A bioszféra a kozmikus szerveződés természetes része. A bioszféra szervezettsége és stabilitása

AZ OROSZ FÖDERÁCIÓ OKTATÁSI ÉS TUDOMÁNYOS MINISZTÉRIUMA

VLADIVOSTOK ÁLLAMI GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÉS

SZOLGÁLTATÁS

INFORMATIKAI INNOVÁCIÓK ÉS ÜZLETI RENDSZEREK INTÉZETE

ÖKOLÓGIAI ÉS TERMÉSZETGAZDÁLKODÁSI TANSZÉK

020801.65 "Ökológia"

Vlagyivosztok

VGUES kiadó

A „Bioszféra doktrínája” akadémiai tudományág munkaprogramja a Felsőoktatási Szakképzés Állami Oktatási Standardjának követelményei szerint kerül összeállításra.

Összeállította: , egyetemi docens, Ökológiai Tanszék

Jóváhagyva az EPP osztály 2001. január 1-i ülésén, 6. számú jegyzőkönyv, 2014. évi kiadás.

© Vlagyivosztok Kiadó

Állami Egyetem

gazdaság és szolgáltatás, 2014

BEVEZETÉS

A bioszféra tanulmányozása olyan természettudományi tudományág, amelynek célja, hogy a környezettudatos tanulókban kialakuljon a biocentrikus világkép és a szakmai tevékenység értékelésének képessége a természeti erőforrások ésszerű felhasználása és a környezetvédelem szempontjából. A bioszféra természetes környezete nyersanyagot, energiát és különféle anyagokat biztosít az ember számára. A bioszféra doktrínája segít megérteni az élőlények, populációk és élőhelyek kapcsolatát, a természetes és antropogén ökoszisztémák kapcsolatát, az ökoszisztémák stabil állapotának feltételeit, a környezeti válság okait, valamint a racionális környezetgazdálkodás ökológiai alapelveit. biztosítják az emberiség fenntartható fejlődését. A „Bioszféra tanulmányozása” tudományágat tanulva a környezetvédő hallgatók a bioszférát globális ökoszisztémaként, összetételére, szerkezetére, működését és fenntarthatóságát biztosító belső kapcsolataira tekintik. Felmérik a fő szennyezőforrásokat, elemzik a városi területek környezeti problémáit. Tanulmányozzák a bioszféra technogén hatásokkal szembeni védelmének módjait, mérlegelik a problémákat és a biodiverzitás megőrzésének módjait. Különös figyelmet fordítanak a globális folyamatokra és a bioszféra éghajlatára gyakorolt ​​emberi befolyás problémáira. A bioszféra különböző folyamatainak tanulmányozása lehetővé teszi, hogy a tanulók környezetközpontú tudatát neveljük, és „ökologizált” viselkedési sztereotípiát alakítsunk ki bennük. A „Teaching of the Biosphere” tudományág a bioszféra különböző szintjein működő természetes rendszerek működésének alapvető mintázatait, a stabilitást, termelékenységet és energiát meghatározó tényezőket vizsgálja. Feltárul az élő anyag szerepe a biogeokémiai körfolyamatokban, logikus kapcsolat mutatható ki a természet - társadalom - gazdaság interakciós problémáinak hagyományos tanulmányozása és az emberiség fenntartható fejlődésének koncepciója között, a környezeti problémák konstruktív megoldására törekedve. Felmérik a globális ökoszisztéma állapotát, valamint a modern bioszféra stabilizálásának és javításának módjait. Ennek a kurzusnak a tanulmányozása szorosan kapcsolódik olyan tudományágakhoz, mint a „biológia”, „kémia”, „földrajz”, „geológia”, „talajtan”.

A „Bioszféra doktrínája” tudományág tanulmányozásának sajátossága a környezeti problémák integrált megközelítése, amely lehetővé teszi, hogy a környezetvédő hallgatók elsajátítsák a szükséges műveltséget és megértsék a bioszférában zajló biogeokémiai folyamatok összefüggéseit. A tudományág elsajátításához földrajz, biológia, kémia, geológia, ökológia és talajtani alapismeretek szükségesek.

1. SZERVEZETI ÉS MÓDSZERTANI UTASÍTÁSOK

1.1. A tudományág céljai és célkitűzései

A fegyelem célja célja, hogy a hallgatókat megismertesse a tudomány alapfogalmaival, problémáival és módszereivel „A bioszféra doktrínája”. A tudományág a 020801.65 – Ökológia szakterület hallgatóinak szól. A tudományág fő céljai– készségek és képességek kialakítása az alábbi tevékenységi területeken:

· a „bioszféra doktrína” alapjainak, határainak és fejlődésének tanulmányozása;

· a biogén migráció jellemzői, az anyagok biogeokémiai körforgása, a kémiai elemek tér-idő ciklikussága;

· a bioszféra planetáris-kozmikus szerveződésének megismerése;

· a bioszféra termodinamikai fejlődési irányának figyelembe vétele, az élőanyag általi energiaátalakítás;

· a nooszféra fogalmának, mint a tudományos menedzsment alapjának vizsgálata;

· szakmai képzés kompetenciák.

1.2. A tudományág tanulása során megszerzett kompetenciák listája

A tudományág szakmai szemléletet alakít ki a bioszféra geokémiai, biogeokémiai és biológiai vonatkozásairól. A bioszféra koncepciója a globális ökoszisztémában zajló folyamatok és jelenségek holisztikus megértésének kialakítására irányul, a különböző szintű biológiai rendszerek fenntartható létezésének mechanizmusaira és mintázataira komplex és dinamikus környezetben. A diszciplína tanulmányozása során megszerzett ismeretek alakítják a hallgató ökológiai, nooszférikus világképét, és fejlesztik a logikus gondolkodást az élőanyag szerveződésének minden szintjén (szervezet, populáció, ökoszisztéma, bioszféra).

1.3. Az osztályok fő típusai és megvalósításuk jellemzői

A 020801.65 Ökológia szakra vonatkozó fegyelem összmennyisége 200 óra, ebből 68 óra tantermi munka (34 óra előadás, 34 óra gyakorlati óra) és 132 óra önálló munka. A „Bioszféra doktrínája” tudományágat az 5. félévben tanulják heti 4 órában, ebből 2 óra előadás, 2 óra gyakorlati óra. A fegyelem sikeres vizsgával ér véget. A foglalkozások fő típusai: - előadások, amelyek alapvető, rendszerezett anyagot adnak a bioszféra felépítéséről, szervezetéről, tulajdonságairól és funkcióiról; - a gyakorlati órák hozzájárulnak ahhoz, hogy az ökológus hallgatók megértsék az élőlények környezetükkel való kapcsolatát, a bioszféra szerkezetét, evolúcióját és a globális környezeti problémákat. A szemináriumok és gyakorlati órák fejlesztik a szakmai tevékenységek eredményeinek előrejelzésének képességét, figyelembe véve a bioszférára gyakorolt ​​közvetlen és közvetett következményeket; - a konzultációk magukban foglalják az anyag önálló elsajátításában való segítségnyújtást; - az önálló munka magában foglalja: oktatási és tudományos irodalommal való munkavégzés gyakorlati szemináriumokra, tesztekre és kurzusírásra való felkészülés során. E tudományág tanulmányozása során a környezetvédő hallgatók előadásokat hallgatnak, gyakorlati órákon sajátítanak el gyakorlati ismereteket, és a vizsgára készülve, illetve a kurzusmunkájuk megvédésekor önállóan tanulnak tudományos szakirodalom, könyvtári elektronikus adatbázisok és az internet segítségével.

1.4. Az ellenőrzés és jelentéstétel fajtái szakterületenként

A tudományág tanulmányozása az 5. félévben vizsgával zárul. A vizsga során a hallgatónak bizonyítania kell a bioszféra bolygó-kozmikus szerveződésének tényszerű tudásbázisát, ok-okozati összefüggések megállapításának, következtetések megfogalmazásának képességét. A következő típusú ellenőrzések használatosak: - folyamatos tanúsítás, beleértve a hallgató írásbeli tesztfeladatainak teljesítését, szóbeli kikérdezést, beszámolókat a szemináriumi órákon, előadásokon való részvételt, tesztelést.

1.5 Az ellenőrzés és jelentéstétel fajtái szakterületenként

A tanulói előmenetel nyomon követése a tudásértékelés minősítési rendszerének megfelelően történik.

A haladás jelenlegi nyomon követése olyan feladatokat tartalmaz, amelyek hozzájárulnak a kompetenciák fejlesztéséhez abban a szakmai tevékenységben, amelyre a hallgató készül, és magában foglalja:

A bachelor önálló felkészültségi szintjének ellenőrzése egyéni feladat teljesítésekor, előadásokra, gyakorlati munkákra való felkészülés során;

A bachelor részvétele a vizsgált téma főbb pontjairól szóló megbeszéléseken;

Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet Explorer vagy más hasonló.

b) műszaki és laboratóriumi támogatás

Az előadásokat és a gyakorlati órákat tantermekben tartják multimédiás eszközökkel

7. ALAPVETŐ KIFEJEZÉSEK SZÓTÁRA

Az antropogenezis az ember fizikai típusának történelmi és evolúciós kialakulásának folyamata, munkatevékenységének, beszédének és társadalmának kezdeti fejlődése.

Bioszféra- a Föld egyfajta héja, amely tartalmazza az élő szervezetek teljes összességét és a bolygó anyagának azt a részét, amely folyamatos cserében van ezekkel a szervezetekkel

Biocentrizmus- a környezetvédelem tudományos megközelítése, amely mindenekelőtt az élő természet érdekeit helyezi előtérbe (ahogyan az ember látja).

Fenntartható fejlődés- a harmonikus (helyes, egyenlő, kiegyensúlyozott) fejlődés olyan változási folyamat, amelyben a természeti erőforrások kiaknázása, a befektetések iránya, a tudományos-technológiai fejlődés irányultsága, a személyi fejlődés és az intézményi változások összehangolódnak egymással és erősítik a jelenlegi és az emberi szükségletek és törekvések kielégítésének jövőbeli lehetőségei.

Ökológiai katasztrófa - Ez egy hirtelen esemény, egy gyors lefolyású folyamat, amely súlyos következményekkel jár az ökoszisztémákra nézve, pusztulásukkal és áldozatokkal. Az ilyen változások oka lehet mind a rendszerre gyakorolt ​​külső hatás, mind a belső feszültségek feloldása, amelyek meghaladják a szerkezet szilárdságát.

Ökológiai válság– a környezeti feltételek jelentős regionális vagy lokális megzavarása, amely a helyi ökológiai rendszerek teljes vagy részleges megzavarásához vezet.

Az élő szervezetek oxigénnel dúsítják a környezetet, szabályozzák a szén-dioxid, a különféle fémek sóinak és számos más vegyület mennyiségét - egyszóval fenntartják a légkör, a hidroszféra és az élethez szükséges talaj összetételét. Nagyrészt az élő szervezeteknek köszönhetően a bioszféra rendelkezik önszabályozási tulajdonsággal - képes fenntartani a bolygón a Teremtő által létrehozott feltételeket.

Az élő szervezetek óriási környezetformáló szerepe lehetővé tette a tudósok számára, hogy feltételezzék, hogy a légköri levegőt és a talajt maguk az élő szervezetek hozták létre több százmillió éves evolúció során. A Szentírás szerint a talaj és a levegő már az első élőlények teremtésének napján jelen volt a Földön.

Vernadsky akadémikus, a kambriumnál mélyebben fekvő geológiai kőzetek szerkezetének hasonlóságára alapozva a későbbiekkel, azt sugallta, hogy az élet egyszerű organizmusok formájában „szinte kezdetben” volt jelen a bolygón. E tudományos konstrukciók tévedése később nyilvánvalóvá vált a geológusok számára.

V. I. Vernadsky kétségtelen érdeme az a szilárd meggyőződés, hogy az élet csak az élő szervezetekből jelenik meg, de a tudós, elutasítva a bibliai tanítást a világ teremtéséről, úgy vélte, hogy „az élet örök, mint a kozmosz örök”, és arra jutott, hogy Föld más bolygókról. Vernadszkij fantasztikus ötlete nem nyert megerősítést. A bolygó élőlényeinek evolúciós eredetére vonatkozó hipotézis a legegyszerűbb formákból ma még ellentmondásosabb, mint Vernadszkij idejében.

A földi élet létének energetikai alapja a Nap, ezért a bioszféra a Föld élettel átitatott héjaként határozható meg, melynek összetételét és szerkezetét az élő szervezetek együttes tevékenysége alakítja ki, és a bioszféra határozza meg folyamatos napenergia beáramlás.

Vernadsky rámutatott a fő különbségre a bioszféra és a bolygó más héjai között - az élőlények geológiai tevékenységének megnyilvánulására. A tudós szerint „a földkéreg teljes létezését, legalábbis anyaga tömegének tömegét tekintve, lényeges tulajdonságait tekintve, geokémiai szempontból az élet határozza meg”. Vernadsky az élő szervezeteket olyan rendszernek tekintette, amely a napfény energiáját geokémiai folyamatok energiájává alakítja.

A bioszféra élő és élettelen anyagokból – élő szervezetekből és inert anyagokból – áll. Az élőanyag nagy része a bolygó három geológiai héjának metszéspontjában koncentrálódik: a légkör, a hidroszféra (óceánok, tengerek, folyók stb.) és a litoszféra (a kőzetek felszíni rétege). A bioszféra élettelen anyaga magában foglalja ezeknek a héjaknak az összetevőit, amelyek az anyag és az energia körforgása révén kapcsolódnak az élő anyaghoz.

A bioszféra élettelen összetevője a következőkre oszlik: biogén anyag, amely az élőlények létfontosságú tevékenységének eredménye (olaj, szén, tőzeg, földgáz, biogén eredetű mészkő stb.); élőlények és nem biológiai folyamatok (talajok, iszapok, folyók, tavak természetes vize stb.) együttesen képződő bioinert anyag; inert anyag, amely nem az élőlények létfontosságú tevékenységének terméke, hanem a biológiai körforgásban (víz, légköri nitrogén, fémsók stb.) szerepel.

