Круговорот энергии в биосфере

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ  «НЕСВИЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ  ИМЕНИ ЯКУБА КОЛАСА»

 

 

 

 

КРУГОВОРОТ ЭНЕРГИИ В  БИОСФЕРЕ

 

РЕФЕРАТ

 

 

Исполнитель: Макавчик

Елена Олеговна,

учащаяся И-41 группы

 

 

 

 

 

 

 

Несвиж 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

1. Энергия в биосфере ………………………………………………..3

 

2. Понятие о биосфере ………………………………………………..5

 

3. Понятие о энергии ………………………………………………….8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие об энергии

Энергия (греч. — действие, деятельность) — общая количественная мера различных форм движения материи.

Из данного определения  вытекает:

• энергия — это нечто, что проявляется лишь при изменении  состояния (положения) различных объектов окружающего нас мира;

• энергия — это нечто, способное переходить из одной формы  в другую (рис. 1.1);

• энергия характеризуется  способностью производить полезную для человека работу;

• энергия — это нечто, что можно объективно определить, количественно измерить.

Энергию в естествознании в зависимости от природы делят  на следующие виды.

Механическая энергия  — проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц.

К ней относят энергию  движения или вращения тела, энергию  деформации при сгибании, растяжении, закручивании,

Сжатии упругих тел (пружин). Эта энергия наиболее широко используется в различных машинах — транспортных и технологических.

Тепловая энергия —  энергия неупорядоченного (хаотического) движения и взаимодействия молекул  веществ.

Электрическая энергия —  энергия движущихся по электрической  цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия —  энергия движущихся по электрической  цепи электронов (электрического тока).

Магнитная энергия — энергия  постоянных магнитов, обладающих большим  запасом энергии, но "отдающих" ее весьма неохотно. Однако электрический  ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому  чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

Ядерная энергия — энергия, локализованная в ядрах атомов так называемых радиоактивных веществ. Она высвобождается при делении тяжелых ядер (ядерная реакция) или синтезе легких ядер (термоядерная реакция).

Современная наука не исключает  существование и других видов  энергии, пока не зафиксированных, но не нарушающих единую естественнонаучную картину мира и понятие об энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Понятие о биосфере

Идея о влиянии жизни  на природные процессы на огромных пространствах Земли была впервые  научно обоснована на рубеже XIX и XX столетий в трудах В. В. Докучаева, который  указал на зависимость типа почвообразования не только от климата, но и от совокупного  влияния растительности и животных. Термин «биосфера» использовал в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс для  обозначения оболочки Земли, населяемой живыми организмами.

 В 20‑х годах прошедшего века в трудах В. И. Вернадского было разработано представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью. Идеи В. И. Вернадского намного опередили состояние современной ему науки и в должной мере были оценены лишь во второй половине века, после возникновения концепции экосистем. Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик нашей планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические или физико‑химические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т. п.). В. И. Вернадский впервые создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования земной коры.

Биосферой  В. И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда‑либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.

 Участие каждого отдельного  организма в геологической истории  Земли ничтожно мало. Однако живых  существ на Земле бесконечно  много, они обладают высоким  потенциалом размножения, активно  взаимодействуют со средой обитания  и в конечном счете представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.

 Значение организмов  обусловлено их большим разнообразием,  повсеместным распространением, длительностью  существования в истории Земли,  избирательным характером биохимической  деятельности и исключительно  высокой химической активностью  по сравнению с другими компонентами  природы. 

 Всю совокупность организмов  на планете В. И. Вернадский  назвал живым веществом,  рассматривая  в качестве его основных характеристик  суммарную массу, химический состав  и энергию. 

Косное вещество,  по В. И. Вернадскому, – это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании  которых живые организмы не участвуют.

Биогенное вещество  создается  и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно  мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть). После  образования биогенного вещества живые  организмы в нем малодеятельны.

 Особой категорией  является биокосное вещество.  В. И. Вернадский писал, что оно «создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других». Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты – это почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества.

 Биосфера, таким образом,  – это та область Земли,  которая охвачена влиянием живого  вещества. С современных позиций  биосферу рассматривают как наиболее  крупную экосистему планеты, поддерживающую  глобальный круговорот веществ. 

 Современная жизнь  распространена в верхней части  земной коры (литосфере), в нижних  слоях воздушной оболочки Земли  (атмосферы) и в водной оболочке  Земли (гидросфере).

 В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5‑15 км уже превышает 100 °C. В нефтяных месторождениях на глубине 2–2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь распространена на всех глубинах и встречается даже на дне океанических впадин в 10–11 км от поверхности, так как температура там около 0 °C. Однако, по В. И. Вернадскому, нижнюю границу биосферы следует проводить еще глубже. Постепенно накапливающиеся в океане гигантские толщи осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых существ, – это тоже части биосферы (рис. 1). В соответствии с динамическими процессами в земной коре осадочные породы постепенно вовлекаются в глубь ее, метаморфизируясь под действием высоких температуры и давления. Метаморфические породы земной коры, происходящие из осадочных, в конечном счете также производные жизни.

