Биосфера – глобальная экосистема. В. И. Вернадский – основоположник учения о биосфере. Структура биосферы.

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «СОШ №49»

г. Владимира

Презентация на тему: «Биосфера – глобальная экосистема. В. И. Вернадский – основоположник учения о биосфере. Структура биосферы»

Биосфера включает в себя живые и неживые компоненты. Совокупность всех живых компонентов Земли образует живое вещество биосферы. Основная масса живых организмов сосредоточена в 3-х геологических оболочках нашей планеты:

• Атмосфера
• Гидросфера
• Литосфера

К неживым компонентам биосферы относятся части атмосферы, гидросферы и литосферы,

которые связаны с процессами миграции веществ и энергии с живым веществом биосферы. Границы жизни на планете являются одновременно и границами биосферы.

Биосфера — это область сосредоточенности живых существ и сами живые существа во всех оболочках Земли.

Представлена биосфера приблизительно 3 миллионами видов:

• Растения;
• Микроорганизмы;
• Животные;
• Человек.

Среди этого многообразия только 300 тысяч – это различные виды растений. Поэтому понятно, что эта часть биосферы требует особого внимания и отношения, ведь от неё зависит существование и других видов.

• В биосфере можно выделить верхнюю и нижнюю границы. Верхняя граница — это озоносфера, от 20 до 35 километров, нижняя граница — от 2 до 10 километров. В живых организмах обнаружено примерно 70 элементов таблицы Менделеева. Конечно, кислород связывает все сферы Земли. Главный химический процесс биосферы — фотосинтез.

• Реакции, которые протекают в биосфере, очень сложные. Их особенностями являются: участие большого числа органических и неорганических веществ, участие живых организмов в биохимических реакциях, трудность или невозможность записи отдельных химических реакций.

Термин «биосфера» предложен в 1875г. австрийским геологом Э. Зюссом. В начале XX в. В.И. Вернадский разработал учение о биосфере. Согласно Вернадскому, биосфера - оболочка Земли, населенная живыми организмами, активно ими преобразуемая. Жизнедеятельность организмов - это мощнейший фактор планетарного масштаба, обеспечивающий постоянный биогенный поток атомов из организмов в среду и обратно, который не прекращается ни на секунду. Эта миграция была бы невозможна, если бы элементарный химический состав организмов не был близок химическому составу земной коры.

• Живые организмы распределены в пределах биосферы неравномерно. Жизнь сосредоточена главным образом на границе соприкосновения литосферы, гидросферы и атмосферы, т. е. на поверхности суши и океана. Биомасса океана составляет примерно 0,13% биомассы суши. Это связано с меньшей эффективностью фотосинтеза в растениях Мирового океана. Использование лучистой энергии Солнца на площади Мирового океана равно 0,04%, на суше - 0,1%.

Вернадский выделил в биосфере несколько типов веществ: живое вещество - биомасса всех живых организмов, биогенное вещество - вещество, созданное живыми организмами (нефть, газ), косное вещество - вещество, образованное без участия живых организмов (вода, песок и т.д.), и биокосное вещество - вещество, созданное одновременно живыми организмами и неживой природой (почва).

Главную роль в биосфере играет живое вещество или биомасса живых существ. Живое вещество планеты составляет ничтожную часть планеты, но оно является мощным геохимическим и энергетическим фактором.

Функции живого вещества: - газовая - поддержание постоянного газового состава атмосферы (кислород пополняется за счет фотосинтеза в растениях, углекислый газ - за счет дыхания организмов); - концентрационная - способность живого вещества активно поглощать из внешней среды и накапливать определенные элементы, приводящая к образованию полезных ископаемых (уголь - концентрированный углерод, мел - кальций и др.); - окислительно-восстановительная способность, благодаря которой осуществляется круговорот веществ в биосфере (бактерии-хемосиликаты).

Владимир Иванович Вернадский (28 февраля(12 марта) 1863 – 6 января 1945 гг.)

русский и советский учёный-естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель. Академик Императорской Санкт-Петербургской академии наук (1912); один из основателей и первый президент Украинской академии наук (1918—1921). Создатель научных школ и науки биогеохимии. Один из представителей русского космизма. Лауреат Сталинской премии I степени (1943).

Основные идеи В.И. Вернадского о биосфере сложились к началу 20-х гг. и были опубликованы в 1926 г. в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков: «Биосфера в космосе» и «Область жизни». По Вернадскому, биосфера — организованная, динамическая и устойчиво уравновешенная, самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система. Основной чертой ее организованности является биогенная миграция химических элементов, производимая силами жизни, источником энергии которой является лучистая энергия Солнца. Вместе с другими геосферами биосфера образует единую планетарную экологическую систему высшего порядка, в которой действует единая планетарная организованность.

В начале войны, в 1941 г. В.И. Вернадский с группой академиков был эвакуирован в Боровое Казахской ССР, где пробыл два года. Все последние годы ученый работал над большим трудом «Химическое строение биосферы Земли и её окружения». Работа вышла в свет только в 1965 г. После возвращения в Москву в 1944 г. выходит его статья «Несколько слов о ноосфере» о преобразовании облика нашей

планеты под

влиянием

разума

и труда

человека.

