11-16

11) Впервые термин «биосфера» был употреблен Ж. Б. Ламарком (учение о биосфере – Вернадский)

Биосферой называют совокупность всех живых организмов нашей планеты и те области геологических оболочек Земли, которые заселены живыми существами и подвергались в течение геологической истории их воздействию.

Границы биосферы. Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере. Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Литосфера это верхняя твердая оболочка Земли. Ее толщина колеблется в пределах 50–200 км. Распространение жизни в ней ограниченно и резко уменьшается с глубиной. Подавляющее количество видов сосредоточено в верхнем слое, имеющем толщину в несколько десятков сантиметров. Наибольшая глубина, на которой были обнаружены некоторые виды бактерий, составляет 3–4 км (в подземных водах и нефтеносных горизонтах

Гидросфера — водная оболочка Земли, представляет собой совокупность океанов, морей, озер и рек. В отличие от литосферы и атмосферы она полностью освоена живыми организмами. Даже на дне Мирового океана, на глубинах около 12 км, были обнаружены разнообразные виды живых существ (животные, бактерии). Однако основная масса видов обитает в гидросфере в пределах 150–200 м от поверхности. Это связано с тем, что до такой глубины проникает свет. А следовательно, в более низких горизонтах невозможно существование растений и многих видов, зависящих в питании от растений.

1)  планктон — организмы, живущие на поверхности водоемов и пассивно передвигающиеся за счет движения воды;

2)  нектон — активно передвигающиеся в толще воды;

3)  бентос — организмы, обитающие на дне водоемов или зарывающиеся в ил.

Атмосфера — газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 — кислорода, 1 — аргона и 0,03 % углекислого газа. В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может существовать без непосредственной связи с литосферой и гидросферой. Крупные древесные растения достигают нескольких десятков метров в высоту, располагая вверх свои кроны. На сотни метров поднимаются летающие животные — насекомые, птицы, летучие мыши. Некоторые виды хищных птиц поднимаются на 3–5 км над поверхностью Земли, высматривая свою добычу. Наконец, восходящими воздушными потоками пассивно заносятся на десятки километров вверх бактерии, споры растений, грибов, семена. Однако все перечисленные летающие организмы или занесенные бактерии лишь временно находятся в атмосфере. Нет организмов, постоянно живущих в воздухе.

Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой, располагающийся на высоте от 30 до 50 км над поверхностью Земли. Он защищает все живое на нашей планете от мощного ультрафиолетового солнечного излучения, в значительной мере поглощая эти лучи. Выше озонового слоя существование жизни невозможно.

Таким образом, основная часть видов живых организмов сосредоточена на границах атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы, образуя относительно «тонкую пленку жизни» на поверхности нашей планеты.

Строение и функционирование биосферы. Биосфера — это глобальная экологическая система, состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Действительно, биогеоценозы существуют не изолированно — между ними существуют непосредственные связи и отношения. Например, в водные биогеоценозы ветром, дождями, талыми водами выносятся из наземных экосистем минеральные и органические вещества. Может происходить перемещение организмов из одного биогеоценоза в другой (например, сезонные миграции животных). И наконец, всех объединяет атмосфера Земли, служащая общим резервуаром для живых существ. В нее поступают кислород (выделяемый растениями в процессе фотосинтеза) и углекислый газ (образуемый в процессе дыхания аэробных организмов). Из атмосферы же растения всех экосистем черпают углекислый газ, необходимый им в процессе фотосинтеза, а все дышащие организмы получают кислород.

Биосфера Земли не является каким-то застывшим образованием в ней идут закономерные изменения различных сред обитания и в соответствии с ними изменений состояния и функционирования живых организмов. Главной причиной динамики биосферы является поток поступающей на Землю энергии (УФ, ИК, рентгеновского и иных видов излучений). Большая часть этих излучений задерживается в верхних слоях атмосферы, в озоновом слое, и на границе с косметическим пространством, проходя через атмосферу и взаимодействуя с ней, поток энергии определяет совокупность климатических процессов у поверхности Земли.

 Основные проявления динамики биосферы и их последствия.

1.Неравномерность прогрева атмосферы обуславливает постоянное перемешивание и перемещение воздушных масс.

2.Прогрев мирового океана и континентальных водоёмов определяют круговорот воды, перенос паров и выпадение осадков.

3.Геокосмические ритмы (процессы взаимодействия планет и их спутников) определяет длительность и условия протекания многих биологических процессов.

4.Антропогенная деятельность.

Несмотря на большое количество динамических факторов биосфера и составляющие её живые организмы обладают определённой устойчивостью, что обусловлено свойствами планеты, возникшими в ходе исторического развития. Основными причинами устойчивости считаются:

1.Наличие собственного магнитного поля Земли, которая защищает планету излучения.

2.наличие озонового слоя, который защищает живые организмы от УФ излучения.

3.Значительное разнообразие организмов в биосфере, которые выполняют различные функции в поддержании и распределении общего потока вещества и энергии. Стабильное состояние биосферы обусловлено прежде всего деятельностью живого вещества.

Эволюция биосферы и её переход в ноосферу.

На протяжении большей части истории Земли, эволюция биосферы осуществлялась под влиянием 2-х факторов:

1.Естественных геологических и климатических изменений.

2.Изменений видового состава и количества живых организмов.

На современном этапе развития планеты появился 3-ий фактор – развивающееся человеческое общество.

Вернадский впервые указал на громадную преобразующую роль человека в жизни планеты, явно превосходящую деятельность любых других организмов. Воздействие человека на биосферу приведёт к созданию совершенно иной среды обитания, именно её называют ноосферой.

12) Академик Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945) – великий русский ученый, естествоиспытатель и мыслитель, создатель новых научных дисциплин, учения о биосфере, учения о переходе биосферы в ноосферу.

Вернадский внес существенный вклад в минералогию и кристаллографию.

Он разработал концепцию структуры силикатов, выдвинул теорию каолинового ядра, уточнил классификацию кремнеземистых соединений и изучил скольжение кристаллического вещества, прежде всего явление сдвига в кристаллах каменной соли и кальцита.

В 1890-1911 разработал генетическую минералогию, установил связь между формой кристаллизации минерала, его химическим составом, генезисом и условиями образования.

В эти же годы Вернадский сформулировал основные идеи и проблемы геохимии, в рамках которой им были проведены первые систематические исследования закономерностей строения и состава атмосферы, гидросферы, литосферы. С 1907 Вернадский ведет геологические исследования радиоактивных элементов, положив начало радиогеологии.

В 1916-1940 сформулировал главные принципы и проблемы биогеохимии, создал учение о биосфере и ее эволюции. Вернадский поставил задачу количественного изучения элементного состав живого вещества и выполняемых им геохимических функций, роли отдельных видов в превращении энергии в биосфере, в геохимических миграциях элементов, в литогенезе и минералогенезе. Им были схематично очерчены главные тенденции в эволюции биосферы: экспансия жизни на поверхности Земли и усиление ее преобразующего влияния на абиотическую среду; возрастание масштабов и интенсивности биогенных миграций атомов, появление качественно новых геохимических функций живого вещества, завоевание жизнью новых минеральных и энергетических ресурсов; переход биосферы в ноосферу.

В 1960-х годах наступил «Ренессанс идей Вернадского» в СССР, а в 1990-х годах наблюдается бум переизданий его трудов на европейских языках: с 1993 в Италии, Испании, Германии, Франции и США четыре раза была публикована «Биосфера» и три раза — «Научная мысль как планетное явление». Его идеи использовались при конструировании закрытых экосистем в космических полетах и в грандиозном проекте по созданию искусственной биосферы («Биосфера-2») в США.

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества: 1) живое; 2) биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке); 3) косное (абиотическое, образованное вне жизни); 4) биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва); 5) вещество в стадии радиоактивного распада; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения

13) Атмосфера это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. За этот период состав и свойства атмосферы неоднократно изменялись, но на протяжении последних 50 млн лет, как считают ученые, они стабилизировались.

Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных бурь. Изменение температуры в границах атмосферы на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии газами. Наиболее интенсивнее тепловые процессы происходят в тропосфере, причем атмосфера нагревается снизу, от поверхности океана и суши.

Следует отметить, что атмосфера имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания, уравновешивает и выравнивает суточные. Если бы атмосферы не существовало, то колебание суточной температуры на Земле достигло бы ±200 °С. Атмосфера есть не только животворным «буфером» между космосом и поверхностью нашей планеты, носителем тепла и влаги, через нее происходят также фотосинтез и обмен энергии — главные процессы биосферы. Атмосфера влияет на характер и динамику всех экзогенных процессов, которые происходят в литосфере (физическое и химическое выветривания, деятельность ветра, природных вод, мерзлоты, ледников).

Развитие гидросферы также в значительной мере зависел от атмосферы из-за того, что водный баланс и режим поверхностных и подземных бассейнов и акваторий формировались под влиянием режима осадков и испарений. Процессы гидросферы и атмосферы тесно связанные между собою.

Одной из главнейших составных атмосферы есть водный пар, который имеет большую пространственно-временную изменяемость и сосредоточенный преимущественно в тропосфере. Важной изменчивой составной атмосферы есть также углекислый газ, изменчивость содержания которого связанна с жизнедеятельностью растений, его растворимостью в морской воде и деятельностью человека (промышленные и транспортные выбросы). В последнее время все более большую роль в атмосфере сыграют аэрозольные пылеватые частицы - продукты человеческой деятельности, которые можно обнаружить не только в тропосфере, но и на больших высотах (щоправда, в мизерных концентрациях). Физические процессы, которые происходят в тропосфере, оказывают большое влияние на климатические условия разных районов Земли.

СЛОИ АТМОСФЕРЫ

Атмосфера имеет слоистую структуру. От поверхности Земли вверх эти слои:

Тропосфера Стратосфера Мезосфера Термосфера Экзосфера

Границы между слоями не резкие и их высота зависит от широты и времени года. Слоистая структура - результат температурных изменений на разных высотах. Погода формируется в тропосфере ( нижние примерно 10 км: около 6 км над полюсами и более 16 км над экватором). И верхняя граница тропософеры выше летом, чем зимой.

ТРОПОСФЕРА

Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит название тропосферы. Для нее характерно, что температура здесь с высотой падает в среднем на 0.6°/100 м (в отдельных случаях распределение температуры по вертикали варьирует в широких пределах). В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникают почти все облака. Сильно развита здесь и турбулентность, особенно вблизи земной поверхности, а также в так называемых струйных течениях в верхней части тропосферы. Высота, до которой простирается тропосфера, над каждым местом Земли меняется изо дня в день. Кроме того, даже в среднем она различна под разными широтами и в разные сезоны года. В среднем годовом тропосфера простирается над полюсами до высоты около 9 км, над умеренными широтами до 10-12 км и над экватором до 15-17 км. Средняя годовая температура воздуха у земной поверхности около +26° на экваторе и около -23° на северном полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около -70°, над северным полюсом зимой около -65°, а летом около -45°. Давление воздуха на верхней границе тропосферы соответственно ее высоте в 5-8 раз меньше, чем у земной поверхности. Следовательно, основная масса атмосферного воздуха находится именно в тропосфере. Процессы, происходящие в тропосфере, имеют непосредственное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.

