Биосфера, границы, функции, свойства, происхождение и эволюция биосферы.

Природа и общество: основные этапы взаимодействия.

Рассмотрим исторические этапы взаимодействия природы и общества, роль техники в освоении природы.

Во взаимодействии природы и общества можно выделить 4 периода.

ПЕРВЫЙ - биогенный - период охватывает первобытнообщинный уклад жизни. Во время биогенного периода численность человечества была мала, человек был растворен в природе, основу его жизнедеятельности составляли собирательство и охота. По возможности воздействия на окружающую среду человечество мало отличалось от других видов живых организмов. После изобретения лука со стрелами и способов получения и использования огня, воздействие человечества на биосферу усилилось. Установлено, что в первобытнообщинную эпоху человек изменил растительный покров (создал из тропических лесов африканские саванны) и уничтожил несколько видов травоядных животных: мамонта, гигантского оленя, шерстистого носорога. Продолжительность биогенного периода не менее 2 млн. лет.

ВТОРОЙ - аграрный - период начался около 6 тысяч лет назад после изобретения железного плуга, движимого домашними животными. Этот период длился до XVII века н. э. Он соответствует рабовладельческому и феодальному обществам. С развитием земледелия и скотоводства воздействие на биосферу усилилось "следствие уменьшения зеленого покрова из-за вырубки лесов. В результате неразумной вырубки лесов, распашки лугов и выпаса скота огромные территории превратились в песчаные пустыни и скалистые горы. Примером могут служить африканская Сахара, прибрежные зоны Средиземноморья, пустыни Ближнего Востока. В начале аграрного периода человеческой цивилизации данные территории были покрыты лесами. С аграрного периода фактически начинается техногенная эпоха it истории человечества. Развитие земледелия, скотоводства, мореходства потребовало совершенствования техники, технологии и паук (географии, математики, химии, физики). Вместе с тем усилилось техногенное давление на биосферу.

ТРЕТИЙ - индустриальный - период (с XVII в. до наших дней) является кульминацией техногенной эпохи. По мере развития промышленности воздействие общества на биосферу увеличилось, количественно и изменилось качественно. Бурно развиваются горнодобывающие отрасли промышленности и металлургия, многократно увеличивается выработка энергии за счет сжигания: горючих ресурсов. Меняется химическое воздействие на биосферу вследствие синтеза новых веществ, рассеяния загрязнений на огромные территории и химизации сельского хозяйства. На первых порах экосистемы в основном справлялись с этими воздействиями, и принцип ЛеШателье - Брауна, гласящий, что любое внешнее воздействие, выводящее экологические системы из равновесия, вызывает в них процессы, стремящиеся ослабить внешнее воздействие, выполнялся. Но по мере роста масштабов и темпов производственной деятельности возможности самовосстановления экосистем оказались исчерпанными. Стали заметны изменения физических, химических, биологических показателей биосферы. К середине XX в. воздействие на биосферу приобретает глобальный характер. Возникает ситуация, когда принцип ЛеШателье - Брауна перестает выполняться, равновесие нарушено, и дальнейшее развитие производства становится невозможным из-за истощения окружающей среды.

Во время ЧЕТВЕРТОГО - информационно-экологического - периода, который был предсказан русским ученым В. И. Вернадским и зарождается в настоящее время, происходит осознание ограниченности ресурсов планеты. Данный период предполагает разумное с экологических позиций развитие человечеством своих производственных мощностей. Существующий высокий уровень развития науки и техники позволяет развивать технику и технологию производства на альтернативной, безвредной для биосферы, основе. В целом от исхода четвертого периода зависит будущее человечества.

 

Проблемы опустынивания.

Совокупность природных и антропогенных процессов, приводящих к разрушению равновесия в экосистемах и к деградации всех форм органической жизни на конкретной территории называется опустыниванием.

Главная причина современного роста опустынивания в различных странах мира — экологический кризис, вызванный несоответствием сложившейся структуры хозяйственного использования природных ресурсов с потенциальными природными возможностями данного ландшафта, ростом народонаселения, увеличением антропогенных нагрузок, несовершенством социально-экономического устройства ряда стран. Способствуют росту опустынивания территорий и рассмотренные выше кислотные дожди.

Опустынивание происходит во всех природных зонах мира. Сейчас пустынями антропогенного происхождения занято более 9 млн км", а из продуктивного использования земель ежегодно выбывает до 7 млн га. Примером современного опустынивания территорий антропогенного происхождения может служить солончаковая равнина осушенной части дна Аральского моря.

Проблема опустынивания

Процессы опустынивания в настоящее время угрожают обширной территории, охватывающей некоторые регионы на юге России и в Азиатских странах СНГ.

 

В России этому процессу подвержена территория в 50 млн га. Нерациональное использование земель, в частности бесконтрольный выпас скота, привело к появлению единственной в Европе пустыни «Черные земли» в Калмыкии.

Одной из главных причин разрушения плодородного слоя является почвенная эрозия. Происходит она главным образом из-за так называемого «агропромышленного» земледелия: почвы распахиваются на больших площадях, а затем плодородный слой выдувается ветром или смывается водой. Почвенная эрозия ныне приобрела всеобщий характер. В США, например, около 44 % обрабатываемых земель подвержено эрозии. В России исчезли уникальные богатые черноземы с содержанием гумуса 14-16 %, которые называли «цитаделью русского земледелия», а площади самых плодородных земель с содержанием гумуса 10-13 % сократились почти в 5 раз.

