Биосфера

 

Биосфера

 

Основные понятия  и определения:

 

Биосфера – оболочка Земли,  включающая как область распространения  живого вещества, так и само это  вещество. Под живым существом  понимается совокупность всех организмов, населяющих Землю.

Процессы, проходящие внутри геосферы Земли, оказывают воздействие  на структуру и свойства живого вещества биосферы.

Общая совокупность живых существ, выраженная в массе на единицу  площади, принято называть биомассой.

Фотосинтез является единственным на земле процессом, в котором зелеными растениями из бедных энергией неорганических веществ с помощью солнечной энергии в огромных масштабах образуются сложные, богатые энергией органические соединения. Эти соединения способны к различным химическим процессам. Любое проявление жизни на нашей планете связано с образованием и потреблением  этой биохимической энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              Этапы эволюции биосферы:

 

1. Синтез простых органических соединений в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа 3,5-4,5 млрд. лет назад.
2. Биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы. Начало этапа 2,5-3,5 млрд. лет назад.
3. Антропогенез – появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственно-трудовой деятельности. Начало 1,5-3 млн. лет назад.
4. Техногенез – преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало 10-15 тыс. лет назад.
5. Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально-природной системы. Осуществление – рац. использования природы, устойчивое развитие мирового человеческого сообщества.

 

 

 

               Строение биосферы:

              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидросфера — это водная оболочка Земли. К ней относят: поверхностные  и подземные воды, прямо или косвенно обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов, а также вода, выпадающая в виде осадков. Вода занимает преобладающую часть биосферы. Из 510 млн. км²  общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км² (71%). Океан — главный приемник и аккумулятор солнечной энергии, поскольку вода обладает высокой теплопроводностью. Основными  физическими свойствами водной среды являются ее плотность (в 800 раз выше плотности воздуха) и вязкость (выше воздушной в 55 раз).

 

Литосфера — это твердая внешняя оболочка Земли, земная кора.

Мощность Земной коры под океаном  — 5 - 20 км; под континентом — 70 км. В литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы. Почва — это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшее свойство почвы — ее плодородие, которое определяется физическими и химическими свойствами почвы. Почва — трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и  микроорганизмов.

 

Атмосфера — газообразная оболочка Земли. К ней относятся: атмосфеный воздух; газы, растворенные в поверхностных и подземных водах; газовая составляющая почв, а также газы, выделяющиеся из горного массива, которые прямо или косвенно влияют на жизнедеятельность живых организмов. Атмосфера распространяется над Землей до 2 000 км; это    от радиуса Земли.

Функции атмосферы:

1. Регулирование климата Земли.
2. Поглощение солнечной радиации.
3. Пропускает тепловое излучение Солнца.
4. Сохраняет тепло.
5. Является средой распространения звука.
6. Источник кислородного дыхания.
7. Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков.
8. Формирующий фактор литосферы (выветривание).

 

Атмосфера делится на:

1. Тропосфера — граница до 10 – 12 км.
2. Стратосфера — граница до 55 км от тропосферы.
3. Мезосфера — граница до 85 – 90 км от стратосферы.
4. Термосфера — граница до 150 км от мезосферы.
5. Экзосфера — граница до 800 – 2 000 км от термосферы.

 

 

Биогеоценоз:

 

Биогеоценоз - эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно  самоподдерживающаяся, однородная экологическая  система, в которой функционально  взаимосвязаны живые организмы и окружающая их абиотическая среда. Биогеоценоз характеризуется относительно самостоятельным обменом веществ и особым типом использования потока солнечной энергии. Биогеоценозами являются: луга, леса, поля, водоемы.

 

Круговорот веществ – одно из необходимых условий существования жизни. Это очень важная часть биогеоценоза. Без него бы все ресурсы иссякли очень быстро. Чтобы круговорот был возможен, необходимо наличие организмов 2-х типов: 

 

 

 

 

Создающих органические  Использующих для своей

вещества из неорганических   жизни эти вещества (органические)

 

 

 

• Главную роль в круговороте играют растения, использующие и запасающие преобразованную солнечную энергию.
• Осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Источником энергии является солнце.

 

 

Популяция:

 

Раздел экологии, изучающий  внутривидовую организацию, называется популяционной экологией. Вместе с экологической физиологией, рассматривающей реакцию организма на окружающую среду, она входит в аутоэкологию, противопоставляемую синэкологии. Если изучаются популяции человека, то такой раздел науки называется демографией.

Размеры популяции могут возрастать в результате размножения особей и их иммиграции из других популяций. Главным показателем скорости размножения является плодовитость, которая равна среднему количеству потомков одной женской особи за определённый промежуток времени. У млекопитающих плодовитость называется рождаемостью. Рождаемость человека не очень высока в экономически развитых странах и примерно вдвое выше в развивающихся странах с недостаточным уровнем контроля за рождаемостью.

Размеры популяции могут  уменьшатся в результате эмиграции и смертности. Смертность – среднее число смертей в популяции в год (в процентах либо на тысячу особей). Человеческая смертность самая низкая в развитых странах с высоким уровнем медицинского обслуживания.