В тропосфере сосредоточен весь водяной пар и именно поэтому все облака образуются в пределах тропосферы. Температура уменьшается с высотой. Солнечные лучи легко проходят через тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается в тропосфере: такие газы, как углекислый газ, метан а также пары воды удерживают тепло. Такой механизм прогревания атмосферы от Земли, нагретой солнечной радиацией, называется парниковый эффект ( greenhouse effect). Именно потому, что источником тепла для атмосферы является Земля, температура воздуха с высотой уменьшается >>>

Граница между турбулентной тропосферой и спокойной стратосферой называется тропопауза. Здесь образуются быстро движущиеся ветры, называемые "реактивные потоки" ( jet streams)

Когда-то предполагали, что температура атмосферы падает и выше тропософеры, однако измерения в высоких слоях атмосферы показали, что это не так : сразу выше тропопаузы температура почти постоянна, а затем начинает увеличиваться Сильные горизонтальные ветры дуют в стратосфере не образуя турбулентности. Воздух стратосферы очень сухой и поэтому облака редки. Образуются так называемые перламутровые облака ( nacreous or mother-of-perl). Стратосфера очень важна для жизни на Земле, так именно в этом слое находится небольшое количество озона, которое поглощает сильное ультафиолетовое излучение, вредное для жизни. Поглощая ульрафиолетовое излучение озон нагревает стратосферу.

14) К парниковым газам относятся такие составляющие атмосферы естественного и антропогенного происхождения, которые поглощают и излучают радиацию в том же инфракрасном диапазоне, что и поверхность Земли, атмосфера и облака. Основными парниковыми газами являются: углекислый газ (СО₂), метан (CH₄), закись азота(N2O), тропосферный озон (O3) и водяной пар (H₂O). Существуют также ряд других парниковых газов чисто антропогенного происхождения такие, как галогеноуглероды, подпадающие под действие Монреальского протокола.

Озоновый слой — это тонкий газовый слой в стратосфере (от 10 км и выше от поверхности Земли), который защищает поверхность Земли от разрушительного эффекта солнечных ультрафиолетовых лучей.

ОЗОНОВАЯ ДЫРА — значительное пространство в озоносфере с заметно пониженным содержанием озона.В середине 1970-х годов было обнаружено, что ряд полученных искусственным путем химических веществ, включая хлорфторуглероды (ХФУ), которые применяются в холодильной промышленности, кондиционировании воздуха и промышленной чистке, разрушали атмосферный озоновый слой, приводя к его опасному утончению.

Воздействие: Эта проблема привлекла всеобщее внимание мировой общественности, поскольку известно, что воздействие усилившейся ультрафиолетовой радиации вызывает рак кожи, катаракту глаз и способствует подавлению иммунной системы человека, а также наносит непредсказуемый ущерб растениям, водорослям, пищевым цепям и глобальной экосистеме.

Причины: Существует много гипотез, пытающихся объяснить разрушение озона. Причины его колебаний в атмосфере Земли связаны:

• с динамическими процессами, происходящими в атмосфере Земли (внутренние гравитационные волны, Азорский антициклон и др.);

• с влиянием Солнца (колебания его активности);

• с вулканизм, как следствие геологических процессов (истечение из вулканов фреонов, участвующих в разрушении озонового слоя, вариации магнитного поля Земли и др.);

• с естественными процессами, происходящими в верхних оболочках Земли, включая деятельность азотопродуцирующих микроорганизмов, морские течения (феномен Эль-Ниньо), лесные пожары и др. ;

• с антропогенным фактором, связанным с хозяйственной деятельностью человека, когда продуцируются в атмосферу значительные объемы озонразрушающих соединений.

15) На Земле около 1,4 млрд км3 воды, из них 97,5% - соленая вода океанов и морей и рассолы подземной гидросферы; 70% поверхности планеты - это моря и океаны. Запасы пресной воды на Земле составляют чуть больше 30 млн км3, из них 97% сосредоточено в полярных шапках и ледниках. В ручьях, реках, озерах, в атмосфере содержится около 0,01% общих запасов воды на Земле, т.е. чуть больше 50 тыс. км/год. Ъ

