Конспект лекции по дисциплине Естествознание на тему Биосфера. Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Круговорот элементов в биосфере

Конспект лекции по теме:

Биосфера. Учение В.И.Вернадского о биосфере и ноосфере.

Круговорот элементов в биосфере.

План:

1. Общие сведения о биосфере. В.И.Вернадский о биосфере.

2. Биологические циклы углерода, кислорода, азота, фосфора.

3. Глобальные проблемы биосферы.

1. Общие сведения о биосфере. В.И.Вернадский о биосфере.

Понятие «биосфера» в научную литературу введено в 1875 г. австрийским ученым-геологом Эдуардом Зюссом.

Биосфе́ра (от др.-греч. βιος - жизнь и σφαῖρα - сфера, шар) - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни». Состоит из литосферы, гидросферы, атмосферы. Выдающийся русский ученый В. И. Вернадский, один из создателей современного взгляда на биосферу, определил ее как наружную оболочку Земли, область распространения жизни.

Биосфера включает в себя:

- живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов

(растения, животные, микроорганизмы);

- биогенное вещество, то есть органо-минеральные или органические

продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть);

- биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с

неживой (косной) природой (водой, атмосферой, горными породами),-

почвенный покров.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой,

составляя целостную, сложно организованную систему. С возникновением жизни стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли. Деятельность живого вещества, привела к возникновению нового образования - биосферы, тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества.

Основные функции живого вещества:

- газовая - поглощает и выделяет газы;

- окислительно-восстановительная;

- концентрационная - накопление в своих телах некоторых элементов.

В биосферу входят: нижняя часть атмосферы до озонового экрана,

вся гидросфера и верхняя часть литосферы.

Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад,

находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.

Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

В настоящее время человек стал главной силой, изменяющей процессы

в биосфере. Научно-технический прогресс значительно опередил наши

знания законов биосферы,то привело к нарушению биосферного

равновесия. Необходимо изучать законы природы, чтобы предотвратить ее

разрушение, найти пути разумного использования природных ресурсов.

Гармоничное сосуществование человека и природы - новый этап в

развитии биосферы. Который академик В.И.Вернадский назвал ноосферой-

сферой разума.

2. Биологические циклы углерода, кислорода, азота, фосфора.

Целостность природных экосистем особенно отчетливо проявляется

при рассмотрении циркулирующих в них потоков вещества. Энергия доступна для живых организмов в форме солнечной радиации, которая может быть связана в процессе фотосинтеза. Расходуясь затем в виде химической энергии, она теряется, превращаясь в тепло. Вещество же может передаваться по замкнутым циклам, многократно циркулируя между организмами и окружающей средой. Круговые движения химических элементов называются биогеохимическими циклами. Необходимые для жизни элементы и растворенные соли условно

называют биогенными элементами (дающими жизнь), или питательными веществами. Среди биогенных элементов различают две группы:

макроэлементы и микроэлементы.

Первые охватывают элементы, которые составляют химическую

основу тканей живых организмов. Сюда относятся: углерод, водород,

кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера.

Вторые включают в себя элементы и их соединения, также

необходимые для существования живых систем, но в очень малых количествах. Такие вещества называют микроэлементами. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт.

В отличие от энергии, биогенные элементы могут использоваться неоднократно: круговорот - их характерная черта. Другое отличие от энергии состоит в том, что запасы биогенных элементов непостоянны. И если бы растения и другие организмы в конечном счете не разлагались бы, запас биогенов исчерпался и жизнь на Земле прекратилась. Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофов, и в первую очередь организмов, функционирующих в пищевых цепях, - решающий фактор сохранения круговорота биогенных элементов и образования продукции.

Наибольшее значение для различных экосистем имеют 3 газа,

входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот.

1) Кислород необходим всем для дыхания. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов. Кислород в биосфере вступает в реакцию с большим количеством органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым, кислород образует воду.

2) Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе.

3) Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Существует несколько видов бактерий и сине - зеленых водорослей, которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

3. Глобальные проблемы биосферы.

Хозяйственная деятельность человека, начинает оказывать весьма ощутимое влияние на процессы, происходящие в биосфере. До определенного уровня биосфера способна к саморегуляции, что позволяет свести к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддерживать равновесие.

1) «Парниковый эффект». По данным ученых, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом 19 в., на 0,5-0,6⁰ С. Ученые связывают повышение t⁰ в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа и аэрозолей в атмосфере. Это приводит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли.

Потепление климата может привести к интенсивному таянию ледников

и повышению уровня Мирового океана. Изменения, которые могут произойти вследствие этого, просто трудно предсказать.

2) Истощение озонового слоя. В последние годы учёные все с больше

отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов.

3) Массовое сведение лесов - одна из наиболее важных глобальных

проблем современности. Леса поглощают атмосферные загрязнения антропогенного происхождения, защищают почву от эрозии, регулируют нормальный сток поверхностных вод, препятствуют снижению уровня грунтовых вод и заливанию рек, каналов и водохранилищ.

Уменьшение площади лесов нарушает процесс круговорота кислорода и углерода в биосфере. Сведение лесов влечет за собой гибель их богатейших флоры и фауны.

4) Отходы производства. Серьезной экологической проблемой стали

отходы промышленного и сельскохозяйственного производства. В настоящее

время делаются попытки уменьшить количество отходов, загрязняющих

окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются

сложнейшие фильтры, строятся дорогостоящие очистные сооружения и отстойники.

Очевидно, решение проблемы возможно при разработке и внедрении в

производство совершенно новых, замкнутых технологий.

5) Сельское хозяйство. В сельскохозяйственном производстве важно

строго соблюдать правила агротехники и следить за нормами внесения

удобрений. Так как химические средства борьбы с вредителями и сорняками

приводят к существенным нарушениям экологического равновесия, ведутся

поиски путей преодоления этого кризиса в нескольких направлениях.

6) Производство энергии. Очень сложные экологические проблемы

связаны с получением энергии на теплоэлектроэнергетических предприятиях. Потребность в энергии - одна из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна не только для нормальной деятельности современного сложно организованного человеческого общества, но и для простого физического существования каждого человеческого организма.

ГЭС на первый взгляд являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. Но теперь стало ясно, что этим строительством нанесен урон и природе, и людям.

Во-первых, строительство плотин на больших равнинных реках приводят к затоплению огромных территорий под водохранилища. Это связано с переселением большого числа людей и потерей пастбищных угодий.

Во-вторых, перегораживая реку, плотина создает непреодолимые

препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб,

поднимающихся на нерест в верховьях рек.

В-третьих, вода в хранилищах застаивается, ее проточность

замедляется, что сказывается на жизни всех живых существ, обитающих в

реке и у реки.

В- четвертых, местное повышение воды влияет на грунтовые воды.

Приводит к затоплению, заболачиванию берегов.

АЭС являются с экологической точки зрения, наиболее чистыми

энергетическими комплексами. Опасность радиоактивных отходов осознается. Поэтому эксплутационные нормы атомных электростанций предусматривают

надежную изоляцию.

Уголь обладает небольшой природной радиоактивностью, поэтому

суммарные радиоактивные выбросы ТЭС получаются выше АЭС.

АЭС таят в себе большую опасность в случае аварий реакторов.

Вопросы для контроля

1.Основные компоненты биосферы.

2. Какие функции в биосфере выполняет живое вещество.

3. Чем отличаются круговорот веществ и поток энергии?

4. Что такое парниковый эффект, каковы его причины.

5. Каковы причины образования озоновых дыр?

6. Как осуществляется круговорот азота в природе?

7. Какие процессы обеспечивают круговорот кислорода в природе?

8. Какое отрицательное воздействие на среду оказывают ТЭС, ГЭС, АЭС?

9. Что такое ноосфера?

10. Значение трудов В.И.Вернадского.

Литература

1. Арустамов Э.А. Природопользование. - М.: Дашков и К, 2005

2.Гальперин М.В. Экологические основы природопользования.- Ростов н/Д:

«Феникс», 2003

3.Денисов В.В., Денисова И.А. Экология: 100 экзаменационных ответов.-

М.:ИКЦ «Март», Ростов__2003

4. Криксунов Е.А. Экология. - М.: Дрофа, 2003

5. Константинов, В.М. Экологические основы природопользования: учеб. пособие для студентов учреждений сред. проф. обр. /В.М. Константинов, Ю.Б. Челидзе. - М.: Академия, 2000