Биосфера

Биосфера – это оболочка Земли, населенная живыми организмами и активно преобразуемая деятельностью живых организмов. Учение о биосфере разработано В.И. Вернадским (начало XX в.).
В биосферу входят гидросфера, часть атмосферы и литосферы. В гидросфере живые организмы распространены повсеместно, вплоть до глубины 10-11 км. В литосфере основная масса сосредоточена в почвенном слое, однако встречаются бактерии, обитающие на глубине 3 км. В атмосфере граница жизни определяется озоновым экраном (его высота 16-20 км), поглощающим УФ-лучи, однако большинство живых существ обитает в нижних слоях.

Биосфера включает в себя:
1. Живое вещество – совокупность всех живых организмов Земли (В.И. Вернадский). Живое вещество обладает следующими свойствами: рост, размножение, распространение и обмен веществ и энергии с внешней средой. Благодаря биотическому круговороту живому веществу присущи следующие геохимические функции:
а) газовая – биогенная миграция газов в результате фотосинтеза и азотфиксации (осуществляется растениями, сине-зелеными водорослями и бактериями);
б) окислительно-восстановительная – превращение веществ, содержащих атомы с переменной валентностью (например, марганец, железо, сера). В основном эта функция характерна для микроорганизмов. В результате этой деятельности образуются залежи различных руд (например, сульфидов металлов);
в) концентрационная – аккумуляция в своих телах живыми организмами химических элементов, рассеянных в окружающей среде (водоросли накапливают йод, хвощи кремний; моллюски, многие простейшие – кальций);
г) энергетическая – ассимиляция энергии, прежде всего солнечной (растения), и ее передача по пищевым цепям;

2. Биогенное вещество создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (нефть, торф, каменный уголь, известняк);
3. Косное (неживое) – образуется без участия живых организмов;
4. Биокосное вещество представляет собой результат совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (почва, ил).

Круговорот веществ в биосфере
Круговорот веществ (биогенная миграция атомов) – это многократно повторяющийся процесс превращения и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее цикличный характер. Он осуществляется с помощью живых организмов. Он состоит из двух процессов: аккумуляции веществ в живых организмах и минерализации в результате разложения мертвых организмов.

Круговорот воды. В основном осуществляется за счет энергии Солнца. Солнечные лучи нагревают водоемы, и вода испаряется. Поднимаясь вверх, пары воды охлаждаются и конденсируются, а потом выпадают на землю в виде осадков. Также часть воды испаряется растениями и животными.

Круговорот азота. Атмосферный азот усваивается азотфиксирующими бактериями, обитающими в почве и на корнях бобовых растений. Они переводят его в нитраты, которые используются растениями. Растения не могут самостоятельно окислять молекулярный азот, поэтому получают его только из почвы или от симбиотических бактерий. Животные получают азот только из пищи, поедая растения или других животных. После гибели растений и животных их останки разлагаются благодаря нитрифицирующим бактериям, которые возвращают азотные соединения в почву. Часть органических останков разлагается денитрифицирующими бактериями с образованием свободного азота, вновь поступающего в атмосферу.

Круговорот углерода. В атмосфере содержится около 0,03% углекислого газа. Он поглощается автотрофами в процессе фотосинтеза, а выделяется всеми организмами во время дыхания. Также человек, сжигая природное топливо, выделяет углекислый газ в атмосферу. Часть углекислого газа растворяется в воде и используется организмами (моллюски, простейшие) для построения скелета. После гибели этих организмов образуются осадочные горные породы, например известняк, которые при разрушении выделяют углекислый газ в атмосферу. Также часть углекислого газа консервируется растениями в виде угля и торфа.

Круговорот кислорода. В атмосфере содержится кислорода 21% и небольшое количество озона, который образует озоновый экран Земли. Кислород расходуется во время дыхания и горения и на окисление минеральных веществ (например, во время хемосинтеза), а при фотосинтезе растений и цианобактерий – образуется. Также небольшое количество кислорода выделяется при распаде некоторых горных пород.

Превращение энергии в биосфере
Биосфера является открытой системой: ей требуется постоянное поступление энергии извне, т.к. значительная часть энергии теряется живыми организмами при переходе с одного трофического уровня на другой. Основной источник энергии в биосфере — это энергия Солнца. Она аккумулируется зелеными растениями и сине-зелеными водорослями в процессе фотосинтеза. В результате этих процессов образуется органическое вещество, используемое другими живыми организмами (консументами) на осуществление собственной жизнедеятельности (для дыхания и брожения). Часть солнечной энергии консервируется в виде продуктов жизнедеятельности живых организмов — в виде каменного угля, нефти, торфа и т.д.

Основные пути отрицательного воздействия человека на природу

  1. Расходование природных богатств планеты. Все ресурсы среды делятся на неисчерпаемые (энергия Солнца, ветра, приливов и отливов и т. п.) и исчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы бывают возобновляемыми (почва, растительность, животные) и невозобновляемыми (полезные ископаемые).
  2. Загрязнение среды.
  3. Истребление видов.
  4. Разрушение биогеоценозов.
  5. Изменение климата.

Основные загрязнители окружающей среды
Основные загрязнители атмосферы: твердые частицы (пыль, сажа, зола), газы (оксиды азота, сернистый газ, оксиды углерода, фреоны). Из-за этих выбросов в атмосфере может образоваться смог: белый (при высокой концентрации газов и твердых частиц во влажной и тихой атмосфере) или фотохимический (когда выбрасываемые вещества реагируют друг с другом, образуя токсичные соединения).
Одним из последствий выбросов разных газов в атмосферу являются кислотные дожди: молекулы оксидов азота и серы соединяются с водой, образуя кислоты. Кислотные дожди действуют на различные организмы: они снижают сопротивляемость растений негативным факторам среды, приводят к размягчению внешнего скелета многих беспозвоночных, затрудняют газообмен у рыб (на жабрах накапливается слизь), что приводит к их гибели.
Увеличение концентрации углекислого газа, метана и некоторых других газов в атмосфере приводит к «парниковому эффекту»: молекулы этих газов задерживает тепловые лучи, идущие от земной поверхности, и вследствие этого происходит повышение температуры. Фреоны разрушают молекулы озона, из-за чего могут возникать «озоновые дыры».
Основные загрязнители: промышленность и автомобильный транспорт. В настоящее время большое значение приобретает радиоактивное загрязнение.

Основные загрязнители гидросферы: промышленные и бытовые стоки, поверхностно активные вещества (в том числе синтетические моющие средства), нефть и нефтепродукты. Это приводит к массовой гибели водных организмов (особенно при авариях нефтяных танкеров), эвтрофикации водоемов (смыв в водоемы минеральных удобрений с полей способствует быстрому размножению сине-зеленых водорослей, продукты жизнедеятельности которых отравляют воду).
Основные загрязнители: целлюлозно-бумажная, химическая, металлургическая, текстильная и нефтеперерабатывающая промышленность; сельское хозяйство.

Основные загрязнители недр и почвы: бытовые отходы, отвалы пустой горной породы, промышленность и транспорт. Из-за этих загрязнений происходит изменение ландшафта и рельефа («лунные долины»), усиливается эрозия почв, уменьшается плодородие почвы.
Основные загрязнители: промышленность, бытовые отходы, сельское хозяйство.