основном как источник ресурсов. Стремясь достигнуть независимости от природы, улучшить условия жизни, человек наращивает темпы материального производства. При этом большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, что ставит под угрозу существование как биосферы, так и человека.
Рост хозяйственной деятельности человека приобретает такие масштабы, когда нарушаются основные принципы естественного устройства биосферы: энергетический баланс, сложившийся круговорот веществ, сокращение многообразия видов и биологических сообществ.
Это есть основные причины экологического кризиса.
«назад» |
