О бщая характеристика основной образовательной;pdf

Реферат на тему:
«Биосфера, ее границы, состав и строение»
Содержание:
Содержание
Введение
I.
Состав и строение биосферы
- Эволюционные этапы развития биосферы
- Границы и механизмы устойчивости бисферы
- Синергетика биосферы
II.
Биосфера и человек
- Загрязнение окружающей среды
- Антропогенное воздействие на атмосферу
- Охрана природы и рациональное природопользование
Заключение
Список литературы
Введение
Биосфера представляет собой оболочку Земли, куда входит часть атмосферы,
часть литосферы, и вся гидросфера. Благодаря мощной солнечной радиации
между ними происходит активное взаимодействие. Состав и структура
биосферы определяется деятельностью живых организмов, населяющих ее.
Впервые, термин "биосфера" был введен Эдуардом Зюссом в 1875 году. Позже,
Владимир Вернадский начал развивать более целостное учение.
Он выделил семь разных типов и взаимосвязанных в геологическом аспекте
веществ: живое вещество, биогенное вещество, косное вещество, биокосное
вещество, радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещество
космического происхождения. Живое вещество распространено в нижней части
воздушной оболочки, во всей водной оболочке, и в верхней части твердой
оболочки. Верхний предел распространения жизни находится на высоте около
15 км от озонового слоя, а нижний определяется уровнем температуры в недрах
Земли и составляет от 3,5 до 7,5 км.
Главная идея в концепции Вернадского заключается в представлении о живом
веществе. Он писал: «Живые организмы являются функцией биосферы и
теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются
огромной геологической силой, её определяющей. Для того, чтобы в этом
убедиться, мы должны выразить живые организмы как нечто целое и единое.
Так выраженные организмы представляют живое вещество, т. е. совокупность
всех живых организмов, в данный момент существующих, численно
выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно
связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием,
питанием и размножением». Его учения о биосфере сохраняют свое значение и
в современной науке. Также этот человек является создателем науки изучающей
химический состав живых веществ и происходящих в биосфере геохимических
процессов.
Биосфера является наиболее высоким уровнем организации жизни на планете.
Ее изучали раньше, ее изучают сейчас, и конечно, будут изучать и дальше, так
как она является для нас и всех живых существ ареной для жизни; невозможно
жить в ней, не зная ее основных законов и особенностей — в этом заключается
актуальность рассматриваемой темы. С начала научно-технической революции,
как никогда стал крайне важным вопрос об охране окружающей среды.
Цель данной работы изучить структуру и функции биосферы, показать
насколько для человеческого общества важна здоровая планета. Для решения
поставленных целей следует выполнить следующие действия: проследить
эволюционный путь развития биосферы, рассмотреть структуру, функции и
механизмы биосферы, а также показать, как взаимодействует с биосферой
человек, и каковы на сегодняшний день перспективы рационального
природопользования. В наше время степень изученности биосферы достаточно
полна и освещена во многих литературных источниках, поэтому исследование
будет происходить методом изучения научных литературных источников.
Эволюционные этапы развития биосферы
Для зарождения жизни на Земле должны были соблюдаться определенные
условия, которые бы позволяли космическому живому веществу реализовывать
потенциальные возможности своего эволюционного развития. К таким
условиям относятся:
–
Тип планеты является подобным Солнцу и излучает относительно
равномерный поток энергии. Звезда с малым излучением, угасающим
потоком энергии не может предоставить необходимые условия для
развития жизни, и напротив, звезда имеющая слишком сильное
излучением, создаст губительные условия для всего живого.
Продолжительность года является определяющим фактором сезонных
ритмов жизнедеятельности, а продолжительность суток — суточных
ритмов. Очевидно, что для развития жизни важны не слишком длинные
и не слишком короткие ритмы.
–
Масса планеты примерно такая же как у Земли.
–
Планета должна обладать хорошим магнитным полем, выполняющим
функцию защиты от различных космических частиц высоких энергий.
–
Температурный режим создает условия, благодаря которым вода может
находиться в 3-х агрегатных состояниях: жидком, твердом, и
газообразном.
На планете Земля важное значение всегда имела тектоническая активность.
Развитие биосферы происходило в непрерывном процессе образования гор,
вулканов, выделения из недр различных пород, газов и воды.
Историю развития жизни на Земле принято делить на две неравных части: 1.
Докембрийский период (криптозой) с продолжительностью около 3,5-4 млрд
лет; 2. Фанерозой, взявший свое начало около 570 млн лет назад.
