Понятие биосферы

 

 

Дайте понятие биосферы.

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека. Термин биосфера ввел австрийский геолог Д. Зюсс (в 1875 году. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказались настолько велики, что уже в начале XX века возникло новое фундаментальное научное направление естествознания – учение о биосфере, основоположником которого стал великий русский ученый В.И. Вернадский. Именно он разработал современные представления о биосфере и определил биосферу как «область существования живого вещества». Земля и окружающая ее среда сформировались в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества образовалась планета Земля. Как и другие планеты, Земля является открытой системой, получающей энергию от Солнца. Солнечная энергия достигает земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло – одно из главных слагаемых климата Земли, основа для развития многих геологических процессов. В то же время, огромный тепловой поток исходит из глубин Земли. По новым данным, масса Земли составляет 6х1021 т, объем – 1,083х1012 км3, площадь поверхности – 510,2 млн км2. Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

 

Общие представления о биосфере.

Все экосистемы Земли совокупно составляют БИОСФЕРУ, тонкий (по сравнению с остальной частью планеты слой жизни. Границы биосферы разными исследователями проводятся по-разному. Однако чаще в неё включают слой атмосферы толщиной 25-35 км (до озонового слоя), слой земной коры суши толщиной 3 км, где расположены нефтегазоносные воды с бактериальным населением, океан – до глубины 11 км. Тем не менее, жизнь в биосфере концентрируется в значительно более тонком слое, так как с удалением от поверхности суши или океана её интенсивность, измеряемая количеством продуцироемого органического вещества, резко падает.

Сухопутная часть биосферы называется ТРОПОСФЕРОЙ, водная- ГИДРОСФЕРОЙ.

Первым о существовании слоя жизни говорил Ж.-Б.Ламарк (1802), автором термина « биосфера « является Э.Зюсс (1875), однако, учение о биосфере было создано выдающимися русскими учёными В.И.Вернадским(1926). В дальнейшем предполагались другие термины, например» гея» (по имени богини земли ГЕИ). Автор этого термина Дж. Ловелок понимал под геей биологически регулируемый поверхностный слой планеты. Тем не менее, термин «биосфера» приоритетен, и само по себе учение Вернадского имеет непреходящее значение. Вернадский связал с жизнедеятельностью организмов формирование атмосферы, всего комплекса органических и неорганических веществ, включающих углерод, и т.д.

Биомасса биосферы оценивается в 2,5 триллиона тонн сухого вещества, причём на суше расположено 99% этой биомассы. Обитающие в водной среде планктонные организмы имеют непродолжительную жизнь, но, несмотря на столь незначительную биомассу, дают до 13 продукции биосферы. Более выровненная среда океана объясняет то, что биологическое разнообразие в нём беднее, чем на суше: соотношение числа морских и сухопутных видов – 1:5.

Определение функции биосферы очень точно дали Дж.Аллен и М. Нельсон: «Биосфера на нашей планете выполняет уникальную и исключительно важную функцию, действуя в качестве механизма выработки и накопления свободной энергии, а также термодинамического показателя имеющейся энергии, благодаря которой она организуется, совершенствуется, преобразует себя в среду» (1991г.).

В биосфере сегодня разнообразие органических соединений неизмеримо выше, чем неорганических (примерное соотношение – 2 миллиона к 20 тысячам!). По эффективности «лаборатории» биосферы намного превосходят лаборатории химиков и цеха предприятий. Поразительна способность живого вещества связывать азот. На предприятии это требует огромной энергии для обеспечения давления в 300 атмосфер и температуры в 500 градусов С.

2. Сформулируйте  закон толерантности.

