Биосферата е естествена част от космическата организация. Организация и стабилност на биосферата

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ

ДЪРЖАВЕН ИКОНОМИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ ВЛАДИВОСТОК И

ОБСЛУЖВАНЕ

ИНСТИТУТ ПО ИНФОРМАТИКА НА ИНОВАЦИОННИТЕ И БИЗНЕС СИСТЕМИ

КАТЕДРА ПО ЕКОЛОГИЯ И ПРИРОДОУПРАВЛЕНИЕ

020801.65 "Екология"

Владивосток

Издателство ВСУЕС

Работната програма на учебната дисциплина "Преподаване на биосферата" е съставена в съответствие с изискванията на Държавния образователен стандарт на висшето професионално образование.

Съставител: , доцент от катедра „Екология”.

Одобрен на заседание на отдел ЕНП на 01.01.2001 г., протокол № 6, издание 2014 г.

© Издателска къща Владивосток

държавен университет

икономика и обслужване, 2014г

ВЪВЕДЕНИЕ

Учението за биосферата е природонаучна дисциплина, насочена към развиване на биоцентричен мироглед и способност за оценка на професионалните дейности на студентите по еколози от гледна точка на рационалното използване на природните ресурси и опазването на околната среда. Естествената среда на биосферата осигурява на човека суровини, енергия, различни материали. Доктрината за биосферата помага да се разбере връзката на организмите, популациите с местообитанията, връзката на природните и антропогенните екосистеми, условията за устойчиво състояние на екосистемите, причините за екологичната криза, екологичните принципи на управление на околната среда, които осигуряват устойчиво развитие на човечеството. Изучавайки дисциплината "Учението за биосферата", студентите еколози разглеждат биосферата като глобална екосистема, нейния състав, структура, вътрешни връзки, които осигуряват нейното функциониране и устойчивост. Те дават оценка на основните източници на замърсяване, анализират екологичните проблеми на градските райони. Те изучават начини за опазване на биосферата от техногенно въздействие, разглеждат проблеми и начини за опазване на биоразнообразието. Особено внимание се отделя на проблемите на човешкото влияние върху глобалните процеси и климата на биосферата. Изучаването на различни процеси в биосферата позволява да се възпитава екологично ориентирано съзнание на учениците и да се формира у тях „екологичен” стереотип на поведение. Дисциплината "Преподаване на биосферата" е насочена към изучаване на основните закономерности на функциониране на природните системи на различни нива на биосферата, факторите, които определят нейната стабилност, производителност и енергия. Разкрива се ролята на живата материя в биогеохимичните цикли, показва се логична връзка между традиционните изследвания на проблемите на взаимодействието природа - общество - икономика и концепцията за устойчиво развитие на човечеството, стремящо се към конструктивни решения на екологичните проблеми. Оценява се състоянието на глобалната екосистема и начините за стабилизиране и подобряване на съвременната биосфера. Изучаването на този курс е тясно свързано с дисциплини като "Биология", "Химия", "География", "Геология", "Почвознание".

Характеристика на изучаването на дисциплината "Учението за биосферата" е интегриран подход към проблемите на околната среда, който дава възможност на студентите по околната среда да придобият необходимата ерудиция, да разберат връзката на биогеохимичните процеси в биосферата. За овладяване на дисциплината са необходими основни познания по география, биология, химия, геология, екология и почвознание.

1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИ УКАЗАНИЯ

1.1. Цели и задачи на дисциплината

Целта на дисциплинатае да запознае учениците с основните понятия, проблеми и методи на науката „Преподаването за биосферата”. Дисциплината е предназначена за студенти от специалност 020801.65 – Екология. Основните задачи на дисциплината– формиране на умения и способности в следните области на дейност:

· изследване на основите на „Учението за биосферата”, нейните граници и еволюция;

· характеристики на биогенната миграция, биогеохимични цикли на веществата, пространствена и времева цикличност на химичните елементи;

· запознаване с планетарно-космическата организация на биосферата;

· отчитане на термодинамичната ориентация на развитието на биосферата, преобразуването на енергията от живата материя;

· изследване на ноосферната концепция като основа на научното управление;

формиране на професионална компетенции.

1.2. Списъкът на компетенциите, придобити при изучаване на дисциплината

Дисциплината формира професионален поглед върху геохимичните, биогеохимичните и биологичните аспекти на биосферата. Концепцията за биосферата е насочена към формиране на цялостен поглед върху процесите и явленията в глобалната екосистема, механизмите и моделите на устойчиво съществуване на биологични системи от различни нива в сложна и динамична среда. Получените знания в процеса на изучаване на дисциплината формират екологичния, ноосферния мироглед на студента и развиват логическото мислене на всички нива на организацията на живата материя (организъм, популация, екосистема, биосфера).

1.3. Основните видове класове и особености на тяхното провеждане

Общият обем на дисциплината за специалност 020801.65 Екология е 200 часа, от които 68 часа аудиторна работа (34 часа лекции, 34 часа практически занятия) и 132 часа самостоятелна работа. Дисциплината "Учение за биосферата" се изучава в 5 семестър, 4 часа седмично, от които 2 часа лекции, 2 часа практически занятия. Курсът завършва с изпит. Основни видове професии: - лекции, които дават основния систематизиран материал за структурата, организацията, свойствата и функциите на биосферата; - практическите занятия допринасят за формирането на разбиране на студентите по околната среда за връзката на организмите с околната среда, структурата на биосферата, нейната еволюция, глобалните екологични проблеми. Семинарите и практическите занятия развиват способността за прогнозиране на резултатите от професионалната дейност, като се вземат предвид преките и косвени последици за биосферата; - консултациите включват помощ при самостоятелно усвояване на материала; - самостоятелната работа включва: работа с учебна и научна литература при подготовка за практически семинари, тестове и писане на курсови работи. В хода на изучаването на тази дисциплина студентите на природозащитниците слушат лекции, придобиват практически умения в практически занятия, учат самостоятелно, използвайки научна литература, библиотечни електронни бази данни и интернет при подготовка за изпит и при защита на курсови работи.

1.4. Видове контрол и отчетност по дисциплини

Изучаването на дисциплината завършва с изпит в 5 семестър. Студентът трябва да покаже на изпита действителната база от знания за планетарно-космическата организация на биосферата, способността да установява причинно-следствени връзки и да формулира изводи. Използват се следните видове контрол: - текуща атестация, включваща изпълнение от студента на писмени контролни задачи, устни анкети, доклади на семинарни упражнения, посещение на лекции, тестове.

1.5 Видове контрол и отчетност по дисциплини

Контролът на напредъка на учениците се извършва в съответствие с рейтинговата система за оценка на знанията.

Настоящият контрол на напредъка съдържа задачи, които допринасят за развитието на компетенциите на професионалната дейност, за която се подготвя студентът и включва:

Проверка на нивото на самостоятелна подготовка на бакалавъра при изпълнение на индивидуална задача, при подготовка за лекции и практически работа;

Участие на бакалавъра в дискусии по основните точки от изучаваната тема;

Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet Explorer или подобен.

б) техническа и лабораторна поддръжка

Лекциите и практическите занятия се провеждат в класни стаи с мултимедийна техника

7. РЕЧНИК НА ОСНОВНИ ТЕРМИНИ

Антропогенезата е процесът на историческо и еволюционно формиране на физическия тип на човек, първоначалното развитие на неговата трудова дейност, реч и общество.

Биосфера- един вид обвивка на Земята, съдържаща съвкупността от живи организми и онази част от веществото на планетата, която е в непрекъснат обмен с тези организми

биоцентризъм- научен подход към опазването на околната среда, който поставя интересите на дивата природа (както те изглеждат на човека) над всичко останало.

Устойчиво развитие- хармоничното (правилно, равномерно, балансирано) развитие е процес на промяна, при който експлоатацията на природните ресурси, посоката на инвестициите, ориентацията на научното и технологичното развитие, развитието на личността и институционалните промени се координират помежду си и укрепване на настоящия и бъдещия потенциал за задоволяване на човешките нужди и стремежи.

Екологична катастрофа -това е внезапно събитие, бързо протичащ процес, който води до сериозни последици за екосистемите, тяхното унищожаване, жертви. Причината за такива промени може да бъде както външно въздействие върху системата, така и освобождаването на нейните вътрешни напрежения, които са надвишили здравината на конструкцията.

Екологична криза- значително регионално или локално нарушаване на условията на околната среда, което води до пълно или частично нарушаване на местните екологични системи.

Живите организми обогатяват околната среда с кислород, регулират количеството въглероден диоксид, соли на различни метали и редица други съединения - с една дума, поддържат състава на атмосферата, хидросферата и почвата, необходими за живота. До голяма степен благодарение на живите организми биосферата има свойството на саморегулация – способността да поддържа условията на планетата, създадени от Създателя.

Огромната екологична роля на живите организми позволи на учените да изложат хипотеза, че атмосферният въздух и почвата са създадени от самите живи организми в продължение на стотици милиони години на еволюция. Според Писанието и почвата, и въздухът вече са присъствали на Земята в деня, когато са били създадени първите живи същества.

Академик Вернадски, въз основа на сходството на структурата на геоложките скали, лежащи по-дълбоко от камбрия, с по-късните, предполага, че животът под формата на прости организми е съществувал на планетата „почти от самото начало“. Погрешността на тези научни конструкции по-късно стана очевидна за геолозите.

Несъмнената заслуга на VI Вернадски е твърдото убеждение, че животът се появява само от живи организми, но ученият, отхвърляйки библейската доктрина за сътворението на света, вярва, че „животът е вечен, както космосът е вечен“ и стигна до Земята от други планети. Фантастичната идея на Вернадски не беше потвърдена. Хипотезата за еволюционния произход на организмите на планетата от най-простите форми е още по-противоречива днес, отколкото по времето на Вернадски.

Енергийната основа за съществуването на живот на Земята е Слънцето, така че биосферата може да се определи като обвивка на Земята, наситена с живот, чийто състав и структура се формират от съвместната дейност на живите организми и се определят от постоянен приток на слънчева енергия.

Вернадски посочи основната разлика между биосферата и другите черупки на планетата - проявлението в нея на геоложката активност на живите същества. Според учения „цялото съществуване на земната кора, поне по отношение на теглото на масата на нейното вещество, в нейните съществени, от геохимична гледна точка, характеристики, е обусловено от живота“. Вернадски разглежда живите организми като система за преобразуване на енергията на слънчевата светлина в енергията на геохимичните процеси.

Съставът на биосферата прави разлика между жива и нежива материя – живи организми и инертна материя. По-голямата част от живата материя е концентрирана в пресечната зона на трите геоложки черупки на планетата: атмосферата, хидросферата (океани, морета, реки и др.) и литосферата (повърхностен слой от скали). Неодушевената материя на биосферата включва компонент от тези черупки, свързан с живата материя чрез циркулацията на материя и енергия.

В неживия компонент на биосферата има: биогенно вещество, което е резултат от жизнената дейност на организмите (нефт, въглища, торф, природен газ, биогенни варовици и др.); биоинертно вещество, образувано съвместно от организми и небиологични процеси (почви, тиня, естествени води на реки, езера и др.); инертно вещество, което не е продукт на жизнената дейност на организмите, но е включено в биологичния цикъл (вода, атмосферен азот, метални соли и др.).

Границите на биосферата могат да се определят само приблизително. Въпреки че са известни фактите за откриване на бактерии и спори на височини до 85 km, концентрацията на живо вещество на големи височини е толкова незначителна, че биосферата се счита за ограничена на височина от 20-25 km от озоновия слой, който предпазва живите същества от разрушителното въздействие на силната радиация.

В хидросферата животът е повсеместен. В Марианската падина на дълбочина 11 км, където налягането е 1100 атм, а температурата е 2,4°C, френският учен Ж. Пикар наблюдава през прозореца холотурии, други безгръбначни и дори риби. Бактериите, диатомеите и синьо-зелените водорасли, фораминиферите и ракообразните живеят под дебелина над 400 m антарктически лед. Бактерията се намира под слой морска тиня на дълбочина 1 km, в нефтени кладенци на дълбочина до 1,7 km, в подпочвени води на дълбочина 3,5 km. Дълбочините от 2-3 км се считат за долна граница на биосферата. Следователно общата дебелина на биосферата в различните части на планетата варира от 12-15 до 30-35 km.

Атмосферата се състои главно от азот и кислород. Малки количества включват аргон (1%), въглероден диоксид (0,03%) и озон. Състоянието на атмосферата зависи от жизнената дейност както на земните организми, така и на водните същества. Кислородът се използва главно за дишане и минерализация (окисляване) на умиращата органична материя. Въглеродният диоксид е от съществено значение за фотосинтезата.

Хидросфера. Водата е един от най-важните компоненти на биосферата. Около 90% от водата се намира в Световния океан, който заема 70% от повърхността на нашата планета и съдържа 1,3 милиарда км3 вода. Реките и езерата включват само 0,2 милиона km3 вода, а живите организми - около 0,001 милиона km3. Концентрацията на кислород и въглероден диоксид във водата е от съществено значение за живота на организмите. Съдържанието на въглероден диоксид във водата е 660 пъти по-голямо, отколкото във въздуха. В моретата и океаните се разграничават пет вида кондензации на живот:

1. Офшорно крайбрежие. Тази зона е богата на кислород, органични вещества и други хранителни вещества, идващи от сушата (например с речна вода). Тук, на дълбочина до 100 m, процъфтява планктонът и неговият долен „партньор“ бентос, преработвайки умиращи планктонови организми.

Океанският планктон се състои от две общности:

а) фитопланктон - водорасли (70% от тях са микроскопични диатомеи) и бактерии;

б) зоопланктон - основните консуматори на фитопланктона (мекотели, ракообразни, протозои, ципести, различни безгръбначни).

Животът на зоопланктона протича в постоянно движение, той или се издига, или спада на дълбочина от 1 км, избягвайки своите ядящи (оттук и името: гръцки планктон скитащ). Зоопланктонът е основната храна на китовете. Фитопланктонът съставлява само 8% от масата на зоопланктона, но, размножавайки се бързо, произвежда 10 пъти повече биомаса от останалата част от океанския живот. Фитопланктонът осигурява 50% от кислорода (останалите 50% се произвеждат от горите).

Бентосните организми - раци, главоноги и двучерупчести, червеи, морски звезди и таралежи, холотурии ("морски краставици" или друго име - трепанги), фораминифери (морски коренища), водорасли и бактерии са приспособени към живот почти без светлина. Преработвайки органична материя и превръщайки я в минерали, които се доставят до горните слоеве чрез възходящи потоци, бентосът храни планктона. Колкото по-богат е бентосът, толкова по-богат е планктонът и обратно. Извън рафта броят и на двете рязко спада.

Планктонът и бентосът образуват в океана дебел слой от варовити и силициеви тиня, които образуват седиментни скали. Карбонатните утайки могат да се превърнат в камък само за няколко десетилетия.

2. В местата на възходящи потоци, изнасящи бентосни продукти на повърхността, се образуват издигащи се удебеления. Известни са калифорнийски, сомалийски, бенгалски, канарски и особено перуански възвишения, които дават около 20% от световния риболов.

3. Риф - известен на всички коралови рифове, изобилстващ от водорасли и мекотели, бодлокожи, синьо-зелени, корали и риби. Рифовете растат необичайно бързо (до 20-30 см годишно) не само поради коралови полипи, но и поради жизнената активност на мекотелите и бодлокожите, които концентрират калций, както и зелени и червени водорасли с варовития скелет.