Опустынивание может быть обусловлено сведением лесов, нерациональным землепользованием и орошением (заболачиванием и засолением), засухой, перевыпасами, деградацией почв и другими причинами.

Вследствие нерационального землепользования происходит падение продуктивности почвы, высыхает ее поверхностный слой, уменьшаются урожаи, увеличивается смыв плодородного слоя, песчаные дюны наступают на орошаемые земли и уничтожают урожай песчаными бурями.

Разрушению почв способствуют также вырубка лесов, подсечно-огневое земледелие. Особенно опасна вырубка горных лесов. Со склонов гор, лишенных зелени, дожди смывают почву, делая изменения необратимыми. Новые лесопосадки тут уже не приживутся. На равнинах происходит эрозия почв, снижается их плодородие, местное население лишается основного хлеба — риса. Реки выносят смытую с полей почву в море. Если поблизости находятся богатые животным и растительным населением коралловые рифы, то мельчайшие почвенные частицы оседают и на прибрежных кораллах. Это означает, что заодно уничтожается еще один лес — подводный. Заиленная вода не пропускает солнечные лучи, и уникальный коралловый мир погибает, а местное население лишается рыбы.

Одна из причин, приводящих к опустыниванию, — перевыпас скота. С увеличением его поголовья увеличивается нагрузка на пастбища, и одновременно падает их продуктивность.

Большой ущерб почвенному слою Земли наносит засоление его в результате неправильной мелиорации. Нерациональная ирригация приводит к тому, что сначала происходит подтопление и заболачивание почвы. Соли выходят на поверхность или намываются водой, если дренажные системы не отводят эту воду. Сведение лесов становится причиной наводнений, которые тоже вносят свой вклад в процесс засоления, так как вместе с водой намывается соль.

Антропогенное засоление территории происходит за счет обогащения почвы и других субстратов различными солями — продуктами жизнедеятельности животных и человека или техногенного воздействия (бытовые сточные воды, стоки промышленных предприятий, стоки с дорог, на которых соль используется вместе с песком для предотвращения гололеда).

Уплотнение почвы и прочих субстратов вызывает нарушение воздушно-газового режима и других физических свойств. В результате изменяются плотность и пористость субстрата, содержание кислорода в корнеобитаемом слое, что приводит к нарушению корневого питания и других физиологических процессов у растений, а в итоге — к исчезновению из экосистем видов, неустойчивых к данному воздействию.

 

Биосфера, границы, функции, свойства, происхождение и эволюция биосферы.

Биосфе́ра — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

Границы биосферы. Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами. Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10—11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Свойства биосферы

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.

1. Биосфера – централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).

2. Биосфера – открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии из вне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

3. Биосфера – саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называется гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, справляясь о *** (извержение вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т.п.), благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа Ле-Гиателье-Брауна при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется. Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушается линия механического гомеостаза и принцип Ле-Гиателье-Брауна, если не в планетарных, то в крупных региональных масштабах. Результат – распад экосистем, либо появление неустойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типа агроценоза или урбанизированных комплексов.

4. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие – важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема, характеризующаяся максимальным среди других систем разнообразием. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это условие так универсально, что сформировалось в качестве закона.

5. Важнейшее свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

Живое вещество в биосфере выполняет следующие важные функции:

1. Энергетическую функцию – поглощение солнечной энергии и энергии при хемосинтезе, дальнейшая передача энергии по пищевой цепи.

2. Концентрационную функцию – избирательное накопление определенных химических веществ.

3. Средообразующую функцию – преобразование физико-химических параметров среды.

4. Транспортную функцию – перенос веществ в вертикальном и горизонтальном направлениях.

5. Деструктивную функцию – минерализация необиогенного вещества, разложение неживого неорганического вещества.

Особое место в трудах В. И. Вернадского занимает концепция эволюции биосферы. Основная идея заключается в том, что биосфера формировалась под воздействием живых организмов. Начиная же с момента возникновения жизни происходит постоянный процесс эволюции живых существ: возникают многочисленные новые виды, осуществляется смена видов на нашей планете. Естественно, изменения затрагивают и саму биосферу.

На начальных этапах развития существовали гетеротрофные анаэробные организмы, существующие в Мировом океане за счет органических веществ, возникших в результате сложных химических процессов. Затем (по мере уменьшения запасов органических веществ) появляются автотрофные организмы, способные сами создавать органические вещества, используя энергию солнечного света. В результате их жизнедеятельности (фотосинтеза) в атмосферу стал выделяться кислород. Это стало предпосылкой появления аэробных организмов. Усложнение живого, увеличение его разнообразия приводили к изменению биосферы. Следовательно, эволюция биосферы сопряжена с эволюцией форм жизни на нашей планете.

В. И. Вернадский выделял три этапа развития биосферы:

1. Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы. Ведущие факторы здесь — геохимические и климатические изменения на Земле.

2. Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления многочисленных и разнообразных эукариотных организмов — как одноклеточных, так и многоклеточных. Движущим фактором выступает биологическая эволюция.

3. Третий этап — возникновение человека, человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу.