Биосфера — глобальная экосистема

1. Тема. Биосфера – глобальная экосистема

1.
2.
3.
4.
5.
Вопросы для изучения.
Понятие «Биосфера». Роль живых
организмов в биосфере.
Вертикальная структура биосферы и
ее границы.
Виды экосистем. Биогеоценоз.
Основные закономерности биосферы.
Ноосферный подход к биосфере.

2.

Термин «Биосфера ввел
австрийский геолог Э. Зюсс в
1875 г.
Комплексное учение о биосфере
разработал русский ученый,
философ, естествоиспытатель
В.И. Вернадский (30-е гг. XX
века).

3. СТРУКТУРА БИОСФЕРЫ

живое вещество, т.е. совокупность всех живых
организмов;
биокосное вещество, созданное живыми
организмами вместе с неживой (костной) природой
(водой, атмосферой, горными породами) почвенный покров (педосфера). Учение о
процессах почвообразования
В.Н. Докучаева и его книга «Русский чернозем»
послужили предпосылкой
создания биосферного подхода Вернадского;
биогенное вещество, т.е. органоминеральные
или органические продукты, созданные живым
веществом (торф, каменный уголь, различные
соли, нефть).

4. Роль живых организмов

1. Порождение жизни на земле в
процессе фотосинтеза.
2. Изменение свойств тел и явлений
неживой природы: процессы
почвообразования, изменение свойств
воды, возникновение полезных
ископаемых.
3. Участие в круговороте вещества и
энергии.
Живые организмы являются основой биосферы, но составляют всего
0,01 % массы биосферы.

5. Биологический круговорот вещества и энергии

Продуценты – консументы I
порядка – консументы II порядка –
редуценты.
СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКОГО
КРУГОВОРОТА:
1. Цикличность
2. Замкнутость
3. Непрерывность.

6. СООТНОШЕНИЕ БИОМАССЫ В КРУГОВОРОТЕ

Соотношение биомассы продуцентов,
консументов и редуцентов – трофическая
пирамида. Основная доля биомассы
приходится на продуцентов, затем
уменьшается по ступеням круговорота.
Соотношение биомасс может быть и обратным. Например, в
морских экосистемах где растительная масса меньше
животной биомассы. Это связано с тем, что мелкие
водоросли очень быстро размножаются и запасы их быстро
обновляются, тогда как животные являются более
долгоживущими организмами.

7. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство.
В.И. Вернадский назвал это «всеюдностью жизни»;
движение не только пассивное, но и активное (против ветра, течений
и т.д.);
устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти
(включение в биологический круговорот веществ и элементов неживой
природы);
высокая приспособительная способность (адаптация) к разным
условиям: природно-климатическим, геоморфологическим и т.д.;
феноменальная скорость протекания реакций. Живые организмы
благодаря биологическим катализаторам (ферментам) способны
увеличивать скорость химических реакций на порядок или несколько
порядков по сравнению с неживой природой, что связано с высокой
энергетической активностью живого вещества;
- высокая скорость обновления живого вещества, составляющая в
среднем для биосферы 8 лет. При этом для суши она равна 14 годам, а
для океана, где преобладают кратко живущие организмы (например,
планктон) - 33 дня.

8. Свойства биосферы

Централизованность. Центральным звеном биосферы выступают
живые организмы, что всесторонне раскрыто В.И. Вернадским.
Антропоцентризм при изучении биосферы недопустим, это чревато
крайне негативными последствиями для биосферы.
Открытость. Существование биосферы обеспечивается только за
счет поступления энергии, прежде всего солнечной радиации.
Саморегулируемость и организованность. Способность
биосферы гасить возникающие возмущения с помощью ряда
механизмов, возвращаться в исходное состояние называется
гомеостазом.
Разнообразие. Это разные среды жизни, входящие в состав
биосферы (водная, почвенная, наземно-воздушная и т.д.),
разнообразие природных зон, наличие разных геохимических
областей, и, самое главное, - большое число элементарных
экосистем со свойственным им биологическим разнообразием. В
настоящее время на Земле описано около 1,5 миллионов видов
животных и около 500 тысяч видов растений и грибов.
Разнообразие в целом рассматривают как основное условие
устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.
Наличие механизмов, обеспечивающих круговорот
веществ, и связанную с ним неисчерпаемость отдельных
химических элементов и их соединений.

