Биосфера - глобальная экологическая система
Влияние антропогенных факторов на биосферу
Цели:
знать определение понятия «биосфера»
знать состав и структуру биосферы
уметь различать границы распространения живого вещества
уметь различать компоненты биосферы
План
Биосфера – живая оболочка Земли.
Развитие представлений о биосфере в трудах В.И. Вернадского.
Области биосферы и ее компоненты.
Живое вещество биосферы и его функции.
Закономерности существования биосферы.
Основные положения учения Вернадского о ноосфере
.
Антропогенное воздействие на биосферу.
«Началась новая эпоха в истории - эпоха
разумного взаимодействия человека с Природой,
где Природа выступает как фундамент жизни,
а не как совокупность ресурсов, с которой можно
черпать пожизненно ...»
В. Данилов-Данильян
I. Организационный момент.
-приветствие;
-проверка наличия студентов и готовности к работе.
II. Мотивация учебной деятельности.
Меняя каждый миг свой образ прихотливый,
Капризна, как дитя, и призрачна, как дым,
Кипит повсюду жизнь в тревоге суетливой,
Великое смешав с ничтожным и смешным.
«Жизнь» русского поэта Семена Надсона, написанные в 1886 году.
Жизнь
:
Что это?
Несмотря на достижения науки, она по-прежнему бессильна в своих попытках открыть завесу над важнейшей земной тайной - тайной жизни.
В практической жизни мы без труда отличаем живое от неживого, однако попытки дать строгое определение живого наталкиваются на ряд трудностей.
Можно ли точно сформулировать, что такое
жизнь
?
А что для вас понятие
«жизнь»
?
Известно несколько десятков определений жизни.
Одно из первых научных определений жизни сформулировал Фридрих Энгельс во второй половине XIX века:
«Жизнь – есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой... с прекращением обмена веществ прекращается и жизнь...»
Я хочу процитировать вам определение жизни, данное отечественным ученым М.В. Волькенштейном: "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот".
Уже сотни людей побывали в космосе и через иллюминаторы космических летательных аппаратов видели внешний облик нашей планеты. Но ещё в начале XX века В.И. Вернадский сумел взглянуть на Землю с ещё более далёкого расстояния и силой могучего воображения увидел главное, что отличает Землю от других планет – наличие на ней “проникнутой жизнью оболочки!” “…Сейчас в ней происходит бурный рассвет. Мы знаем только маленькую частичку этой непонятной, неясной, всеобъемлющей загадки…” В.И. Вернадский.
О чём идёт речь?
Я приветству
ю вас и гостей на нашем занятии
по теме
“Биосфера”.
III. Актуализация опорных знаний
Мы с вами рассмотрели гипотезы и этапы возникновения первых организмов на Земле.
Проверка домашнего задания (тестирование).
IV. Изучение нового материала.
За последние десятилетия в естествознании сформировалась новая наука - биосферология, наука о биосфере, о ее истории формирования, эволюционных преобразованиях, устройстве, антропогенной динамике, современном состоянии и перспективах развития.
Биосферология (учение о биосфере) - учение о глобальной экосистеме Земли, области системного взаимодействия живой и неживой природы.
Предметом этой дисциплины следует считать процессы формирования биоразнообразия, его связи с многообразием среды обитания биотических систем, механизмах поддержания стабильного существования систем разного уровня - от сообществ до биосферы.
Термин «биосфера» - «сфера жизни» - ввел австралийский геолог Эдуард Зюсс в 1875 году.
Современное учение о биосфере создал и развил В. И. Вернадский (1863 - 1945). Перу гения были присущи не только глобальность мышления, а и выход за рамки экспериментальной науки. Президент Украинской академии наук, академик Петербургской АН, а затем АН СССР, член многочисленных иностранных академий, выдающийся естествоиспытатель-мыслитель оставил нам целостное видение мира и задач человека как на Земле, так и во Вселенной. В.И. Вернадский создал целый комплекс наук о Земле - от генетической минералогии до биохимии, радиологии, учение о биосфере.
