Основные свойства биосферы.
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
Для проведения лекционного занятия
по дисциплине «Экология»
для курсантов 2 курса по специальности 280705.65 –
«Пожарная безопасность»
ТЕМА 2
ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
ЗАНЯТИЕ 2.3
УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
Обсуждена на заседании ПМК
протокол №__ от «___»________2015 г.
Владивосток
I. Цели и задачи
1. Сформировать у обучающихся представление о биосфере, ознакомить с учением В.И. Вернадского о биосфере, с функциями и свойствами живого вещества.
2. Формировать у обучающихся знания и способности по теме занятия для решения вопросов обеспечения экологической безопасности.
3. Воспитывать чувство ответственности и грамотный подход в решении вопросов экологической безопасности.
II. Расчет учебного времени
| № п/п | Учебные вопросы | Время, минут |
| 1. | ВВОДНАЯ ЧАСТЬ:Принять доклад о готовности группы к занятию,проверить наличие обучающихся, внешний вид, готовность к занятию. Объявить тему, цели и учебные вопросы занятия. Подчеркнуть актуальность и значимость темы для дальнейшей практической деятельности обучающихся. | |
| 2. | ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Учебные вопросы: | |
| 1. Биосфера – глобальная экосистема Земли. | ||
| 2. Учение В.И. Вернадского о биосфере. | ||
| 3. Живое вещество. | ||
| 3. | ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ:Напомнить тему, цели занятия, ответить на поставленные вопросы, дать задание на самостоятельную работу, объявить о характере последующих занятий по данной теме. | |
| Итого |
III. Литература
Основная:
1. Коробкин В.И., Предельский Л.В. Экология : учебник для вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Предельский. – Ростов н/Д. : Феникс, 2011. – 608 с.
2. Хотунцев, Ю. Л. Экология и экологическая безопасность : учебное пособие для вузов по специальности 033300 «Безопасность жизнедеятельности» / Ю. Л. Хотунцев. – 2-е изд., перераб. – М : Academia, 2004. – 478 с.
Дополнительная:
1. Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / А.К. Бродский. – М. : Издательский центр «Академия», 2009. – 256 с.
IV. Учебно-материальное обеспечение
1. Технические средства обучения: мультимедийная техника (интерактивная доска).
2. Презентация (слайды) по теме.
Место проведения: лекционный зал.
Время: 2 часа.
V. Текст лекции
1. Биосфера – глобальная экосистема Земли
Совокупность всех экосистем, имеющихся в пределах трех геосфер (атмосферы, гидросферы и литосферы), с которыми находятся во взаимодействии живые организмы, образует самую крупную экосистему Земли — биосферу. Изучение биосферы, в которой все живые организмы тесно связаны между собой и со своим окружением, состоящим из элементов неживой природы (воды, воздуха, почвы, света, температуры и др.) — задача сложнейшего раздела экологии — глобальной экологии.
В состав биосферы, кромеживых организмов(растения, животные и микроорганизмы), входят биогенное вещество(продукты жизнедеятельности живых организмов — каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество(продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами — почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества) и, наконец, косное вещество,в образовании которого живые организмы не участвуют (горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты). Следовательно, биосфера — это та область Земли, которая охвачена или была охвачена влиянием живого вещества. Ее рассматривают как наиболее крупную, глобальную экосистему, поддерживающую планетарный круговорот веществ.
Термин "биосфера " в научную литературу ввел в 1875 г. австрийский ученый-геолог Эдуард Зюсс, понимая под ним все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.
В настоящее времяпод«биосферой»понимаетсяобласть существования живого вещества, оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба, самая крупная экосистема Земли - область системного взаимодействия живого и неживого вещества на планете.
Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой,илинеобиосферой,а древние биосферы относят к палеобиосферам,илибылым биосферам.В качестве примеров последних можно назвать безжизненные скопления органических веществ (залежи каменных углей, нефти, горючих сланцев и т.п.) или запасы других соединений, образовавшихся при участии живых организмов (известь, мел, соединения кремния, рудные образования и т.п.).
Строение биосферы.
Современная биосфера наряду с живым веществом включает в себя полностью гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы.
Гидросфера. Эта геосфера представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, подземных вод и ледников. Она образует прерывистую водную оболочку Земли, занимающую более 70% ее поверхности. Масса гидросферы распределена крайне неравномерно: 98,3% ее составляет Мировой океан, 1,6% связана в материковых льдах и лишь 0,1% приходится на воды материков.