9. Вертикальная структура биосферы

1. Нижние слои атмосферы (до
озонового слоя, до высоты 15 км.)
2. Гидро- и океаносфера (на
глубину до 11 км.).
3. Почвенный покров или
педосфера
4. Верхние слои литосферы
(глубина 8 км.).
5. Живое вещество планеты.

10. Горизонтальная структура биосферы

Экосистемы являются главными единицами
изучения в экологии. (1935 г. А. Тэнсли).
Экосистема – любое сообщество живых
организмов и их среда обитания,
объединенные в единое функциональное
целое, возникающее на основе
взаимозависимости и причинноследственных связей между отдельными
компонентами (Н.Ф. Реймерс, 1990 г.).

11. ВИДЫ ЭКОСИСТЕМ

1. Микроэкосистемы (небольшой
водоем, ствол дерева, труп
животного, капля воды и т.д.).
2. Мезоэкосистемы (природная зона).
3. Макроэкосистемы (океан,
континент, природный пояс и т.д.).
4. Глобальная экосистема (биосфера
в целом).

12. Биогеоценоз (В.Н. Сукачев, 1942 г.).

Совокупность однородных природных
элементов на определенном участке
Земли.
Это пространственно ограниченная внутренне
однородная природная система функционально
взаимосвязанных живых организмов и окружающей
их абиотической среды, характеризующаяся
определенным энергетическим состоянием, типом и
скоростью обмена между веществом и информацией.
Биогеоценоз – это элементарная частица биосферы.

13. ВИДЫ ЭКОСИСТЕМ ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ

1. Природные (природные ресурсы)
2. Природно-антропогенные
(измененная человеком природа)
3. Антропогенные (продукты
хозяйственной деятельности
человека)

14. УНИКАЛЬНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ

На Земле не бывает абсолютно
одинаковых условий существования.
Уникальность экосистемы определяют ее
положение в пространстве
(географическая широта и долгота).
Количество поступаемой солнечной
радиации в зависимости от
географического положения
определяет интенсивность
биологического круговорота.

15.

Основной индикатор отличий одной
экосистемы от другой – видовое
разнообразие. Виды – эдификаторы
оказывают наибольшее влияние на
формирование экосистемы.
Например, ель в ельнике, сурки,
создающие условия роста растений
в степи, сойка, распространяющая
желуди и т.д.

16. Жизнеспособность экосистем

Виды входят в экосистему популяциями.
ПОПУЛЯЦИЯ – это совокупность особей
одного вида, населяющих однородное
пространство, способная к
саморегулированию и поддержанию
определенной численности, имеющая
общий генофонд и возможность
свободно скрещиваться.
Популяция практически бессмертна

17. ВРЕМЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ

Чем больше система по территории и биомассе, тем она
устойчивее и долговечней.
Каждая экосистема независимо от общего времени
существования имеет жизненный цикл развития.
Сукцессия (лат. «сукцессио» - преемственность,
наследование) – направленный процесс прохождения
экосистемой всех стадий развития от самых ранних до
поздних.
Происходит смена одних сообществ другими, как правило
более крупными, усиливающими процесс круговорота.

18. АНТРОПОГЕННАЯ СУКЦЕССИЯ

Это изменения в экосистеме, вызванные
деятельностью человека.
Например, на месте вырубки или пожара
последовательно возникают территории,
поросшие травой, затем кустарники,
лиственные деревья. В тени лиственного
леса подрастают хвойные деревья.
Образуется смешанный лес. Т.к. лиственные
леса живут меньше, в конечном итоге снова
образуется хвойный лес.

19. НЕЖИВЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭКОСИСТЕМ

1. Энергия (лучевые, волновые,
квантовые источники).
2. Газовый состав (атмосфера).
3. Вода
4. Почвенный субстрат
5. Информация.

20. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ БИОСФЕРЫ

1. Агрегатная неоднородность.
2. Пространственная
неоднородность.
3. Энергетическая неоднородность.
4. Геохимическая неоднородность.
5. Зональная неоднородность.
6. Способность биосферы к
саморегуляции.