Естественно-исторический путь развития биосферы характеризуется
следующими чертами: постепенные усложнения в строении организмов;
появление новых биологических видов; расцвет и гибель видов ввиду
катастрофических изменений на рубежах геологических эпох; усложнение в
структуре экосистем, увеличение важности живых организмов в процессах
организации потоков вещества и энергии в географической оболочке.
Происходили постоянные перемещения литосферных плит, они сталкивались
друг с другом и раскалывались. Материки и океаны изменяли свою форму и
размер. Мировой океан был определяющим фактором неповторимых черт
эволюции в их пределах, так как изолировал материки, создавал новые
сухопутные мосты, в следствии чего биоты с разными генетическими корнями
смешивались. Примерно около 4 млрд лет назад началась геологическая
история Земли, когда земная кора стала более устойчивой, не так легко
дробилась и расплавлялась, как на догеологическом этапе. Первой эпохой в
геологической истории называют криптозой. Жизнь в нем развивалась, в
основном, в теплых морских мелководьях. Мировой океан минерализировался.
При появлении фотосинтезирующих организмов, в атмосфере и в воде появился
свободный кислород. Образовался озоновый слой, защищавший Землю от
вредного ультрафиолетового излучения. Фауна этого периода была
представлена организмами не имеющих скелет, из них более половины
относились к радиальным животным (кишечнополостным). Были весьма
интенсивными разрушения горных пород. Второй этап в геологической истории
— это фанерозой, который в свою очередь делится на палеозой (т. е. время
древней жизни), мезозой (т. е. время средней жизни), и кайнозой — время
новой жизни. В нижнем палеозое жизнь по-прежнему развивалась
преимущественно в океане, а вот уже с начала верхнего палеозоя началось
активное формирование мира флоры и фауны на суше. Для жизни на суше у
растений выработались множественные приспособления, произошла
дифференциация органов: корни, стебли, листья, органы ответственные за
размножение. Обособились важные ткани: проводящие, защитные,
механические, фотосинтетические. Хордовые быстро эволюционировали,
появились множество рыб, большинство амфибий были способны жить
некоторую часть своей жизни на суше. Далее, в каменноугольном периоде
сформировались пышные леса высших споровых растений, появились мощные
пласты каменного угля. Распространились вглубь суши многие наземные
членистоногие: насекомые, скорпионы, многоножки, пауки. В этот период четко
обозначились биогеографические особенности континентов. Следом за ним
наступил пермский период, который был отмечен сильными изменениями
климата и рельефа материков. В это время активно себя проявляла
вулканическая деятельность, возникали новые горы. В атмосфере не возникало
парникового эффекта, в следствии чего планета отдавала тепло в космическое
пространство. Многие виды животных и растений не выдержали такого
серьезного похолодания и вымерли. Каменноугольные леса перестали
существовать, и им на смену пришли леса голосеменных из тисса, пихты,
кипариса, и секвойи. Конец палеозоя характеризуется образованием единого
сверхматерика Пангеи, окруженного сверхокеаном Панталассом. Время средней
жизни — мезозой, взяло свое начало около 240 млн лет назад. В этом периоде
началось формирование современных очертаний материков и океанов.
Глобальный климат был теплым и сезонным. Появились рептилии.
Теплокровные животные могли заселяться в места с холодным климатом.
Распространение покрытосеменных растений было тесно связано с развитием
млекопитающих, насекомых, и птиц, так как, они способствовали их опылению
и распространению семян. В общем, биота развивалась как единая и целая
система. В конце мезозоя случилось массовое вымирание многих видов флоры
и фауны, полностью исчезли динозавры. В кайнозойском периоде материки и
океаны приобрели современные очертания. Продолжали активно развиваться,
появившиеся в мезозое, млекопитающие, птицы, и цветковые растения.
Появились травянистые ландшафты саванн и степей. Около 5-ти млн лет назад
в Африке возникла популяция австралопитеков — древних предков человека,
конечным звеном эволюции которых стал в четвертичном периоде человек
разумный. Экономическая и социальная эволюция человеческого общества
привела к увеличению антропогенного воздействия на биосферу.
Границы и механизмы устойчивости биосферы
Ключом к пониманию механизмов устойчивости биосферы является выявление
функций живого вещества. Таких функций 4, это: энергетическая,
разрушительная, накопительная, и средообразующая.
- Энергетическая функция выполняется прежде всего растениями, которые в
процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде различных
органических соединений. В экосистеме эту энергию потребляют животные,
некоторая часть энергии накапливается в отмершем органическом веществе и
преобразуется в ископаемое состояние. Именно таким образом появились
множественные залежи каменного угля, торфа, нефти, и других полезных
ископаемых, активно используемых в настоящее время людьми. Также,
растения всегда были главным источником пищи для животных и людей.
–
Разрушительная функция производит минерализацию мертвого
органического вещества, разложение пород на химическом уровне, вовлечение
образовавшихся материалов в биотический круговорот. Неживое органическое
вещество распадается на простые не органические соединения, такие как
углекислый газ, вода, аммиак, метан и т. д. Затем они снова используются в
первом звене круговорота. Разложением органических веществ занимаются
особая группа организмов — редуценты, они же, например, делают нашу почву
плодородной.
–
Накопительная функция заключается в избирательном накоплении атомов
веществ, находящихся в природе. Более активными концентраторами многих
элементов являются микроорганизмы. Например, морские организмы
занимаются собирательством рассеянных минералов, для того, чтобы построить
свой покров или скелет. Помимо полезных и нужных для себя веществ, морские
организмы способны накапливать вредные микроэлементы, вроде ртути или
свинца.
–
Средообразующая функция заключается в изменении неблагоприятных
физических и химических условий среды в другие более благоприятные для
жизни организмов условия. Эта функция показывает совместный результат 3-х
рассмотренных функций. Благодаря средообразующим функциям в биосфере
создается и постоянно поддерживается правильный баланс веществ и энергии.
Помимо этого, живое вещество может восстанавливать нарушенные условия
обитания, например, биосфера увеличивает фотосинтез, когда содержание
углекислого газа в атмосфере становится слишком большим. Поэтому,
устойчивость биосферы является динамическим явлением.
Экосистемы могут хорошо функционировать тогда, когда соблюдаться закон
постоянства вещества и энергии, который реализуется в биотических
круговоротах. Циклы перемещения химических элементов в биосфере
связывают наружные оболочки нашей планеты — атмосферу, гидросферу и
литосферу в единое целое, тем самым обеспечивая ее устойчивость и
постоянную эволюцию состава. Биотический круговорот представляет собой
взаимодействие 3-х групп организмов — продуцентов, которые занимаются
созданием первичного органического вещества; консументов, которые
занимаются потреблением органического вещества; и редуцентов,
занимающихся разложением мертвого органического вещества на минеральные.
Синергетика биосферы
Закономерности развития косной и живой материи описываются 2-мя разными
учениями — это эволюционное учение Чарльза Дарвина и классическая
термодинамика. В теории Дарвина историческое развитие органического мира
Земли выстраивалось как последовательность образования таксонов все более
высокого ранга. Исходной единицей систематики является биологический вид.
Процессы внесения изменений в нуклеотидную последовательность ДНК и
естественный отбор осуществляют увеличение биологического разнообразия
путем постепенного ветвления филогенетических древ. Серьезные изменения
биоразнообразия в геологическом прошлом рассматриваются как нарушение
хода эволюционного процесса, в следствии биосферных кризисов
спровоцированных экологическими, географическими и космическими
факторами.
Основу учения В. И. Вернадского составляет функционально-энергетический
подход к описанию деятельности живого вещества, выявление возможных
способов передачи вещества, энергии и информации без упора на
филетическую принадлежность организмов. Теория открытых систем
приобретает положение в объединении рассмотренных парадигм, важных для
понимания устойчивого развития органического мира. В биосфере постоянно
происходит развитие органического мира благодаря тому, что она обладает
свойствами открытой системы и находится в неравновесном состоянии,
производя обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой.
Г. Хакен назвал теорию термодинамики открытых систем синергетикой.
Наибольший вклад в развитие данного направления принадлежит И.Р.
Пригожину. Термодинамика открытых систем занимается изучением
существенно неравновесных процессов. Когда отдельные изменения или их
комбинации становятся слишком большими настолько, что существовавшая до
этого системная структура не выдерживает и разрушается. В момент,
являющийся переломным невозможно предсказать, какое направление примет
дальнейшее развитие. Пригожин отмечает возможность спонтанного
возникновения порядка и самоорганизации из беспорядка и хаоса.
Биотические кризисы происходившие в геологическом прошлом – это моменты
изменений (бифуркаций) в эволюционном процессе. Сохраняя основную
функцию живого вещества – извлекая свободную энергию из окружающей
среды для парирования роста энтропии, биосфера каждый раз переходит на
новый, более высокий уровень организации.
Синергетика дает возможность по-новому оценить механизмы обеспечивающие
устойчивость биосферы.
Загрязнение окружающей среды
В наш век основой экономического и социального развития общества является
промышленное производство. Его развитие шло без должного учета многих
видов ресурсов и осознавания того, что средообразующие способности
природы не безграничны. Значительная часть новых технологических решений
в последние десятилетия появилась в ходе большой гонки вооружений. Однако
на сегодняшний день большая угроза для жизни людей исходит не от других
государств — потенциальных противников, а от постоянно деградирующей
окружающей среды вследствие деятельности людей. Наиболее серьезные
нарушения биосфера получает из-за вырубки лесов и исчезании связанных с
ними животных. За 3 предыдущих века, к началу 2000 года, площади лесных
биомов в разных природных зонах нашей планеты сократились до 30%, а место
занимаемое культурной растительностью увеличилось почти на 470%.
Факторы способствующие загрязнению и разрушению природных ландшафтов,
виновниками которых является человек и научно-технический прогресс, можно
разделить на следующие группы:
–
Атмосферные (химическое, механическое и тепловое загрязнение);
–
Водные (загрязнение и истощение поверхностных и подземных вод суши,
загрязнение прибрежных и поверхностных вод мирового окена);
–
Геолого-геоморфологические (интенсификация неблагоприятных
экзогенных процессов оврагообразования, селевых, оползневых, мерзлотных,
абразии и аккумуляции в береговой зоне и т. п.);
–
Биотические (ухудшение состояния растительного покрова, обеднение
генофонда, биогенная аккумуляция вредных веществ, сведение лесов,
дигрессия пастбищ);
–
Комплексные (нарушения в генетической целостности и естественной
структуры ландшафтов, потеря продуктивных земель, опустынивание).
На предотвращение плохих последствий антропогенного воздействия на
природу направляют определенные усилия, однако неблагоприятные изменения
продолжают происходить.
Антропогенное воздействие на атмосферу
Атмосфера содержит кислород необходимый большинству живых существ, в
том числе и человеку, для дыхания; а также диоксид углерода, который
используется в процессе фотосинтеза у растений, водорослей и цианобактерий.
Основным источником загрязнения в городах является автотранспорт, тепловые
электростанции, разного рода промышленные предприятия и т. д. Особенно
сильное загрязнение воздуха исходит от металлургических, химических и
других заводов. В результате выброса множества неблагоприятных химических
элементов над городом может возникать смог (туман), это происходит из-за
плохой циркуляции воздуха. Помимо загрязнений на небольшой территории,
антропогенное воздействие на атмосферу может превратиться в крупные
региональные и даже глобальные экологические последствия. Например,
появление кислотных осадков, возникновение парникового эффекта, нарушение
озонового слоя.
Осадки, в которых кислотность выше нормы, могут быть очень опасны для
многих обитателей водоемов, а особенно для их личинок. За сокращением
популяции рыб, может сократиться и популяция птиц питающихся этой рыбой.
При выпадения кислотных осадков на леса происходит их деградация —
нарушается защитный восковой покров, что делает растения более уязвимыми
перед насекомыми, грибами и другими патогенными организмами. Также,
просочившись сквозь почву, кислотные осадки могут выщелачивать алюминий
и различные тяжелые металлы, что приводит к токсическому отравлению
многих растений и животных.
Общий объем парниковых газов в атмосфере ничтожно мал, они задерживают
тепло подобно тому как это происходит под стеклянным покрытием в парнике.
Современный естественный парниковый эффект увеличивает среднюю
температуру Земли на 30 °C . Это значит, что если бы парникового эффекта не
было, то средняя температура Земли, составляющая сейчас 15 °C , понизилась
бы до -15 °C. Земля оказалась бы скованной льдом. И, наоборот, если
содержание газов, вызывающих парниковый эффект, увеличится - на нашей
планете станет еще теплее. Доля содержания углекислого газа в воздухе в
естественных условиях контролируется так, что его поступление равняется
связыванию в результате жизнедеятельности многих организмов.
В наше время люди нарушают это равновесие. За миллионы лет в недрах Земли
накопилось огромное количество ископаемого органического вещества: угля,
нефти, газа и т. п., которое сейчас служит нам основным энергетическим
сырьем. В процессе сжигания топлива в атмосферу поступают
дополнительные порции углекислого газа. Это тенденция, которая может
привести к глобальному изменению климата — к его потеплению.
Предполагается, что к середине 21 века доля углекислого газа в атмосфере
увеличится в 2 раза. Температура повысится в умеренных широтах на 2 °C , а на
полюсах - более чем на 10 °C . Потепление повлечет за собой таяние полярных
льдов. В океан будет поступать такое количество воды, что его уровень
поднимется почти на 100 метров. Окажутся под водой обширные приморские
низменности и расположенные на берегах морей города, в которых проживает
подавляющее большинство населения планеты и сосредоточен основной
промышленный потенциал.
Различия температуры на полюсах и экваторе являются основной движущей
силой циркуляции атмосферы. Более сильное потепление на полюсах приведет
к ее ослаблению. Это изменит всю картину циркуляции и связанный с ней
перенос теплоты и влаги, что повлечет за собой глобальное изменение климата.
В большинстве районов, характеризующихся сейчас жарким и сухим климатом,
количество атмосферных осадков увеличится; в умеренном поясе станет суше.
Все живое на нашей планете защищено от пагубного воздействия
ультрафиолетового излучения - свыше 99 % его поглощается слоем озона в
стратосфере. Основными загрязнителями, разрушающими озоновый экран,
являются синтезируемые людьми соединения - фреоны, используемые в
холодильниках, а также в аэрозольных товарах. Фреоны летучи и поднимаются
в стратосферу. Там они могут разлагаться и высвобождать атомарный хлор,
который в свою очередь оказывает разрушительное воздействие на озон. В 1979
году спутниковые наблюдения обнаружили “дыру” в озоновом экране над
Южным полюсом. Исследования стратосферы над Арктикой показали, что и тут
содержание озона может резко сократиться. Таким образом, если выбросы
фреонов будут продолжаться, можно ожидать расширения озоновых дыр над
полюсами. Международное сообщество, озабоченное этой тенденцией, уже
ввело ограничения на выбросы фреонов Венской конвенцией об охране
озонового слоя в 1985 году.
Охрана природы и рациональное природопользование
В 1992 году в городе Рио-де-Жанейро на конференции ООН по окружающей
среде и развитию была провозглашена необходимость перехода мирового
сообщества на рельсы устойчивого развития.
Устойчивое развитие — это такое развитие, при котором удовлетворяются
потребности настоящего времени и не ставится под угрозу способность
будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности. В наше
время сельское хозяйство и биосфера не могут обеспечить продуктами питания
все население: практический каждый четвертый житель планеты голодает.
Очевидно, что ситуация, когда народонаселение в несколько раз будет
превосходить ресурсы биосферы — невозможна. Если сейчас не остановить
быстрый рост рождаемости, то природа сама это сделает максимально
решительно и жестоко — население резко сократится из-за исчерпания
ресурсов и сильного загрязнения среды. После этого начнется процесс
восстановления возобновимых природных ресурсов и самоочищения
окружающей среды; некоторая доля населения стабилизируется на более
низком уровне.
Устойчивое развитие не может быть возможным при условиях дальнейшего
увеличения численности людей и роста потребления. Причиной
приближающегося экологического кризиса считается потребительское
отношение людей к природе. Повышение роста производства, постоянное
увеличение населения городов (урбанизация), которые так или иначе ведут к
обострению экологических проблем.
Природные ресурсы оказывают положительное влияние на развитие общества,
но интенсивное потребление отрицательно сказывается на их запасах.
Воздействие общества на природу вызывает загрязнение окружающей среды,
отрицательно влияет как на условия жизни людей, так и на качество природных
ресурсов – чистоту почвы, воды, воздуха.
Заключение
Острые экологические проблемы на фоне общего хода эволюции биосферы
являются для человека второстепенными. Человечество должно заботиться не
об охране природы вообще, а о тех аспектах природопользования, которые
могут обеспечить нормальный баланс между интересами народа и состоянием
среды. Имея постоянное стремление к улучшению условий существования, мы
непрерывно увеличиваем объем материального производства, не задумываясь о
последствиях. В 21 веке, человек настолько превысил объем привычных для
природы загрязнений, что она не успевает их обрабатывать. Более того, он стал
вырабатывать такие загрязнения, для обработки которых в природе пока нет
соответствующих видов, а для некоторых загрязнений, к примеру
радиоактивных, их никогда и не появится. Поэтому «отказ» биосферы
перерабатывать плоды человеческой деятельности неизбежно будет действовать
как все более нарастающий ультимативный фактор в отношении человека.
Отсюда следует, что будущее человека как биологического вида предсказуемо:
экологический кризис и снижение численности.
Список литературы:
А. Евдокимов — Биосфера и кризис цивилизации
М. Гиляров — Биологический энциклопедический словарь
К. Петров — Биогеография с основами охраны биосферы
В. Федорович — Эволюция биосферы
В. Ярыгин, В. Васильева, И. Волков, В. Синельщикова - Биология в двух
книгах. Книга 2: эволюция, экосистема, биосфера, человечество