Биосфера. Строение биосферы

1. БИОСФЕРА

Северо-Западный государственный медицинский
университет имени И.И. Мечникова
БИОСФЕРА
Владимир Иванович Вернадский
("Биосфера" 1926 г.)
Биосфера - общепланетарная
оболочка, обусловленная
деятельностью живых
организмов в течение
геологического времени.

2. I. Строение биосферы.

Биосфера включает:
1. Воздушную оболочку – нижнюю часть атмосферы –
тропосферу.
2. Водную оболочку (всю гидросферу).
3. Твердую оболочку (верхнюю часть литосферы).

3. Воздушная оболочка - до высоты ≈ 22 км.

Основные газы
атмосферы:
азот -
78%,
кислород -
21%,
СО2 -
0,03%,
аргон -
0,9%,
др. газы -
0.01%,
только аргон не связан
с жизнедеятельностью
организмов.

4.

Водная оболочка –
Гидросфера, занимает ~70%
поверхности Земли.
Нижняя граница жизни
достигает глубины ~11 км.
Химический состав гидросферы формируется под
действием организмов непосредственно или
опосредовано.
96,5% воды гидросферы сосредоточено в океанах,
1,7% льды,
1,7% подземные воды и др.
Пресной воды в гидросфере всего 2,8% (из них
62% сосредоточено в Антарктиде в виде льда)

5.

Твердая оболочка (верхняя часть литосферы).
Максимальное количество организмов
литосферы сосредоточено в почве,
всего в нескольких метрах.
Исходным материалом для
почвообразования служат
поверхностные слои горных пород, →
под действием климатических
факторов, микроорганизмов, растений
и животных → разрушение пород
(50% твёрдая среда) +
→ Отмирание и разложение животных приводит к
аккумулированию биогенных элементов и накоплению
не полностью разложившихся органических в-в
(гумус). => Формирование почвенного покрова.
+ живые организмы.

6.

Твердая оболочка (верхняя часть литосферы).
В литосфере жизнь обнаружена до глубины 7500 м.
Органогенное происхождение в литосфере имеют:
карбонатные породы - известняки, - доломиты,
- мрамор, - мел
кремнистые породы - диатомит,
каустобиолиты - угли, горючие сланцы, нефть,
газ, асфальты, торфы, сапропели,
др. - марганцевые руды, - железные руды,
- сера, - фосфориты, - бокситы, - залежи урана,
- кобальта, - меди, - цинка и т.д.

7.

II. Компоненты биосферы:
1. Живое вещество - совокупность всех организмов в
целом (биомасса планеты).
неживое вещество ↓↓↓
2. Биогенное вещество - создается и преобразуется в
процессе жизнедеятельности организмов (Пр.: Газы
атмосферы, каменный уголь, нефть …)
3. Биокосное вещество - результат совместной
деятельности живых организмов и абиогенных процессов
(Пр.: почва).
4. Косное вещество - образуется без участия живых
организмов (Пр.: извержение горных пород, метеориты …).

8.

Живое вещество (совокупность всех организмов в целом)
составляет лишь 0,01% массы земной коры, но преобразует
все оболочки.
В.И.Вернадский: "На Земле нет силы более постоянно
действующей, а потому более могущественной по
своим последствиям, чем живые организмы, взятые
в целом".
Распределение живых организмов на поверхности Земли неравномерно:
растения
животные
Видов
300 тыс. видов
1,5 млн. видов
2 млн.
Масса
сухопутных
99,2%
0,8%
99,87%
Масса
водных
6,3%
93,7%
0,13%
биомасса
99%
1% (0,0002% - люди)

9.

III. Биотический круговорот (миграция элементов) - это
циркуляция веществ между почвой, атмосферой, гидросферой
и живыми организмами.
Круговорот:
воды - 2000 лет,
углерода - 300 лет,
О2 - 2000 лет,
СО2 – 6,3 года
I→II→III→IV→V

10.

IV. Этапы эволюции биосферы
1) Синтез простых органических соединений (химическая
эволюция) в геосферах Земли. Начало этапа – 3,5–4,5 млрд. лет.
2) Биогенез – преобразование косного вещества геосферы
земли в живое вещество биосферы. Начало этапа – 2,5–3,5
млрд. лет назад.
3) Антропогенез – появление человека и превращение его в
социальное существо, формирование общественной организации
человеческих сообществ в процессе производственной трудовой
деятельности. Начало этапа – 1,5–3 млн. лет назад.
4) Техногенез – преобразование природных комплексов
биосферы в процессе производственной деятельности человека
и формирование техногенных и природно–технических
комплексов, т.е. техносферы. Начало этапа – 10–15 тыс. лет
назад (появление городских поселений). Современное состояние
биосферы.
?) Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние
разумно управляемой социально–природной системы
(ноосферы): а) рациональное использование природы; б)
устойчивое развитие мирового сообщества.

11.

V. Современное состояние биосферы
биомасса людей - 0,0002%
Самой мощной химической силой на Земле до появления
человека было живое вещество в целом.
Но, начиная с неолита, ничтожная часть живого вещества
(человечество) приобрела особые свойства, такие как:
разум,
социальную организацию,
производственную деятельность,
что позволило человечеству, практически мгновенно,
приспосабливать окружающую среду к своим потребностям
и приобрести такое влияние на биосферу, что
геохимическая мощь человечества начала превосходить
силу самого живого вещества (планета заболела
человечеством).

12.

V. Современное состояние биосферы
Воздействие на твердую оболочку.
Живое вещество. Исчезновение видов. С 1600 с Земли
исчезло:
- 63 вида и 55 подвидов млекопитающих,
- 103 вида и подвида птиц,
- 21 вид рептилий,
- 82 вида рыб.

13.

V. Современное состояние биосферы
Воздействие на твердую оболочку.
Пр.: Стеллерова корова (Hydrodamalis gigas), была
открыта в 1741 г., малоподвижное беззубое животное
длиной 6-8 метров, питалось водорослями.
Место обитания - Командорские острова.
Промысловики истребили её за 27 лет (к 1768 году)

14.

V. Современное состояние биосферы
Воздействие на твердую оболочку.
Пр.: 1810 г. – популяция Странствующего голубя
(Ectopistes migratorius) 2 млрд. особей.
Место обитания - лиственные леса восточной части
Сев. Америки и южной Канады.
Промысловики истребили его к 1910 году

15.

V. Современное состояние биосферы
Воздействие на твердую оболочку.
Пр.: Дронт c острова
Маврикий, Реюньон и
Родригес. Остров
Маврикий был открыт
португальцами в начале
XVI века, и первое
животное с которым они
столкнулись – это
именно Дронт.
В 1680 году была
убита последняя птица.

16.

V. Современное состояние биосферы
Воздействие на твердую оболочку.
На данный момент:
• Около 600 видов позвоночных на грани полного
истребления.
• Под угрозой исчезновения - 11 167 видов животных и
5714 растений.
• Ежегодно полностью исчезает 1-2 вида организмов.
=> Это приводит к упрощению
сложных природных экосистем, чем
нарушается их устойчивость.
Охрана: заказники,
заповедники, биосферные
заповедники.

17.

Земледелие.
Сейчас 10% поверхности
Земли - пахотные земли.
При этом
обрабатываемые
почвы ежегодно
теряют в среднем
1 - 2% гумуса.

18.

Земледелие.
Пр.: Древний Египет
Сахара самая молодая
пустыня, ей 2000 лет.
До этого - это саванны с
рощами акаций,
многочисленными
озерами, многоводными
реками и огромными
стадами крупного
рогатого скота,
буйволами, козами,
слонами, жирафами,
носорогами, львами и т.д.

19.

Земледелие.
Наскальные рисунки в Эннеди
(плато в южной части Сахары, Республика
Чад) и Тассили (часть Сахары на юговостоке Алжира).

20.

