Biosfēra ir dabiska kosmiskās organizācijas sastāvdaļa. Biosfēras organizācija un stabilitāte

KRIEVIJAS FEDERĀCIJAS IZGLĪTĪBAS UN ZINĀTNES MINISTRIJA

VLADIVOSTOKAS VALSTS EKONOMIKAS UNIVERSITĀTE UN

APKALPOŠANA

INFORMĀCIJAS IOVĀCIJAS UN BIZNESA SISTĒMU INSTITŪTS

EKOLOĢIJAS UN DABAS VADĪBAS NODAĻA

020801.65 "Ekoloģija"

Vladivostoka

Izdevniecība VSUES

Akadēmiskās disciplīnas "Mācības par biosfēru" darba programma tiek sastādīta atbilstoši Valsts augstākās profesionālās izglītības standarta prasībām.

Sastādījis: Ekoloģijas katedras asociētais profesors

Apstiprināts EPP nodaļas sēdē 01.01.2001., protokols Nr. 6, 2014. gada izdevums.

© Vladivostokas izdevniecība

Valsts universitāte

ekonomika un serviss, 2014

IEVADS

Biosfēras doktrīna ir dabaszinātņu disciplīna, kuras mērķis ir veidot ekologu studentos biocentrisku pasaules uzskatu un spēju novērtēt profesionālo darbību no dabas resursu racionālas izmantošanas un vides aizsardzības viedokļa. Biosfēras dabiskā vide nodrošina cilvēku ar izejvielām, enerģiju un dažādiem materiāliem. Biosfēras doktrīna palīdz izprast organismu, populāciju saistību ar biotopiem, dabisko un antropogēno ekosistēmu attiecības, nosacījumus stabilam ekosistēmu stāvoklim, ekoloģiskās krīzes cēloņus, racionālas dabas apsaimniekošanas ekoloģiskos principus, kas. nodrošināt cilvēces ilgtspējīgu attīstību. Apgūstot disciplīnu "Biosfēras doktrīna", ekologu studenti biosfēru aplūko kā globālu ekosistēmu, tās sastāvu, uzbūvi, iekšējās sakarības, nodrošinot tās funkcionēšanu un ilgtspēju. Viņi novērtē galvenos piesārņojuma avotus, analizē urbanizēto teritoriju vides problēmas. Tiek pētīti veidi, kā aizsargāt biosfēru no tehnogēnas ietekmes, apskatītas bioloģiskās daudzveidības saglabāšanas problēmas un veidi. Īpaša uzmanība tiek pievērsta problēmām, kas saistītas ar cilvēka ietekmi uz globālajiem procesiem un biosfēras klimatu. Dažādu procesu izpēte biosfērā ļauj audzināt skolēnu uz vidi orientētu apziņu un veidot viņos "ekoloģizētu" uzvedības stereotipu. Disciplīna "Mācības par biosfēru" ir vērsta uz dabas sistēmu funkcionēšanas pamatlikumu izpēti dažādos biosfēras līmeņos, faktorus, kas nosaka tās stabilitāti, produktivitāti, enerģiju. Tiek atklāta dzīvās vielas loma bioģeoķīmiskajos ciklos, parādīta loģiska saikne starp tradicionālajiem dabas – sabiedrības – ekonomikas mijiedarbības problēmu pētījumiem un cilvēces ilgtspējīgas attīstības koncepciju, tiecoties pēc konstruktīviem vides problēmu risinājumiem. Tiek novērtēts globālās ekosistēmas stāvoklis un mūsdienu biosfēras stabilizācijas un uzlabošanas veidi. Šī kursa apguve ir cieši saistīta ar tādām disciplīnām kā "Bioloģija", "Ķīmija", "Ģeogrāfija", "Ģeoloģija", "Augsnes zinātne".

Disciplīnas "Mācības par biosfēru" apguves iezīme ir integrēta pieeja vides problēmām, kas ļauj studentiem apgūt ekologiem nepieciešamo erudīciju, izprast bioģeoķīmisko procesu saistību biosfērā. Lai apgūtu disciplīnu, nepieciešamas pamatzināšanas ģeogrāfijā, bioloģijā, ķīmijā, ģeoloģijā, ekoloģijā, augsnes zinātnē.

1. ORGANIZATORISKIE UN METODOLISKIE NORĀDĪJUMI

1.1. Disciplīnas mērķi un uzdevumi

Disciplīnas mērķis ir iepazīstināt studentus ar zinātnes pamatjēdzieniem, problēmām un metodēm "Mācības par biosfēru". Disciplīna paredzēta studentiem specialitātē 020801.65 - Ekoloģija. Disciplīnas galvenie mērķi- prasmju un iemaņu veidošana šādās darbības jomās:

· Mācības par biosfēru pamatiem, tās robežām un evolūciju;

· Biogēnās migrācijas raksturojums, vielu bioģeoķīmiskie cikli, ķīmisko elementu cikliskums telpā un laikā;

· Iepazīšanās ar biosfēras planetāri-telpisko organizāciju;

· Biosfēras attīstības termodinamiskā virziena ievērošana, enerģijas pārveidošana ar dzīvu vielu;

· Noosfēras koncepcijas kā zinātniskās menedžmenta pamatu izpēte;

Profesionāla veidošanās kompetences.

1.2. Disciplīnas apguvē iegūto kompetenču saraksts

Disciplīna veido profesionālu skatījumu uz biosfēras ģeoķīmiskajiem, bioģeoķīmiskajiem un bioloģiskajiem aspektiem. Biosfēras koncepcija ir vērsta uz holistiska skatījuma veidošanu uz procesiem un parādībām globālajā ekosistēmā, par dažāda līmeņa bioloģisko sistēmu ilgtspējīgas pastāvēšanas mehānismiem un likumsakarībām sarežģītā un dinamiskā vidē. Disciplīnas apguves gaitā iegūtās zināšanas veido studenta ekoloģisko, noosfērisko pasaules uzskatu un attīsta loģisko domāšanu visos dzīvās vielas organizācijas līmeņos (organisma, populācijas, ekosistēmas, biosfēras).

1.3. Galvenie nodarbību veidi un to uzvedības iezīmes

Kopējais disciplīnas apjoms specialitātē 020801.65 Ekoloģija ir 200 stundas, no kurām 68 stundas auditorijas slodze (34 stundas lekcijas, 34 stundas praktiskā apmācība) un 132 stundas patstāvīgā darba. Disciplīnu "Mācības par biosfēru" apgūst 5.semestrī 4 stundas nedēļā, no kurām 2 stundas lekcijas, 2 stundas praktiskās apmācības. Disciplīna beidzas ar eksāmenu. Galvenās aktivitātes: - lekcijas, kas sniedz sistematizētu pamatmateriālu par biosfēras uzbūvi, organizāciju, īpašībām un funkcijām; - praktiskās nodarbības veicina ekologu studentu ideju veidošanos par organismu attiecībām ar vidi, biosfēras uzbūvi, tās attīstību, globālajām vides problēmām. Semināri un praktiskās nodarbības attīsta spēju prognozēt profesionālās darbības rezultātus, ņemot vērā tiešās un netiešās sekas uz biosfēru; - konsultācijas ietver palīdzību materiāla pašapgūšanā; - patstāvīgais darbs ietver: darbu ar mācību un zinātnisko literatūru, gatavojoties praktiskiem semināriem, kontroldarbiem un kursa darba rakstīšanu. Šīs disciplīnas apguves gaitā vides studenti klausās lekcijas, iegūst praktiskās iemaņas praktiskajās nodarbībās, mācās patstāvīgi, izmantojot zinātnisko literatūru, bibliotēkas elektroniskās datu bāzes un internetu, gatavojoties eksāmenam un aizstāvot kursa darbu.

1.4. Kontroles un ziņošanas veidi pa disciplīnām

Disciplīnas mācības noslēdzas ar eksāmenu 5. semestrī. Eksāmenā studentam jāparāda faktiskā zināšanu bāze par biosfēras planetāri-telpisko organizāciju, prasme noteikt cēloņsakarības un formulēt secinājumus. Tiek izmantoti sekojoši kontroles veidi: - kārtējā atestācija, tai skaitā studenta rakstisko kontroluzdevumu veikšana, mutiska iztaujāšana, referāti semināros, lekciju apmeklēšana, ieskaite.

1.5. Disciplīnas kontroles un ziņošanas veidi

Studentu sekmju uzraudzība tiek veikta saskaņā ar zināšanu vērtēšanas vērtēšanas sistēmu.

Pašreizējā progresa kontrole satur uzdevumus, kas veicina profesionālās darbības kompetenču attīstību, kurai students gatavojas, un ietver:

Bakalaura pašsagatavošanās līmeņa pārbaude, veicot individuālo darbu, gatavojoties lekcijām un praktiskajam darbam;

Bakalaura dalība diskusijās par apgūstamās tēmas galvenajiem punktiem;

Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet Explorer vai līdzīgi.

b) tehniskais un laboratorijas atbalsts

Lekcijas un darbnīcas notiek klasēs, izmantojot multimediju aprīkojumu

7. PAMATTERMINU GLOSĀRIJS

Antropoģenēze ir cilvēka fiziskā tipa vēsturiskās un evolucionārās veidošanās process, viņa darba aktivitātes, runas un arī sabiedrības sākotnējā attīstība.

Biosfēra- Zemes apvalks, kas satur visu dzīvo organismu kopumu un to planētas vielas daļu, kas ir nepārtrauktā apmaiņā ar šiem organismiem

Biocentrisms- zinātniska pieeja dabas aizsardzībai, kas augstāk par visu izvirza savvaļas dzīvnieku intereses (kādas tās šķiet cilvēkam).

Ilgtspējīga attīstība- harmoniska (pareiza, vienmērīga, līdzsvarota) attīstība ir pārmaiņu process, kurā dabas resursu izmantošana, investīciju virziens, zinātnes un tehnoloģiju attīstības orientācija, personības attīstība un institucionālās pārmaiņas tiek saskaņotas savā starpā un stiprina pašreizējo. un nākotnes potenciāls apmierināt cilvēku vajadzības un centienus.

Ekoloģiskā katastrofa - tas ir pēkšņs notikums, strauji mainīgs process, kas rada smagas sekas ekosistēmām, to iznīcināšanu, upuriem. Iemesls šādām izmaiņām var būt gan ārēja ietekme uz sistēmu, gan tās iekšējo spriegumu izvadīšana, kas pārsniedza konstrukcijas izturību.

Ekoloģiskā krīze- būtiski reģionāli vai lokāli vides apstākļu traucējumi, kas izraisa pilnīgu vai daļēju vietējo ekoloģisko sistēmu traucējumus.

Dzīvie organismi bagātina vidi ar skābekli, regulē oglekļa dioksīda, dažādu metālu sāļu un virkni citu savienojumu daudzumu - vārdu sakot, uztur dzīvībai nepieciešamo atmosfēras, hidrosfēras un augsnes sastāvu. Lielā mērā pateicoties dzīviem organismiem, biosfērai piemīt pašregulācijas īpašība – spēja uzturēt Radītāja radītos apstākļus uz planētas.

Milzīgā dzīvo organismu loma vides veidošanā ļāva zinātniekiem izvirzīt hipotēzi, ka atmosfēras gaisu un augsni simtiem miljonu evolūcijas gadu laikā radījuši paši dzīvie organismi. Saskaņā ar Rakstiem, gan augsne, gan gaiss uz Zemes atradās jau pirmo dzīvo būtņu radīšanas dienā.

Akadēmiķis Vernadskis, pamatojoties uz ģeoloģisko iežu, kas atrodas dziļāk par Kembriju, struktūras līdzību ar vēlākiem, ierosināja, ka dzīvība vienkāršu organismu veidā uz planētas pastāvēja "praktiski no paša sākuma". Šo zinātnisko konstrukciju maldīgums vēlāk kļuva acīmredzams ģeologiem.

Neapšaubāms VI Vernadska nopelns ir viņa stingrā pārliecība, ka dzīvība rodas tikai no dzīviem organismiem, bet zinātnieks, noraidot Bībeles mācību par pasaules radīšanu, uzskatīja, ka "dzīvība ir mūžīga, tāpat kā kosmoss ir mūžīgs", un nonāca pie. Zeme no citām planētām... Vernadska fantastiskā ideja neapstiprinājās. Hipotēze par planētas organismu evolucionāro izcelsmi no visvienkāršākajām formām mūsdienās ir vēl pretrunīgāka nekā Vernadska laikos.

Dzīvības pastāvēšanas uz Zemes enerģētiskais pamats ir Saule, tāpēc biosfēru var definēt kā dzīvības caurstrāvotu Zemes apvalku, kura sastāvu un uzbūvi veido dzīvo organismu kopīgā darbība un ko nosaka a. pastāvīga saules enerģijas pieplūde.

Vernadskis norādīja uz galveno atšķirību starp biosfēru un citiem planētas apvalkiem - dzīvo būtņu ģeoloģiskās aktivitātes izpausmi tajā. Pēc zinātnieka domām, "visu zemes garozas pastāvēšanu, vismaz tās vielas masas ziņā, tās būtiskās, no ģeoķīmiskā viedokļa iezīmēm, nosaka dzīvība". Vernadskis dzīvos organismus uzskatīja par sistēmu saules gaismas enerģijas pārvēršanai ģeoķīmisko procesu enerģijā.

Biosfērā izšķir dzīvo un nedzīvo vielu - dzīvos organismus un inerto vielu. Lielākā daļa dzīvās vielas ir koncentrēta trīs planētas ģeoloģisko apvalku krustošanās zonā: atmosfēra, hidrosfēra (okeāni, jūras, upes utt.) un litosfēra (klinšu virsmas slānis). Biosfēras nedzīvā viela ietver šo apvalku sastāvdaļu, kas saistīta ar dzīvo vielu, cirkulējot matērijai un enerģijai.

Izšķir biosfēras nedzīvo komponentu: biogēno vielu, kas ir organismu dzīvībai svarīgās darbības rezultāts (nafta, ogles, kūdra, dabasgāze, biogēnas izcelsmes kaļķakmens u.c.); bioinerta viela, ko kopīgi veido organismi un nebioloģiski procesi (augsnes, dūņas, upju, ezeru dabīgais ūdens u.c.); inerta viela, kas nav organismu dzīvībai svarīgās darbības produkts, bet ir iekļauta bioloģiskajā ciklā (ūdens, atmosfēras slāpeklis, metālu sāļi utt.).

Biosfēras robežas var noteikt tikai aptuveni. Lai gan baktēriju un sporu noteikšanas fakti 85 km augstumā ir zināmi, dzīvās vielas koncentrācija lielos augstumos ir tik niecīga, ka biosfēra tiek uzskatīta par ierobežotu 20-25 km augstumā ar ozona slāni. aizsargā dzīvās būtnes no cietā starojuma postošās ietekmes.