A bioszféra határai csak megközelítőleg határozhatók meg. Bár ismert tények baktériumok és spórák kimutatására 85 km-es magasságig, az élő anyag koncentrációja nagy magasságban olyan jelentéktelen, hogy a bioszférát 20-25 km magasságban az ózonréteg korlátozottnak tekinti. megvédi az élőlényeket a kemény sugárzás pusztító hatásaitól.

A hidroszférában az élet mindenütt jelen van. A 11 km-es Mariana-árokban, ahol a nyomás 1100 atm és a hőmérséklet 2,4 °C, J. Picard francia tudós tengeri uborkákat, más gerincteleneket, sőt halakat is megfigyelt az ablakon keresztül. Baktériumok, kovamoszatok és kék-zöld algák, foraminiferák és rákfélék élnek az antarktiszi jég vastagsága alatt, amely meghaladja a 400 métert. A baktériumok legfeljebb 1 km mélyen tengeri iszapréteg alatt, olajkutakban 1,7 km mélységben és 3,5 km mélyen a talajvízben találhatók. A 2-3 km-es mélységet a bioszféra alsó határának tekintik. A bioszféra teljes vastagsága tehát a bolygó különböző részein 12-15 és 30-35 km között változik.

A légkör főként nitrogénből és oxigénből áll. Kis mennyiségben argont (1%), szén-dioxidot (0,03%) és ózont tartalmaz. Mind a szárazföldi élőlények, mind a vízi élőlények élettevékenysége a légkör állapotától függ. Az oxigént főként a haldokló szerves anyagok légzésére és mineralizációjára (oxidációjára) használják. A szén-dioxid szükséges a fotoszintézishez.

Hidroszféra. A víz a bioszféra egyik legszükségesebb összetevője. A víz körülbelül 90%-a a világ óceánjaiban található, amelyek bolygónk felszínének 70%-át foglalják el, és 1,3 milliárd km3 vizet tartalmaznak. A folyók és tavak mindössze 0,2 millió km3 vizet tartalmaznak, az élő szervezetek pedig körülbelül 0,001 millió km3-t. Az oxigén és a szén-dioxid koncentrációja a vízben elengedhetetlen az élőlények életéhez. A víz szén-dioxid-tartalma 660-szor magasabb, mint a levegőben. A tengerekben és óceánokban ötféle életkoncentráció létezik:

1. Polc parti. Ez a zóna gazdag oxigénben, szerves anyagokban és egyéb szárazföldről származó tápanyagokban (például folyóvízben). Itt, akár 100 méteres mélységben is virágzik a plankton és az alsó „partnere” bentosz, amely a haldokló planktonszervezeteket dolgozza fel.

Az óceáni plankton két közösségből áll:

a) fitoplankton - algák (70%-uk mikroszkopikus kovamoszat) és baktériumok;

b) zooplankton - a fitoplankton elsődleges fogyasztói (puhatestűek, rákfélék, protozoák, zsákállatok, különféle gerinctelenek).

A zooplankton élete állandó mozgásban van, 1 km-es mélységig vagy emelkedik, vagy süllyed, elkerülve evőit (innen a név: görög plankton vándorlás). Az állati plankton a balenbálnák fő tápláléka. A fitoplankton a zooplankton tömegének mindössze 8%-át teszi ki, de gyorsan szaporodva 10-szer több biomasszát termel, mint az összes többi óceáni élőlény. A fitoplankton biztosítja az oxigén 50%-át (a fennmaradó 50%-ot az erdők termelik).

Bentikus élőlények - rákok, lábasfejűek és kéthéjúak, férgek, tengeri csillagok és sünök, tengeri uborka ("tengeri uborka" vagy más név - tengeri uborka), foraminifera (tengeri rizómák), algák és baktériumok szinte fény nélkül alkalmazkodnak az élethez. A szerves anyagok feldolgozásával és ásványi anyagokká alakításával, amelyeket felszálló áramlatok juttatnak a felső rétegekbe, a bentosz táplálja a planktonokat. Minél gazdagabb a bentosz, annál gazdagabb a plankton, és fordítva. A polcról mindkettő bősége meredeken csökken.

A plankton és a bentosz egy vastag meszes és szilícium-iszap réteget képez az óceánban, üledékes kőzeteket képezve. A karbonát üledék néhány évtized alatt kővé válhat.

2. A felszálló áramlások helyén felszálló koncentrációk jönnek létre, amelyek bentikus termékeket szállítanak a felszínre. Ismeretes a kaliforniai, szomáliai, bengáli, kanári és különösen a perui folyó, amely a világ halászatának mintegy 20%-át adja.

3. Zátonyok - jól ismert korallzátonyok, bővelkedik algákban és puhatestűekben, tüskésbőrűekben, kékeszöldekben, korallokban és halakban. A zátonyok szokatlanul gyorsan (évente 20-30 cm-ig) nőnek nemcsak a korallpolipok miatt, hanem a kalciumot koncentráló puhatestűek és tüskésbőrűek, valamint a meszes vázzal rendelkező zöld- és vörösalgák létfontosságú tevékenysége miatt is.

A zátonyok ökoszisztémáinak fő termelője a mikroszkopikus méretű fototróf algák, ezért a zátonyok legfeljebb 50 m mélységben helyezkednek el, és tiszta, meleg vizet igényelnek, bizonyos sótartalommal. A zátonyok a bioszféra egyik legtermékenyebb rendszerei, évente akár 2 t/ha biomasszát is termelnek.

4. A Sargassy kondenzáció a felszínen lebegő barna és lila algamezők sok légbuborékkal. Elterjedt a Sargasso és a Fekete-tengeren.

5. Az óceáni kéreg törései (hasadékok) miatt 3 km-es mélységben képződnek a mélységi hasadékfenék koncentrációja a meleg források körül. Ezeken a helyeken hidrogén-szulfidot, vas- és mangánionokat, nitrogénvegyületeket (ammónia, oxidok), tápláló kemotróf baktériumokat - összetettebb élőlények által fogyasztott termelőket - puhatestűek, rákok, rákok, halak és hatalmas ülőféregszerű állatok táplálják. a föld belsejét. Ezeknek az élőlényeknek nincs szükségük napfényre. A hasadékzónákban a lények körülbelül 500-szor gyorsabban nőnek, és lenyűgöző méreteket érnek el. A kagylók akár 30 cm átmérőjűre nőnek, a baktériumok - akár 0,11 mm-re! A galápagosi szakadék koncentrációja ismert, valamint a Húsvét-sziget közelében.

A tengert különféle állatok, a szárazföldön pedig növények uralják. Az angiospermák a fajok 50%-át teszik ki, a tengeri moszatok pedig csak 5%-ot. A szárazföldi teljes biomassza 92%-a zöld növény, az óceánban pedig 94%-a állatok és mikroorganizmusok.

A bolygó biomasszája átlagosan 8 évente, a szárazföldi növények - 14 évente, az óceáni növények - 33 naponta (fitoplankton - naponta) megújul. Az összes víz 3 ezer év alatt áthalad az élő szervezeteken, az oxigén 2-5 ezer év alatt, a légköri szén-dioxid pedig mindössze 6 év alatt. A szén, a nitrogén és a foszfor ciklusa lényegesen hosszabb. A biológiai körforgás nem zárt, az anyag körülbelül 10%-a üledékek és temetkezések formájában távozik a litoszférában.

A bioszféra tömege a Föld tömegének mindössze 0,05%-a, térfogata pedig körülbelül 0,4%. Az élőanyag össztömege a bioszféra inert anyagának 0,01-0,02%-a, de igen jelentős az élő szervezetek szerepe a geokémiai folyamatokban. Az élőanyag éves termelése mintegy 200 milliárd tonna száraz tömegű szerves anyag, a fotoszintézis során 70 milliárd tonna víz reagál 170 milliárd tonna szén-dioxiddal. Az élőlények létfontosságú tevékenysége minden évben 6 milliárd tonna nitrogént, 2 milliárd tonna foszfort, vasat, ként, magnéziumot, kalciumot, káliumot és egyéb elemeket von be a biogén körforgásba. Az emberiség számos technológia segítségével évente mintegy 100 milliárd tonna ásványt nyer ki.

Az élőlények létfontosságú tevékenysége jelentősen hozzájárul az anyagok bolygókörforgásához, szabályozza azt, az élet erőteljes geológiai tényezőként szolgál, amely stabilizálja és átalakítja a bioszférát.

ÉLŐ ANYAG (ÉLŐ SZERVEZETEK). BIOMASSZA

Az élőanyag a bioszférában található élő szervezetek összessége és biomasszája.

Az „élő anyag” fogalmát V. I. vezette be a tudományba. Vernadszkij. A teljes tömeg, a kémiai összetétel és az energia jellemzi.

Az élő szervezetek erőteljes geológiai tényező, amely átalakítja a Föld arculatát. AZ ÉS. Vernadszkij hangsúlyozta, hogy a Föld felszínén nincs olyan erő, amely erősebb lenne, mint az élő szervezetek egésze. Mind az atmoszféra (levegőhéj), mind a hidroszféra (vízhéj), mind a litoszféra (szilárd héj) modern állapotát és eredendő tulajdonságaikat annak a hatásnak köszönheti, amelyet az élőlények gyakoroltak rájuk fennállásuk több milliárd éves időtartama alatt. az elemek folyamatos áramlása a biogén anyagcserében. A környező világot befolyásolva és megváltoztatva az élő anyag aktív tényezőként hat, amely meghatározza saját létét.

Az élő anyag planetáris geokémiai szerepének gondolata a bioszféra tanának egyik fő rendelkezése V. I. Vernadszkij. Elméletének másik fontos pontja a bioszféra, mint szervezett képződmény, a környezet anyagi, energia- és információs képességeinek élő anyag általi összetett átalakulásának terméke.

Modern perspektívából a bioszféra a bolygó legnagyobb ökoszisztémája, amely részt vesz az anyagok globális körforgásában. A bioszféra alatt alacsonyabb szintű ökoszisztémák találhatók. A biogeocenosis a modern bioszféra aktív részének szerkezeti egysége.

A bioszféra az egymással és az inert környezettel kölcsönhatásban és dinamikus egyensúlyban lévő, változó összetettségű élőlények és ökoszisztémák hosszú fejlődésének terméke.

Az élőlények egységnyi területre vagy térfogatra jutó mennyiségét, tömegegységben kifejezve biomasszának nevezzük. A biomasszát alkotó szervezetek képesek szaporodni – szaporodni és elterjedni az egész bolygón.

Minden élő szervezet és általában a biomassza sajátossága a környezettel való folyamatos anyag- és energiacsere.

Jelenleg több mint kétmillió élőlényfaj él a Földön. Ebből a növények mintegy 500 ezer fajt, az állatok pedig több mint 1,5 millió fajt tesznek ki. A fajok számát tekintve a legnagyobb csoportot a rovarok alkotják (kb. 1 millió faj).

BIOGÉN CIKLUS

A biokémiai körforgás a kémiai elemek mozgása és átalakulása inert és szerves természeten keresztül az élő anyagok aktív részvételével. A kémiai elemek a biológiai körforgás különböző útvonalain keringenek a bioszférában: az élő anyagok felszívják őket és energiával töltődnek fel, majd elhagyják az élő anyagot, a felhalmozott energiát a külső környezetbe engedve. Vernadsky az ilyen ciklusokat biokémiainak nevezte. Két fő típusra oszthatók:

1) tartalék alappal rendelkező gáznemű anyagok keringése a légkörben és a hidroszférában;

2) üledékes ciklus tartalék alappal a földkéregben.

Az élő anyag aktív szerepet játszik minden biokémiai ciklusban. A fő ciklusok közé tartozik a szén, oxigén, nitrogén és foszfor körforgása.

A BIOSFÉRA FUNKCIÓI

A biotikus ciklusnak köszönhetően a bioszféra bizonyos funkciókat lát el.

1. Gázfunkció - zöld növények a fotoszintézis folyamata során, valamint minden állat és növény, mikroorganizmus az anyagok biológiai körforgása eredményeként. A legtöbb gázt az élet állítja elő. A föld alatti gyúlékony gázok üledékes kőzetekben eltemetett növényi eredetű szerves anyagok bomlási termékei.

2. Koncentrációs funkció - különféle kémiai elemek élőanyagban való felhalmozódásával kapcsolatos.

3. Redox funkció (az anyagok oxidációja az élet folyamatában). A talajban oxidok és sók képződnek. A baktériumok mészkövet, érceket stb.

4. Biokémiai funkció - az élő szervezetekben az anyagcsere (táplálkozás, légzés, kiválasztás) és az elhalt szervezetek megsemmisítése és lebontása történik.

5. Az emberiség biokémiai tevékenysége. Egyre növekvő mennyiségű anyagot takar a földkéregben az ipar, a közlekedés és a mezőgazdaság szükségleteihez.

A BIOSFÉRA SZERVEZETE ÉS STABILITÁSA

A bioszféra egy összetett szervezett rendszer, amely egyetlen egységként működik, amely képes önszabályozásra. Szerkezeti egysége a biogeocenózis - az egyik legösszetettebb természeti rendszer, amely élő szervezetek és inert környezet együttesét képviseli, amelyek állandó kölcsönhatásban állnak egymással, és anyag- és energiacserével kapcsolódnak egymáshoz. A bioszféra stabilitását a biogeocenózis – a szerves világ hosszú távú természettörténeti fejlődésének termékei – stabilitása határozza meg.

A biogeocenózis fontos tulajdonsága az önszabályozó képessége, amely stabil dinamikus egyensúlyában nyilvánul meg. Ez utóbbi az összetevői - élő és élettelen részek - közötti kölcsönhatások koordinációjával és összetettségével érhető el. A keletkezett szerves anyag felhasználása a termeléssel párhuzamosan történik, és mértéke nem haladhatja meg az utóbbit. Minél változatosabbak a környezet fizikai és kémiai tulajdonságai, a biotópon belüli életkörülmények, minél változatosabb fajösszetételű a cenózis, annál stabilabb. Az életkörülmények optimálistól való eltérése a fajok kimerüléséhez vezet. A cenózis stabil állapotát meghatározza a bruttó kibocsátás kibocsátása is, amely biztosítja az energia trofikus szinteken történő átáramlását, valamint a táplálékláncban egymással kapcsolatban álló és az anyag általános keringésében részt vevő összes élő alkotóelem megőrzését. A különböző trofikus szintű élőlények közötti kiegyensúlyozott kapcsolatok a biogeocenózis stabilitásának egyik feltétele.

A fizikai és kémiai környezet instabilitása esetén a biogeocenózis megbízhatóságát az élő anyag teljes újraelosztása biztosítja az alkotó fajok között, amelyek az ökológiai piramis azonos szintjén belül helyettesíthetik (vagy megkettőzhetik) egymást. Bizonyos körülmények között egyes fajok jobban érzik magukat (és ezért populációjuk növekszik), míg mások, amelyek közel állnak hozzájuk, de a biogeocenózisban alárendelt helyet foglalnak el, rosszabbul érzik magukat. A változó körülmények negatív hatással lehetnek az előbbiekre, és éppen ellenkezőleg, hozzájárulhatnak az utóbbi boldogulásához. A biogeocenózison belüli új természetes tényező hatásának erősségétől és időtartamától függően kisebb-nagyobb jelentős változások következnek be a szervezetében. A biocenózisok biztonságát biztosító mechanizmusok egyike abban nyilvánul meg, hogy külső tényezők nyomására más szerkezetet alakíthatunk ki, a „duplikáció elemeinek” növekedésével.

Az egyes biogeocenózisok nincsenek elszigetelve egymástól; kölcsönösen függenek egymástól és állandó kölcsönhatásban vannak. Ennek egyértelmű bizonyítéka lehet a tápanyag globális körforgása, amelyben nemcsak egyes alrendszerek, hanem a Föld teljes bioszférája és egyéb geoszférái vesznek részt. A bolygó elem- és anyagciklusainak egyensúlyát, különösen a biogén elemek ciklusait, amelyek nélkül az élet lehetetlen, az élőanyag teljes tömegének állandósága biztosítja. Az élő szervezeteken nagyszámú elem halad át. A fotoautotrófok meghatározzák a napenergia rögzítésének sebességét és a bolygó más lakóinak való ellátását. A zöld növények molekuláris oxigént biztosítanak, amely a Földön szinte minden élőlény létezéséhez szükséges; az egyetlen kivétel az anaerob formák. A körforgás stabilitásának biztosításához az élőanyag tömegének állandósága mellett a termelők, fogyasztók és lebontók közötti állandóság is szükséges. Együtt teremtik meg és stabilizálják a bioszféra, mint szerves és harmonikus képződmény létezésének feltételeit.

A biogeocenózisban a fajszintű ökológiai duplikáció a természetben kiegészül a cenózis szintű ökológiai duplikációval, amely abban nyilvánul meg, hogy az egész bioszférán belül változó feltételek mellett az egyik biocenózis egy másikra cserélődik.

Az élőanyag összmennyisége a bioszférában észrevehetően változik egy meglehetősen hosszú geológiai idő alatt (V. I. Vernadsky törvénye az élőanyag mennyiségének állandóságáról). Mennyiségi stabilitását a fajok számának állandósága tartja fenn, amely meghatározza a bioszféra általános fajdiverzitását.

A biogeocenózisok tehát az a környezet, amelyben bolygónkon különféle életfolyamatok, az élőlények élettevékenysége által okozott anyag- és energiaciklusok zajlanak, és összességében egy nagy bioszféra-ciklust alkotnak.

A Biogeocenosis egy viszonylag stabil és nyitott rendszer, amelynek anyagi és energia „bemenetei” és „kimenetei” vannak, amelyek összekötik a szomszédos biocenózisokat.

NOOSSZFÉRA

A nooszféra (görögül noos - elme + szféra) a bioszféra fejlődésének legmagasabb foka, az emberi elme, a természet és a társadalom kölcsönhatásának hatóköre. Miután megjelent a Földön, az ember fokozatosan hatalmas geológiai erővé vált, amely befolyásolja az őt körülvevő világot.

A nooszféra, mint a Föld ideálisan gondolkodó burka fogalma a huszadik század elején került be a tudományba. P. Teilhard de Chardin és E. Leroy francia tudósok és filozófusok. P. Teilhard de Chardin az embert az evolúció csúcsának és az anyag átalakítójának tekintette az evolúciónak a kreativitásba való bevonása révén. A tudós az evolúciós konstrukciókban a fő jelentőséget a kollektív és a spirituális tényezőnek tulajdonította, anélkül, hogy csökkentette volna a technikai haladás és a gazdasági fejlődés szerepét.