 Влияние экологических факторов на организмы многообразно. Одни из них оказывают более сильное  влияние, другие – более слабое. Однако в характере воздействия многих факторов на можно выявить некоторые общие закономерности. В 1840 г. Либих четко сформулировал положение, что устойчивость организма к внешним факторам определяется самым слабым звеном в совокупности его экологических потребностей. Фактор, вызывающий подобное воздействие на живой организм, называется лимитирующим, или ограничивающим фактором. Лимитирующее воздействие может оказывать не только недостаток какого-либо фактора, как полагал Либих, но и его избыток. Представления об отрицательном влиянии «переизбытка» фактора на живые организмы впервые четко сформулировал В. Шелфорд в 1913 году. Затем эти представления стали известны как «закон толерантности Шелфорда» (от англ. «tolerance» – выносливость) – Диапазон действия фактора на организм ограничен некоторыми пороговыми значениями (точки минимума и максимума), в пределах которых (зона толерантности) возможно его существование.

Виды, у которых интервал зоны толерантности достаточно широкий, называются эврибионтными, а у которых  этот интервал узкий – стенобионтными. По отношению отдельным факторам такие виды будут называться соответственно: температура (эвритермные и стенотермные); соленость (эвригалинные и стеногалинные); свет (эврифотные и стенофотные), активная реация среды (рН). Существует также определенная градация в группах стенобионтных видов. Например, стенотермные виды, способные существовать только при пониженных температурах, называются холодолюбивыми, или криофильными видами. Их примерами являются многие обитатели Арктики и Антарктики. Стенотермные виды, которые способны обитать только при повышенных температурах, называются теплолюбивыми, или термофильными видами. Такие виды населяют тропические регионы. Виды, у которых зона толерантности к какому либо фактору особенно узка, могут рассматриваться как виды-индикаторы (или экологические индикаторы) состояния окружающей среды. По наличию вида-индикатора в определенном биотопе можно предполагать, что значение соответствующего фактора среды здесь не выходит за пределы зоны толерантности для этого вида.

Из закона толерантности  Шелфорда следует ряд важных выводов:

1.Любой фактор среды,  приближающийся к пределам толерантности  для данного организма или  выходящий за эти пределы, оказывает  на него негативное воздействие.  Одно будет проявляться, даже  если значения остальных факторов  находятся в зоне оптимума.

2. Виды с широким диапазоном толерантности обычно более широко распространены, чем с узким.

3.Пределы толерантности  для размножающихся особей (а  также семян, проростков                    эмбрионов  и личинок) обычно более узкие,  чем для неразмножающихся половозрелых растений или животных.

4.Абсолютное большинство  видов не размножается круглогодично,  но в определенные сезоны года, так чтобы отрождение молоди происходило тогда, когда условия среды оказались бы для них наиболее благоприятными.

5. В природе организмы  часто обитают в условиях, не  соответствующих оптимальному для них диапазону факторов, поскольку распространение видов часто в значительной степени обусловлено конкурентными отношениями с другими видами.

6.Если условия по одному фактору не оптимальны для вида,то может сузиться диапазон  его толерантности и к другим  факторам.

7.Адаптация к одному  фактору, выражающаяся в расширении  зоны толерантности по отношению к нему, может привести к расширению зоны толерантности по отношению к другому фактору (принцип неспецифичной адаптации).

3. Что называют биологическим загрязнением окружающей среды?

 

 Под биологическим загрязнением понимают привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия не характерных для них видов живых организмов (бактерий, вирусов и др.), ухудшающих условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияющих на здоровье человека.

Когда загрязнение окружающей среды происходит за счет микроорганизмов, говорят о бактериальном или микробном загрязнении, как о видах биологического загрязнения. С точки зрения экологии акклиматизация любых живых организмов является биологическим загрязнением. Известно, что в эпоху Великих географических открытий переселенцы привозили с собой в новые страны европейских животных и растения, как диких, так и домашних. А возвращавшиеся на родину мореплаватели после открытий новых стран привозили с собой экзотов в Европу. Акклиматизация новых организмов со временем может окончиться и с минимальным ущербом для аборигенных экосистем. К биологическому загрязнению относится и загрязнение вод и атмосферного воздуха болезнетворными микроорганизмами (бактериальное или микробное загрязнение), а также проникновение на другие континенты вредителей сельскохозяйственных культур. Примером последних может служить распространение колорадского жука и филлоксеры в Европе.