Hidrosfērā dzīvība ir visur. Marianas tranšejā 11 km dziļumā, kur spiediens ir 1100 atm un temperatūra 2,4 °C, franču zinātnieks Ž.Pikārs pa logu novērojis jūras gurķus, citus bezmugurkaulniekus un pat zivis. Baktērijas, kramaļģes un zilaļģes, foraminifera, vēžveidīgie dzīvo zem Antarktikas ledus biezuma vairāk nekā 400 m. Baktērijas atrodas zem 1 km jūras dūņu slāņa, naftas urbumos 1,7 km dziļumā un pazemes ūdeņos 3,5 km dziļumā. 2-3 km dziļums tiek uzskatīts par biosfēras apakšējo robežu. Tāpēc kopējais biosfēras biezums dažādās planētas daļās svārstās no 12-15 līdz 30-35 km.

Atmosfērā galvenokārt ir slāpeklis un skābeklis. Nelielos daudzumos ietilpst argons (1%), oglekļa dioksīds (0,03%) un ozons. Gan sauszemes organismu, gan ūdens būtņu dzīvībai svarīgā aktivitāte ir atkarīga no atmosfēras stāvokļa. Skābekli galvenokārt izmanto mirstošo organisko vielu elpošanai un mineralizācijai (oksidācijai). Oglekļa dioksīds ir būtisks fotosintēzei.

Hidrosfēra. Ūdens ir viena no svarīgākajām biosfēras sastāvdaļām. Apmēram 90% ūdens atrodas pasaules okeānā, kas aizņem 70% no planētas virsmas un satur 1,3 miljardus km3 ūdens. Upēs un ezeros ir tikai 0,2 miljoni km3 ūdens, bet dzīvie organismi - aptuveni 0,001 miljons km3. Skābekļa un oglekļa dioksīda koncentrācija ūdenī ir būtiska organismu dzīvībai. Ūdens satur 660 reizes vairāk oglekļa dioksīda nekā gaiss. Jūrās un okeānos izšķir piecus dzīvības kondensācijas veidus:

1. Jūras piekraste. Šī zona ir bagāta ar skābekli, organiskām vielām un citām barības vielām no zemes (piemēram, upes ūdens). Šeit planktons un tā apakšējais "partneris" bentoss, kas pārstrādā planktona mirstošos organismus, plaukst līdz 100 m dziļumā.

Okeāna planktons sastāv no divām kopienām:

a) fitoplanktons - aļģes (70% no tām ir mikroskopiskas kramaļģes) un baktērijas;

b) zooplanktons - primārie fitoplanktona patērētāji (gliemji, vēžveidīgie, vienšūņi, tunikāti, dažādi bezmugurkaulnieki).

Zooplanktona dzīvība ir pastāvīgā kustībā, tas paceļas un nokrīt līdz 1 km dziļumam, izvairoties no saviem ēdājiem (no tā arī nosaukums: grieķu klaiņojošais planktons). Zooplanktons ir vaļu galvenā barība. Fitoplanktons veido tikai 8% no zooplanktona masas, bet, strauji vairojoties, saražo 10 reizes vairāk biomasas nekā visa pārējā okeāna dzīvība. Fitoplanktons nodrošina 50% skābekļa (pārējos 50% ražo meži).

Bentosa organismi - krabji, galvkāji un gliemežvāki, tārpi, jūras zvaigznes un eži, holotūrieši ("jūras gurķi" vai cits nosaukums - trepangi), foraminifera (jūras sakneņi), aļģes un baktērijas ir pielāgotas dzīvībai gandrīz bez gaismas. Pārstrādājot organiskās vielas un pārveidojot tās minerālvielās, kuras ar augšupejošām straumēm tiek nogādātas augšējos slāņos, bentoss baro planktonu. Jo bagātāks bentoss, jo bagātāks planktons un otrādi. Ārpus plaukta abu skaits strauji samazinās.

Planktons un bentoss okeānā veido biezu kaļķainu un silīcija dūņu slāni, veidojot nogulumiežus. Karbonāta nogulsnes var pārvērsties par akmeni tikai dažu gadu desmitu laikā.

2. Augšupteces biezumi veidojas augšupejošu strautu vietās, kas nes virspusē bentosa produktus. Šeit atrodas Kalifornijas, Somālijas, Bengālijas, Kanāriju salu un īpaši Peru upes, kas dod aptuveni 20% no pasaules zivju produkcijas.

3. Rifs - labi zināmi koraļļu rifi, kuros ir daudz aļģu un vēžveidīgo, adatādaiņu, zili zaļo, koraļļu un zivju. Rifi aug neparasti ātri (līdz 20-30 cm gadā) ne tikai koraļļu polipu, bet arī gliemju un adatādaiņu vitālās aktivitātes dēļ, koncentrējoties kalcijs, kā arī zaļās un sarkanās aļģes ar kaļķainu skeletu.

Galvenais rifu ekosistēmu ražotājs ir mikroskopiskās fototrofās aļģes, tāpēc rifi atrodas ne vairāk kā 50 m dziļumā, tiem nepieciešams dzidrs silts ūdens ar noteiktu sāļumu. Rifi ir viena no produktīvākajām biosfēras sistēmām, kas gadā saražo līdz 2 t/ha biomasas.

4. Sargaso biezokņi - brūno un purpura aļģu lauki, kas peld uz virsmas ar daudziem gaisa burbuļiem. Izplatīts Sargaso un Melnajā jūrā.

5. Bezdibenes plaisu dibena biezumi veidojas līdz 3 km dziļumā ap karstajiem avotiem okeāna garozas lūzumu (plīsumu) dēļ. Šajās vietās tiek izvadīti sērūdeņraža, dzelzs un mangāna joni, slāpekļa savienojumi (amonjaks, oksīdi), barojošās ķīmijtrofās baktērijas - ražotāji, ko patērē sarežģītāki organismi - mīkstmieši, krabji, vēži, zivis un milzīgi sēdošajiem tārpiem līdzīgie dzīvnieku riftiji. no zemes iekšpuses. Šiem organismiem nav nepieciešama saules gaisma. Plaisu zonās radības aug apmēram 500 reizes ātrāk un sasniedz iespaidīgus izmērus. Gliemenes izaug līdz 30 cm diametrā, baktērijas - līdz 0,11 mm! Ir zināmi Galapagu plaisu sabiezējumi, kā arī pie Lieldienu salas.

Jūrā dominē dažādi dzīvnieki, bet uz sauszemes - augi. Angiospermas vien veido 50% no sugām, bet aļģes veido tikai 5%. Kopējās biomasas uz sauszemes 92% veido zaļie augi, savukārt okeānā 94% ir dzīvnieki un mikroorganismi.

Planētas biomasa atjaunojas vidēji ik pēc 8 gadiem, sauszemes augi – 14 gados, okeāns – 33 dienās (fitoplanktons – katru dienu). Viss ūdens iziet cauri dzīviem organismiem 3 tūkstošu gadu laikā, skābeklis - 2-5 tūkstošus gadu, bet atmosfēras oglekļa dioksīds - tikai 6 gados. Oglekļa, slāpekļa un fosfora cikli ir ievērojami garāki. Bioloģiskais cikls nav noslēgts, aptuveni 10% vielas nogulšņu un apbedījumu veidā iziet litosfērā.

Biosfēras masa ir tikai 0,05% no Zemes masas, un tās tilpums ir aptuveni 0,4%. Dzīvās vielas kopējā masa ir 0,01-0,02% no biosfēras inertās vielas, bet dzīvo organismu loma ģeoķīmiskajos procesos ir ļoti nozīmīga. Ikgadējā dzīvās vielas produkcija ir aptuveni 200 miljardi tonnu organisko vielu sausnas, fotosintēzes procesā 70 miljardi tonnu ūdens reaģē ar 170 miljardiem tonnu oglekļa dioksīda. Katru gadu organismu dzīvībai svarīgajā darbībā biogēnajā ciklā tiek iesaistīti 6 miljardi tonnu slāpekļa, 2 miljardi tonnu fosfora, dzelzs, sēra, magnija, kalcija, kālija un citu elementu. Cilvēce, izmantojot daudzas iekārtas, iegūst aptuveni 100 miljardus tonnu minerālu gadā.

Organismu dzīvībai svarīgā darbība sniedz būtisku ieguldījumu planētu vielu apritē, veicot tās regulēšanu, dzīvība kalpo kā spēcīgs ģeoloģisks faktors, kas stabilizē un pārveido biosfēru.

DZĪVĀ VIELA (DZĪVI ORGANISMI). BIOMASA

Dzīvā viela - dzīvo organismu kopums un biomasa biosfērā.

Jēdzienu "dzīvā matērija" zinātnē ieviesa V.I. Vernadskis. To raksturo kopējā masa, ķīmiskais sastāvs, enerģija.

Dzīvie organismi ir spēcīgs ģeoloģisks faktors, kas pārveido Zemes virsmu. UN. Vernadskis uzsvēra, ka uz zemes virsmas gala rezultātos nav spēka, kas būtu spēcīgāks par dzīviem organismiem kopumā. Gan atmosfēra (gaisa apvalks), gan hidrosfēra (ūdens apvalks), gan litosfēra (cietais apvalks) ir parādā par savu pašreizējo stāvokli un to raksturīgajām īpašībām ietekmi, kāda organismiem ir bijusi uz tiem savas pastāvēšanas miljardu gadu laikā. nepārtraukta elementu plūsma biogēnajā vielmaiņā. Ietekmējot apkārtējo pasauli un mainot to, dzīvā matērija darbojas kā aktīvs faktors, kas nosaka pašas eksistenci.

Dzīvās vielas planetārās ģeoķīmiskās lomas jēdziens ir viens no galvenajiem noteikumiem biosfēras teorijā, ko izstrādājis V.I. Vernadskis. Vēl viena svarīga pozīcija viņa teorijā ir ideja par biosfēru kā organizētu veidojumu, kas ir sarežģītu vides materiālo, enerģētisko un informācijas spēju pārveidojumu produkts, ko izraisa dzīvā viela.

