2. Природная среда как система. Атмосфера, гидросфера, литосфера. Состав, роль в биосфере.
Под системой понимается некая мыслимая или реальная совокупность частей со связями между ними.
Природная среда – то системное целое, состоящее из различных функционально связанных и иерархически соподчиненных экосистем, объединенных в биосферу. В рамках этой системы происходит глобальный обмен веществом и энергией между всеми ее составляющими. Этот обмен реализуется путем изменения физических и химических свойств атмосферы, гидросферы, литосферы. Любая экосистема основана на единстве живого и неживого вещества, которое проявляется в использовании элементов неживой природы, из которых благодаря солнечной энергии синтезируются органические вещества. Одновременно с процессом их создания происходит процесс потребления и разложения на исходные неорганические соединения, что обеспечивает внешний и внутренний круговорот веществ и энергии. Этот механизм действует во всех основных составляющих биосферы, что является основным условием устойчивого развития любой экосистемы. Природная среда как система развивается благодаря этому взаимодействию, поэтому изолированное развитие составляющих природной среды невозможно. Но различные компоненты природной среды обладают отличными, только им присущими особенностями, что позволяет их выделить и исследовать по отдельности.
Атмосфера.
Это газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, паров и пыли. Она имеет четко выраженное слоистое строение. Самый близкий слой к поверхности Земли называется тропосферой (высота от 8 до 18 км). Далее на высоте до 40 км расположен слой стратосферы, а на высоте более 50 км – мезосфера, выше которой расположена термосфера, не имеющая определенной верхней границы.
Состав атмосферы Земли: азот 78%, кислород 21%, аргон 0, 9%, пары воды 0,2 – 2,6%, диоксид углерода 0,034%, неон, гелий, оксиды азота, озон, криптон, метан, водород.
Экологические функции атмосферы:
Защитная функция (от метеоритов, космических излучений).
Терморегулирующая (в атмосфере имеется углекислый газ, вода, которые повышают температуру атмосферы). Средняя температура на земле 15 градусов, если бы не было углекислого газа и воды, то температура на земле была бы на 30 градусов ниже.
В атмосфере формируется погода и климат.
Атмосфера является средой обитания, т.к. она обладает жизнеобеспечивающей функциями.
атмосфера слабо поглощает слабую коротковолновую радиацию, но задерживает длинноволновое (ИК) тепловое излучение земной поверхности, что уменьшает теплоотдачу Земли и повышает ее температуру;
Атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей: высокая подвижность, изменчивость составляющих ее компонентов, своеобразие молекулярных реакций.
Гидросфера.
Это водная оболочка Земли. Представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных вод, ледников и водяного пара атмосферы.
Роль воды:
является составляющей живых организмов; живые организмы не могут длительное время обходиться без воды;
влияет на состав в приземном слое атмосферы – поставляет в нее кислород, регулирует содержание углекислого газа;
влияет на климат: вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому, нагреваясь за день, ночью остывает медленнее, что делает климат более мягким и влажным;
в воде протекают химические реакции, которые обеспечивают химическую очистку биосферы и производство биомассы;
круговорот воды увязывает воедино все части биосферы, образуя замкнутую систему. В результате него происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды;
испаряющаяся с поверхности земли вода образует атмосферные воды в виде водяного пара (парниковый газ).
Литосфера.
Это верхняя твердая оболочка Земли, включает в себя земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы от 5 до 200 км. Литосфера характеризуется площадью, рельефом, почвенным покровом, растительностью, недрами и пространством для размещения хозяйственной деятельности человека.
Литосфера состоит из двух частей: материнской породы и почвенного покрова. Почвенный покров обладает уникальным свойством - плодородием, т.е. способностью обеспечивать питание растений и их биологическую продуктивность. Это определяет незаменимость почвы в сельскохозяйственном производстве. Почвенный покров Земли является сложной средой, содержащей твердые (минеральные), жидкие (почвенная влага) и газообразные компоненты.
Биохимические процессы в почве определяют ее способность к самоочищению, т.е. способность превращать сложные органические вещества в простые - неорганические. Самоочищение почвы эффективнее происходит в аэробных условиях. При этом различают два этапа: 1. Распад органических веществ (минерализация). 2. Синтез гумуса (гумификация).
Роль почвы:
основа всех наземных и пресноводных экосистем (как природных, так и техногенных).
Почва – основа питания растений обеспечивает биологическую продуктивность, т. е. это основа производства продуктов питания для человека и других бионтов.
Почва аккумулирует органическое вещество и различные химические элементы и энергию.
Круговороты не возможны без почвы – она регулирует все потоки вещества в биосфере.
Почва регулирует состав атмосферы и гидросферы.
Почва – это биологический поглотитель, разрушитель и нейтрализатор различных загрязнений. В почве содержится половина всех известных микроорганизмов. При разрушении почвы сложившееся в биосфере функционирование необратимо нарушается, т. е. роль почвы колоссальна. Т. к. почва стала объектом промышленной деятельности, то это породило значительное изменение состояния земельных ресурсов. Эти изменения не всегда положительны.
Весьма важное значение для развития биосферы имеет гидросфера (произошло от греческих слов hydor - вода и spharia - cфера). Это прерывистая водная оболочка Земли, она занимает 70% земной поверхности и располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. Кроме того в состав гидросферы также включают подземные воды, лед и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах, второе место по объему водных масс занимают подземные воды, третье место - лед и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объема воды гидросферы.
Химический состав гидросферы приближается к среднему химическому составу морской воды.
Земля уникальна потому, что на ней много воды в жидкой фазе, которая играет очень важную роль в формировании других особенностей планеты. Главнейших из них является изобилие жизни. Гидросфера необходима для существования биосферы, поскольку жизнь зародилась в гидросфере, и большинство растений и животных состоит в основном из воды.
Велика роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата, что позволило жизни воспроизводиться в течение трех с лишним миллиардов лет. Ископаемые останки животных, растений и микроорганизмов указывают на то, что жизнь, появившись в период раннего докембрия, не прерывалась и развивалась по пути увеличения разнообразия и совершенствования.
Для жизни необходимы температуры в диапазоне от 0 до 100 о С (пределы жидкой фазы воды), значит, температура на протяжении большей части истории планеты отличалась относительным постоянством.
В наиболее обширной части гидросферы - океаносфере - выделяют три области. В поверхностной толще (до глубины 100 м) света достаточно для фотосинтеза, здесь могут жить зеленные растения; соленость воды меняется в зависимости от района. Батиальная область (от 100 до 1500 м), куда свет проникает лишь в верхние горизонты, отличается слабым механическим движением воды и постоянной соленостью. Абиссальная область (глубже 1500 м) лишена солнечного света. Температура в ней не превышает 4 о С; растительных организмов нет, однако животные распространены до самых глубоководных впадин.
Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в развитии биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой (литосферой). Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов в другие составляют сложный круговорот воды в биосфере.
Природные воды подразделяются на поверхностные и подземные воды. При этом, природная вода представляет собой сложную, непрерывно изменяющуюся систему, содержащую минеральные и органические вещества, находящиеся во взвешенном, коллоидном и истинно растворенном состоянии, а также газы. Во взвешенном состоянии в природных водах содержатся глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы, в коллоидном - различные вещества органического происхождения, кремнекислота, гидроксид железа и другие, в истинно растворенном состоянии находятся в основном минеральные соли, обогащающие воды ионами, в виде растворенных газов - углекислота, сероводород, метан.
Поверхностные воды характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ, в частности органических соединений. Помимо частиц песка и глины они содержат лесс, илистые вещества, различные карбонатные соединения, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения, иногда в виде органоминеральных комплексов, планктон и др. Размеры взвешенных частиц варьируются от коллоидных до грубодисперсных частиц. Содержание взвешенных веществ в поверхностных водоисточниках изменяется от нескольких единиц до десятков тысяч мг/л.
Подземные воды, в отличие от поверхностных, отличаются небольшим количеством органических веществ и значительным содержанием минеральных солей, а иногда и растворенных газов (H 2 S, CO 2 , CH 4). При наличии гидравлической связи между поверхностными и подземными водами последние отличаются повышенной окисляемостью. Наблюдается прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации. Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью и повышенным содержанием железа, марганца, фтора.
1.5. Литосфера, ее состав и структура
Литосфера (произошло от греческих слов lithos - камень и spharia- сфера) - внешняя сфера твердой оболочки Земли, обладающая большой прочностью, переходящая без отчетливой границы в подстилающий слой - астеносферу (от греческого asthenes - слабый). Вещество астеносферы способно к вязкому или пластичному течению. По-видимому, именно в астеносфере происходят процессы, вызывающие горизонтальные и вертикальные движения больших участков земной коры. Мощность литосферы колеблется в пределах 50-200 км. Верхняя часть литосферы образует земную кору, а нижняя - верхнюю часть мантии Земли. Граница между этими частями литосферы определяется по скачку в изменении скорости распространения продольных и поперечных упругих сейсмических волн (так называемая граница Мохоровичича, или поверхность М).
Под земной корой обычно понимают сиалитную (состоящую в основном из кремнезема и алюминия) оболочку Земли, имеющую среднюю плотность около 2,7 г/см 3 . Земной коре, представляющей собой, в отличие от гидросферы, сплошную оболочку нашей планеты, свойственна горизонтальная и вертикальная неоднородность. На основании геофизических данных об изменении плотности вещества земной коры сверху вниз выделяют следующие слои: осадочный, гранитный, базальтовый. Их средняя плотность составляет 1,8-2,5; 2,5-2,75; 2,75-3,0 г/см 3 соответственно. Средняя плотность вещества, подстилающего кору, составляет 3,1-3,3 г/см 3 .
Осадочный слой в основном сложен неизмененными или слабо измененными осадочными породами (глинами, песчаниками, конгломератами, известняками, доломитами, гипсами и т.д.), образовавшимися на поверхности Земли в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения более древних пород, химического и механического выпадения осадков из воды, жизнедеятельности организмов. Мощность осадочного слоя крайне изменчива: местами его нет, местами он достигает толщины 15-25 км. Средняя мощность его значительно больше в пределах материков, чем океанов. Общий объем осадочного слоя составляет примерно 10% от объема всей земной коры, причем основная часть слагающих его пород приходится на материки и шельфы.
Гранитный слой состоит главным образом из магматических пород группы гранита (богатых кремнеземом) и метаморфических пород, образовавшихся вследствие сильного изменения (в основном под действием высокой температуры и давления) осадочных и магматических пород. Он нередко выходит на земную поверхность в областях развития наиболее древних толщ нашей планеты. Мощность слоя достигает иногда 25-30 км.
Базальтовый слой , вероятно, сложен преимущественно основными, т.е. относительно бедными кремнеземом, породами типа базальтов и метаморфическими породами. Мощность его как и выше расположенных слоев, непостоянна. Под материками она достигает 30 км, в то время как под океаном колеблется в пределах от 2-3 до 10-15 км.
В биосферу входит только самая верхняя часть земной коры, причем нижняя граница биосферы имеет нечеткий, расплывчатый характер, поскольку распространенность живых организмов от границы литосферы с атмосферой и гидросферой в глубь Земли резко уменьшается. Отчетливая миграция жизни отмечается лишь до глубины в несколько десятков метров, однако подземными водами микроорганизмы достигают и значительно больших глубин, порядка 2-3 км. Известны единичные случаи нахождения микроорганизмов в нефтеносных водах и нефти, добытых при бурении с глубин около 4,5 км. Положение границы может сильно изменяться в зависимости от геологического строения местности, гидрогеологических условий и геотермического градиента. Геотермический градиент характеризует прирост температуры горных пород земной коры при углублении на каждые 100 м. В различных местах он имеет неодинаковую величину обычно в пределах от 0,5-1 до 20 o С, и в среднем составляет около 3 о С. Основным же физическим фактором, определяющим границы деятельности микроорганизмов в земной коре, является температура. Подавляющее большинство микроорганизмов не выдерживает длительного пребывания при температуре, близкой к 100 о С, поэтому нижней границей биосферы считают ту глубину, где температура близка к 100 о С. В действительности же распространение жизни ограничено не только температурными условиями, но и другими факторами и не всегда достигает предела, обусловленного возрастанием температуры.
1.6. Почва: характеристика, свойства
Педосфера - сложная, специфическая биогенная оболочка земного шара, располагающаяся на суше материков и мелководье морей и озер. Она выполняет роль земной геомембраны, аналогичную функциям биомембран живых организмов. Это своеобразная кожа Земли, через которую осуществляется постоянный обмен веществом и энергией между геосферами планеты - атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами биосферы. Почва - геомембрана - регулирует этот обмен, пропуская одни вещества или энергетические потоки и отражая, задерживая, поглощая другие.
Почва - особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным действием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием. В результате сложных биологических и химических взаимодействий на границе почвы и верхних слоев литосферы происходит образование осадочных пород.
Почвенная оболочка образовалась в результате взаимодействия геофизических оболочек планеты, она - продукт переработки первозданных горных пород и организмов. Почва обладает развитым плодородием, т.е. способностью производить урожай растений.
Основоположник классического почвоведения В.В.Докучаев дал следующее определение почве: это особое естественно-историческое тело, образующее верхнюю рыхлую оболочку земной коры, сформированную при совокупном воздействии элементов физико-географической среды и организмов.
Почва неоднородна по вертикали. Она представляет собой комплекс горизонтов, различающихся физическими свойствами, окраской, общим обликом и т.д. Совокупность генетических почвенных горизонтов объединяется в понятие "профиль почвы".
Каждая почва имеет свой, характерный для нее профиль, т.е. последовательность и характер горизонтов. Генетические горизонты почвы тесно связаны и являются продуктом химического и физического взаимодействия, аккумуляции, миграции и дифференциации вещества при почвообразовании. Количество, сочетание, степень выраженности и свойства этих горизонтов являются устойчивыми и характерными признаками для определенных типов и разновидностей почв.
Мощность почвенного профиля зависит от условий почвообразования и от продолжительности почвообразовательного процесса. Так, в полярном климате, где неблагоприятные условия для жизнедеятельности организмов, низкие температуры, мерзлота, замедленное физическое и химическое выветривание пород, образуются малоразвитые почвы с мощностью не более 10-20 см.
В условиях жаркого, влажного тропического климата, где жизнедеятельность организмов повышена, а продукты выветривания и почвообразования не удаляются эрозионными процессами, мощность почв достигает десятков метров. Таким образом, она не ограничивается пахотным слоем, а определяется глубиной преобразующего воздействия наземных климатических факторов, корневой системой растений и почвенной фауны.
Почва обладает специфическими физическими свойствами (которых нет у горных пород): рыхлостью, структурой, водопроницаемостью, водоудерживающей способностью, аэрацией и поглотительной способностью. Благодаря высокой дисперсности почва может удерживать в поглощенном состоянии различного рода ионы, газы и пары. Специфические физические свойства почвы создают благоприятные условия для развития корневых систем растений и заселения ее высшими и низшими организмами.
Важнейшим химическим свойством почвы является накопление в верхнем горизонте профиля гумуса, продукта отмирания растений, почвенных животных и микроорганизмов. Органическое вещество гумуса служит материальной основой жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. В состав гумуса входят важнейшие элементы, соединения которых необходимы для питания растений: азот, фосфор, калий и др.
Почвенная влага содержит различные газы, растворенные соли, питательные и токсические вещества. В почвенном воздухе найдены повышенные количества углекислоты, углеводороды, водяные пары. Почва в отличие от горной породы биогенна. Верхняя часть почвенного профиля пронизана массой корневых систем, которые, непрерывно отрастая, отмирая, разлагаясь, являются основой для жизни микроорганизмов и животных. В 1 грамме почвы гумусового горизонта насчитывают сотни миллионов и миллиардов микроорганизмов. Многочисленные насекомые, роющие животные густо населяют почву и являются после отмирания источником органического вещества для жизнедеятельности микроорганизмов. Почвенные бактерии и грибы принимают активное участие в образовании гумусовых веществ, неспецифических органических соединений, специфических ферментов, антибиотиков, иногда токсинов.
Таким образом, почва представляет собой многофазную, полидисперсную систему, состоящую из различных по размеру механических элементарных частиц, минеральных или органических, микроагрегатов, крупных структурных единиц и их групп. Значительная часть почвы (около 50%) занята твердой фазой. Остальная часть представлена живым веществом, водой и воздухом.
Для того чтобы определить основные свойства биосферы, необходимо сначала понять с чем мы имеем дело. Какова форма его организации и существования? Как она устроена и взаимодействует с внешним миром? В конечном счете, что это?
С появления термина в конце XIX века и до создания целостного учения биогеохимиком и философом В.И. Вернадским, определение понятия «биосфера» претерпело значительные изменения. Оно перешло из разряда места или территории, где обитают живые организмы в разряд системы, состоящей из элементов или частей, функционирующей по определенным правилам для достижения конкретной цели. Именно от того, в как рассматривать биосферу, и зависит, какие свойства ей присущи.
В основу термина положены древнегреческие слова: βιος - жизнь и σφαρα - сфера или шар. То есть это некоторая оболочка Земли, где есть жизнь. Земля, как самостоятельная планета, по утверждению ученых возникла около 4,5 млрд. лет назад, а еще через миллиард лет на ней появилась жизнь.
Архей, протерозой и фанерозой эон. Эоны состоят из эр. Последний состоит из палеозойской, мезозойской и кайнозойской. Эры из периодов. Кайнозойская из палеогена и неогена. Периоды из эпох. Нынешняя – голоценовая – началась 11,7 тысяч лет назад.
Границы и слои распространения
Биосфера имеет вертикальное и горизонтальное распространение. Вертикально ее принято условно разделять на три слоя, где существует жизнь. Это литосферу, гидросферу и атмосферу. Нижняя граница литосферы достигает 7,5 км от поверхности Земли. Гидросфера располагается между литосферой и атмосферой. Ее максимальная глубина 11 км. Атмосфере покрывает планету сверху и жизнь в ней существует, предположительно, на высоте до 20 км.
Кроме вертикальных слоев, биосфера имеет горизонтальное деление или зональность. Это изменение природной среды от экватора Земли к ее полюсам. Планета имеет форму шара и потому количество поступающих на ее поверхность света и тепла различно. Наиболее крупные зоны — это географические пояса. Начиная от экватора, идет сначала экваториальный, выше тропический, затем умеренный и, наконец, возле полюсов — арктический или антарктический. Внутри поясов располагаются природные зоны: лесов, степи, пустынь, тундры и так далее. Эти зоны характерны не только для суши, но и для Мирового океана. В горизонтальном расположении биосферы есть своя высотность. Она определяется поверхностным строением литосферы и различается от подножия горы к ее вершине.
На сегодняшний день флора и фауна нашей планеты насчитывает порядка 3000000 видов, а это всего лишь 5% от всего количества видов, которые успели «пожить» на Земле. В науке нашли свое описание около 1,5 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений. Есть не только неописанные виды, но и неизведанные области Земли, видовое наполнение которых, неизвестно.