Мировой океан, являющийся основной частью гидросферы, служит средой обитания огромного количества самых разнообразных представителей растительного и животного мира и мира микроорганизмов. Все морские организмы делят на три большие группы: планктон, нектон и бентос. Планктон (от греч. путешествующий) – самая большая по числу видов группа организмов, включающая в себя растения и животных, не способных самостоятельно передвигаться, «парящих» в толще воды и перемещаемых течениями. Планктон подразделяют на фито- и зоопланктон. Основная масса фитопланктона сосредоточена в поверхностном (50–80-метровом ) слое воды океанов, где достаточно для фотосинтеза солнечного света. К нектону (от греч. плавающий) относятся животные, способные самостоятельно передвигаться в воде (рыбы, водные млекопитающиеся, кальмары и др.). Организмы, прикрепленные ко дну водоемов, ползающие по нему и зарывающиеся в него, относят к бентосу ( от греч. глубинный), который подразделяется на фитобентос (разнообразные многоклеточные водоросли) и зообентос (губки, черви, моллюски и другие беспозвоночные).
Масса живого вещества в гидросфере распределена крайне неравномерно. Наибольшую биомассу имеет фитопланктон, области концентрации которого занимают около 10% площади Мирового океана и в основном расположены на шельфах. Так как для большинства представителей нектона и зообентоса фитопланктон является основным или единственным источником пищи, распределение областей их концентрации приурочено к ареалам фитопланктона.
Литосфера. В современном понимании литосфера (от греч. литос – камень) – верхняя твердая оболочка Земли, толщина которой колеблется в пределах 50–200 км. Верхняя часть литосферы образует земную кору, а нижняя – верхнюю часть мантии Земли. Земная кора, представляющая собой, в отличие от гидросферы, сплошную оболочку планеты, состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового. Осадочный слой в основном сложен осадочными породами (глинами, песчаниками, известняками, доломитами, гипсами и др.), образовавшимися на поверхности Земли в основном в результате отложения продуктов выветривания и разрушения более древних пород, химического и механического выпадения осадка из воды, а также продуктов жизнедеятельности организмов. Мощность осадочного слоя крайне изменчива: в одних местах он отсутствует, в других – достигает толщины 20–25 км. Общий объем этого слоя составляет около 10% от объема всей земной коры, причем основная часть слагающих его пород приходится на материки и шельфы океанов.
Нижняя граница биосферы проходит в самой верхней части земной коры. Отчетливое распространение жизни отмечается здесь лишь до глубины в несколько десятков метров, однако с подземными водами микроорганизмы распространяются до глубин 2–3 км, хотя известны случаи обнаружения микроорганизмов в нефтяных водах и нефти, добытых при бурении скважин с глубин более 4 км.
С точки зрения концентрации живого вещества биосферы особый интерес представляет почвенный слой, толщина которого в различных ландшафтных и климатических зонах изменяется в широких пределах (от нескольких сантиметров до 1–1,5 м). Практически вся растительность суши, а следовательно, и весь ее животный мир связаны с почвой как необходимым источником пищи. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечить необходимые условия для жизни растений. Большое значение в плодородии почв играет гумус, состоящий преимущественно из продуктов биохимического разложения отмерших остатков организмов. Почва является местом обитания огромного количества микроорганизмов, водорослей, простейших, насекомых, червей и других беспозвоночных животных и большого количества позвоночных животных.
Атмосфера. Третья геосфера Земли, с которой связана биосфера – это атмосфера, представляющая собой газовую оболочку Земли, состоящую из азота (78,08% объема), кислорода (20,95%), аргона (0,93%) и углекислого газа (0,03%). На долю остальных газов приходится около 0,01% общего объема атмосферы. С удалением от поверхности Земли плотность атмосферы постепенно уменьшается до высоты около 3 тыс. км, где ее плотность становится равной плотности межпланетного пространства. Обычно атмосферу представляют в виде совокупности слоев – тропосферы, стратосферы и ионосферы. Тропосфера, заключающая в себе около 80% массы всей атмосферы и практически весь водяной пар, простирается до высоты приблизительно 9 км (на полюсах) – 17 км ( на экваторе). В нижней части стратосферы, простирающейся от верхней границы тропосферы до высоты около 50 км, располагается озоновый слой, для которого характерно повышенное содержание озона. Концентрация озона на высотах расположения озонового слоя 15–26 км более чем в 100 раз превышает его концентрацию у поверхности Земли.