Компоненты гидросферы	Объем, тыс. км3	%
Вся гидросфера	1 389 000	100,0
Океаны, моря	1 350 000	97,2
Неокеанические воды	39 000	2,8
В том числе		100
Материковые льды	29 000	74,36
Грунтовые воды	9 700	24,87
Пресные озера	125	0,32
Соленые озера	100	0,26
Почвы и болота	40	0,10
Атмосфера	23	0,06
Реки и водохранилища	7	0,02
Биомасса животных и растений	4	0,01

В расчете на шестимиллиардное население Земли водные ресурсы используются следующим образом, км :

ирригация............................... 7000 промышленность..................... 1700 бытовые нужды......................... 600 разбавление сточных вод......... 9000 другие виды потребления.......... 400 Итого: 18700

Эти используемые ресурсы составляют более трети мировых запасов пресной воды. Ресурсы бывшего СССР равны 4384 км3/год, а единовременные объемы воды в реках - 475 км3. Значительные запасы (3000 км3) сосредоточены в болотах Западной Сибири и северо-востока европейской части России. Болота являются природными аккумуляторами и осветлителями влаги, регуляторами гидрологического режима не только водных бассейнов, но и регионов в целом. Значительную часть водных ресурсов страны составляют воды озер. В самых крупных из них сосредоточено до 26000 км3 воды, из них 23000 км3 - в озере Байкал. Ресурсы подземных вод России, пригодные для хозяйственно-питьевых целей, оцениваются в 220-300 км3/год, а утвержденные эксплуатационные запасы составляют около 50 км3 в год; 150 наиболее крупных искусственных водохранилищ содержат 810 км3 воды. Водопотребление нашей страны в 1991 г. составляло около 300 км3/год, из них на хозяйственно-питьевые нужды тратилось менее 10 %. Дефицит воды в мире связан с нерациональным использованием и неравномерным распределением водных ресурсов по территории земного шара (табл. 1). Водные ресурсы на территории России также распределены неравномерно и довольно неблагоприятно. Лишь 14 % речного стока приходится на районы, где размещено 80 % промышленного и сельскохозяйственного производства и проживает 85% населения. Сибирские реки, протекающие по наименее населенным и освоенным регионам, выносят около 2/3 годового речного стока страны в Ледовитый океан, на южные и западные районы страны приходится около 15 % всех видов водных ресурсов.

Количество воды в водоемах суши устойчиво уменьшается, в то же время уровень Мирового океана повышается на 1,2 мм в год. Причинами этих процессов являются вырубка лесов, осушение болот, уменьшение количества осадков на суше.

16) Литосфера (от греч. литос – камень) – верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую прочность и переходящая без определенной резкой границы в лежащую ниже астеносферу (от греч. астено – слабый), прочность вещества которой относительно мала.

Литосфера включает земную кору и отделенную от нее границей Мохоровича жесткую верхнюю часть верхней мантии Земли.

Сверху литосфера ограничена атмосферой и гидросферой, которые частично в нее проникают. Мощность литосферы колеблется от 5-10 км под шрифтовыми зонами океанов до 250 км под горными сооружениями континентов.

Земная кора подразделяется на два резко отличных типа. 1-й тип – это земная континентальная кора. Она состоит из трех слоев: - верхнего – осадочного слоя - второго – сложенного гранитами и метаморфически измененными породами - нижнего – базальтовый слой

2-й тип – представлен земной океанической корой, в составе которой отсутствует гранитно-метаморфический слой, а маломощные осадки и осадочные породы непосредственно залегают на базальтовом слое.

Земля, а точнее, твердая оболочка планеты – земная кора, испытывает вертикальные и горизонтальные перемещения. Материки перемещаются по планете, растут горы, расширяются границы океанов.

Так установлено, что огромная территория Северной Европы медленно (со скоростью до 1 см в год) поднимается; уровень Балтийского моря понижается; в Голландии, Дании, Литве, Польше низменные участки подтопляются, т.е. происходит опускание земной поверхности.

Средневековые замки, построенные в нескольких километрах от моря, теперь подмываются водами Балтийского моря, а фундаменты разрушенных сооружений обнаруживаются под водой на глубине до 1.5 м.

Земная кора, а вернее литосфера, испытывает не только вертикальные движения. Современные геологические исследования позволили установить, что поверхность Земли делится на несколько огромных частей, которые называются тектоническими плитами. Это североамериканская, евроазиатская, африканская, южноамериканская, тихоокеанская и атлантическая плиты. Тектонические плиты находятся в постоянном движении, которое составляет несколько сантиметров в год. Они могут раздвигаться, сдвигаться или скользить одна относительно другой. Учеными установлено, что наивысшая скорость горизонтальных перемещений плит достигает 12-14 см в год.

Этапы ее развития:

I. догеологический (4,6 -4,5 млрд. лет);

II. лунный; от образования земной коры до формирования гидросферы (4,5 -4,0 млрд. лет);

III. катархейский, образуется первичная континентальная литосфера, слагающая ядра будущих материков (4,0 -3,5 млрд. лет);

IV. подзднеархейско-раннепротерозойский или раннегеосинклинальный: образование протогеосинклиналей и первых платформ (3,5 -2,0 млрд. лет);

V. среднепротерозойский -раннерифейский или раннеплатформенный, консолидация первичной континентальной коры, 2,0 -1,4 млрд. лет;

VI. позднепротерозойский -палеозойский или геосинклинально-платформенный; обособление древних платформ и их развитие (1,4 -0,2 млрд.лет);

VII. мезозойско-кайнозойский или континентально-океанический; оформление современных континентов, создание на палеозойских и раннемезозойских складчатых структур молодых платформ; образование молодых океанов (0,2 млрд. лет).

Почва– это слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры, особое природное образование, играющее очень важную роль в наземных экосистемах. Почва является связующим звеном между биотическим и абиотическим факторами биогеоценоза.

В состав почвы входят четыре важнейших компонента:

 минеральная основа (50–60 % от общего объёма)

 органическое вещество (до 10 %)

 воздух (15–25 %)

 вода (25–35 %)

 Почвы классифицируются по типам. Первым ученым, классифицировавшим почвы, был Докучаев.

Тундровые глеевые почвы находятся на равнинах. Образуются без особого влияния на них растительности. Эти почвы находятся в областях, где есть многолетняя мерзлота .Зачастую глеевые почвы – это места, где обитают и кормятся летом и зимой олени. На территории с такими почвами люди занимаются земледелием. На такой земле растет картофель, овощи и различные травы.

Арктические почвы получаются в результате оттаивания вечной мерзлоты. Такая почва довольно тонкая. У этого типа почв низкая кислая среда. Почва эта не восстанавливается из-за суровогоклимата. Эти почвы распространены на территории России только в Арктике.В силу сурового климата и маленького слоя гумуса, на таких почвах ничего не растет.

Подзолистые почвы распространены в лесах. В почве всего 1-4% гумуса .Такие почвы в земледелии необходимо правильно обрабатывать. Их надо удобрять, вносить в них органические и минеральные удобрения. Такие почвы скорее более полезны на лесозаготовках, чем в сельском хозяйстве. Ведь деревья на них растут лучше, нежели сельскохозяйственные культуры.

Мерзлотно-таежные почвы образовывались в лесах, в условиях вечной мерзлоты. Они находятся только в условиях континентального климата. Самые большие глубины этих почв не превышают 1 метра. Это вызвано близостью от поверхности вечной мерзлоты. Содержание гумуса всего 3-10%

Серые лесные почвы образуются на территории лесов. Непременным условием для формирования таких почв является наличие континентального климата.  Лиственных лесов и травяной растительности. Места образования содержат необходимый для такой почвы элемент – кальций. Благодаря этому элементу вода не проникает в глубь почв и не размывает их. Эти почвы серого цвета. Содержание гумуса в серых лесных почвах составляет 2-8 процентов, то есть плодородность почв средняя.