Основният производител на рифови екосистеми са микроскопичните фототрофни водорасли, поради което рифовете са разположени на дълбочина не повече от 50 m, те изискват чиста топла вода с определена соленост. Рифовете са една от най-продуктивните системи в биосферата, произвеждайки до 2 t/ha биомаса годишно.

4. Удебеляване на сарга – полета от кафяви и лилави водорасли, плуващи на повърхността с много въздушни мехурчета. Разпространен в Саргасово и Черно море.

5. Придънните концентрации на абисалния риф се образуват на дълбочина до 3 km около горещи извори върху разломи в океанската кора (рифти). На тези места сероводород, желязо и манганови йони, азотни съединения (амоняк, оксиди) се отстраняват от земните недра, хранещи хемотрофни бактерии - производители, консумирани от по-сложни организми - мекотели, раци, раци, риби и огромни приседнали червеи. животински разриви. Тези организми не се нуждаят от слънчева светлина. В разривните зони съществата растат около 500 пъти по-бързо и достигат впечатляващи размери. Двучерупките растат до 30 см в диаметър, бактериите - до 0,11 мм! Известни са рифтови клъстери на Галапагос, както и близо до Великденския остров.

В морето преобладават различни животни, а на сушата - растения. Само покритосеменните съставляват 50% от вида, а морските водорасли само 5%. Общата биомаса на сушата е представена от 92% зелени растения, а в океана 94% са животни и микроорганизми.

Биомасата на планетата се актуализира средно на всеки 8 години, сухоземните растения - за 14 години, океанските - за 33 дни (фитопланктон - ежедневно). Цялата вода преминава през живите организми за 3 хиляди години, кислородът за 2-5 хиляди години, а атмосферният въглероден диоксид само за 6 години. Циклите на въглерод, азот и фосфор са много по-дълги. Биологичният цикъл не е затворен, около 10% от веществото напуска под формата на седиментни отлагания и погребения в литосферата.

Масата на биосферата е само 0,05% от масата на Земята, а обемът й е около 0,4%. Общата маса на живата материя е 0,01-0,02% от инертното вещество на биосферата, но ролята на живите организми в геохимичните процеси е много значителна. Годишното производство на жива материя е около 200 милиарда тона сухо тегло на органичната материя, в процеса на фотосинтеза 70 милиарда тона вода реагира със 170 милиарда тона въглероден диоксид. Всяка година жизнената дейност на организмите включва 6 милиарда тона азот, 2 милиарда тона фосфор, желязо, сяра, магнезий, калций, калий и други елементи в биогенния цикъл. Човечеството, използвайки множество техники, извлича около 100 милиарда тона минерали годишно.

Жизнената дейност на организмите има значителен принос за планетарната циркулация на веществата, осъществявайки нейната регулация, животът служи като мощен геоложки фактор, който стабилизира и трансформира биосферата.

ЖИВО ВЕЩЕСТВО (ЖИВИ ОРГАНИЗМИ). БИОМАСА

Жива материя - съвкупността и биомасата на живите организми в биосферата.

Концепцията за "жива материя" е въведена в науката от V.I. Вернадски. Характеризира се с обща маса, химичен състав, енергия.

Живите организми са мощен геоложки фактор, който преобразява лицето на Земята. В И. Вернадски подчерта, че на земната повърхност няма сила, по-мощна в своите крайни резултати от живите организми като цяло. И атмосферата (въздушна обвивка), и хидросферата (водна обвивка), и литосферата (твърда обвивка) дължат своето сегашно състояние и присъщи свойства на влиянието, което организмите са имали върху тях през милиарди години от тяхното съществуване поради непрекъснатото поток от елементи в биогенния метаболизъм. Въздействайки на заобикалящия свят и променяйки го, живата материя действа като активен фактор, определящ собственото му съществуване.

Идеята за планетарната геохимична роля на живата материя е една от основните положения на V.I. Вернадски. Друга важна позиция в неговата теория е идеята за биосферата като организирана същност, продукт на сложни трансформации от жива материя на материалните, енергийните и информационните възможности на околната среда.

Биосферата от съвременни позиции се счита за най-голямата екосистема на планетата, участваща в глобалния кръговрат на веществата. Под системите на биосферата са екосистеми от по-ниско ниво. Биогеоценозата е структурна единица от активната част на съвременната биосфера.

Биосферата е продукт на дългосрочната еволюция на живи същества и екосистеми с различна сложност, които са във взаимодействие и динамичен баланс помежду си и с инертната среда.

Количеството живо вещество на организмите на единица площ или обем, изразено в единици маса, се нарича биомаса. Организмите, които съставляват биомасата, имат способността да се възпроизвеждат – да се размножават и разпространяват из планетата.

Характеристика на всеки жив организъм и биомаса като цяло е постоянният обмен на материя и енергия с околната среда.

В момента на Земята има повече от два милиона вида организми. От тях около 500 хиляди вида падат на дела на растенията, а повече от 1,5 милиона вида попадат на дела на животните. Най-многобройната група по отношение на броя на видовете са насекомите (около 1 милион вида).

БИОГЕНЕН ЦИКЪЛ

Биохимичната циркулация е движението и трансформацията на химичните елементи чрез инертна и органична природа с активното участие на живата материя. Химическите елементи циркулират в биосферата по различни пътища на биологичния цикъл: те се поглъщат от живата материя и се зареждат с енергия, след което напускат живата материя, предавайки натрупаната енергия на външната среда. Такива цикли Вернадски нарича биохимични. Те могат да бъдат разделени на два основни типа:

1) циркулация на газообразни вещества с резервен фонд в атмосферата и хидросферата;

2) седиментен цикъл с резервен фонд в земната кора.

Живата материя играе активна роля във всички биохимични цикли. Основните цикли включват цикъла на въглерод, кислород, азот, фосфор.

ФУНКЦИИ НА БИОСФЕРАТА

Благодарение на биотичния цикъл биосферата изпълнява определени функции.

1. Газова функция – осъществява се от зелените растения в процеса на фотосинтеза и от всички животни и растения, микроорганизми в резултат на биологичния кръговрат на веществата. Повечето газове се генерират от живота. Подземните горими газове са продукти от разлагането на органични вещества от растителен произход, заровени в седиментни скали.

2. Концентрационна функция – свързана с натрупването на различни химични елементи в живата материя.

3. Редокс функция (окисляване на веществата в процеса на живот). В почвата се образуват оксиди и соли. Бактериите създават варовик, руди и др.

4. Биохимична функция - осъществява се обмяната на веществата в живите организми (хранене, дишане, отделяне) и унищожаване, разлагане на мъртвите организми.

5. Биохимична дейност на човечеството. Той обхваща все по-голямо количество от веществото на земната кора за нуждите на промишлеността, транспорта и селското стопанство.

ОРГАНИЗАЦИЯ И СТАБИЛНОСТ НА БИОСФЕРАТА

Биосферата е сложна организирана система, функционираща като едно цяло, способно да се саморегулира. Неговата структурна единица е биогеоценозата - една от най-сложните природни системи, която представлява комплекс от живи организми и инертна среда, които са в постоянно взаимодействие помежду си и са свързани помежду си чрез метаболизма и енергията. Устойчивостта на биосферата се определя от стабилността на биогеоценозата - продуктите на дългото природно-историческо развитие на органичния свят.

Важно свойство на биогеоценозата е способността й да се саморегулира, което се проявява в нейния стабилен динамичен баланс. Последното се постига чрез координацията и сложността на онези взаимодействия, които се развиват между неговите компоненти – живи и неживи части. Консумацията на създадената органична материя протича успоредно с нейното производство и не трябва да надвишава последното по мащаб. Колкото по-разнообразни са физико-химичните качества на околната среда, условията на живот в биотопа, колкото по-разнообразен е видовият състав на ценозата, толкова по-стабилна е тя. Отклоненията на условията на съществуване от оптималните водят до неговото видово обедняване. Стабилното състояние на ценозата се определя и от продукцията на брутната продукция, която осигурява потока на енергия през трофичните нива и запазването на всички живи компоненти, свързани помежду си в хранителната верига и участващи в общата циркулация на веществата. Балансираната връзка между организмите с различни трофични нива е едно от условията за стабилност на биогеоценозата.

