Biosfera jest naturalną częścią kosmicznej organizacji. Organizacja i stabilność biosfery

MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI FEDERACJI ROSYJSKIEJ

WŁADYWOSTOK PAŃSTWOWY UNIWERSYTET GOSPODARCZY I

USŁUGA

INSTYTUT INNOWACJI INFORMATYKI I SYSTEMÓW BIZNESOWYCH

ZAKŁAD EKOLOGII I ZARZĄDZANIA PRZYRODĄ

020801.65 „Ekologia”

Władywostok

Wydawnictwo VSUES

Program pracy dyscypliny akademickiej „Nauczanie o biosferze” jest opracowywany zgodnie z wymaganiami Państwowego Standardu Edukacyjnego Wyższego Kształcenia Zawodowego.

Opracował: Docent Katedry Ekologii

Zatwierdzony na posiedzeniu wydziału PPE w dniu 01.01.2001, protokół nr 6, wydanie 2014

© Wydawnictwo Władywostok

Uniwersytet stanowy

gospodarka i usługi, 2014

WPROWADZANIE

Doktryna biosfery jest dyscypliną przyrodniczą, której celem jest wykształcenie u studentów ekologów biocentrycznego światopoglądu i umiejętności oceny działań zawodowych z punktu widzenia racjonalnego korzystania z zasobów naturalnych i ochrony środowiska. Naturalne środowisko biosfery dostarcza człowiekowi surowców, energii i różnych materiałów. Doktryna biosfery pomaga zrozumieć relacje organizmów, populacji z siedliskami, relacje między ekosystemami naturalnymi i antropogenicznymi, warunki stabilnego stanu ekosystemów, przyczyny kryzysu ekologicznego, ekologiczne zasady racjonalnego gospodarowania przyrodą, które zapewnić zrównoważony rozwój ludzkości. Studiując dyscyplinę „Doktryna biosfery” studenci ekologów postrzegają biosferę jako ekosystem globalny, jej skład, strukturę, powiązania wewnętrzne, zapewniające jej funkcjonowanie i trwałość. Oceniają główne źródła zanieczyszczeń, analizują problemy środowiskowe obszarów zurbanizowanych. Badają sposoby ochrony biosfery przed oddziaływaniem technogenicznym, rozważają problemy i sposoby zachowania bioróżnorodności. Szczególną uwagę zwrócono na problematykę wpływu człowieka na procesy globalne i klimat biosfery. Badanie różnych procesów zachodzących w biosferze umożliwia edukowanie świadomości proekologicznej uczniów i kształtowanie w nich „ekologizowanego” stereotypu zachowań. Dyscyplina „Doktryna biosfery” ma na celu poznanie podstawowych praw funkcjonowania systemów przyrodniczych na różnych poziomach biosfery, czynników determinujących jej stabilność, produktywność, energię. Ujawnia się rola żywej materii w cyklach biogeochemicznych, ukazuje się logiczny związek między tradycyjnymi badaniami problemów interakcji między przyrodą - społeczeństwem - gospodarką a koncepcją zrównoważonego rozwoju ludzkości, dążącej do konstruktywnych rozwiązań problemów środowiskowych. Oceniany jest stan globalnego ekosystemu oraz sposoby stabilizacji i poprawy współczesnej biosfery. Studia na tym kierunku są ściśle związane z takimi dyscyplinami jak „Biologia”, „Chemia”, „Geografia”, „Geologia”, „Gleboznawstwo”.

Cechą studiowania dyscypliny „Nauczanie o biosferze” jest zintegrowane podejście do problemów środowiskowych, które umożliwia studentom zdobycie niezbędnej erudycji dla ekologów, zrozumienie związku procesów biogeochemicznych w biosferze. Do opanowania dyscypliny wymagana jest podstawowa wiedza z zakresu geografii, biologii, chemii, geologii, ekologii i gleboznawstwa.

1. WSKAZÓWKI ORGANIZACYJNE I METODOLOGICZNE

1.1. Cele i zadania dyscypliny

Cel dyscypliny ma na celu zapoznanie studentów z podstawowymi pojęciami, problemami i metodami nauki „Nauczanie o biosferze”. Dyscyplina przeznaczona jest dla studentów specjalności 020801.65 - Ekologia. Główne cele dyscypliny- kształtowanie umiejętności i zdolności w następujących obszarach działalności:

· Studium podstaw „Nauki o biosferze”, jej granic i ewolucji;

· Charakterystyka migracji biogennej, cykle biogeochemiczne substancji, cykliczność czasoprzestrzenna pierwiastków chemicznych;

· Zapoznanie się z organizacją planetarno-przestrzenną biosfery;

· Uwzględnienie termodynamicznego kierunku rozwoju biosfery, przemiany energii przez żywą materię;

· Badanie koncepcji noosfery jako podstawy naukowego zarządzania;

Formacja profesjonalisty kompetencje.

1.2. Lista kompetencji nabytych w ramach studiów dyscypliny

Dyscyplina ta tworzy profesjonalne spojrzenie na geochemiczne, biogeochemiczne i biologiczne aspekty biosfery. Koncepcja biosfery ma na celu ukształtowanie całościowego spojrzenia na procesy i zjawiska w globalnym ekosystemie, na mechanizmy i prawidłowości zrównoważonego istnienia systemów biologicznych różnych poziomów w złożonym i dynamicznym środowisku. Wiedza zdobyta w trakcie studiowania tej dyscypliny kształtuje u studenta ekologiczny, noosferyczny światopogląd i rozwija logiczne myślenie na wszystkich poziomach organizacji materii żywej (organizm, populacja, ekosystem, biosfera).

1.3. Główne rodzaje zajęć i cechy ich prowadzenia

Łączna ilość dyscypliny dla specjalności 020801.65 Ekologia wynosi 200 godzin, z czego 68 godzin zajęć dydaktycznych (34 godziny wykładów, 34 godziny zajęć praktycznych) i 132 godziny pracy samodzielnej. Dyscyplina „Nauczanie o biosferze” jest studiowana w 5 semestrze, 4 godziny tygodniowo, z czego 2 godziny wykładów, 2 godziny zajęć praktycznych. Dyscyplina kończy się egzaminem. Główne działania: - wykłady, które dostarczają podstawowego usystematyzowanego materiału o budowie, organizacji, właściwościach i funkcjach biosfery; - zajęcia praktyczne przyczyniają się do kształtowania wśród studentów ekologów idei związku organizmów ze środowiskiem, budowy biosfery, jej ewolucji, globalnych problemów środowiskowych. Seminaria i zajęcia praktyczne rozwijają umiejętność przewidywania wyników działalności zawodowej z uwzględnieniem bezpośrednich i pośrednich konsekwencji dla biosfery; - konsultacje obejmują pomoc w samoopanowaniu materiału; - praca samodzielna obejmuje: pracę z literaturą edukacyjną i naukową w przygotowaniu do konwersatorium praktycznego, testy i pisanie pracy semestralnej. W trakcie studiowania tej dyscypliny studenci ekologów słuchają wykładów, zdobywają praktyczne umiejętności na zajęciach praktycznych, studiują samodzielnie korzystając z literatury naukowej, elektronicznych baz bibliotecznych i Internetu w ramach przygotowań do egzaminu i obrony pracy semestralnej.

1.4. Rodzaje kontroli i raportowania według dyscypliny

Studia z tej dyscypliny kończy się egzaminem w V semestrze. Na egzaminie student musi wykazać się rzeczywistą bazą wiedzy o planetarno-kosmicznej organizacji biosfery, umiejętności ustalania związków przyczynowo-skutkowych oraz formułowania wniosków. Stosowane są następujące rodzaje kontroli: - bieżąca certyfikacja, która obejmuje wykonanie przez studenta pisemnych zadań kontrolnych, ustne pytania, sprawozdania z seminariów, uczęszczanie na wykłady, testy.

1.5 Rodzaje kontroli dyscypliny i raportowania

Monitorowanie postępów uczniów odbywa się zgodnie z systemem oceniania wiedzy.

Bieżąca kontrola postępów zawiera zadania, które przyczyniają się do rozwoju kompetencji aktywności zawodowej, do której student się przygotowuje i obejmuje:

Sprawdzenie poziomu samodzielnego przygotowania licencjata przy wykonywaniu zadania indywidualnego, w przygotowaniu do wykładów i pracy praktycznej;

udział licencjata w dyskusjach na temat głównych punktów badanego tematu;

Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet Explorer lub podobny.

b) wsparcie techniczne i laboratoryjne

Wykłady i ćwiczenia praktyczne prowadzone są w salach lekcyjnych z wykorzystaniem sprzętu multimedialnego

7. SŁOWNIK PODSTAWOWYCH POJĘĆ

Antropogeneza to proces historycznego i ewolucyjnego kształtowania fizycznego typu osoby, początkowy rozwój jego aktywności zawodowej, mowy, a także społeczeństwa.

Biosfera- rodzaj powłoki Ziemi, zawierającej całość żywych organizmów i tę część substancji planety, która jest w ciągłej wymianie z tymi organizmami

Biocentryzm- naukowe podejście do ochrony środowiska, które stawia przede wszystkim na interesy dzikiej przyrody (tak jak wydają się one człowiekowi).