Земледелие.
Пр.: Всемирная выставка в Париже
в 1900.
Гвоздем программы считался слой
русского чернозема.
Париж. Всемирная
выставка.1889 г.
Эталон чернозема из Воронежской
обл. = 2,5 м.
Был!
Париж. Всемирная
выставка.1937 г.

21.

Лес.
В настоящее время лесами покрыта одна треть суши. В
доисторическое время лесами было занято не менее 70%
суши.
Пр.: Древний Израиль.
Первый Иерусалимский храм или Храм Соломона
(950 — 586 до н. э.)
По приказу царя
80 000
дровосеков
рубили лес для
Храма.

22.

Пр.: Перед приходом весны. Водохранилище Вади
Лес.
Алараби и гора с городищем Талль Зирав.

23.

Лес.
Пр.: Центральная Россия. Троице Сергиева Лавра.

24.

Лес.
Сейчас ежегодно вырубается 100 000 км2 леса.
Пр.: В Латинской Америке вырублено
40% лесов.
Пр.: В Африке 50% девственных лесов
вырублено.

25.

Лес.
Сейчас ежегодно вырубается 100 000 км2 леса.
Пр.: В Латинской Америке вырублено
40% лесов.
Пр.: В Африке 50% девственных лесов
вырублено.
Вырубка леса приводит:
- изменение водооборота, обмеление рек, ↑
испарения воды => ↑ засушливости =>
наступлению пустынь,
- эрозия почвы,
- ↓ синтеза О2 (леса дают 25% кислорода),
- ↑ СО2 в атмосфере => ↑ парникового эффекта,
- сокращению биоразнообразия,
- ↓ биомассы.

26.

Опустынивание.
Вырубка леса и распахивание территорий приводит к
наступлению пустынь.
По оценке экспертов ВОЗ S искусственных пустынь сейчас
составляет 9 млн. км2.
Т.о. за последние 300
лет биомасса Земли
уменьшилась на
четверть.

27.

Воздействие на атмосферу.
Парниковый эффект.
Для производства энергии человек сжигает топливо, в
результате чего происходит выброс СО2.
За последние 100 лет концентрация СО2 в атмосфере ↑ на 30%.
СО2 препятствует
тепловому
излучению
земли, что
приводит к
техногенному
парниковому
эффекту.
→ Температура
Земли ↑ на 0,5°С

28.

Воздействие на атмосферу.
Парниковый эффект.
=> Таяние льдов.
1,7% воды запасено в
Антарктиде в виде льда,
после таяния, которого
существенно изменится
береговая линия, вода ↑ на
1,5 м.
=> Изменится уровень
грунтовых вод, что приведет
к затоплению многих
прибрежных территорий во
всем мире.
Уровень озёр в Антарктиде последние 5 лет ежегодно
повышается на 1 метр. Антарктида тает!

29.

Воздействие на атмосферу.
Парниковый эффект.
=> Таяние льдов.
Арктика нагревается вдвое быстрее, чем вся
остальная планета. Средняя температура в Арктике за
последние годы повысилась с -16,7 до -13,8°С.
Количество отложений льда сократилось на 40%.

30.

Воздействие на атмосферу.
Парниковый эффект.
Повышение температуры земли приведёт к
интенсификации гидрологического цикла и усилению
погодных катаклизмов.
Климат станет более резко континентальным.
Повышение температуры на 3ºС – это тот уровень, при
котором произойдут необратимые климатические изменения.
Это поставит 400 млн. человек перед угрозой голодной
смерти из-за недостатка плодородной почвы и дефицита
воды.
В декабре 1997 года на встрече в Киото, делегатами из
более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая
развитые страны сократить выброс СО2. Киотский протокол
призывает тридцать восемь индустриально развитых стран
сократить к 2008–2012 годам выбросы СО2 на 5% от
уровня 1990 года.

31.

Воздействие на атмосферу.
Парниковый эффект.
Реконструкции
глобальной
средней
температуры по
сравнению с
1800-1900 гг.
(синяя) и прогноз
глобальной
средней
температуры до
2100 года.

32.

Воздействие на атмосферу.
Парниковый эффект.
Конференция по климату в Париже (2015)
Парижские
обещания, в
международноправовом смысле
сокращения
эмиссии не
являются
обязательными.