В условията на непостоянство на физическата и химическата среда надеждността на биогеоценозата се осигурява от пълното преразпределение на живата материя между съставните й видове, които могат да се заменят (или да се дублират) в рамките на едно и също ниво на екологичната пирамида. При определени условия някои видове се чувстват по-комфортно (във връзка с което броят на техните популации се увеличава) и по-зле - други близки до тях, но заемащи подчинено положение в биогеоценозата. Промяната в условията може да повлияе негативно на първия и, напротив, да допринесе за просперитета на втория. В зависимост от силата и продължителността на действието на нов природен фактор в рамките на биогеоценозата настъпват повече или по-малко значителни промени в неговата организация. Един от механизмите, които осигуряват безопасността на биоценозите, се проявява в способността да се образува различна структура под натиска на външни фактори с укрепване на „елементите на дублиране“.

Отделни биогеоценози не са изолирани една от друга; те са взаимозависими и са в постоянно взаимодействие. Ярко доказателство за това могат да бъдат примери за глобалната циркулация на биогенни елементи, в която участват не само отделни подсистеми, но и цялата биосфера и други геосфери на Земята. Балансът на циклите на елементите и веществата на планетата, особено на циклите на биогенните елементи, без които животът е невъзможен, се осигурява от постоянството на цялата маса на живата материя. Голям брой елементи преминават през живите организми. Фотоавтотрофите определят скоростта на фиксиране на слънчевата енергия и предоставянето й на други жители на планетата. Зелените растения доставят молекулярния кислород, необходим за съществуването на почти всички живи организми на Земята; единственото изключение са анаеробните форми. За да се осигури стабилност на циркулацията, освен постоянството на масата на живата материя, е необходимо и постоянство между производители, консуматори и разложители. Всички заедно създават и стабилизират условията за съществуване на биосферата като цялостна и хармонична единица.

Екологичното дублиране на ниво видове в биогеоценозата се допълва в природата от екологично дублиране на ниво ценоза, което се проявява в замяната на една биоценоза с друга при променящи се условия в рамките на интегралната биосфера.

Общото количество живо вещество в биосферата се променя забележимо в рамките на доста дълго геоложко време (законът на В. И. Вернадски за постоянство на количеството жива материя). Количествената му стабилност се поддържа от постоянството на броя на видовете, което определя цялостното видово разнообразие в биосферата.

По този начин биогеоценозите са среда, в която протичат различни жизнени процеси на нашата планета, цикли на материя и енергия, причинени от жизнената дейност на организмите и като цяло съставляващи голям биосферен цикъл.

Биогеоценозата е относително стабилна и отворена система, която има материално-енергийни "входове" и "изходи", които свързват съседни биоценози.

НООСФЕРА

Ноосферата (на гръцки noos – ум + сфера) е най-висшата степен на развитие на биосферата, сферата на влияние на човешкия ум, взаимодействието на природата и обществото. Появявайки се на Земята, човекът постепенно се превръща в мощна геоложка сила, влияеща на света около него.

Концепцията за ноосферата като идеално мислеща обвивка на Земята е въведена в науката в началото на 20 век. Френските учени и философи П. Тейяр дьо Шарден и Е. Лероа. П. Тейяр дьо Шарден разглежда човека като връх на еволюцията и трансформатор на материята чрез включването на еволюцията в творчеството. Ученият отдава основно значение в еволюционните конструкции на екипа и духовния фактор, без да омаловажава ролята на технологичния прогрес и икономическото развитие.

