Функции биосферы

Периоды развития биосферы

Следы обитаемой оболочки, окружающей Землю, обнаружены в осадочных породах архейского эона (около 3,5 млрд лет назад). Археологические находки той эпохи свидетельствуют о существовании древнейших органических остатков. Зарождение многогранной жизни на Земле началось с первых представителей биомассы, которыми можно считать:

• одноклеточные водоросли;
• простейшие прокариоты.

Простейшие органические формы обрели половое размножение только к концу архея, дав начало эволюционным процессам.

Мел-палеогеновое вымирание

Для эволюции биомассы характерна временная дестабилизация в результате масштабных катастроф (вымирание динозавров).

Непрерывное возобновление биомассы сформировало видовое разнообразие. Многочисленные животные и растения способствовали расширению биогенного круговорота и формированию геологического облика планеты. В процессе развития биосферы сложился основной принцип биомассы – в бионическом круговороте задействуются только живое и биокосное вещества.

Современное состояние и прогнозируемое будущее

Появление человека не сказывалось на развитии биосферы на ранних этапах. Деятельность человеческих существ и потребляемые ими ресурсы гармонично вписывались в круговорот веществ. С наступлением периода, когда люди научились менять условия среды обитания, равновесие в биосфере нарушилось. Стремление человека приспосабливать обитаемую оболочку под свои нужды постоянно дестабилизирует экосистему.

Негативными факторами для баланса обитаемой оболочки являются:

• техногенное влияние на животный и растительный мир (вымирание растений, животных);
• чрезмерное потребление биокосных и косных веществ.

Губительный подход человечества к экологии и условиям потребления ресурсов ведет к разрушению среды обитания жизненных форм. Биосфера не успевает восстанавливать компоненты, необходимые для поддержания жизненных процессов. Положение усугубляют загрязнение атмосферы, парниковые газы.

Биосферные заповедники

Группа конгони в саванне заповедника Мореми в Африке, Ботсвана

Сохранение биосферы – одна из важнейших экологических задач человечества. С этой целью в различных уголках планеты создаются резерваты глобальной экосферы – особо охраняемые природные зоны. Биосферные заповедники призваны решать следующие проблемы:

• сохранение уникальных растений и животного генофонда при согласованном потреблении ресурсов;
• мониторинг среды, изучение собранных данных.

Заповедные территории создаются под эгидой ЮНЕСКО. В список всемирного охраняемого наследия внесен 701 заповедник в 124 странах мира.

Загрязнение биосферы электромагнитными полями

К естественному электромагнитному полю Земли (МПЗ) добавляются другие излучения. Деформация естественного МПЗ – фактор экологической значимости. Источники антропогенных полей:

• электризующиеся предметы;
• магниты;
• энергетические магистрали;
• электрооборудование;
• трансформаторные станции;
• электромагнитные установки;
• электропроводка;
• бытовые и промышленные электроприборы, оборудование.

Электростатическое поле влияет на сердечно-сосудистую систему млекопитающих, органы чувств, половую систему. Степень воздействия зависит от напряженности излучения. Доказано влияние магнитных загрязнений на биосферу.

Экологические последствия загрязнения биосферы и бесхозяйственной деятельности людей

Изменения экосистемы под влиянием человека носят необратимый характер. Основные факторы влияния на состояние планеты:

Парниковый эффект. Постоянные метеорологические наблюдения доказывают изменение климата. Средняя температура воздуха постоянно повышается. Эксперты связывают это с увеличением концентрации углекислого газа, задерживающим тепловое излучение. Ожидается:

1. изменение круговорота воды в природе – увеличение числа осадков, это приведет к интенсивному естественному загрязнению;
2. нарушение климатического цикла повлияют на флору, приведут к изменениям фауны;
3. повышение уровня мирового океана;
4. изменение подводных течений приведет к структурным температурным аномалиям, это грозит землетрясениями, цунами.

• Истощение озонового слоя. Избыточный ультрафиолет приведет к гибели многих видов животных, растений.
• Кислотные осадки. Вызваны накоплением в атмосфере сернистых, азотистых соединений. Они пагубно влияют на растительный мир.
• Массовое уничтожение лесов, генерирующих кислород.
• Разрушение подводной экосистемы.
• Чрезмерное скапливание отходов.

Твердая оболочка Земли: литосфера

Это внешняя твердая сфера земного шара, заканчивается там, где минералы становятся вязкими или жидкими. Включает в себя земную кору со всеми горными рельефами, равнинами и океаническим дном. Потому условно делиться на континентальную и океаническую.