21. Агрегатная неоднородность

В биосфере тесно взаимодействуют три агрегатных
состояния (твердое, жидкое и газообразное).
Огромные массы воды испаряются с поверхности
водоемов и в газообразном состоянии переходят в
состав атмосферы, затем переносятся
атмосферными массами, что снова с дождями и
ливнями попасть на сушу. Работа поверхностных
вод приводит к выравниванию рельефа. Этому
процессу противостоят тектонические движения
земной коры, ведущие к поднятию одних и
опусканию других участков земной поверхности.

22. Пространственная неоднородность

Она проявляется в неравномерности
распределения вещества в биосфере.
Наибольшее количество массы
сосредоточено в наружном слое
литосферы и в гидросфере, гораздо
меньше в атмосфере. Общая же масса
живого вещества (организмов) меньше
массы атмосферы примерно в 10 тыс.раз,
гидросферы в 1 млн раз, а литосферы в
10 млн раз.

23. Энергетическая неоднородность

Она проявляется в неравномерном распределении по
земной поверхности солнечной энергии, а также в
неодинаковом соотношении вещества и энергии в
телах биосферы. Энергетическая активность
живых тел по сравнению с неживыми гораздо
выше. Примерами этому могут служить такие
факты: в живом веществе в непрерывном
круговороте находятся 30 % всего кальция,
находящегося в земной коре, основная масса
азота. В течение года живое вещество перемещает
массу газов, которая в 3 раза превосходит вес
самой атмосферы. П.э. роль организмов в
перемещении и перераспределении вещества по
земной поверхности глобальна и является ведущей
в эволюции биосферы. Имеется явная тенденция к
возрастанию массы живого вещества и накопления
энергетически богатого биогенного вещества в
земной коре.

24. Геохимическая неоднородность

Она заключается в неравномерности
распределения атомов различных химических
элементов по земной поверхности, что
связано и с геологическими условиями
возникновения земной поверхности. Однако с
момента возникновения жизни деятельность
организмов стала решающим фактором
неравномерности перераспределения
химических элементов по территории
благодаря способности организмов
концентрировать в составе своего тела строго
определенные элементы. Изучая миграцию
вещества живыми организмами ученые
понимают причины возникновения многих
видов полезных ископаемых,
разрабатываются новые методы их поиска.

25. Зональная неоднородность

Она выражается в смене природных
комплексов от полюсов к экватору,
как следствие шарообразной формы
Земли, положения ее по отношению
к Солнцу (широтная зональность). В
горах наблюдается высотная
зональность (смена природных
комплексов с высотой), что связано с
изменением температуры и
количества осадков в зависимости от
высоты. Как следствие живые
организмы также распределены по
земной поверхности неравномерно.

26. Способность биосферы к саморегуляции

Т.к. масса живого вещества
увеличивается, биологический
круговорот вовлекает все больше
вещества и энергии неживой
природы и, следовательно, при
благоприятном развитии биосфера
улучшает свое качество и
организованность. К сожалению,
человек своей деятельностью
мешает этому обстоятельству.

27. Ноосферный подход к биосфере

Современный этап развития биосферы
называется ноосфера (сфера разума).
Понятие ноосферы, как облекающей
земной шар идеальной «мыслящей»
оболочки, формирование которой
связано с возникновением и развитием
человеческого сознания ввели в начале
XX века французские ученые П. Тейяр де
Шарден и Э Леруа. В.И. Вернадский внес
в термин новое содержание.

28. Ноосферный подход к биосфере

Ноосфера - новая, высшая стадия
биосферы, связанная с возникновением и
развитием человечества. Общество,
познавая законы природы и
совершенствуя технику, становится
крупнейшей силой, сопоставимой по
масштабам с геологической. В настоящее
время человечество начинает оказывать
определяющее влияние на ход
природных процессов.

29. Ноосферный подход к биосфере

В понятии ноосферы подчеркивается
необходимость разумной (т.е.
отвечающей потребностям
развивающегося человечества),
целенаправленной организации
взаимодействия общества и
природы в противоположность
стихийному, хищническому
отношению к ней, приводящему к
ухудшению окружающей среды.