Biosfēra no mūsdienu viedokļa tiek uzskatīta par lielāko ekosistēmu uz planētas, kas piedalās globālajā vielu apritē. Zem biosfēras sistēmām atrodas zemāka līmeņa ekosistēmas. Biogeocenoze ir mūsdienu biosfēras aktīvās daļas struktūrvienība.

Biosfēra ir dzīvo būtņu un dažādas sarežģītības ekosistēmu ilgtermiņa evolūcijas produkts, kas mijiedarbojas un dinamiski līdzsvaro savā starpā un ar inertu vidi.

Organismu dzīvās vielas daudzumu uz platības vai tilpuma vienību, kas izteikts masas vienībās, sauc par biomasu. Organismiem, kas veido biomasu, ir spēja vairoties – vairoties un izplatīties pa planētu.

Jebkura dzīva organisma un vispār biomasas īpatnība ir pastāvīga vielu un enerģijas apmaiņa ar vidi.

Pašlaik uz Zemes ir vairāk nekā divi miljoni organismu sugu. No tiem augi veido aptuveni 500 tūkstošus sugu, bet dzīvnieki - vairāk nekā 1,5 miljonus sugu. Sugu skaita ziņā lielākā grupa ir kukaiņi (apmēram 1 miljons sugu).

BIOGĒNISKĀ ĶĒDE

Bioķīmiskā cirkulācija ir ķīmisko elementu kustība un pārveide caur inertu un organisku dabu, aktīvi piedaloties dzīvai vielai. Ķīmiskie elementi cirkulē biosfērā pa dažādiem bioloģiskā cikla ceļiem: tos uzņem dzīvā viela un uzlādējas ar enerģiju, pēc tam tie atstāj dzīvo vielu, atdodot uzkrāto enerģiju ārējai videi. Vernadskis šādus ciklus nosauca par bioķīmiskiem. Tos var iedalīt divos galvenajos veidos:

1) gāzveida vielu cirkulācija ar rezerves fondu atmosfērā un hidrosfērā;

2) nogulumu cikls ar rezerves fondu zemes garozā.

Visos bioķīmiskajos ciklos dzīvā viela spēlē aktīvu lomu. Galvenie cikli ietver oglekļa, skābekļa, slāpekļa, fosfora ciklu.

BIOSFERES FUNKCIJAS

Pateicoties biotiskajai cirkulācijai, biosfēra veic noteiktas funkcijas.

1. Gāzes funkcija - veic zaļie augi fotosintēzes procesā un visi dzīvnieki un augi, mikroorganismi vielu bioloģiskā cikla rezultātā. Lielākā daļa gāzu nāk no dzīvības. Pazemes deggāzes ir nogulumiežu iežos apraktu augu izcelsmes organisko vielu sadalīšanās produkti.

2. Koncentrācijas funkcija – saistīta ar dažādu ķīmisko elementu uzkrāšanos dzīvajā vielā.

3. Redox funkcija (vielu oksidēšanās dzīvības procesā). Augsnē veidojas oksīdi un sāļi. Baktērijas rada kaļķakmeni, rūdu utt.

4. Bioķīmiskā funkcija - tiek veikta vielmaiņa dzīvos organismos (uzturs, elpošana, izdalīšanās) un mirušo organismu iznīcināšana un sadalīšana.

5. Cilvēces bioķīmiskā darbība. Tas aptver arvien lielāku zemes garozas materiāla daudzumu rūpniecības, transporta un lauksaimniecības vajadzībām.

BIOSFĒRAS ORGANIZĀCIJA UN STABILITĀTE

Biosfēra ir sarežģīta organizēta sistēma, kas darbojas kā viena vienība, kas spēj pašregulēties. Tās struktūrvienība ir biogeocenoze - viena no sarežģītākajām dabas sistēmām, kas pārstāv dzīvo organismu kompleksu un inertu vidi, kas atrodas pastāvīgā mijiedarbībā savā starpā un ir savstarpēji saistīti ar vielu un enerģijas apmaiņas palīdzību. Biosfēras stabilitāti nosaka biogeocenozes - organiskās pasaules ilgstošas ​​dabas vēsturiskās attīstības produktu - stabilitāte.

Svarīga biogeocenozes īpašība ir tās pašregulācijas spēja, kas izpaužas tās stabilā dinamiskā līdzsvarā. Pēdējais tiek panākts, koordinējot un sarežģījot to mijiedarbību, kas veidojas starp tā sastāvdaļām - dzīvajām un nedzīvajām daļām. Radītās organiskās vielas patēriņš notiek paralēli tās ražošanai, un tās apjoms nedrīkst pārsniegt pēdējo. Jo daudzveidīgākas ir vides fizikālās un ķīmiskās īpašības, dzīves apstākļi biotopā, jo daudzveidīgāks ir cenozes sugu sastāvs, jo tā ir stabilāka. Eksistences nosacījumu novirzes no optimālā noved pie tā specifiskā izsīkuma. Cenozes stabilo stāvokli nosaka arī bruto produkcijas izlaide, kas nodrošina enerģijas plūsmu pa trofiskajiem līmeņiem un visu to dzīvo komponentu saglabāšanos, kas ir savstarpēji saistīti pārtikas ķēdē un piedalās vispārējā vielu apritē. Līdzsvarotas attiecības starp dažāda trofiskā līmeņa organismiem ir viens no biogeocenozes stabilitātes nosacījumiem.

Fizikāli ķīmiskās vides nepastāvības apstākļos biogeocenozes ticamību nodrošina kopējā dzīvās vielas pārdale starp tās sastāvā esošajām sugām, kuras var aizstāt viena otru (vai dublēt) vienā un tajā pašā ekoloģiskās piramīdas līmenī. Noteiktos apstākļos dažas sugas jūtas ērtāk (sakarībā ar to palielinās to populāciju skaits), bet sliktāk - citas, kas atrodas tuvu tām, bet ieņem pakārtotu stāvokli biogeocenozē. Apstākļu maiņa var negatīvi ietekmēt pirmo un, gluži pretēji, veicināt otrās labklājību. Atkarībā no jauna dabas faktora darbības stipruma un ilguma biogeocenozes ietvaros notiek vairāk vai mazāk būtiskas izmaiņas tā organizācijā. Viens no mehānismiem, kas nodrošina biocenožu saglabāšanos, izpaužas spējā ārējo faktoru spiediena ietekmē veidot atšķirīgu struktūru, palielinoties "dublēšanās elementiem".

Atsevišķas biogeocenozes nav izolētas viena no otras; tie ir savstarpēji atkarīgi un pastāvīgi mijiedarbojas. Par spilgtu pierādījumu tam var kalpot biogēno elementu globālās aprites piemēri, kuros piedalās ne tikai atsevišķas apakšsistēmas, bet visa biosfēra un citas Zemes ģeosfēras. Elementu un vielu ciklu līdzsvaru uz planētas, īpaši biogēno elementu ciklu, bez kuriem nav iespējama dzīvība, nodrošina visas dzīvās vielas masas noturība. Caur dzīviem organismiem iziet liels skaits elementu. Fotoautotrofi nosaka saules enerģijas fiksācijas ātrumu un tās piegādi citiem planētas iedzīvotājiem. Zaļie augi nodrošina molekulāro skābekli, kas nepieciešams gandrīz visiem dzīvajiem organismiem uz Zemes; vienīgie izņēmumi ir anaerobās formas. Lai nodrošinātu aprites stabilitāti, papildus dzīvās vielas masas noturībai ir nepieciešama noturība starp ražotājiem, patērētājiem un reducētājiem. Kopā tie rada un stabilizē apstākļus biosfēras kā neatņemamas un harmoniskas vienības pastāvēšanai.

Ekoloģisko dublēšanos sugu līmenī biogeocenozē dabā papildina ekoloģiskā dublēšanās cenozes līmenī, kas izpaužas vienas biocenozes aizstāšanā ar citu mainīgos apstākļos visas biosfēras ietvaros.

Kopējais dzīvās vielas daudzums biosfērā jūtami mainās pietiekami ilgā ģeoloģiskā laikā (V.I. Vernadska dzīvās vielas daudzuma noturības likums). Tā kvantitatīvo stabilitāti uztur sugu skaita nemainīgums, kas nosaka vispārējo sugu daudzveidību biosfērā.

Tādējādi biogeocenozes ir vide, kurā uz mūsu planētas norisinās dažādi dzīvības procesi, vielu un enerģijas cikli, ko izraisa organismu dzīvībai svarīga darbība un kopumā veido lielu biosfēras ciklu.

Biogeocenoze ir relatīvi stabila un atvērta sistēma ar materiālās enerģijas “ievadiem” un “izvadiem”, kas savieno blakus esošās biocenozes.

NOOSFERA

Noosfēra (grieķu noos — prāts + sfēra) ir augstākais biosfēras attīstības posms, cilvēka prāta ietekmes sfēra, dabas un sabiedrības mijiedarbība. Parādījies uz Zemes, cilvēks pakāpeniski kļuva par spēcīgu ģeoloģisko spēku, kas ietekmē apkārtējo pasauli.

Jēdziens noosfēra kā ideāli domājošs Zemes apvalks zinātnē tika ieviests 20. gadsimta sākumā. Franču zinātnieki un filozofi P. Teilhards de Šardēns un E. Lerojs. P. Teilhards de Šardēns uzskatīja cilvēku par evolūcijas virsotni un matērijas pārveidotāju, evolūcijas iekļaušanu radošumā. Zinātnieks galveno nozīmi evolūcijas konstrukcijās piešķīra kolektīvajam un garīgajam faktoram, nemazinot tehniskā progresa un ekonomiskās attīstības lomu.

UN. Vernadskis, runājot par noosfēru (1944), uzsvēra nepieciešamību pēc racionālas sabiedrības un dabas mijiedarbības organizācijas, kas atbilst katra cilvēka, visas cilvēces un apkārtējās pasaules interesēm. Zinātnieks rakstīja: “Cilvēce kopumā kļūst par spēcīgu ģeoloģisko spēku. Un pirms viņa, pirms viņa domas un darba, tika izvirzīts jautājums par biosfēras pārstrukturēšanu visas brīvdomīgas cilvēces interesēs. Šis jaunais biosfēras stāvoklis, kuram mēs tuvojamies, to nemanot, ir noosfēra.

Daba nes cilvēka darbības pēdas dažādu sociāli ekonomisko veidojumu apstākļos, viena otru aizstājot. Ietekmes formas ir dažādas. Tā rezultāti pēdējo 100–150 (200) gadu laikā, īpaši Eiropas un Ziemeļamerikas teritorijās, pārspēj rezultātus visā cilvēces iepriekšējā vēsturē. Pieaugot iedzīvotāju skaitam un pieaugot tās labklājībai, spiediens uz dabu kļuva arvien lielāks. Tiek uzskatīts, ka mūsu ēras sākumā uz Zemes dzīvoja aptuveni 200 miljoni cilvēku. Līdz tūkstošgadei šis skaitlis bija pieaudzis līdz 275 miljoniem; līdz XX gadsimta vidum. pasaules iedzīvotāju skaits ir gandrīz dubultojies (500 miljoni). 200 gadu laikā šis skaitlis ir pieaudzis līdz 1,3 miljardiem, pusgadsimta laikā ir pievienoti vēl 300 miljoni (1900 - 1,6 miljardi). 1950. gadā uz Zemes jau bija 2,5 miljardi cilvēku, 1970. gadā - 3,6 miljardi, līdz 2025. gadam paredzams, ka šis rādītājs būs 8,5 miljardi. No šī skaita 83% pasaules iedzīvotāju dzīvos jaunattīstības valstīs - Āzijā, Āfrikā, Dienvidamerika, kur joprojām ir jūtams iedzīvotāju skaita pieaugums. Ir nepieciešams priekšstats par iedzīvotāju dzīvības uzturēšanas iespējām, lai izvairītos no iedzīvotāju eksplozijas katastrofālajām sekām.

Planētas iedzīvotāju skaita straujais pieaugums liek uzdot jautājumu par Zemes biosfēras bioloģiskās produktivitātes robežām. Zinātniskā un tehnoloģiskā progresa periodā enerģiskas cilvēka darbības rezultātā, kuras mērķis ir celt visas cilvēces materiālo un garīgo līmeni, neatjaunojamo dabas resursu rezerves ir lielā mērā izsmeltas. Pašatjaunojošie resursi ir piedzīvojuši globālus traucējumus milzīgās teritorijās, daži no tiem ir zaudējuši spēju pašatjaunoties. Daudzas iekšzemes ūdenstilpes ir kļuvušas mirušas vai atrodas uz dzīvības un nāves robežas. Okeāni ir piesārņoti ar rūpnieciskajiem atkritumiem, naftas noplūdēm, radioaktīvām vielām, tiek izjaukts vairāku vitāli svarīgu uzturvielu dabiskais – globālais un īpaši lokālais – cikls. Nereti uz patērētāja galda nonāk ekoloģiski “netīri” pārtikas produkti un nekvalitatīvs dzeramais ūdens.

Vides piesārņojums un daudzu augu un dzīvnieku sugu dabisko dzīvotņu izjaukšana ir izraisījusi populāciju skaita samazināšanos vai to izzušanu un līdz ar to miljoniem gadu izveidotā genofonda zudumu. Vidi piesārņojošo mutagēnu ietekmē ir parādījušās ne tikai jaunas agrocenožu un dabisko biocenožu kaitēkļu formas, bet arī patogēni, pret kuriem nav izveidojušās aizsargājošas īpašības ne cilvēkiem, ne citiem planētas iemītniekiem.

Nežēlīgā dabas ekspluatācija, pakārtota mirkļa prasību apmierināšanai, neatrisina aktuālas problēmas arī šodien, radot nelabvēlīgas nākotnes izredzes. Daļa pasaules iedzīvotāju cieš no nepietiekama uztura un mirst no bada (lauksaimniecības kaitēkļu dēļ ik gadu tiek zaudēti 25% no kopējās ražas). Daudzi cilvēki, kuru vidū pārsvarā ir bērni, katru gadu mirst no slimībām, ko izraisa nekvalitatīva ūdens lietošana. Cilvēku veselība cieš no paaugstināta vides piesārņojuma, īpaši lielajās rūpnieciskajās pilsētās. Daudzus cilvēkus negatīvi ietekmē ne tikai ekoloģisko sistēmu degradācija, bet arī nabadzība, palielinot nevienlīdzību starp bagātajiem un nabadzīgajiem.

Lai izvairītos no cilvēku saimnieciskās darbības un dabas stihiju radītajām negatīvajām sekām, ir jāņem vērā apkārtējā dabā spēkā esošie likumi un jāatbalsta tās pašatjaunošanās. Dabas aizsardzības un tās racionālas izmantošanas uzdevums ir kļuvis ne tikai valstisks, bet arī starptautisks, un tā risinājuma pamatā jābūt zināšanām par dzīvības likumiem un apkārtējās pasaules attīstību.

No sabiedrības informētības pakāpes par krīzes situāciju biosfērā un tās reakcijas ātruma ir atkarīga ne tikai cilvēku labklājība, bet arī viņu dzīve.

Biosfēras doktrīna