В И. Вернадски, говорейки за ноосферата (1944), подчертава необходимостта от разумна организация на взаимодействието между обществото и природата, която отговаря на интересите на всеки човек, цялото човечество и света около него. Ученият пише: „Човечеството, взето като цяло, се превръща в мощна геоложка сила. И пред него, пред неговата мисъл и дело се повдига въпросът за преструктурирането на биосферата в интерес на свободомислещото човечество като единно цяло. Това ново състояние на биосферата, към което се приближаваме, без да го забелязваме, е ноосферата.”

Природата носи следите от човешката дейност в условията на различни обществено-икономически формации, които се сменяха една друга. Формите на влияние са разнообразни. Неговите резултати през последните 100-150 (200) години, особено в териториите на Европа и Северна Америка, превъзхождат тези за цялата предишна история на човечеството. С нарастването на населението и повишаването на неговото благосъстояние натискът върху природата ставаше все по-голям. Смята се, че в началото на нашата ера на Земята е имало около 200 милиона души. До хилядолетието тази цифра се е увеличила до 275 милиона; до средата на ХХ век. Населението на света се е удвоило почти (500 милиона). За 200 години цифрата се увеличава до 1,3 милиарда, а за половин век са добавени още 300 милиона (1,6 милиарда през 1900 г.). През 1950 г. на Земята вече е имало 2,5 милиарда души, през 1970 - 3,6 милиарда, до 2025 година се очаква цифрата да бъде 8,5 милиарда. От този брой 83% от населението на света ще живее в развиващите се страни - в Азия, Африка, Южна Америка, където и сега се забелязва ръст на населението. Необходимо е да се има представа за възможностите за поминък на населението, за да се избегнат катастрофалните последици от популационния взрив.

Бързото нарастване на населението на планетата прави въпроса за границите на биологичната продуктивност на биосферата на Земята остър. В резултат на активната човешка дейност през периода на научно-техническия прогрес, насочена към издигане на материалното и духовното ниво на цялото човечество, запасите от невъзобновяеми природни ресурси са до голяма степен изчерпани. Самовъзобновяемите ресурси са претърпели глобално смущение в огромни области, някои от тях са загубили способността си да се самовъзобновяват. Много вътрешни резервоари са мъртви или са на ръба между живота и смъртта. Световните океани са замърсени с производствени отпадъци, нефтени разливи, радиоактивни вещества и е нарушена естествената циркулация – глобална и особено локална – на редица жизненоважни биогенни елементи. Често потребителите се оказват с екологично „мръсна“ храна и некачествена питейна вода.

Замърсяването и нарушаването на естествените местообитания на много растителни и животински видове е довело до намаляване на броя на популациите или тяхното изчезване, и съответно до загуба на генофонда, създаван в продължение на милиони години. Под въздействието на мутагени, които замърсяват околната среда, се появяват не само нови форми на вредители от агроценози и естествени биоценози, но и патогенни организми, срещу които не са развити защитни свойства нито при хората, нито при други жители на планетата.

Безмилостната експлоатация на природата, подчинена на задоволяване на моментни нужди, не решава наболелите проблеми и на днешния ден, създавайки неблагоприятни перспективи за бъдещето. Част от населението на света е недохранено и гладува (25% от общата реколта се губи годишно поради селскостопански вредители). Много хора, сред които преобладават децата, умират всяка година от болести, причинени от използването на некачествена вода. Човешкото здраве страда от повишеното замърсяване на околната среда, особено в големите индустриални градове. Много хора са негативно засегнати не само от деградацията на екологичните системи, но и от бедността, нарастващото неравенство между богатите и бедните.

За да се избегнат негативните последици от човешката икономическа дейност и природните бедствия, е необходимо да се съобразяваме със законите, които действат в природата около нас и подпомагат нейното самообновяване. Задачата за опазване на природата и нейното рационално използване се превърна не само в държавна, но и в международна, като нейното решение трябва да се основава на познаване на законите на живота и развитието на света около нас.

От степента на обществена осведоменост за кризисната ситуация в биосферата и от скоростта на нейната реакция зависи не само благосъстоянието на хората, но и техният живот.

Учението за биосферата