Условно данная сфера состоит из коры и части мантии, до астеносферы. Что до состава литосферы, то существует два слоя:

1. Верхний слой, состоит из гранита и осадочных пород. На той, части, которая принадлежит суше, литосфера покрыта тонким слоем плодородной почвы
2. Нижний слой, состоит из твердых базальтовых пород

Основа литосферы – это тектонические плиты, они не скреплены между собой, а больше похожи на кусочки пазлов, которые хоть и подходят друг к другу, но все являются отдельными элементами. Плиты постоянно находятся в движении, хоть и замедленном, что приводит к ряду процессов, которые неизбежно происходят из-за такой активности.

Процессы, которые происходят с литосферой:

• Тектонические. Сдвиги тектонических плит, являются причиной землетрясений
• Вулканические. Явление, при котором магма в виде лавы прорывается на поверхность, разрушая все на своем пути. Этот процесс не только разрушает, но созидает, лава формирует новый ландшафт
• Существует также ряд процессов, который происходит из-за влияния сил земного притяжения – сели, обвалы, осыпи, оползни. Некоторые из них также могут являться следствием воздействия человека.

Каждая область земного шара имеет свои особенности тектонических процессов. Это объясняется тем, что некоторые тектонические плиты активны чуть больше, чем другие. Например, острова Гавайского архипелага, Индонезии – самая активная вулканическая зона на планете, потому что там постоянно происходят активные тектонические процессы, плиты там нестабильны. В то время как другие области Земли так же наполнены вулканами, но они менее активны или находятся в спячке.

Оболочки Земли: атмосфера

Атмосфера является внешней оболочкой. В ее состав вошли разные газы:

• азот – 78,08%;
• кислород – 20,95%;
• аргон – 0,93%;
• углекислый газ – 0,03%.

Помимо них встречаются озон, гелий, водород, инертные газы, но их доля в общем объеме составляет не более 0,01%. В состав этой оболочки Земли также входит пыль и водяной пар.

Атмосфера, в свою очередь, делится на 5 слоев:

• тропосфера – высота от 8 до 12 км, характерно присутствие водяного пара, формирование осадков, движение воздушных масс;
• стратосфера – 8-55 км, содержит озоновый слой, поглощающий УФ-излучение;
• мезосфера – 55-80 км, низкая по сравнению с нижней тропосферой плотность воздуха;
• ионосфера – 80-1000 км, в состав входят ионизированные атомы кислорода, свободные электроны и другие заряженные молекулы газов;
• верхняя атмосфера (сфера рассеяния) – более 1000 км, молекулы двигаются с огромными скоростями и могут проникать в космос.

Атмосфера поддерживает жизнь на планете, поскольку она способствует сохранению тепла на Земле. Также она не допускает проникновения прямых солнечных лучей. А ее осадки повлияли на почвообразовательный процесс и формирование климата.

Загрязнение биосферы в результате сельскохозяйственной деятельности

Последние исследования доказали, что промышленное производство продуктов питания – источник загрязнения. Доказан парниковый эффект животноводческих комплексов. Химические вещества для защиты растений снижают популяции птиц, грызунов. Наибольшую опасность представляют пестициды. На втором месте по вредности находятся удобрения.

Вредные вещества, завозимые на поля, с наземными водами попадают в водоемы, загрязняя их. Причиной 40% случаев массового мора рыбы стал дуст (ДДТ). При повышении концентрации химикатов до 200 г/га погибает более 80% фауны в окружающих водоемах.

В результате отравлений у млекопитающих снижается функция воспроизведения. Период разложения пестицидов в среднем 15 лет. Они вместе с овощами, зеленью попадают в корм животных. Под химическим воздействием мутируют насекомые, приспосабливаясь к изменениям в среде обитания.

Жидкие аммиачные стоки, навоз – источник вторичных энергоресурсов. При повышенной концентрации в почве отходы животноводства вызывают гибель растений, отравляют грунтовые воды.

Состав биосферы

Биосфера считается самой глобальной экосистемой нашей планеты. Она состоит из нескольких сфер. К ней относится гидросфера, то есть все водные ресурсы и водоемы Земли. Это Мировой океан, подземные и поверхностные воды. Вода – это и жизненное пространство многих живых существ, и необходимое вещество для жизни. Она обеспечивает протекание многих процессов.

В составе биосферы есть атмосфера. В ней существуют различные организмы, а сама она насыщенна различными газами. Особую ценность представляет кислород, необходимый для жизни всем организмам. Также атмосфера играет важнейшую роль в круговороте воды в природе, влияет на погоду и климат.

Литосфера, а именно верхний слой земной коры, входит в биосферу. Он населен живыми организмами. Так, в толще Земли обитают насекомые, грызуны и другие животные, произрастают растения, а на поверхности живут люди.

Мир флоры и фауны – это важнейшие обитатели биосферы. Они занимают огромное пространство не только на земле, но и неглубоко в недрах, населяют водоемы и встречаются в атмосфере. Формы растений различны: от мхов, лишайников и трав до кустарников и деревьев. Что касается животных, то наименьшие представители – одноклеточные микробы и бактерии, а наибольшие – наземные и морские существа (слоны, медведи, носороги, киты). Все они отличаются широким разнообразием, и каждый вид важен для нашей планеты.

Взаимосвязь и взаимодействие разных оболочек Земли

Все сферы земного шара, так или иначе, контактируют, взаимодействуют между собой. Внутренние оболочки, например, постоянно находятся в движении. Когда интенсивность этого движения слишком высока, то эта энергия начинает влиять на литосферу в виде землетрясений, вулканов, которые в свою очередь могут влиять на атмосферу, гидросферу и биосферу.

Глобальным примером влияния литосферы на другие оболочки можно назвать извержение вулкана Тоба 75 тысяч лет назад. Эта катастрофа практически уничтожил человечество. На время изменила климатические условия в виде ядерной зимы. Такие происшествия крайне редки, в основном же оболочки взаимодействую друг с другом постоянно, не нанося вред, а поддерживая существование.

Такой связью можно назвать круговороты воды, жизни, кислорода. Во всех этих процессах, так или иначе, участвуют несколько географических сфер. Что бы наглядно продемонстрировать взаимосвязь, стоит воспользоваться таблицей:

Планета земля многогранна, состоит из множества составляющих, которые работают как одна слаженная система, единый организм.

«Биосфера. Ареал. Почва»

Биосфера – область активной жизни организмов, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биохимическими процессами перераспределения вещества и энергии. Границы ее понимаются различно, в зависимости от подхода к ее изучению.

Наиболее полно значение этой оболочки выявлено в учении о биосфере, созданном В. И. Вернадским. Биосфера включает в себя не только область приповерхностного сосредоточения современной жизни, но и части других геосфер, в которые проникает живое вещество и которые преобразованы в результате его деятельности. Таким образом, биосфера объединяет не только живые организмы, но и всю среду их современного и былого обитания. По В. И. Вернадскому, эта «сфера жизни» объединена биогенной миграцией атомов. Живое вещество реально проявляется в виде отдельных (дискретных) живых организмов, различающихся составом, строением, образом жизни и принадлежащих к различным видам.

Функции биосферы:

• газовая — выделение кислорода, поглощение углекислого газа; восстановление азота;
• концентрационная — накопление организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде;
• окислительно-восстановительная — окисление и восстановление веществ в ходе фотосинтеза и энергетического обмена;
• биохимическая — реализуется в процессе обмена веществ;
• энергетическая — связана с использованием и преобразованием энергии.

Ареал и биомасса.

На Земле существует (по разным данным) от 1,2 до 2 млн. видов животных и растений. Из них на долю растений приходится примерно 1/3 общего числа видов. Из животных по числу первое место занимают насекомые (около 750 000), второе — моллюски (по разным данным, от 40 000 до 100 000), затем идут позвоночные (60 000—70 000 видов). Из растений на первом месте — покрытосеменные (по разным данным, от 150 000 до 300 000 видов), затем грибы (от 70 000 до 100 000 видов).

Числом видов растений и животных измеряется богатство флоры и фауны. Однако обилие видов еще не означает обилия особей, так же как и бедность флоры и фауны видами может сопровождаться чрезвычайным обилием особей. Поэтому для характеристики растительности и животного мира, в отличие от флоры и фауны, пользуются понятиями биомассы (общей массы организмов) и биологической продуктивности — способности организмов к воспроизводству биомассы в единицу времени (на единицу площади или объема местообитания). По биомассе организмы распределяются иначе, чем по числу видов: биомасса растений на суше значительно больше, чем животных.

Почва

Почва – особое природное образование, верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Возникает в результате преобразования коры выветривания под воздействием воды, воздуха и организмов. На формирование почвы влияют многие факторы:

• свойства материнской породы, которые определяют физические свойства почвы и изначальное содержание в ней элементов питания;
• климат влияет на ход выветривания горных пород, на интенсивность процессов почвообразования, характер растительности и животного мира;
• растительность определяет количество и состав растительного опада, который потом превращается в гумус; одновременно она извлекает питательные элементы из почвы, рыхлит ее;
• животные и микроорганизмы влияют на разложение опада и формирование гумуса, рыхлят почву.

Мелиорация почв, вырубка лесов, внесение удобрений, производимые человеком, также играют определенную роль в почвообразовании.

Конспект урока «Биосфера. Ареал. Почва». Следующая тема: «»

Биосфера и ее границы

Биосфера — это оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются прошлой и современной деятельностью живых организмов.

■ Термин «биосфера» ввел Э. Зюсс (Австрия, 1875 г.), учение о биосфере было создано В.И. Вернадским (Россия, 1926 г.).

■ Биосфера — наиболее крупная экосистема, объединяющая все биогеоценозы планеты и осуществляющая глобальный круговорот веществ.

Компоненты биосферы: живое вещество (см. ниже), биогенное вещество, биокосное вещество, косное вещество, радиоактивное вещество, космогенное вещество.

Биогенное вещество — соединения и полезные ископаемые, создаваемые и перерабатываемые живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (нефть, газ, уголь, известняк и др.).

Биокосное вещество — вещество, образующееся в результате совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва, грунт водоемов).

Косное вещество — соединения, образующиеся без участия живых организмов (горные породы, минералы и др.).

Радиоактивное вещество — радиоактивные руды и конечные продукты их распада.

Космогенное вещество — метеориты, космическая пыль.

Область жизни определяется наличием условий, необходимых для существования тех или иных живых организмов.

Жизнь на Земле распространена в трех геологических оболочках — атмосфере, гидросфере и литосфере. Эти оболочки объединены в единую целостную систему посредством непрерывного обмена друг с другом веществом и энергией, обусловленного не только абиогенными процессами, но и деятельностью живых организмов.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли. Плотность воздуха быстро уменьшается с высотой: 75% массы атмосферы сосредоточено в слое ниже 10 км, 90% — ниже 15 км, 99% — ниже 30 км. Сухой воздух состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%) и примесей других газов.

Тропосфера — нижний слой атмосферы высотой от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в экваториальной зоне. Выше тропосферы расположена стратосфера.

Озоновый слой — область с повышенным содержанием озона О₃ — находится в стратосфере на высотах 15-25 км. Он поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца.

Водяной пар, присутствующий в атмосфере, участвует в природном круговороте воды;

■ конденсируясь, он выпадает в виде дождей, обеспечивая влажностный режим земных территорий;

■ вместе с СО₂ он вносит главный вклад в парниковый эффект: удерживает отраженные от поверхности планеты длинноволновые тепловые лучи, благодаря чему нижние слои атмосферы оказываются теплыми.

Гидросфера — это водная оболочка Земли, образованная водами ее океанов, морей, озер, рек, подземных и ледяных покровов.

■ Средняя глубина Мирового океана — 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) — 11,034 км. 97% массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2% — воды ледников, 0,8% — подземные, озерные и речные пресные воды.

Литосфера — внешняя твердая оболочка (кора) планеты. Состоит из трех слоев: верхнего — слоя осадочных пород, среднего -гранитного и нижнего, наиболее плотного — базальтового.

Границы биосферы проходят там, где начинают преобладать природные факторы, делающие существование живых организмов невозможным.

Верхняя граница биосферы определяется высокой интенсивностью ультрафиолетового солнечного излучения, низкой температурой среды, дефицитом кислорода и воды и проходит в атмосфере на высоте 25-27 км (у нижней границы озонового слоя).

■ Отдельные споры бактерий и грибов найдены в тропосфере на высоте до 40 км.

Нижняя граница биосферы в литосфере для большинства форм жизни определяется высокой плотностью, прочностью и высокой сопротивляемостью среды, отсутствием света, недостатком кислорода и проходит на глубине нескольких десятков метров.

■ Неактивные формы жизни (споры, цисты) и нефтебактерии зарегистрированы на глубинах до 4 км. Эта граница, помимо перечисленных выше факторов, определяется также высокими давлением и температурой горных пород и подземных вод (на глубине 3 км температура около +100 °С).

В гидросфере жизнь простирается на всю глубину Мирового океана. Здесь ограничивающими факторами являются давление толщи воды и отсутствие света (температура воды на дне океанических впадин — около 0 °С).

■ По В.И. Вернадскому, нижняя граница биосферы проходит на 1-2 км глубже дна Мирового океана, в постепенно накапливающейся в океане толще осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых организмов.