Он принципиально отверг старый биологический подход - исследования отдельно того или иного живого организма, и выдвинул на первое место понятие жизни как организованной совокупности живого вещества. Ученый подчеркивал, что вещество планеты (а также и Космоса) образуется в круговороте «мертвое - живое - мертвое», что «биогенные породы» (то есть созданные живым веществом) составляют значительную часть массы биосферы, «... идут далеко за пределы биосферы ... они превращаются, теряя всякие следы жизни, в гранитную оболочку».
В.И. Вернадский отнес к биосфере широкие слои земных оболочек, где не только обитают живые организмы, но и находятся вещества, созданные в прошлом живой материей (торф, каменный уголь, осадочные породы и т.д.). Он рассматривал биосферу не просто как пространственную категорию, а как сложную единую систему - оболочку, в которой живые существа находятся в сложном взаимодействии как с неживой природой (воздухом, водой, солнечной энергией), так и между собой, и этим определяют химическое состояние наружной коры нашей планеты.
Биосфера (греч. биос - жизнь, сфера - оболочка) - сфера существования живых организмов, сфера жизни.
Биосфера в современном понимании - это глобальная открытая система со своим "входом" (поток солнечной энергии, поступающей из космоса) и "выходом" (образованные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые по разным причинам «выпали» из биологического круговорота, так называемый выход "в геологию" - каменный уголь, нефть, осадочные породы и т.д.).
Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов в прошлом и настоящем.
Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.
Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).
Границы биосферы
Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части - тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).
Выше "озонового экрана" существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.
Вещество биосферы
В.И. Вернадский утверждал, что биосфера функционирует благодаря живым организмам, которые её заселяют.
Многокомпонентная сложная система биосферы включает несколько отдельных элементов. Вернадский В.И. создал учение, в соответствии с которым вещество биосферы состоит из:
Живое вещество
Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ - важнейший фактор геологических изменений планеты.
Косное вещество
Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды, морская соль, железная руда. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.
Биогенное вещество
Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.
Биокосное вещество
Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.
К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, донный ил, грунт водоемов, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва - уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.
Радиоактивное вещество - радионуклиды, которые предопределяют существование радиогенной теплоты и продукты их распада;
Космогенное вещество - космическая пыль и метеориты.
Живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов Вернадский рассматривает не как нечто единожды появившееся и застывшее в своём первоначальном состоянии, а как постоянно развивающееся и обладающее структурой и строением. Вернадский утверждал, что каждому организму и веществу соответствует определённая среда, т.е. определённому строению вещества соответствует определённое пространство. Вступая во взаимодействие с внешним слоем земной коры, живое вещество взаимодействует на него, изменяет его химическое состояние и даёт старт круговороту или миграции атомов. Это же влечёт за собой эволюцию живых организмов.
Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.
При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.
Откуда взялся кислород, которым мы дышим?
Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.
Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка - все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами - великое чудо и немыслимая случайность.
Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.
Эдвард Мунк (1863–1944) — норвежский живописец и график. Один из первых представителей экспрессионизма.
Экспрессионизм (от лат. expressio — «выражение») — течение в европейском искусстве эпохи модернизма. Главная особенность — стремление с помощью художественных приёмов выразить эмоциональное состояние (чаще всего — отчаяние, тревогу, боль).
Функции живого вещества
Важнейший компонент биосферы - живое вещество, то есть - живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ - главное условие зарождения новой жизни.
Перечислим важнейшие функции живого вещества:
Энергетическая
Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам - сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.
Газовая
Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.
Концентрационная
Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?
Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет - раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых - известняка (мела).
В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое - торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.
Окислительно-восстановительная
Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.
Деструктивная
Без разрушения "старой" жизни, невозможно возникновение "новой". После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда - это главное условие жизни.
Принципы стабильности биосферы
Биосфера представляет собой огромную экосистему, поэтому ее устойчивость и стабильность определяется рядом принципов. В первую очередь, стабильность биосферы определяется биологическим разнообразием живых существ. Высокое разнообразие биосферы обеспечивает ее свойства как сложной системы. К примеру, живые организмы способны дополнять друг друга. В лесу каждое растение занимает свой ярус, в зависимости от потребности к свету. Так, деревья получают большее количество энергии Солнца, так как возвышаются над другими растениями. На кустарники приходится до 20% излучения, а на травянистые растения и того меньше – около 1%. Дополняя друг друга, растительные организмы наиболее полно используют солнечную энергию.
В биосфере экосистемы могут заменяться похожими сообществами, однако разнообразие организмов может различаться. Например, в тайге одни виды хвойных растений могут заменять другие. Часто это происходит в результате конкуренции. Основным принципом функционирования биосферы является способность к саморегуляции. Если система по каким-то причинам отклоняется от нормального функционирования, то приводятся в действие силы, которые ее возвращают к исходному состоянию. Так, увеличение числа грызунов способствует повышению численности хищников, которые ими питаются.
Вывод
Биосфера
-
общепланетная
оболочка.
Структура биосферы:
нижние слои атмосферы, гидросфера, верхние слои литосферы.
Биосфера
является результатом взаимодействия
живых и неживых компонентов
, аккумуляции и перераспределения в ней огромного количества энергии.
Биосфера
- не просто внешняя среда существования человека. Мы должны осознать, что это
наш дом.
Поэтому сегодня мы должны считаться с законами биосферы - сферы своей жизни. Игнорирование или просто непонимание существенных особенностей человеческого существования привело к трагическим последствиям - глобальному экологическому кризису антропогенного происхождения. Проблематичным становится вообще дальнейшее существование человеческого рода.
Эволюция биосферы
Эволюция биосферы тесно связана с эволюцией Земли и условно делится на несколько фаз:
первая
-
формирование ранней земной коры, атмосферы и гидросферы, возникновение геологического круговорота веществ
(циркуляция атмосферных масс, воды и растворенных в ней минералов, перемещения продуктов горных пород на поверхн
ость планеты и снова в ее недра
)
вторая
-
химическая эволюция
-
развитие процесса синтеза и накопления простых органических соединений, необходимых для существования жизни
(аминокислот, простых пептидов и т.п.);
третья
-
развитие древней биосферы
,
эволюция прокариот, возникновение биологического круговорота вещ
еств, формирование кислородной
атмосферы;
четвертая
-
возникновение эукариот, заселение суши, развитие современного биоразнообразия мира.
Эволюционные гипотезы базируются на представлении о развитии живых организмов от простых форм к более сложным.
Немалую роль в эволюции биосферы сыграл и человек.
Около 2,5 млн. лет назад появились первые люли – далёкие предки современного человека, которые вначале были охотника и собирателями. А с усовершенствованием орудий охоты, человек быстро истребил крупных копытных, пещерных медведей и мамонтов. В условиях отсутствия достаточного количества пищи человек перешёл к земледелию, затем к скотоводству. Таким образом он неосознанно создавал искусственные круговороты веществ в природе. Люди преодолели первый в истории экологический кризис, возникший в результате их деятельности.
Изменение биосферы продолжалось, однако оно было незначительно в сравнении с тем, что происходит на сегодняшний день. С появлением промышленности, эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной движущей силой.
Новая высшая стадия биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы называется ноосферой. В связи с активным использованием природных ресурсов и нарушением, сложившегося в природе равновесия, процессы разрушения в биосфере стали преобладать над процессами синтеза, причём эти тенденции становятся всё более выраженными. Биосфера вновь находится на грани экологического кризиса. Его последствия могут быть катастрофическими для человечества.
Согласно представлениям Вернадского: «В биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разум человека, устремлённая и организованная воля его как существа общественного».
Основные положения учения Вернадского о ноосфере
Ноосфера - это биогеохимическое понятие, отражающее коэволюцию человечества и биосферы, синтез исторического и природного процессов самоорганизации как планетарного явления. Этот синтез связан с деятельностью человечества, составляет мощный геологический процесс, а человечество - мощную геологическую силу. В связи с невиданным ранее усилением стихийного воздействия человека на природу возникает возможность катастрофических последствий для человечества и окружающей природы. Определяя объективные тенденции в процессе самоорганизации ноосферы, ее предпосылок, условий становления и значения, Владимир Вернадский отмечает, что,
во-первых
, ноосфера возникла в
связи со становлением мировой
истории человечества, превращением человечества в единую целостность. В таких условиях не классовый интерес, а интересы народа и каждой личности определяют жизнь человечества.