33.

Воздействие на атмосферу.
"Кислотные" дожди.
Выброс в атмосферу в год:
- диоксида серы (SO2) ≈
150 млн. т. ,
- закиси азота (N2O) ≈ 70
млн. т.
Эти вещества в определенных условиях в атмосфере
реагируют с водой, образуя серную (H2SO4) и азотную
кислоту (HNO3), что приводит к выпадению "кислотных"
дождей.
Подкисление почвы и водоемов, существенно изменяет ценозы,
гибнет рыба, уничтожаются леса, уменьшается биомасса.

34.

Воздействие на атмосферу.
Нарушение озонового слоя.
► Антропогенные газы (такие как хлор-фтор-углероды,
закись азота и др. хлор- и бромсодержащие газы),
попадая в верхние слои атмосферы, расщепляются под
действием солнечных лучей,
► после чего атомы хлора и брома действуют в качестве
катализатора в процессе разрушения озона,
► что приводит к истончению
озонового слоя, крайним
проявлением которого является
появление "озоновых дыр"
(↓ содержания озона на 40 %).

35.

Воздействие на атмосферу.
Нарушение озонового слоя.
С 1980 г.
по 1984 г. содержание озона ↓ 3% в мире
по 1987 г.
↓ 4%
по 2000 г.
↓ 8%
Ежегодное глобальное уменьшение озонового слоя
составляет 0,5%.
Пр.: 1995 г. ↓ озона над Европой на
10%, ↓ над Уралом - 30%, над районами
Восточной Сибири - 40%.
«Озоновые дыры» над Антарктидой

36.

Воздействие на атмосферу.
Нарушение озонового слоя.
=► Увеличивается УФ облучение поверхности Земли, что
приводит к:
нарушению экосистем (↓ снижается первичная
продуктивность => ↓ биомасса).
вредному влиянию на здоровье человека, возникают
или усугубляются:
• пигментная ксеродерма,
• плоскоклеточный рак кожи,
• базилиома,
• меланома,
• катаракта.
усилению мутационного процесса.
1987 г. в Монреале 50 стран подписали
соглашение о ↓ производства фреонов на 50%.
1990 г. в Лондоне 92 государства – прекратить
в Мире производство ХФУ до 2010 г.

37.

Воздействие на гидросферу.
Сооружение каналов, переброска водостока рек.
Приводит к:
истощению грунтовых вод,
осушению территорий,
засолению почв …
Пр.: Проблема Аральского моря.
Из Сырдарьи и Амударьи, рек
впадающих в Аральское море,
воду забрали на орошение.
Уровень моря снизился на 14 м.
S ↓ в 4 раза (осталось 40%).
Полное исчезновение Большого
Арала предрекают к 2020 г.

38.

Воздействие на гидросферу.
Сооружение плотин и
водохранилищ (более 45 000 )
нарушает путь миграции рыб, что
приводит к резкому уменьшению их
численности.
Пр.: Каспийская белорыбица.
повышение уровня воды до плотины → уничтожение
лесов, земельных угодий, заболачиваемость.
уменьшению уровня воды после плотины.
Пр.: река Иордан. В самом ее начале Израиль построил
дамбу, обеспечивающую питьевой водой большую часть его
территории, и тем самым, почти полностью перекрыл отток
воды из Галилейского моря в реку.
В настоящий момент водные ресурсы Иордана в нижнем
течении составляют лишь 3% от первоначальных.

39.

Химическое загрязнение
Пестициды (загрязнители №1)
Пр.: ДДТ (дихлор-дифенил-трихлор-этан).
- Мюллер, открывший инсектицидные свойства ДДТ,
получил нобелевскую премию.
- 45-46 гг. в первые годы применения в Америке, был
получен потрясающий эффект.
в борьбе с вредителями сельского хозяйства,
с комарами, как переносчиками малярии,
с мухой це-це.
Но! Оказался токсичным и очень устойчивым во
внешней среде (время его распада составляет 150 лет).
В 1964 году запрет на ДДТ (1997 г. – США 26,2
млрд. $, дихлофос)

40.

Химическое загрязнение
Пестициды (загрязнители №1)
Тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий
/б. Итай-Итай/
…)
Бензол, формальдегид, 1-3 бутадиен - летучие
органические вещества образуются при неполном сгорании
автомобильного топлива
Диоксины - группа хлорорганических соединений
И др…
Ежегодно синтезируется около 250 тысяч новых веществ,
из них ~ 500 начинают использовать.

41.

Химическое загрязнение
«Главная мировая сенсация ХХ века» - прогрессивное
снижение, около 2% в год, концентрации сперматозоидов у
современных мужчин
Динамика
показателя
концентрации
сперматозоидов у
мужчин по данным
разных авторов.
20 млн/мл –
критическая доза
сперматозоидов,
ниже которой
мужское
бесплодие.

42.

Химическое загрязнение
Радиоактивное загрязнение
Феномен Эль-Ниньо
Загрязнение воды сточными водами
Загрязнение океана нефтью
Увеличение концентрации азота в атмосфере
Перелов водных биоресурсов
Истощение исчерпаемых ресурсов
Проблема ксенобиотиков
Техногенные биогеохимические провинции
Электромагнитное загрязнение окружающей среды
Проблема городских/промышленных отходов (мусора)
Дампинг (сброс отходов в море)
Перенаселение
и др…

43.

Партия «Зелёных» оценивает возможность существования
человечества в сегодняшних условиях загрязнения
окружающей среды по самым оптимистическим прогнозам
40-50 лет.
Дальнейшие перспективы развития биосферы. Два пути:
1 путь - дальнейшее неконтролируемое воздействие на
биосферу, которое приведет к экологической
катастрофе:
- острой
- хронической
в конечном счёте гибели биосферы.
2 путь - ноосфера - сфера разумного регулирования
процессов, происходящих в биосфере.

44.

«Biosphere 2» замкнутая
экологическая
модель.
- Разрабатывали
10 лет (создали в
1984-91 гг.)
- S = 1,27 га.
- V = 203 760 м3.
- Полностью замкнута.
- 3000 видов растений и
животных.
- 7 биомов: дождевой лес,
саванна, пустыня, болото, океан с
коралловым рифом, интенсивное
сельское хозяйство, апартаменты
людей.
= 150 млн. $.
26.09.1991 г. 8 добровольцев вошли в эту сферу.

45.

«Biosphere 2» замкнутая
экологическая
модель.
26.09.1991 г. вошли.
26.09.1993 г. вышли.
- Через 15 месяцев
уровень кислорода
упал до критического и
кислород пришлось
экстренно нагнетать
извне.
- Через некоторое время стало не
хватать пищи.
- Вымерло 18 из 25 позвоночных,
- Вымерло большинство насекомых, в
частности все опылители.
- Возникли серьёзные проблемы с
загрязнением воды и воздуха, с
контролем температуры.
"Отрицательный результат – это тоже результат".

46.

«Biosphere 2» замкнутая
экологическая
модель.
Вывод: Истинная ситуация в
биосфере нам неизвестна и
последствия мы просчитать
не можем!!!
"Отрицательный результат – это тоже результат".

47.

VI. Ноосфера ???
Сделаны лишь первые шаги:
Созданы международные организации при ООН - ЮНЕСКО
и ЮНЕП, координирующие и направляющие усилия
разных стран в этом направлении.
Запрещены испытания ядерного оружия в атмосфере и
гидросфере.
Приняты соглашения по очистке Мирового океана от
нефти.
Приняты ограничения выброса многих химических
веществ во внешнюю среду. Пр.: Монреальский протокол –
фреоны. Киотский протокол - СО2. Ограничение выбросов
серы, азота и др.
Соглашения по охране исчезающих животных.
Созданы национальные парки, заказники, биосферные
заповедники.
Объявлен "Всемирный день охраны окружающей среды" –
5 июня.
и др. …

48.

Спасибо за внимание!