Таким образом, биосфера обладает временной и пространственной характеристикой, а видовой состав живых организмов, ее наполняющий, меняется как во времени, так и в пространстве — по вертикали и горизонтали. Это и привело ученых к выводу, что биосфера не является плоскостной структурой и обладает признаками временной и пространственной изменяемостью. Осталось определить, под влиянием, какого внешнего фактора, она изменяется во времени, пространстве и структуре. Этим фактором является солнечная энергия.
Если принять, что виды всех живых организмов вне зависимости от пространственных и временных рамок, — это части, а их совокупность — целое, то их взаимодействие друг с другом и с внешней средой, является системой. Л фон Берталанфи и Ф.И. Перегудов, давая определение системы, утверждали, что она это комплекс взаимодействующих компонентов, или совокупность элементов, состоящих во взаимоотношениях друг с другом и со средой, или множество взаимосвязанных элементов, обособленных от среды и взаимодействующих с ней, как целое.
Система
Биосферу как единую целостную систему можно условно разделить на составные части. Самое распространенное такое делений – это видовое. Каждый вид животных или растений принимается за составную часть системы. Его также можно признать системой, со своей структурой и составом. Но вид не существует обособленно. Его представители живут на определенной территории, где они взаимодействуют не только между собой и окружающей средой, но и с другими видами. Такое проживание видов, на одной местности, называют экосистемой. Самая маленькая экосистема, в свою очередь, входит в большую. Та в еще большую и так до глобальной – до биосферы. Таким образом, биосферу, как систему, можно рассматривать состоящей из частей, которыми являются либо виды, либо биосферы. Разница лишь в том, что вид можно идентифицировать, потому, как он обладает признаками, отличающими его от других. Он самостоятелен и в другие виды – части не входит. С биосферами такое разграничение невозможно – одна часть другой.
Признаки
Система обладает еще двумя существенными признаками. Она создана для достижения определенной цели и функционирование целой системы эффективнее каждой ее части в отдельности.
Таким образом, свойства как системы, в ее целостности, синергетичности и иерархичности. Целостность заключается в том, что связи между ее частями или внутренние связи гораздо сильнее, чем с окружающей средой или внешние. Синергетичность или системный эффект в том, что возможности всей системы гораздо больше суммы возможностей ее частей. И, хотя каждый элемент системы сам система, тем не менее, он лишь часть общей и большей. В этом ее иерархичность.
Биосфера — это динамическая система, которая изменяет свое состояние под внешним воздействием. Она открыта, потому что обменивается веществом и энергией с внешней средой. У нее сложная структура, так как состоит из подсистем. И, наконец, она естественная система — образовалась в результате природных изменений на протяжении многих лет.
Благодаря этим качествам она может сама себя регулировать и организовывать. Это и есть основные свойства биосферы.
В середине XX века понятие саморегулирования впервые применил американский физиолог Уолтер Кеннон, а английский психиатр и кибернетик Уильям Росс Эшби ввел термин самоорганизации и сформулировал закон о требуемом разнообразии. Этот кибернетический закон формально доказывал, необходимость большого видового разнообразия для устойчивости системы. Чем разнообразие больше, тем вероятность системы удержать свою динамическую стабильность перед большими внешними воздействиями, выше.
Свойства
Реагировать на внешнее влияние, сопротивляться ему и преодолевать, воспроизводить себя и восстанавливать, то есть сохранять свое внутреннее постоянство, такова цель системы под названием биосфера. Эти качества всей системы построены на способности ее части, какой является вид, поддерживать определенную численность или гомеостаз, а также каждой отдельной особи или живого организма сохранять свои физиологические кондиции — гомеостат.
Как видно, эти свойства выработались у нее под влиянием и для противодействия внешним факторам.
Основным внешним фактором является солнечная энергия. Если количество химических элементов и соединений ограничено, то энергия Солнца поступает постоянно. Благодаря ей и происходит миграция элементов по пищевой цепи от одного живого организма к другому и превращение из неорганического состояния в органическое и обратно. Энергия ускоряет протекание этих процессов внутри живых организмов и по скорости реакции они происходят гораздо быстрее, чем во внешней среде. Количество энергии стимулирует к росту, размножению и увеличению численности видов. Разнообразие, в свою очередь, дает возможность дополнительного сопротивления внешнему влиянию, так как возникает возможность дублирования, подстраховки или замены видов в пищевой цепи. Миграция элементов, таким образом, будет дополнительно обеспечена.
Влияние человека
Единственной частью биосферы незаинтересованной в увеличении видового разнообразия системы является человек. Он всячески стремится упростить экосистемы, потому что так он сможет эффективнее за ней следить и регулировать в зависимости от своих потребностей. Потому все биосистемы, искусственно созданные человеком или степень его воздействия, на которые существенна, очень скудны в видовом плане. А их устойчивость и способность к самовосстановлению и саморегулированию стремится к нулю.