Во-вторых
, социальная и природная тенденции требуют равенства всех людей, становят интересы и добро всех, как реальную планетарную государственную задачу.
В-третьих
, для перехода системы
общество - природа
из биосферы в
ноосферу
необходима единая научная планетарная мысль, которая бы охватывала все государства. Владимир Верн
адский пишет, что повсеместное
преобразование научной мысли и научного поиска является
«первой основной предпосылкой перехода биосферы в ноосферу».
В. Вернадский пришел к концепции ноосферы в последние годы своей жизни. В ней отразились результаты его многолетнего научного поиска. Главная работа, посвященная данной проблеме, получила название "Научная мысль как планетарное явление". Она не была опубликована при жизни ученого и впервые увидела свет в 1977 году в сборнике "Размышления натуралиста".
Теория ноосферы Вернадского сформировалась тогда, когда мир состоял из трех взаимосвязанных элементов: природа - человек - общество. К ним потом присоединяется еще один существенный элемент - техника, созданная человеком и которая стала главным фактором изменений на планете, особенно с началом (в конце 50-х годов) научно-технической революции как гигантского качественного скачка в развитии науки и техники. Это привело к экологической проблеме - одной из самых опасных глобальных проблем человечества. Началось разрушение гармонии отношений между людьми и их отношением к природе.
Мы получили в наследство неимоверно прекрасный и богатый сад, но наша беда в том, что мы плохие садоводы, которые не усвоили простейших правил садоводства. С пренебрежением относясь к этому саду, мы делаем это с благодушным самоудовлетворением несовершеннолетнего идиота, который кромсает ножницами картину Рембранта.
Дж. Даррелл
Выступление студентов.
«Антропогенное воздействие на биосферу».
Загрязнение воздуха
Загрязнение почвы
Загрязнение воды
Вырубка леса
V. Закрепление изученного материала
КРОССВОРД «БИОСФЕРА»
По горизонтали:
1. Биоценоз, созданный человеком.
3. Исторически сложившаяся совокупность животных, растений, грибов и
микроорганизмов населяющих относительно однородное жизненное пространство.
4. Процесс циклического перемещения веществ в земной биосфере.
8. Экологические факторы, обусловленные различными формами влияния деятельности человека на природу.
9. Наука, изучающая взаимоотношения человека, животных, растений между собой и окружающей средой.
По вертикали:
2. Факторы живой природы, влияющие на жизнедеятельность организмов.
5. Компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы.
6. Совокупность вод, морей, океанов, континентальных водоемов, рек, озер и ледяных покровов Земли.
7. Газовая оболочка небесного тела.
10. Совокупность всего живого на Земле, включающая литосферу, гидросферу, тропосферу.
Биосфера
Михаил Бычков
Биосфера – сфера жизни,
И во всех её пределах
Быть не может что-то лишним,
С бесполезным всем уделом.
*
А так – во всём круговорот
И саморегуляция.
Пример? Хотя бы фосфора
В природе циркуляция.
Жизнь процветает, почему?
Нетрудно догадаться,
Угодна жизни и всему
О-два и Це миграция.
Или вот - взять ещё азот,
Царит и здесь гармония,
Имеет свой круговорот
И не грозит агония.
Энергиями космос полон,
А в биосфере жизнь кипит.
Круговорот энергий - молот
Безостановочно стучит.
И очень важный есть момент
Всей нашей биосферы –
Нет ничего мудрей взамен
Круговорота серы.
Струится жизнь в Земле и в нас,
Покуда Солнышко над нами.
Назначен век Земле, пока
Внутри неё бушует пламя.
Домашнее задание:
Изучить лекцию (к
онспект
)
.
Ноосфера (по В.И. Вернадскому) – состояние биосферы, при котором разумный труд человека становится главным, определяющим фактором её развития.
Порассуждай, достигли ли мы этого уровня развития биосферы?
Подготовить сообщения
: о круговороте воды, круговороте углерода, круговороте азота, круговороте серы, круговороте фосфора.