Рис. 1.  Органогенные илы дна океана (но С. А. Зернову, 1949): 1 – глобигерииоиый и 2  – радиоляриевый илы из Индийского океана; 3  – диатомовый ил с места вблизи края антарктического льда

 Верхняя граница жизни  в атмосфере определяется нарастанием  с высотой ультрафиолетовой радиации. На высоте 25–27 км большую часть  ультрафиолетового излучения Солнца  поглощает находящийся здесь  тонкий слой озона – озоновый  экран. Все живое, поднимающееся  выше защитного слоя озона,  погибает. Атмосфера же над поверхностью  Земли насыщена многообразными  живыми организмами, передвигающимися  в воздухе активным или пассивным  способом. Споры бактерий и грибов  обнаруживают до высоты 20–22 км, но  основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1–1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни около 6 км над уровнем моря.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Энергия в биосфере

Все живые организмы находятся  во взаимосвязи с неживой природой и включены в непрерывный круговорот веществ и энергии (рис. 2). В результате происходит биогенная миграция атомов. Необходимые для жизни организмов химические элементы переходят из внешней среды в организм. При разложении органических веществ эти элементы вновь возвращаются в окружающую среду.

 

Рис. 2. Круговорот веществ в природе: 1 – круговорот воды, кислорода и углерода; 2 – круговорот азота

Атмосфера состоит из смеси  газов. В процессе фотосинтеза зеленые  растения поглощают углекислый газ  и выделяют кислород. Углекислый газ  идет на построение органических веществ  и через растительные организмы  в виде питательных веществ переходит  в организм животных. Кислород используется всеми живыми организмами в процессе дыхания, для окисления органических веществ, при разложении отмерших остатков организмов. В результате этих процессов углекислый газ вновь выделяется в атмосферу. Свободный азот атмосферы поглощается в почве азотфиксирующими бактериями и переводится в связанное, доступное для усвоения состояние. Растения получают из почвы соединения азота для синтеза органических веществ. После отмирания другая группа микроорганизмов освобождает азот и возвращает его в атмосферу.

Таким образом, кислород, азот и углекислый газ поглощаются  живыми организмами и ими же выделяются в атмосферу вновь в результате других процессов. Благодаря сбалансированному  круговороту газов поддерживается постоянство состава атмосферы.

В горных породах содержится большое количество фосфора. При  разрушении горных пород фосфор оказывается  в почвах, а оттуда поступает в  живые организмы. Часть фосфатов растворяется в воде и попадает в  Мировой океан, где накапливается  на дне, образуя осадочные горные породы.

Вода также участвует  в круговороте. В процессе фотосинтеза  она используется для синтеза  органических веществ, а при дыхании  и разложении органических остатков выделяется в окружающую среду. Кроме  того, вода необходима для жизнедеятельности  всем живым организмам. В ней растворяются минеральные соли и органические вещества, необходимые живым организмам. Через водную среду проходит круговорот элементов натрия, магния, кальция, железа, серы и других элементов, что  в общей сложности составляет 1,7 % общего количества веществ, включаемых в круговорот.

В результате круговорота  веществ происходит непрерывное перемещение химических элементов из живых организмов в неживую природу и обратно. Круговорот веществ включает два противоположно направленных процесса, связанных с аккумуляцией элементов в живых организмах и минерализацией в результате их разложения. Причем на поверхности Земли преобладает образование живого вещества, а в почве и морских глубинах – минерализация.

Одновременно с миграцией  атомов происходит и преобразование энергии. Единственным источником энергии  на Земле является Солнце. Часть  тепла расходуется на обогрев  Земли и испарение воды. И только 0,2 % солнечной энергии используется в процессе фотосинтеза. Эта энергия  преобразуется в энергию химических связей органических веществ. При расщеплении  и окислении органических веществ в процессе питания энергия освобождается и расходуется на процессы жизнедеятельности организмов: рост, движение, размножение, развитие, обогрев тела. Таким образом, постоянно поступающая солнечная энергия аккумулируется в органических веществах и ее используют все живые организмы.

Итак, биосфера представляет собой большую систему, состоящую  из разнородных компонентов, связанных  между собой процессами миграции энергии и вещества. Источником энергии  служит Солнце. Цикличность процессов миграции – круговорот веществ обеспечивает непрерывное существование биосферы.

Количество живого вещества (биопродукция) колеблется: размножение и рост живых организмов приводят к ее росту, подавление и ограничение скорости размножения и роста, гибель организмов способствуют ее уменьшению.

К ограничивающим факторам относятся концентрация углекислого  газа в атмосфере, недостаток влаги, нехватка питательных элементов, интенсивность  света. Эти факторы ограничивают не только скорость образования органического  вещества, но и скорость других геохимических  процессов, протекающих в неживой  природе.