Структура и состав биосферы:

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:

1.   Живое вещество  –  живые организмы, населяющие нашу планету (масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы).

2.   Косное вещество  –  неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы).

3.   Биогенное вещество  –  неживые тела, образующиеся в результате деятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.).

4.   Биокосное вещество  –  биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (почвы, илы, кора выветривания и др.).

5.   Радиоактивное вещество –  атомы радиоактивных элементов – уран (238U и 235U), торий (232Th), радий (226Ra) и радон (222Rn и 220Rn), калий (40K), рубидий (87Rb), кальций (48Са), углерод (14С) и др.

6.   Рассеянные атомы  –  отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультрамикроэлементов: Mn, Со, Zn, Сu, Аu, Hg и др.)

7.   Вещество космического происхождения  –  вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль).

Живое вещество.

• Свойства живого вещества:

1. Большое количество свободной энергии (в неживой природе могут быть сопоставлены только недолговечные не застывшие лавовые потоки).

2. Высокая скорость химических реакций (наличие ферментов — биологических катализаторов).

3. Химические компоненты живого вещества устойчивы только в живых организмах.

4. Живое вещество построено из компонентов во всех трех фазовых состояниях.

5. Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, находящихся в непрерывном взаимодействии с другими компонентами биоценозов.

6. Наличие эволюционного процесса, т. е. не копированием предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

7. Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. 

• В. И. Вернадский выделял  2 формы движения живого вещества : 

• пассивное движение (рост и размножение);
• активное движение (перемещение, стремление к заполнению собой всего пространства).

• ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА В БИОСФЕРЕ:

1. Энергетическая.  Именно живые организмы преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей органики и создают новую биомассу.

2. Концентрационная.  Живые организмы накапливают в своих телах определенные изотопы химических элементов и соединения. Так, известно, что хищные животные, находящиеся на вершине экологической пирамиды, накапливают высокие концентрации вредных веществ (например, хищные рыбы содержат много соединений ртути). 

3. Деструктивная.  Организмы-редуценты разлагают органические вещества до неорганических.

4. Средообразующая.  Живые организмы активно воздействуют на среду, например участвуя в выветривании, в образовании осадочных пород.

5. Транспортная.  Живые организмы играют ведущую роль в миграции атомов в биосфере, осуществляют  «перемешивание» вещества. Во время миграций они перемещают на большие расстояния вещество и энергию.

Биогенное вещество.

• Биогенное вещество подразделяется на необиогенное (образованное живыми организмами современной геологической эпохи) и палеобиогенное (образованное организмами предыдущих геологических эпох и сформировавшееся под действием тех или иных условий среды).

• Отличительной чертой необиогенного вещества является его крайняя неустойчивость в биосфере, обусловленная главным образом тем, что его энергично перерабатывают живые организмы. Особенно это характерно для органических соединений ( хитиновые  покровы членистоногих, выпавшие волосы и зубы млекопитающих, сброшенные рога оленей, теряемые перья птиц, опадающие листья (а в некоторых случаях кора и  валежник ) деревьев, древесный опад, созревшие и отделившиеся от растения плоды, их пыльца и т.д). Лишь незначительная часть необиогенного вещества в особых условиях переходит в ископаемое состояние и превращается палеобиогенное вещество.
• Палеобиогенное вещество в осадочных породах весьма разнообразно: растительный  детрит , различные остатки организмов, янтарь,  копролиты , микробиогенные минералы — сульфиды, карбонаты, гидроокислы железа и т. д

Косное вещество.

• Косное вещество — неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы); совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.

Биокосное вещество.

• Биокосное вещество создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы одних и других. Синтез живого и косного вещества образующий биокосную систему.
• В. И. Вернадский указывал:

• Живое и биокосное вещество встречается на нашей планете только в  биосфере .
• Живое вещество  образует биокосные остатки.

Границы биосферы.

• Литосфера  — это верхняя твёрдая оболочка Земли. Её толщина колеблется в пределах  50 – 200  км.
• Гидросфера  — водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озёр и рек. Самая глубокая впадина Мирового океана — Марианская —  11022  м
• Атмосфера  — газовая оболочка Земли, имеющая определённый химический состав: около  78  % азота,  21  % — кислорода,  1  % — аргона и  0,03  % углекислого газа.
• Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой , располагающийся на высоте у полюсов —  8 – 10  км, у экватора —  17 – 18  км, над остальными территориями —  20 – 25  км над поверхностью Земли.

Влияние человека на биосферу.

С появлением современной индустрии давление человечества на окружающую среду резко возросло. Увеличилось количество городов и доля городских жителей. Численность людей в целом также выросла. Так вот, чтобы всех этих людей

прокормить,

потребовалось

огромное

пространство

в сельской

местности.

С развитием

медицины рост

человеческого

населения стал

интенсивнее.

• Использование человеком веществ, чуждых земной природе, сильно влияет на биосферу. Очевидно, что эти материалы не участвуют в биологическом круговороте веществ. Не существует живых организмов, которые умеют разлагать пластик, например.