Zrównoważony rozwój- rozwój harmonijny (prawidłowy, jednolity, zrównoważony) to proces zmian, w którym eksploatacja zasobów naturalnych, kierunek inwestycji, ukierunkowanie rozwoju naukowego i technologicznego, rozwój osobisty i zmiany instytucjonalne są ze sobą skoordynowane i wzmacniają dotychczasowy oraz przyszły potencjał zaspokajania ludzkich potrzeb i aspiracji.

Katastrofa ekologiczna - jest to nagłe wydarzenie, szybko postępujący proces, który pociąga za sobą poważne konsekwencje dla ekosystemów, ich niszczenie i ofiary. Przyczyną takich zmian może być zarówno zewnętrzny wpływ na system, jak i rozładowanie jego wewnętrznych naprężeń, które przekroczyły wytrzymałość konstrukcji.

Kryzys ekologiczny- znaczące regionalne lub lokalne zaburzenie warunków środowiskowych, które prowadzi do całkowitego lub częściowego zakłócenia lokalnych systemów ekologicznych.

Żywe organizmy wzbogacają środowisko w tlen, regulują ilość dwutlenku węgla, soli różnych metali i szeregu innych związków - jednym słowem utrzymują niezbędny do życia skład atmosfery, hydrosfery i gleby. W dużej mierze dzięki żywym organizmom biosfera ma właściwość samoregulacji - zdolność do utrzymywania warunków na planecie stworzonej przez Stwórcę.

Ogromna rola organizmów żywych w kształtowaniu środowiska pozwoliła naukowcom postawić hipotezę, że powietrze atmosferyczne i gleba zostały stworzone przez same organizmy żywe na przestrzeni setek milionów lat ewolucji. Według Pisma zarówno gleba, jak i powietrze były już obecne na Ziemi w dniu stworzenia pierwszych żywych istot.

Akademik Vernadsky na podstawie podobieństwa budowy skał geologicznych leżących głębiej niż kambr z późniejszymi sugerował, że życie w postaci prostych organizmów jest obecne na planecie „praktycznie od samego początku”. Błędność tych konstrukcji naukowych stała się później oczywista dla geologów.

Niewątpliwą zasługą VI Vernadsky'ego jest jego mocne przekonanie, że życie pochodzi tylko z żywych organizmów, ale naukowiec, odrzucając biblijną naukę o stworzeniu świata, uważał, że „życie jest wieczne, jak kosmos jest wieczny” i doszedł do Ziemia z innych planet ... Fantastyczny pomysł Vernadsky'ego nie został potwierdzony. Hipoteza ewolucyjnego pochodzenia organizmów planety z najprostszych form jest dziś jeszcze bardziej sprzeczna niż za czasów Wernadskiego.

Podstawą energetyczną istnienia życia na Ziemi jest Słońce, dlatego biosferę można zdefiniować jako przesiąkniętą życiem powłokę Ziemi, której skład i strukturę tworzy wspólna aktywność organizmów żywych i jest zdeterminowana przez stały dopływ energii słonecznej.

Vernadsky zwrócił uwagę na główną różnicę między biosferą a innymi powłokami planety - przejawem aktywności geologicznej żywych istot. Według naukowca „całe istnienie skorupy ziemskiej, przynajmniej pod względem masy jej substancji, w jej zasadniczych z geochemicznego punktu widzenia cechach, jest uwarunkowane życiem”. Vernadsky rozważał żywe organizmy jako system przekształcania energii światła słonecznego w energię procesów geochemicznych.

W biosferze rozróżnia się materię ożywioną i nieożywioną – organizmy żywe i materię obojętną. Większość żywej materii koncentruje się w strefie przecięcia trzech geologicznych powłok planety: atmosfery, hydrosfery (oceany, morza, rzeki itp.) i litosfery (powierzchniowa warstwa skał). Materia nieożywiona biosfery zawiera składnik tych muszli związanych z materią żywą poprzez cyrkulację materii i energii.

Wyróżnia się nieożywiony składnik biosfery: substancję biogenną, która jest wynikiem żywotnej aktywności organizmów (ropa naftowa, węgiel, torf, gaz ziemny, wapień pochodzenia biogenicznego itp.); substancja bioinertna, tworzona wspólnie przez organizmy i procesy niebiologiczne (gleby, muły, naturalne wody rzek, jezior itp.); substancja obojętna, która nie jest produktem życiowej aktywności organizmów, ale jest zawarta w cyklu biologicznym (woda, azot atmosferyczny, sole metali itp.).

Granice biosfery można określić tylko w przybliżeniu. Chociaż znane są fakty wykrycia bakterii i zarodników na wysokości 85 km, to stężenie materii żywej na dużych wysokościach jest tak znikome, że biosferę uważa się za ograniczoną na wysokości 20-25 km przez warstwę ozonową, która chroni żywe istoty przed niszczącym działaniem twardego promieniowania.

W hydrosferze życie jest powszechne. W Rowu Mariańskim na głębokości 11 km, gdzie ciśnienie wynosi 1100 atm, a temperatura 2,4°C, francuski naukowiec J. Picard obserwował przez okno ogórki morskie, inne bezkręgowce, a nawet ryby. Bakterie, okrzemki i sinice, otwornice, skorupiaki żyją pod miąższością lodu Antarktydy powyżej 400 m. Bakterie znajdują się pod 1 km warstwą mułu morskiego, w szybach naftowych na głębokości 1,7 km, w wodach podziemnych na głębokości 3,5 km. Za dolną granicę biosfery uważa się głębokości 2-3 km. Całkowita grubość biosfery w związku z tym w różnych częściach planety waha się od 12-15 do 30-35 km.

Atmosfera to głównie azot i tlen. Niewielkie ilości zawierają argon (1%), dwutlenek węgla (0,03%) i ozon. Żywotna aktywność zarówno organizmów lądowych, jak i organizmów wodnych zależy od stanu atmosfery. Tlen wykorzystywany jest głównie do oddychania i mineralizacji (utleniania) umierającej materii organicznej. Dwutlenek węgla jest niezbędny do fotosyntezy.

Hydrosfera. Woda jest jednym z najważniejszych składników biosfery. Około 90% wody znajduje się w oceanie światowym, który zajmuje 70% powierzchni planety i zawiera 1,3 miliarda km3 wody. Rzeki i jeziora to zaledwie 0,2 mln km3 wody, a organizmy żywe około 0,001 mln km3. Stężenie tlenu i dwutlenku węgla w wodzie jest niezbędne do życia organizmów. Woda zawiera 660 razy więcej dwutlenku węgla niż powietrze. W morzach i oceanach wyróżnia się pięć rodzajów kondensacji życia:

1. Przybrzeżne przybrzeżne. Strefa ta jest bogata w tlen, materię organiczną i inne składniki pokarmowe z lądu (np. wody rzeczne). Tutaj plankton i jego dolny „partner” bentos kwitną na głębokości do 100 m, przetwarzając umierające organizmy planktonowe.

Plankton oceaniczny składa się z dwóch społeczności:

a) fitoplankton – glony (70% z nich to mikroskopijne okrzemki) i bakterie;

b) zooplankton - pierwotni konsumenci fitoplanktonu (mięczaki, skorupiaki, pierwotniaki, osłonice, różne bezkręgowce).

Życie zooplanktonu jest w ciągłym ruchu, unosi się i opada na głębokość 1 km, unikając zjadaczy (stąd nazwa: grecki plankton wędrowny). Zooplankton jest głównym pokarmem wielorybów fiszbinowych. Fitoplankton stanowi zaledwie 8% masy zooplanktonu, ale szybko się rozmnażając, wytwarza 10 razy więcej biomasy niż wszystkie inne organizmy oceaniczne. Fitoplankton dostarcza 50% tlenu (pozostałe 50% produkują lasy).

Organizmy bentosowe - kraby, głowonogi i małże, robaki, rozgwiazdy i jeże, holotury ("ogórki morskie" lub inna nazwa - trepang), otwornice (ryzonogi), glony i bakterie są przystosowane do życia prawie bez światła. Przetwarzając materię organiczną i przekształcając ją w substancje mineralne, które są dostarczane do górnych warstw przez wznoszące się strumienie, bentos zasila plankton. Im bogatszy bentos, tym bogatszy plankton i na odwrót. Poza półką liczba obu gwałtownie spada.

Plankton i bentos tworzą w oceanie grubą warstwę mułów wapiennych i krzemionkowych, tworząc skały osadowe. Osady węglanowe mogą zamienić się w kamień w ciągu zaledwie kilkudziesięciu lat.

2. Miąższości upwellingu powstają w miejscach wznoszenia się strumieni wynoszących produkty bentosu na powierzchnię. Są to: Kalifornia, Somali, Bengal, Wyspy Kanaryjskie, a zwłaszcza peruwiański upwelling, który daje około 20% światowej produkcji ryb.

3. Rafa - znane rafy koralowe, obfitujące w algi i skorupiaki, szkarłupnie, niebiesko-zielone, koralowce i ryby. Rafy rosną niezwykle szybko (do 20-30 cm rocznie), nie tylko za sprawą polipów koralowych, ale także dzięki żywotnej aktywności mięczaków i szkarłupni, koncentracji wapnia oraz zielonych i czerwonych alg o wapiennym szkielecie.

Głównym producentem ekosystemów rafowych są mikroskopijne glony fototroficzne, dlatego rafy znajdują się na głębokości nie większej niż 50 m, wymagają czystej ciepłej wody o pewnym zasoleniu. Rafy są jednym z najbardziej produktywnych systemów biosfery, generującym do 2 t/ha biomasy rocznie.

4. Zarośla Sargasso - unoszące się na powierzchni pola brunatnych i fioletowych alg z licznymi pęcherzykami powietrza. Ukazuje się w Sargasowie i Morzu Czarnym.

5. Miąższości dna ryftów abisalnych tworzą się na głębokości do 3 km wokół gorących źródeł na uskokach w skorupie oceanicznej (ryfty). W tych miejscach usuwane są siarkowodór, jony żelaza i manganu, związki azotu (amoniak, tlenki), karmiące bakterie chemotroficzne - producenci, konsumowane przez bardziej złożone organizmy - mięczaki, kraby, raki, ryby i ogromne siedzące robaczki zwierzęce z wnętrza ziemi. Te organizmy nie potrzebują światła słonecznego. W strefach szczelin stwory rosną około 500 razy szybciej i osiągają imponujące rozmiary. Małże dorastają do 30 cm średnicy, bakterie do 0,11 mm! Znane są zgrubienia szczelin Galapagos, a także w pobliżu Wyspy Wielkanocnej.

W morzu przeważają różnorodne zwierzęta, a na lądzie rośliny. Same okrytozalążkowe stanowią 50% gatunku, a wodorosty tylko 5%. Całkowita biomasa na lądzie to 92% roślin zielonych, podczas gdy w oceanie 94% to zwierzęta i mikroorganizmy.

Biomasa planety odnawia się średnio co 8 lat, rośliny lądowe - za 14 lat, oceaniczne - za 33 dni (fitoplankton - codziennie). Cała woda przechodzi przez żywe organizmy za 3 tysiące lat, tlen - za 2-5 tysięcy lat, a atmosferyczny dwutlenek węgla - za 6 lat. Cykle węgla, azotu i fosforu są znacznie dłuższe. Cykl biologiczny nie jest zamknięty, około 10% substancji opuszcza w postaci osadów i pogrzebów w litosferze.

Masa biosfery to zaledwie 0,05% masy Ziemi, a jej objętość to około 0,4%. Całkowita masa materii żywej wynosi 0,01-0,02% materii obojętnej biosfery, ale rola organizmów żywych w procesach geochemicznych jest bardzo znacząca. Roczna produkcja materii żywej wynosi około 200 miliardów ton suchej masy materii organicznej, w procesie fotosyntezy 70 miliardów ton wody reaguje ze 170 miliardami ton dwutlenku węgla. Co roku na żywotną aktywność organizmów składa się 6 miliardów ton azotu, 2 miliardy ton fosforu, żelaza, siarki, magnezu, wapnia, potasu i innych pierwiastków w cyklu biogennym. Ludzkość, korzystając z licznych urządzeń, wydobywa rocznie około 100 miliardów ton minerałów.

Życiowa aktywność organizmów w znacznym stopniu przyczynia się do planetarnego obiegu substancji, przeprowadzając jego regulację, życie służy jako potężny czynnik geologiczny, który stabilizuje i przekształca biosferę.

SUBSTANCJA ŻYWA (ŻYWE ORGANIZMY). BIOMASA

Materia żywa - całość i biomasa organizmów żywych w biosferze.

Pojęcie „materii żywej” zostało wprowadzone do nauki przez V.I. Wernadskiego. Charakteryzuje się masą całkowitą, składem chemicznym, energią.

Żywe organizmy to potężny czynnik geologiczny, który zmienia oblicze Ziemi. W I. Vernadsky podkreślał, że nie ma na powierzchni ziemi siły silniejszej w jej ostatecznych skutkach niż organizmy żywe jako całość. Zarówno atmosfera (powłoka powietrzna), jak i hydrosfera (powłoka wodna) oraz litosfera (powłoka twarda) zawdzięczają swój obecny stan i nieodłączne właściwości wpływowi, jaki organizmy wywierały na nie przez miliardy lat ich istnienia dzięki ciągły przepływ pierwiastków w metabolizmie biogennym. Żywa materia, wpływając na otaczający świat i zmieniając go, działa jako czynnik aktywny, który determinuje własną egzystencję.

Pojęcie planetarnej geochemicznej roli materii żywej jest jednym z głównych zapisów w teorii biosfery autorstwa V.I. Wernadskiego. Inną ważną pozycją w jego teorii jest idea biosfery jako zorganizowanej formacji, będącej produktem złożonych przemian materii żywej, możliwości materialnych, energetycznych i informacyjnych środowiska.

Biosfera z dzisiejszego punktu widzenia jest uważana za największy ekosystem na planecie, uczestniczący w globalnym obiegu substancji. Poniżej systemów biosfery znajdują się ekosystemy niższego poziomu. Biogeocenoza jest jednostką strukturalną aktywnej części współczesnej biosfery.

Biosfera jest produktem długofalowej ewolucji organizmów żywych i ekosystemów o różnej złożoności, które wchodzą w interakcje i dynamicznie równoważą się ze sobą oraz z obojętnym środowiskiem.

Ilość żywej materii organizmów na jednostkę powierzchni lub objętości, wyrażona w jednostkach masy, nazywana jest biomasą. Organizmy tworzące biomasę mają zdolność do reprodukcji - rozmnażania się i rozprzestrzeniania po całej planecie.

Osobliwością każdego żywego organizmu i ogólnie biomasy jest ciągła wymiana substancji i energii ze środowiskiem.

Obecnie na Ziemi żyje ponad dwa miliony gatunków organizmów. Spośród nich rośliny stanowią około 500 tysięcy gatunków, a zwierzęta - ponad 1,5 miliona gatunków. Najliczniejszą pod względem liczebności grupą są owady (ok. 1 mln gatunków).

OBWÓD BIOGENICZNY

Cyrkulacja biochemiczna to ruch i transformacja pierwiastków chemicznych przez naturę obojętną i organiczną przy aktywnym udziale materii żywej. Pierwiastki chemiczne krążą w biosferze różnymi ścieżkami cyklu biologicznego: są wchłaniane przez żywą materię i ładowane energią, następnie opuszczają żywą materię, oddając nagromadzoną energię środowisku zewnętrznemu. Vernadsky nazwał takie cykle biochemicznymi. Można je podzielić na dwa główne typy:

1) obieg substancji gazowych z funduszem rezerwowym w atmosferze i hydrosferze;

2) cykl sedymentacyjny z funduszem rezerwowym w skorupie ziemskiej.

We wszystkich cyklach biochemicznych żywa materia odgrywa aktywną rolę. Główne cykle obejmują cykl węgla, tlenu, azotu, fosforu.

FUNKCJE BIOSFERY

Ze względu na biotyczny obieg biosfera pełni określone funkcje.

1. Funkcja gazu - realizowana przez rośliny zielone w procesie fotosyntezy oraz przez wszystkie zwierzęta i rośliny, mikroorganizmy w wyniku biologicznego cyklu substancji. Większość gazów pochodzi z życia. Podziemne gazy palne są produktami rozkładu substancji organicznych pochodzenia roślinnego zakopanych w skałach osadowych.

2. Funkcja koncentracji – związana z akumulacją różnych pierwiastków chemicznych w żywej materii.

3. Funkcja redoks (utlenianie substancji w procesie życia). W glebie tworzą się tlenki i sole. Bakterie tworzą wapień, rudy itp.

4. Funkcja biochemiczna - przeprowadza się metabolizm w organizmach żywych (odżywianie, oddychanie, wydalanie) oraz niszczenie i rozkład organizmów martwych.

5. Aktywność biochemiczna człowieka. Obejmuje coraz większą ilość materii skorupy ziemskiej na potrzeby przemysłu, transportu i rolnictwa.

ORGANIZACJA I STABILNOŚĆ BIOSFERY

Biosfera jest złożonym, zorganizowanym systemem, który funkcjonuje jako pojedynczy byt zdolny do samoregulacji. Jego jednostką strukturalną jest biogeocenoza - jeden z najbardziej złożonych systemów naturalnych, który jest kompleksem żywych organizmów i obojętnego środowiska, które pozostają ze sobą w ciągłej interakcji i są połączone wymianą substancji i energii. Stabilność biosfery determinowana jest stabilnością biogeocenozy - produktów długotrwałego rozwoju przyrodniczo-historycznego świata organicznego.

Ważną właściwością biogeocenozy jest jej zdolność do samoregulacji, co przejawia się w jej stabilnej równowadze dynamicznej. Ten ostatni osiąga się dzięki koordynacji i złożoności tych interakcji, które rozwijają się między jego składnikami - częściami żywymi i nieożywionymi. Zużycie powstałej materii organicznej odbywa się równolegle z jej produkcją i nie powinno przekraczać tej ostatniej w skali. Im bardziej zróżnicowane są właściwości fizyczne i chemiczne środowiska, warunki życia w obrębie biotopu, im bardziej zróżnicowany jest skład gatunkowy cenozy, tym jest ona stabilniejsza. Odchylenia warunków egzystencji od optimum prowadzą do jego specyficznego wyczerpania. O stabilnym stanie cenozy decyduje również wielkość produkcji brutto, która zapewnia przepływ energii przez poziomy troficzne oraz zachowanie wszystkich żywych składników powiązanych ze sobą w łańcuchu pokarmowym i uczestniczących w ogólnym obiegu substancji. Zrównoważony związek między organizmami o różnych poziomach troficznych jest jednym z warunków stabilności biogeocenozy.

W warunkach zmienności środowiska fizykochemicznego niezawodność biogeocenozy jest zapewniona przez całkowitą redystrybucję żywej materii między jej składowymi gatunkami, które mogą się wzajemnie zastępować (lub duplikować) na tym samym poziomie piramidy ekologicznej. W pewnych warunkach niektóre gatunki czują się bardziej komfortowo (w związku z czym zwiększa się liczba ich populacji), a gorzej - inne, bliskie im, ale zajmujące podrzędną pozycję w biogeocenozie. Zmiana warunków może negatywnie wpłynąć na te pierwsze i odwrotnie, przyczynić się do dobrobytu tych drugich. W zależności od siły i czasu działania nowego czynnika naturalnego w obrębie biogeocenozy zachodzą mniej lub bardziej znaczące zmiany w jego organizacji. Jeden z mechanizmów zapewniających zachowanie biocenoz przejawia się w zdolności do tworzenia pod presją czynników zewnętrznych innej struktury ze wzrostem „elementów duplikacji”.

Poszczególne biogeocenozy nie są od siebie odizolowane; są współzależne i pozostają w ciągłej interakcji. Dobitnym tego dowodem mogą być przykłady globalnego obiegu pierwiastków biogennych, w którym biorą udział nie tylko poszczególne podsystemy, ale cała biosfera i inne geosfery Ziemi. Równowagę cykli pierwiastków i substancji na planecie, zwłaszcza cykli pierwiastków biogennych, bez których życie jest niemożliwe, zapewnia stałość całej masy materii ożywionej. Duża liczba pierwiastków przechodzi przez żywe organizmy. Fotoautotrofy określają tempo fiksacji energii słonecznej i jej dostarczania innym mieszkańcom planety. Rośliny zielone dostarczają tlen cząsteczkowy potrzebny prawie wszystkim żywym organizmom na Ziemi; jedynymi wyjątkami są formy beztlenowe. Aby zapewnić stabilność obiegu, oprócz stałości masy żywej materii niezbędna jest stałość między producentami, konsumentami i reduktorami. Razem tworzą i stabilizują warunki do istnienia biosfery jako integralnej i harmonijnej całości.

Duplikacja ekologiczna na poziomie gatunków w biogeocenozie jest uzupełniana w przyrodzie przez duplikację ekologiczną na poziomie cenozy, która przejawia się w zastępowaniu jednej biocenozy przez inną w zmieniających się warunkach w całej biosferze.

Całkowita ilość żywej materii w biosferze zmienia się zauważalnie w wystarczająco długim czasie geologicznym (prawo stałości ilości żywej materii według V.I. Vernadsky'ego). Jego stabilność ilościowa jest podtrzymywana przez stałość liczebności gatunkowej, która determinuje ogólną różnorodność gatunkową w biosferze.

Biogeocenozy są więc środowiskiem, w którym na naszej planecie zachodzą różne procesy życiowe, cykle substancji i energii, wywołane życiową aktywnością organizmów i łącznie stanowiące duży cykl biosferyczny.

Biogeocenoza to stosunkowo stabilny i otwarty system, który ma „wejścia” i „wyjścia” materiałowo-energetyczne łączące sąsiednie biocenozy.

NOOSFERA

Noosfera (gr. noos - umysł + sfera) to najwyższy etap rozwoju biosfery, sfery wpływu ludzkiego umysłu, interakcji natury i społeczeństwa. Pojawiwszy się na Ziemi, człowiek stopniowo stał się potężną siłą geologiczną wpływającą na otaczający go świat.

Koncepcja Noosfery jako idealnie myślącej skorupy Ziemi została wprowadzona do nauki na początku XX wieku. Francuscy naukowcy i filozofowie P. Teilhard de Chardin i E. Leroy. P. Teilhard de Chardin postrzegał człowieka jako szczyt ewolucji i przemianę materii poprzez włączenie ewolucji w kreatywność. Naukowiec przywiązywał główną wagę w konstrukcjach ewolucyjnych do czynnika kolektywnego i duchowego, nie umniejszając roli postępu technicznego i rozwoju gospodarczego.

W I. Vernadsky, mówiąc o noosferze (1944), podkreślił potrzebę rozsądnej organizacji interakcji między społeczeństwem a naturą, która odpowiada interesom każdego człowieka, całej ludzkości i otaczającego go świata. Naukowiec napisał: „Ludzkość jako całość staje się potężną siłą geologiczną. A przed nim, przed jego myślą i dziełem, postawiona jest kwestia restrukturyzacji biosfery w interesie wolnomyślącej ludzkości jako całości. Ten nowy stan biosfery, do którego zbliżamy się, nie zauważając tego, to noosfera.”

Przyroda nosi ślady działalności człowieka w warunkach różnych formacji społeczno-gospodarczych, zastępując się nawzajem. Formy oddziaływania są wielorakie. Jej wyniki w ciągu ostatnich 100-150 (200) lat, zwłaszcza na terenach Europy i Ameryki Północnej, przewyższają te w całej dotychczasowej historii ludzkości. Wraz ze wzrostem populacji i wzrostem jej dobrostanu presja na przyrodę stawała się coraz większa. Uważa się, że na początku naszej ery na Ziemi żyło około 200 milionów ludzi. W tysiącleciu liczba ta wzrosła do 275 milionów; do połowy XX wieku. ludność świata prawie się podwoiła (500 milionów). W ciągu 200 lat liczba ta wzrosła do 1,3 miliarda, w ciągu pół wieku dodano kolejne 300 milionów (1900 - 1,6 miliarda). W 1950 roku na Ziemi było już 2,5 miliarda ludzi, w 1970 - 3,6 miliarda, do 2025 roku liczba ta ma wynieść 8,5 miliarda. Z tej liczby 83% światowej populacji będzie mieszkać w krajach rozwijających się - w Azji , Afryce, Ameryka Południowa, gdzie nadal zauważalny jest wzrost liczby ludności. Konieczne jest wyobrażenie sobie możliwości podtrzymywania życia ludności, aby uniknąć katastrofalnych skutków eksplozji populacji.

Szybki wzrost populacji planety rodzi pytanie o granice produktywności biologicznej biosfery Ziemi. W wyniku energicznej działalności człowieka w okresie postępu naukowo-technicznego, mającej na celu podniesienie poziomu materialnego i duchowego całej ludzkości, zasoby nieodnawialnych zasobów naturalnych zostały w znacznym stopniu wyczerpane. Zasoby samoodnawiające się uległy globalnym zakłóceniom na ogromnych obszarach, niektóre z nich utraciły zdolność do samoodnawiania się. Wiele wód śródlądowych wymarło lub znajduje się na granicy życia i śmierci. Oceany są zanieczyszczone odpadami przemysłowymi, wyciekami ropy, substancjami radioaktywnymi, a naturalny cykl – globalny, a zwłaszcza lokalny – szeregu ważnych składników odżywczych zostaje zakłócony. Często na stół konsumenta trafiają ekologicznie „brudne” produkty spożywcze i woda pitna niskiej jakości.

Zanieczyszczenie środowiska i zakłócenie naturalnych siedlisk wielu gatunków roślin i zwierząt doprowadziło do zmniejszenia liczby populacji lub ich wyginięcia, a w konsekwencji do utraty tworzonej przez miliony lat puli genowej. Pod wpływem mutagenów zanieczyszczających środowisko pojawiły się nie tylko nowe formy szkodników agrocenoz i naturalnych biocenoz, ale także patogeny, przeciwko którym nie wykształcono właściwości ochronnych ani u ludzi, ani u innych mieszkańców planety.

Bezlitosna eksploatacja przyrody, podporządkowana zaspokajaniu chwilowych żądań, nawet dziś nie rozwiązuje palących problemów, stwarzając niekorzystne perspektywy na przyszłość. Część światowej populacji jest niedożywiona i umiera z głodu (25% całkowitych zbiorów jest traconych corocznie z powodu szkodników rolniczych). Wiele osób, wśród których przeważają dzieci, umiera co roku na choroby spowodowane używaniem złej jakości wody. Zdrowie ludzkie cierpi z powodu zwiększonego zanieczyszczenia środowiska, zwłaszcza w dużych miastach przemysłowych. Wielu ludzi odczuwa negatywny wpływ nie tylko degradacji systemów ekologicznych, ale także ubóstwa, zwiększającego nierówności między bogatymi i biednymi.

Aby uniknąć negatywnych konsekwencji spowodowanych działalnością gospodarczą człowieka i klęskami żywiołowymi, konieczne jest uwzględnienie praw obowiązujących w otaczającej nas przyrodzie i wspieranie jej samoodnowy. Zadanie ochrony przyrody i jej racjonalnego użytkowania stało się nie tylko państwowe, ale i międzynarodowe, a jego rozwiązanie powinno opierać się na znajomości praw życia i rozwoju otaczającego nas świata.

Od stopnia świadomości społecznej sytuacji kryzysowej w biosferze i szybkości jej reakcji zależy nie tylko dobro ludzi, ale także ich życie.

Doktryna biosfery