С появлением первых живых организмов, они начали менять условия существования на Земле под свои потребности. С появлением человека, уже он стал изменять биосферу планеты так, чтобы его жизнь была максимально комфортной. Именно комфортной, потому что о выживании или сохранении жизни речь не идет. Следуя логике, должно появиться нечто, что будет менять в своих целях уже самого человека. Интересно, что это будет?
Видео — Биосфера и ноосфера
Атмосфера: Наличие вокруг земного то шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования.
Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78,09 %) и кислорода (20,95 %). В норме в нем присутствуют также аргон (0,93 %), углекислый газ (0,03 %) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твердые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.
Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.
Современная.атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные.запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде.
Гидросфера: совокрупность всех водных запасов Земли. Она образует ее прерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3800 м, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) - 11,034 метров. Около 97 % массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2 % - воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые лучами солнца слои, а также прибрежные зоны.
В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше - в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % - подземные воды, около 2 % - льды и снега, около 0,02 % - поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.
Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.
Литосфера: твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.
Блоки литосферы - литосферные плиты - двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит.
Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под континентами состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев общей мощностью до 80 км. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры.
33. Классификация главных антропогенных загрязнителей (поллютантов) атмосферного воздуха.
Все источники загрязнения подразделяются на точечные, линейные и площадные. В свою очередь точечные источники могут быть подвижными и стационарными (неподвижными). К точечным стационарным источникам загрязнения относятся дымовые трубы теплоэлектростанций, отопительных котельных, технологических установок, печей и сушилок, вытяжные шахты, дефлекторы, вентиляционные трубы и т. п.
Подвижными источниками загрязнения являются выхлопные трубы тепловозов, теплоходов, самолетов, автотранспорта и других движущихся устройств.
Линейные источники загрязнения воздушного бассейна представляют собой дороги и улицы, по которым систематически движется транспорт.
К площадным источникам относятся вентиляционные фонари, окна, двери, неплотности оборудования, зданий и т. д., через которые примеси могут поступать в атмосферу.
Загрязнителями атмосферного воздуха называют поллютантами . По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу могут быть газообразными, жидкими и твердыми.
34. Основные источники загрязнения атмосферы:
Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят:
1) Тепловые и атомные электростанции;
2) Предприятия черной металлургии;
3) Химическое производство;
4) Транспорт.
Интенсивно загрязняется при переработке сырья, при сжигании мусора, в с\х районных – животноводческие и птицеводческие фермы.
Экологические проблемы атмосферы и их краткое описание
Основные экологические проблемы атмосферы, связанные с её загрязнением:
1)смог – ядовитая смесь.
А) Лондонский смог (зимний, влажный)
Высокая концентрация промышл примесей в атм воздухе
Отсутствие ветра
Инверсия температуры
Последствия:
Поражение слизистой легких и ЖКТ
Развитие хронических заболеваний легких
Серд сосудистые заболевания, снижение иммунитета
Б) Лос-анжелесский смог (сухой, фотохимический)
Высокая концентрация выхлопных газов в атмосфере
Высокая степень солнечной радиации, из-за чего происх фотохимическая реакция (возникают офтооксиданты)
Последствия:
Поражение слизистой оболочки легких и ЖКТ
Повреждение органов зрения
2) парниковый эффект – повышение среднегодовой температуры на планете в результате накопления в атмосфере парниковых газов (углекислый, метан, фреоны -6%), которые препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности планеты. (теплообмен нарушен).
3) озоновые «дыры» - это огромные пространства (на высоте 20-25 км в стратосфере) с пониженным содержанием озона на 50% и более.
1)изменение циклической активности солнца
2)дегазация – выход глубинных газов через естественные разломы
3)наличие слоеобразных восходящих вихревых воздушных потоков над Антарктидой
Антропогенные факторы
1) использование фреонов
2)запуск шаттлов
3)полеты сверхзвуковых самолетов при высоте более 12 км
Последствия:
Солнечные ожоги, рак, заболевание органов зрения, снижение иммунитета
Снижение способности к фотосинтезу и растений
4) кислотные дожди – образуются в результате промышленных выбросов в атмосферу двуокиси серы и окислов азота, кот соединяясь с атмосферной влагой образуют разбавленную серную и азотную кислоты.
Последствия:
Кислотные дожди способствуют вымыванию питательных веществ из почвы, приводят к освобождению тяжелых металлов из соединений, что снижает плодородность почв и накапливанию тяжелых металлов в пищевой цепи.
Особенности и причины зимнего и летнего смога
Туманная завеса над промышленными предприятиями и городами, образованная из газообразных отходов, в первую очередь диоксида серы. Различают зимний Смог (лондонский тип) и летний Смог (лосанджелесский тип). Предпосылками для формирования зимнего Смога является безветренная тихая погода, способствующая накоплению выхлопных газов транспорта и выбросов из невысоких труб. Летний Смог (его называют также фотохимическим) вызывается оксидами азота и углеводородами, из которых при интенсивном солнечном свете образуются фотооксиданты, преимущественно озон.
Состав атмосферы
Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H 2 O) и углекислого газа (CO 2)
Азот 75.5% Кислород 23.10 % аргон 1.2 % остальные газы (неон, гелий, метан, водород, и.т.д.)
Озо́новая дыра́ - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя
Есть мнение, что природные источники галогенов, например вулканы или океаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми (в основном хлорид-ионы и хлороводород) и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю.
Последствия
Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.
38.Парниковый эффект
Парнико́вый эффе́кт - повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.
Последствия парникового эффекта 1. Если температура на Земле будет продолжать повышаться, это окажетсерьезнейшее воздействие на мировой климат.2. В тропиках будет выпадать больше осадков, так как дополнительное теплоповысит содержание водяного пара в воздухе.3. В засушливых районах дожди станут еще более редкими и они превратятся впустыни в результате чего людям и животным придется их покинуть.4. Температура морей также повысится, что приведет к затоплению низинныхобластей побережья и к увеличению числа сильных штормов.5. Повышение температуры на Земле может вызвать поднятие уровня моря6. Сократятся жилые земли.7. Нарушится водосолевой баланс океанов.8. Изменятся траектории движения циклонов и антициклонов.Строение Земли - это совокупность, взаимодействие и зависимость друг от друга ее основных оболочек. Если бы на планете не было людей, то, возможно, ее поверхность сегодня выглядела бы иначе. На протяжении миллионов лет создавались эти оболочки, благодаря которым смогла появиться и развиться жизнь, а общие признаки литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы, присущие им, в настоящее время указывают на сильнейшее антропогенное воздействие на них деятельности людей.
Сферы Земли
Если рассматривать строение планеты с точки зрения ее ландшафтной сферы, то можно увидеть, что она включает в себя не только всем известную поверхность земной коры, но и несколько «соседних» оболочек. Именно такая тесная связь между границами обуславливает общие признаки, свойственные атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере. Они проявляются в постоянном обмене жидких, твердых и газообразных компонентов, присущих каждой из оболочек. Например, круговорот воды в природе - это обмен между гидросферой и атмосферой.
Если происходит извержение вулкана с выбросом пепла в воздух - это взаимосвязь литосферы с нижними слоями атмосферы, хотя некоторые катаклизмы могут быть такой мощности, что почти достигать ее средней части. В том случае, если вулкан расположен на острове или на дне океана, то будут задействованы все оболочки Земли, и атмосфера, и гидросфера, и литосфера, и биосфера. Последняя чаще всего выражена гибелью растительности и животного мира в радиусе действия природного катаклизма.
Условно сферы Земли можно разделить на 4 части: атмосферу, биосферу, гидросферу, литосферу, но некоторые из них состоят из нескольких составляющих.
Атмосфера
Атмосферой называют всю внешнюю газообразную сферу планеты, окружающую ее вплоть до вакуума в космосе. Если следующие оболочки Земли - литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера - взаимодействуют друг с другом, то о некоторых из их частей этого сказать нельзя. Атмосфера делится на 3 области, каждой из которых выделена своя высота, например:
Наибольший интерес для ученых и защитников природы представляет нижняя область тропосферы.
Гидросфера
Расположенное на поверхности земной коры и под ней водное пространство называется гидросферой. Это совокупность всех вод, как пресных, так и соленых, которые есть на планете. Глубина некоторых водоемов может достигать 3,5 км, что присуще океанам, а в некоторых участках, именуемых впадинами, даже углубляться более чем на 10 км. Самый глубокий из известных подводных «желобов» - это Марианская впадина, которая по данным на 2011 год уходит вниз на 10 994 м.
Так как от качества воды зависит жизнь на Земле, то гидросфера так же важна, как и воздух, вот почему все большее количество ученых-экологов обеспокоено следствием воздействия людей на эти сферы. Из воды на планете не только появилось все сущее, но от нее также зависит, чтобы на ней оставалась жизнь.
Ученые смогли доказать, что на месте, например, Сахары были прерии, которые пересекали полноводные реки. Когда вода покинула эту местность, ее постепенно заполнили пески. Если рассматривать, какие общие признаки у гидросферы, атмосферы, литосферы, биосферы, то можно заметить, что они напрямую зависят друг от друга, и все они влияют на существование жизни на Земле.
Если происходит экологическая катастрофа, из-за которой пересыхают реки (гидросфера), то страдают растительность и животные в этом регионе (биосфера), меняется состояние воздуха (атмосфера), и поверхность
Биосфера
Эта оболочка появилась с момента возникновения жизни на планете. Понятие "биосфера" было введено в качестве термина лишь в конце XIX века, и оно заключало в себя все формы и виды жизни, существующие на Земле.
У нее особенно крепкая связь с остальными оболочками планеты. Так различные микроорганизмы обнаружены в нижней части атмосферы. Люди, животные, птицы, насекомые и растения обитают на поверхности и под землей (литосфера). Реки, моря, озера и океаны (гидросфера) населяют пресноводные и морские рыбы, микроорганизмы, растения и животные.
Граница биосферы, как правило, определяется условиями, в которых могут находиться живые организмы, и они способны меняться. Так, например, в океанах жизнь протекает во всех слоях вплоть до их дна. Каждому слою присущ свой «набор» существ и микроорганизмов, что связано с насыщением солью воды и уровнем давления водяного столба. Чем ближе дно, тем оно выше.
Признаки биосферы (по-другому, сфера жизни) обнаружены на высоте 20 км выше уровня моря и на глубине 3 км от поверхности Земли.
Литосфера
«Литос» в переводе с греческого означает «камень», поэтому вся земная кора, представляющая собой каменные породы, была названа литосферой. У нее две части:
- Верхний покров - это осадочные породы, содержащие в своем составе гранит.
- Нижний уровень - это базальтовые породы.
Меньшая часть литосферы (всего 30 %) приходится на сушу, остальная покрыта водами Мирового океана. Связь литосферы с атмосферой, гидросферой, биосферой заключается в верхнем почвенном слое. Там развивается растительность и животная жизнь (биосфера), в ней живут аэробные бактерии, которым нужен воздух (атмосфера), осуществляется питание грунтовыми водами и в виде осадков (гидросфера).
Воздействие человека на атмосферу
Выше были перечислены основные признаки литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы. Так как они очень плотно взаимодействуют, то влияние на одну из них сразу же отражается на других. Это связано с тем, что общим признаком всех этих оболочек Земли является наличие в них жизни.
Сегодня можно наблюдать, какой вред нанесла деятельность людей на сферы планеты. Так выбросы в атмосферу вредных веществ, вырубка амазонских джунглей, запуск ракет и взлеты самолетов каждый день постепенно разрушают озоновый Если он станет меньше (сегодня его размер порядка 8 км), то все живое на планете может либо мутировать, либо погибнуть.
Если верить археологам, то Земля уже испытывала подобные потрясения, но в те далекие времена она не была населена людьми. В наше время все по-другому. Еще не так давно существовали города, где уровень выбросов выхлопных газов из автомобилей был столь высок, что люди вынуждены ходить по улицам в масках. Ученые и энтузиасты-экологи смогли «достучаться» до общественности, чтобы повернуть угрожающую ситуацию вспять.
Все больше стран, понимая, что качество жизни напрямую зависит от чистоты воздуха, которым дышит их население, переходят на альтернативные источники энергии, внедряют в повседневную жизнь электромобили, закрывают или модернизируют вредные производства. Это вселяет надежду, что у будущих поколений землян будет чистый воздух.
Человек и гидросфера
Не меньший вред люди нанесли и водным ресурсам планеты. Учитывая, что всего 3 % воды являются пресными, то есть пригодными для жизни, то человечество опять под угрозой. Тесная связь гидросферы с остальными оболочками Земли осуществляется через круговорот воды в природе.
Если какой-то водоем загрязнен, то испарившаяся с его поверхности вода может пролиться зараженным дождем в любой части света, нанося урон почве (литосфере), живой природе (биосфере), превращаться в ядовитый туман (атмосфера).
Хотя в работе по очистке и сохранению природных ресурсов планеты принимают участие многие государства, этого пока еще недостаточно. Всем хорошо известны проблемы с чистой питьевой водой в странах Африки и Азии, население которых болеет именно по причине загрязнения местных водоемов.
Нарушение человеком оболочек Земли
Так как все сферы планеты взаимосвязаны и обладают общим признаком - наличием жизни в них, то дисбаланс в одной тут же отражается на остальных. Углубление людей в недра Земли ради добычи полезных ископаемых, выбросы в атмосферу вредных химических веществ, разливы нефти в морях и океанах - все это приводит к тому, что каждый день исчезает или находится под угрозой исчезновения животный и растительный мир (биосфера).
Если человечество не остановит свою вредительскую деятельность, то спустя несколько сотен лет нарушения в оболочках планеты будут столь существенны, что все живое на планете вымрет. Примером может стать та же пустыня Сахара, которая когда-то была цветущим краем, в котором проживали первобытные люди.
Заключение
Каждый миг оболочки Земли обмениваются между собой своими составляющими. Они существуют уже миллиарды лет, взаимодействуя друг с другом. Выше были даны определения литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы, и пока люди не поймут, что планета - это живой организм, и если удалить в нем один «орган», тут же страдает все тело, то смертность населения будет только увеличиваться.