Круговорот воды и кислорода

Круговорот воды

Вода испаряется с поверхности водоемов (океанов, морей и т.д.) и суши и воздушными течениями переносится на различные расстояния. Большая часть испарившейся воды выпадает в виде осадков в океан, меньшая — на сушу. Выпавшая на поверхность суши вода способствует разрушению горных пород, размывает верхний слой почвы и возвращается вместе с растворенными и взвешенными в ней веществами в реки, моря и океаны.

Растения извлекают воду из почвы и испаряют ее в атмосферу. Масса испаряемой при этом воды может быть весьма значительна (гектар леса испаряет 20-50 т воды в сутки), и в крупных лесных зонах основное количество осадков образуется из водяного пара, поступающего в атмосферу благодаря суммарному испарению с этих же зон.

Растительный покров также удерживает воду путем замедления ее стока, поддерживает постоянным уровень грунтовых вод и др.

Часть воды в процессе фотосинтеза расщепляется на водород и кислород. Водород используется для синтеза органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу.

Животные потребляют воду для поддержания осмотического давления и выделяют ее с продуктами диссимиляции.

Вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте примерно за 2 млн. лет.

Круговорот кислорода

Практически весь атмосферный кислород имеет биогенное происхождение. Свободный кислород используется аэробными организмами при дыхании для окисления органических соединений. Один из конечных продуктов окисления — диоксид углерода, поступающий в атмосферу. Пополнение содержания кислорода в атмосфере происходит при разложении воды в процессе фотосинтеза. Весь кислород атмосферы проходит через организмы примерно за 2000 лет.

Понятие биосферы и ее сущность

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем; глобальная экосистема Земли.

Биосфера отличается от других оболочек планеты тем, что не имеет конкретного ограничения. К примеру, возникновение других непрерывных слоев можно охарактеризовать следующим образом:

1. Литосфера в виде земной и океанической коры идет вначале.
2. Затем наблюдается гидросфера со всеми водными объектами.
3. Далее следует атмосфера, которая является воздушной оболочкой и переходит в космос.

Биосферу сложно представить в виде конкретного слоя из-за равномерного глобального распределения живых организмов по всей поверхности планеты в среде обитания, охватывающей все три стихии. Сущность биосферы можно понять по исследованиям самых древних фактов из истории Земли, однако данная оболочка является наиболее молодой из всех. Зарождение и поддержание жизни на Земле отмечено относительно недавно, около 3,8 миллиардов лет назад, что является несущественным сроком в масштабе возраста и динамического развития всей планеты. Имеется два определения биосферы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

1. Биосфера в виде совокупности всей органики на планете. Данная формулировка является основой современного определения оболочки.
2. Согласно В.И. Вернадскому, биосфера является целостностью, неразрывным единством и взаимодействием живой и неживой природы в их широком смысле.

Примечание

Основной характеристикой биосферы является органическая составляющая. В этом заключается ее отличие от строения других оболочек планеты.

Происхождение термина 

Концепция живой оболочки была сформирована в XIX столетии. Краткая характеристика биосферы была дана Жан Батистом Ламарком. В это время еще не появился официальный термин.

Впервые понятие биосферы было введено в 1875 году австрийским палеонтологом и геологом Эдуардом Зюссом. Данное определение используют и в современной науке.

Большое значение в исследовании живой оболочки имеют научные труды советского философа и биогеохимика В.И. Вернадского. Ученый известен, как создатель целостного учения о биосфере, в которой роль мощнейшей силы, непрерывно преобразовывающей планету, играли живые организмы.

Какие функции выполняет

Ключевые функции биосферы:

1. Энергетическая. Данный функционал возложен на растения, которые существуют, благодаря фотосинтезу. Перерабатывая энергию солнца, растительные организмы распределяют ее между другими элементами биосферы, либо накапливают ее в отмершей органике. Таким образом, образуются залежи горючих полезных ископаемых в виде угля, торфа, нефти.
2. Газовая. Живые организмы являются участниками непрерывного газового обмена.
3. Концентрационная. Определенные формы жизни способны выборочно создавать запасы биогенных элементов из внешней среды. В дальнейшем они могут использоваться, как источник этих веществ.
4. Деструктивная. Окружающая среда постоянно подвергается воздействию живых организмов. Ее поверхность разлагается и перерабатывается. Таким образом, происходит формирование косного и биокосного вещества.
5. Средообразующая. Биосфера стабилизирует баланс между благоприятными и неблагоприятными условиями среды, благодаря которым поддерживается полноценная жизнедеятельность организмов.