В качестве верхней границы биосферы принимается нижняя граница озонового слоя, почти полностью поглощающего губительные для всего живого ультрафиолетовые лучи. Вот почему часто озоновый слой называют “озоновым щитом”, защищающим жизнь на Земле. Здесь будет нелишним заметить, что включение в биосферу нижней атмосферы является несколько условным, так как нахождение организмов в ней на значительных высотах над земной поверхностью в большинстве случаев может быть временным, а истинной средой обитания их служит гидросфера, верхняя часть земной коры и тонкий слой приземной атмосферы.
Основные свойства биосферы.
Биосфера — система с прямыми и обратными (отрицательными и положительными) связями, которые в конечном счете обеспечивают механизмы ее функционирования и устойчивости.
Биосфера — централизованная система.Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство всесторонне раскрыто В. И. Вернадским, но, к сожалению, часто недооценивается человеком и в настоящее время: в центр биосферы или ее звеньев ставится только один вид — человек (антропоцентризм).
Биосфера — открытая система.Ее существование немыслимо без поступления энергии извне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности. Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые организмы (гелиобиология) разработаны А. Л. Чижевским (1897— 1964), который показал, что многие явления на Земле и в биосфере тесно связаны с активностью Солнца. Все больше накапливается данных, свидетельствующих, что резкое увеличение численности отдельных видов или популяций ("волны жизни") — результат изменения солнечной активности. Высказываются мнения, что солнечная активность оказывает воздействие на многие геологические процессы (катаклизмы, катастрофы), а также на социальную активность человеческого общества или отдельных его этносов.
В частности, есть сторонники той точки зрения, что серия аномальных явлений, имевших место, например, в 1989 году, связана с высокой солнечной активностью. За ней на протяжении только 1,5—2 месяцев наблюдались такие аномальные явления, как землетрясение на острове Итуруп, авария на продуктопроводе в районе Челябинска, гибель атомной подводной лодки "Комсомолец", события в Тбилиси, активизация военных действий в Нагорном Карабахе и др.
Биосфера — саморегулирующаяся система,для которой, как отмечал В. И. Вернадский, характерна организованность.В настоящее время это свойство называют гомеостазом,понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями, рассмотренными выше. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам, но справлялась с ними (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т.п.) благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа, который в настоящее время носит название Ле Шателье—Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.
Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушаются многие механизмы гомеостаза и принцип Ле Шателье—Брауна, если не в планетарном, то в крупных региональных планах. Их следствие — региональные кризисы. В стадию глобального кризиса биосфера, к счастью, еще, по-видимому, не вступила. Но отдельные крупные возмущения она уже гасить не в силах. Результатом этого является либо распад экосистем (например, расширяющиеся площади опустыненных земель), либо появление неустойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типа агроценозов или урбанизированных (городских) комплексов. Человечеству, к сожалению, отпущен крайне малый промежуток времени для недопущения глобального кризиса и следующей за ним катастрофы и коллапса (полного и необратимого распада системы).
Биосфера — система, характеризующаяся большим разнообразием.Последнее обусловливается многими причинами и факторами. Это и разные среды жизни (водная, наземно-воздушная, почвенная, организменная); и разнообразие природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; и наличие регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); и, самое главное, объединение в рамках биосферы большого количества элементарных экосистем со свойственным им видовым разнообразием.
В настоящее время описано около 2 млн. видов (примерно 1,5 млн. животных и 0,5 млн. растений). Полагают, однако, что число видов на Земле в 2—3 раза больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях. Кроме этого, современный видовой состав — это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за период ее существования. Дело в том, что каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10—30 млн. лет), и поэтому с учетом постоянной смены и обновления видов, число их, принимавших участие в становлении биосферы, исчисляется сотнями миллионов. Считается, что к настоящему времени арену биосферы оставили более 95% видов.
Разнообразие биосферы за счет элементарных экосистем по вертикали обусловливается ярусностью или экогоризонтами растительного покрова и связанных с ними животных организмов, а в горизонтальном направлении неравномерностью распределения организмов и их группировок и связанных с ними факторов (увлажнение, микрорельеф, обеспеченность элементами питания и т.п.).
Для любой природной системы разнообразие — одно из важнейших ее свойств. С ним связана возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими (например, на видовом или популяционном уровнях), степень сложности прочности пищевых и других связей. Поэтому разнообразие рассматривают какосновное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.
Важное свойство биосферы — наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной "строительный материал" живого — углерод, который практически единственный способен образовывать межэлементные (углерод-углеродные) связи и создавать огромное количество органических соединений. Только благодаря круговоротам обеспечивается непрерывность процессов в биосфере. Как отмечал академик-почвовед В. Р. Вильяме, есть единственный способ сделать какой-то процесс бесконечным — пустить его по пути круговоротов.