AZ ÉS. Vernadsky a nooszféráról szólva (1944) hangsúlyozta a társadalom és a természet közötti interakció ésszerű megszervezésének szükségességét, amely megfelel minden ember, az egész emberiség és az őt körülvevő világ érdekeinek. A tudós ezt írta: „Az emberiség egészében tekintve hatalmas geológiai erővé válik. És előtte, gondolata és munkája előtt felvetődött a kérdés a bioszféra átstrukturálásáról a szabadon gondolkodó emberiség, mint egységes egész érdekében. A bioszférának ez az új állapota, amelyhez úgy közeledünk, hogy észre sem vesszük, a nooszféra.”

A természet magán viseli az emberi tevékenység nyomait az egymást követő különböző társadalmi-gazdasági formációk körülményei között. A hatás formái sokfélék. Eredményei az elmúlt 100-150 (200) év során, különösen Európa és Észak-Amerika területein, meghaladják az emberiség teljes korábbi történetének eredményeit. A népesség növekedésével és a jólét növekedésével a természetre nehezedő nyomás egyre nagyobb lett. Úgy tartják, hogy korunk elején körülbelül 200 millió ember élt a Földön. Az ezredfordulóra ez a szám 275 millióra emelkedett; század közepére. A világ népessége csaknem megkétszereződött (500 millió). 200 év alatt ez a szám 1,3 milliárdra nőtt, és fél évszázad alatt további 300 millióval bővült (1900-1,6 milliárd). 1950-ben már 2,5 milliárd ember élt a Földön, 1970-ben - 3,6 milliárd, 2025-re a várható szám 8,5 milliárd. Ebből a számból a bolygó lakosságának 83%-a fejlődő országokban fog élni - Ázsiában, Afrikában, Dél-Amerikában. , ahol még mindig érezhető a népességnövekedés. A népességrobbanás katasztrofális következményeinek elkerülése érdekében elképzeléssel kell rendelkezni a lakosság életfenntartó képességeiről.

A bolygó népességének gyors növekedése élessé teszi a Föld bioszféra biológiai termelékenységének határainak kérdését. A tudományos és technológiai fejlődés időszakában az egész emberiség anyagi és szellemi szintjének emelését célzó aktív emberi tevékenység eredményeként a nem megújuló természeti erőforrások készletei jelentősen kimerültek. Az önmegújuló erőforrások hatalmas területeken kerültek globális zavarok alá, némelyikük elvesztette önmegújító képességét. Sok szárazföldi víztest elhalt, vagy élet és halál küszöbén áll. A világ óceánjait ipari hulladékok, olajszennyeződések, radioaktív anyagok szennyezik, és számos létfontosságú tápanyag természetes – globális és különösen lokális – keringése megszakad. A környezetkímélő „piszkos” élelmiszerek és a rossz minőségű ivóvíz gyakran a fogyasztó asztalára kerül.

A környezetszennyezés, valamint számos növény- és állatfaj természetes élőhelyének felborulása a populáció csökkenéséhez vagy kihalásához, következésképpen az évmilliók során keletkezett génállomány elvesztéséhez vezetett. A környezetet szennyező mutagének hatására nemcsak az agrocenózisok és a természetes biocenózisok kártevőinek új formái jelentek meg, hanem olyan kórokozó szervezetek is, amelyek ellen sem az emberek, sem a bolygó más lakói nem fejlesztettek ki védő tulajdonságokat.

A természet kíméletlen, az azonnali szükségletek kielégítésének alárendelt kizsákmányolása nem oldja meg napjaink sürgető problémáit, kedvezőtlen kilátásokat teremtve a jövőre nézve. A világ lakosságának egy része alultáplált, és éhen hal (a mezőgazdasági kártevők miatt a teljes termés 25%-a megy el évente). Sok ember, akik többsége gyermek, minden évben meghal a nem biztonságos víz ivása által okozott betegségekben. Az emberi egészség megnövekedett környezetszennyezéstől szenved, különösen a nagy ipari városokban. Sok embert negatívan érint nemcsak az ökológiai rendszerek leromlása, hanem a szegénység és a gazdagok és szegények közötti növekvő egyenlőtlenség is.

Az emberi gazdasági tevékenység és a természeti katasztrófák okozta negatív következmények elkerülése érdekében figyelembe kell venni a minket körülvevő természetben működő törvényszerűségeket, támogatni annak önmegújulását. A természet védelmének, ésszerű használatának feladata nemcsak országossá, hanem nemzetközivé is vált, megoldását a minket körülvevő világ élet- és fejlődéstörvényeinek ismeretére kell alapozni.

Nemcsak az emberek jóléte, hanem életük is attól függ, hogy a társadalom mennyire ismeri a bioszférában kialakult krízishelyzetet, és milyen sebességgel reagál.

A bioszféra tana