 

 К биологическому загрязнению  относят биогенное загрязнение - распространение определенных, как правило, нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделения мертвых тел и т.п.) на территории и/или акватории, где они ранее не наблюдались.

Выделяют также загрязнение  микробиологическое (микробное) – появление необычно большого количества микроорганизмов, связанное с массовым их размножением на антропогенных субстратах или средах, изменённых в ходе хозяйственной деятельности человека.

По мнению ряда авторов  к биологическому загрязнению окружающей среды можно также отнести  такой вид человеческой деятельности как генетическая инженерия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генетическая инженерия  не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

4. Что понимается под  антропогенным воздействием на  биосферу?

Биосфера, весьма динамическая планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянна изменялась под воздействием различных природных ресурсов. В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов. Достигалось это посредством сложного механизма круговорота веществ. Главным событием эволюции биосферы признавалось приспособление организмов к изменившимся внешним условиям путём изменения внутривидовой информации. Гарантом динамической устойчивости биосферы в течении миллиардов лет служила естественная биота в виде сообществ и экосистем в необходимом объёме. Однако по мере возникновения, совершенствования и распространения новых технологий (охота, земледелие, промышленная революция) планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, всё в большей степени стала испытывать влияние новых небывалых по силе, мощности и разнообразию воздействий. Вызваны они человеком, а потому называются антропогенными. Под антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, культурных и других интересов человека, вносимую физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую среду.

Известный эколог Б.Коммонер выделил пять, по его мнению, основных видов вмешательства человека в экологические процессы:

• упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;
• концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;
• рост ядовитых отходов от химических производств;
• введение в экосистему новых видов;
• появление генетических изменений в организмах растений и животных.

Подавляющая часть антропогенных воздействий носит целенаправленный характер, т.е. осуществляется человеком сознательно во имя достижения конкретных целей. Существуют и антропогенные воздействия стихийные, непроизвольные, имеющие характер после действия. Например, к этой категории воздействий относятся процессы подтопления территории, возникающие после застройки. Анализ экологических последствий позволяет разделить все их виды на положительные и отрицательные. К положительным воздействиям человека на биосферу можно отнести:

• воспроизводство природных ресурсов;
• восстановление запасов подземных вод;
• полезащитное лесоразведение, и т.д.

Отрицательное воздействие человека на биосферу проявляется в самых разнообразных и масштабных акциях:

• вырубке леса на больших площадях;
• истощении запасов пресных подземных вод;
• засолении и опустынивания земель;
• резком сокращении численности и видов животных и растений и т.д.

Но главнейшим и наиболее распространённым видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнения. Загрязнением называют поступление в окружающую природную среду любых твёрдых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов и энергии (звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем.

По объектам загрязнения различают загрязнения поверхностных и подземных вод, загрязнения атмосферного воздуха, загрязнения почв и т.д. В последние годы актуальными стали и проблемы, связанные с загрязнением околоземного космического пространства.

Источниками антропогенного загрязнения, наиболее опасно для популяций любых организмов, являются промышленные предприятия (химические, металлургические, целлюлозно-бумажные, строительных материалов и др.) теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и др. технологии. По видам загрязнений выделяют: химическое, физическое и биологическое. А по своим масштабам и распространению: локальным, региональным и глобальным.

 

 

 

 

 

 

 

Задача1. 
 
Задание. Определить годовое количество и вес люминесцентных ртутьсодержащих ламп, подлежащих замене и утилизации в офисных помещениях или уличном освещении, для условий, представленных в табл.1 . 
 
Разработать мероприятия по складированию и утилизации отработанных люминесцентных ламп. 
 
Исходные данные для расчета 
 
Таблица 1