Материк Рождаемость (в год  на 1000 чел.) Смертность (в год на 1000 чел.) Европа 14 10 Азия 29 11 Африка 46 17 США и Канада 16 9 Латинская Америка 32 9 Австралия 16 7

Рождаемость и  смертность человека в различных  регионах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рост численности  населения земного шара.

Численность популяции  может изменяться также в результате изменения внешних условий среды, например, из-за появления большого количества хищников или нехватки пищи. Существуют также внутренние факторы, «сдерживающие» рождаемость; наиболее хорошо изученными из них являются территориальное поведение (защита гнездовой территории от вторжения особей того же вида) и действие перенаселённости, заключающееся в резком уменьшении плодовитости и уменьшении степени заботы о потомстве.

 

 

 

Как уже было сказано ранее, сообщество – это совокупность популяций, биотический компонент экосистемы. Сообщество функционирует как динамическая система, через которую проходит поток веществ и энергии. Изучением природных сообществ занимается синэкология.

Структура сообщества создаётся постепенно в течение определённого времени. Если заселяется территория с обнажённой горной породой вместо почвы, то первоначально на ней поселяются лишайники и, возможно, водоросли, образуя пионерные сообщества. Под действием эрозии и живых организмов накапливается слой почвы, на котором уже могут поселяться сначала мхи, затем травы и, наконец, кустарники и деревья. Другим примером является постепенное заболачивание открытых водоёмов, приводящее к тому, что на месте озёр образуются сначала болота, а затем, возможно, осоковый луг или лес.

Схема типичной наземной сукцессии.

Подобная смена одних сообществ другими называется экологической сукцессией. В первом случае наблюдается так называемая первичная сукцессия, поскольку формирование сообщества происходит, что называется «с нуля». Во втором — наблюдается вторичная сукцессия, поскольку одно сообщество постепенно замещается другим. Последнее сообщество цепи, стабильное и находящееся в равновесии с окружающей средой, называется климаксным сообществом. Дальнейшее изменение климаксного сообщества возможно только при изменении окружающих условий.

Время смены одного сообщества другим сильно различается. Типичная последовательность сукцессий, приводящих к появлению  дубрав или сосновых лесов в средней  полосе, занимает около 200 лет; при этом скорости ранних сукцессий гораздо выше, чем скорости поздних.

Своеобразные биогеоценозы развиваются в результате деятельности человека. К их числу можно отнести агроценозы (искусственные луга, поля, сады), мегаполисы и т. п. Искусственные биогеоценозы требуют неустанного вмешательства человека для поддержания их в стабильном состоянии. Значительная часть питательных веществ в них выносится за пределы экосистемы, и естественный круговорот веществ не осуществляется. Поэтому в ходе сельскохозяйственных работ необходимо внесение минеральных удобрений и дополнительных органических веществ (перегной, навоз, торф)

 

 

 

 

Экосистемы

 

 

Экологические системы:

 

Экология (греч. oikos «дом» + logos «наука») – это наука о взаимоотношении организмов и окружающей среды. Термин «экология» предложил в 1866 году Эрнст Геккель. В настоящее время экология – это междисциплинарная отрасль на стыке биологии, физики, химии, географии и общественных наук.

Экология рассматривает наиболее крупные уровни организации живого: популяции, сообщества и экосистемы. Напомним, что популяцией называется группа организмов одного вида, в достаточной степени изолированная от других групп. Сообщество – это группа организмов различных видов, проживающих на общей территории и взаимодейстующих между собой. Экологическая система (биогеоценоз) – это сообщество организмов с окружающей их абиотической средой (почвой, атмосферой и т. п.).

Существуют пять основных подходов в экологии.

• популяционная экология (изучение динамики численности популяций и её связи с внешними факторами);
• синэкология (изучение природных сообществ);
• изучение местообитаний;
• изучение экосистем (в частности, круговорота веществ и энергии в природе);
• эволюционная экология (реконструкция древних природных сообществ и прогнозирование изменений в сообществах), а также историческая экология (изучение изменений, связанных с деятельностью человека).

В экологическую систему  входят абиотические (то есть неживые) и биотические компоненты. Иногда абиотические компоненты биогеоценоза называют биотопом, а биотические – биоценозом. Почву, относящуюся к абиотическим компонентам, нередко рассматривают как отдельную структурную единицу экосистемы.

Биотопы объединяются в биохоры, а последние – в биоциклы. Так, биотопы каменистых, глинистых и песчаных пустынь объединяются в биохор пустынь; биохоры пустынь, лесов и степей объединяются в биоцикл суши. Три биоцикла: суша, море и внутренние водоёмы – образуют биосферу.

Одним из важнейших экологических  понятий является поток энергии. Энергия приходит в экологические системы в конечном счёте от Солнца; при этом автотрофы используют непосредственно солнечный свет, а гетеротрофы получают от автотрофов уже преобразованную энергию в виде питательных веществ. За год одним квадратным метром земной поверхности (и растениями на нём) поглощается около 5 · 10⁹ Дж тепла. Большая часть энергии сразу отражается обратно в атмосферу, часть усваивается организмами и переходит в другие формы. При этом какая-то доля энергии также переизлучается в атмосферу в виде тепла.

 

 

 

Пищевые цепи и экологические  пирамиды:

 

Внутри экологической  системы органические вещества создаются  автотрофными организмами (например, растениями). Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью; каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем