Tipovi zajednica organizama (ekosistem, biogeocenoza, biosfera). Postavljanje ciljeva glavnih bioloških sistema: organizam, populacija, zajednica i biosfera Uloga ljudskog faktora u razvoju biosfere

Gornji sloj litosfere iu zemljišnom pokrivaču. Drugim riječima, biosfera je jedinstven dinamički sistem na površini Zemlje, stvoren i reguliran životom. Biosfera je stanište živih organizama.

Biosfera, kao specifična ljuska zemlje, objedinjuje donji dio vazdušne ljuske (atmosfere) - takozvanu troposferu, u kojoj aktivni život može postojati do visine od 10-15 km; cjelokupna vodena školjka (hidrosfera), u kojoj život prodire do najvećih dubina koje prelaze 11 km; gornji dio čvrste ljuske (litosfere) je kora od vremenskih utjecaja, obično debljine 30 - 60 m, a ponekad 100 - 200 m ili više. (Kora za vremenske prilike je skup geoloških naslaga nastalih produktima raspadanja i ispiranja stijena različitog sastava, koji ostaje na mjestu svog nastanka ili se pomiče na maloj udaljenosti, ali ne gubi vezu sa „matičnim“ stijenama.) Izvan kore za vremenske prilike, život se može otkriti samo u nekim slučajevima. Tako su mikroorganizmi pronađeni u naftonosnim vodama na dubini većoj od 4500 m. Ako uključimo u biosferu i, u kojoj je moguće postojanje mirnih rudimenata organizama, onda će vertikalno dostići 25 - 40 km. Specijalne zamke postavljene na rakete detektovale su prisustvo mikroorganizama na visinama do 85 km.

Životni procesi utiču ne samo na područja u kojima se odvija aktivan život, već i na gornje slojeve litosfere - stratosferu, čiji je mineraloški i elementarni sastav formiran geološkom prošlošću. Debljina stratosfere, prema V. I. Vernadskom, iznosi 5 - 6 km. Stratosferu stvaraju uglavnom organizmi, voda i, koji obrađuju i pomiču sedimentne stijene nakon što se izdignu iznad vode.

U biosferi postoje područja u kojima je aktivan život nemoguć. Dakle, u gornjim slojevima troposfere, kao iu najhladnijim i najtoplijim predelima zemaljske kugle, organizmi mogu postojati samo u stanju mirovanja. Sveukupnost ovih područja biosfere naziva se parabiosfera. Međutim, čak i u onim područjima biosfere gdje organizmi mogu postojati u aktivnom stanju, život je neravnomjerno raspoređen.
„Neprekidni sloj žive materije“, kako ga je nazvao V. I. Vernadsky, zauzima vodeni stup i proteže se uskom trakom između troposfere, uključujući tlo i podzemlje s korijenjem biljaka, gljivama, mikroorganizmima i zemljišnim životinjama koje se nalaze u njima, i prizemni dio troposfere gdje se nalaze nadzemni dijelovi biljaka i prenosi se najveći dio njihovog polena, spora i sjemena. Ovaj „neprekidni sloj žive materije“ naziva se fitosfera (ili fitogeosfera), budući da su biljke glavne jedinice za skladištenje energije u njemu. Debljina fitosfere je velika samo u okeanima, gde je nešto viša od 11 km, a na kopnu se meri metrima ili desetinama metara i samo u pojedinim, malim predelima raste do 100 - 150 m. Štaviše, u litosferi i hidrosferi, kao i na granici sa troposferom, organizmi provode cijeli razvojni ciklus, dok u samoj troposferi živa bića mogu samo privremeno boraviti, jer se ovdje ne mogu razmnožavati.

Koje su glavne karakteristike biosfere kao ljuske Zemlje?

Prvi znak: hemijski sastav stvoren vitalnom aktivnošću živih organizama.

Drugi znak: prisustvo tečne vode u značajnim količinama.

Treći znak: snažan protok energije sa Sunca.

Četvrti znak: prisustvo međusklopa između supstanci u tečnom, čvrstom i gasovitom stanju. Prisustvo slobodnog kiseonika je takođe veoma važno za savremenu biosferu.

V. I. Vernadsky smatrao je život, ukupnu aktivnost svih organizama na Zemlji, najmoćnijim geohemijskim faktorom koji transformiše površinu Zemlje, energetskim faktorom planetarnog razmjera i značaja, o čemu je pisao: „Od čega god se sastoje fenomeni života , energija koju tamo oslobađaju organizmi je u svom glavnom dijelu, a možda u potpunosti, energija zračenja Sunca. Preko organizama reguliše hemijske manifestacije zemljine kore.” V. I. Vernadsky je biosferu shvatio kao sve one slojeve zemljine kore na koje je tokom geološke istorije uticala aktivnost organizama. I nije slučajno što V. I. Vernadsky svoj rad „Eseji o geohemiji“ (1934) otvara poglavljem „Nauka dvadesetog veka“: tek u 20. veku. formirane su ideje o zemljinim geosferama, strukturi atoma hemijskih elemenata, cikličkih ili organogenih elemenata i mehanizmima geohemijskih transformacija. To je omogućilo naučniku da ustvrdi: "Vrtlog atoma koji ulaze i napuštaju živi organizam uspostavljen je određenom organizacijom životnog okruženja, geološki određenim mehanizmom planete - biosferom."

O GLAVLJU

1. Uvod

2. Analitički dio

2.1. Struktura biosfere.................................................................. ......................................... 4

2.2. Evolucija biosfere.................................................................. ........................................ 6

2.3. Prirodni resursi i njihovo korištenje ................................................. .................... 8

2.4. Stabilnost biosfere.................................................................. ........................................ 10

2.5. Bioproduktivnost ekosistema................................................... ............ 12

2.6. Biosfera i čovjek. Noosfera................................................ ........................ 15

2.7. Uloga ljudskog faktora u razvoju biosfere.................................. 16

2.8. Ekološki problemi biosfere.................................................................. ...................... ....

2.9. Očuvanje prirode i izgledi za racionalno upravljanje životnom sredinom ......................................... ........................................................ .............................................................. 17

3. Zaključak

UVOD

U doslovnom prijevodu, pojam "biosfera" označava sferu života iu tom smislu ga je u nauku prvi put uveo 1875. godine austrijski geolog i paleontolog Eduard Suess (1831. – 1914.). Međutim, mnogo prije toga, pod drugim nazivima, posebno "prostor života", "slika prirode", "živa ljuska Zemlje", itd., mnogi drugi prirodoslovci su njegov sadržaj razmatrali.

U početku su svi ovi pojmovi označavali samo ukupnost živih organizama koji žive na našoj planeti, iako se ponekad ukazivala na njihovu povezanost s geografskim, geološkim i kosmičkim procesima, ali se pritom više skrenula pažnja na ovisnost žive prirode od sila. i supstance neorganske prirode. Čak ni sam autor pojma "biosfera", E. Suess, u svojoj knjizi "The Face of the Earth", objavljenoj skoro trideset godina nakon uvođenja tog pojma (1909), nije uočio obrnuti efekat biosfere i definirao ga kao "skup organizama ograničenih u prostoru i vremenu i koji žive na površini Zemlje."

Prvi biolog koji je jasno ukazao na ogromnu ulogu živih organizama u formiranju zemljine kore bio je J. B. Lamarck (1744 - 1829). Naglasio je da su sve tvari koje se nalaze na površini globusa i formiraju njegovu koru nastale djelovanjem živih organizama.

Biosfera (u modernom smislu) je svojevrsna ljuska Zemlje koja sadrži cjelokupnu cjelinu živih organizama i onaj dio tvari planete koji je u neprekidnoj razmjeni sa tim organizmima.

Biosfera pokriva donji dio atmosfere, hidrosferu i gornji dio litosfere.

Svi živi organizmi koji naseljavaju našu planetu ne postoje sami za sebe, oni zavise od okoline i doživljavaju njen uticaj. To je precizno koordiniran kompleks mnogih faktora okoline, a prilagođavanje živih organizama na njih određuje mogućnost postojanja svih vrsta organizama i najraznovrsnijeg formiranja njihovog života.

Živa priroda je složeno organizovan, hijerarhijski sistem. Postoji nekoliko nivoa organizacije žive materije.

1.Molecular. Svaki živi sistem se manifestuje na nivou interakcije bioloških makromolekula: nukleinskih kiselina, polisaharida i drugih važnih organskih supstanci.

2. Cellular.Ćelija je strukturna i funkcionalna jedinica reprodukcije i razvoja svih živih organizama koji žive na Zemlji. Nećelijskih oblika života nema, a postojanje virusa samo potvrđuje ovo pravilo, jer oni mogu pokazati svojstva živih sistema samo u ćelijama.

3. Organski. Organizam je integralni jednoćelijski ili višećelijski živi sistem sposoban za samostalno postojanje. Višećelijski organizam formiran je skupom tkiva i organa specijaliziranih za obavljanje različitih funkcija.

4. Populacija-vrsta. Pod vrstom se podrazumijeva skup jedinki koje su slične po strukturnoj i funkcionalnoj organizaciji, imaju isti kariotip i jedno porijeklo i zauzimaju određeno stanište, slobodno se međusobno križaju i daju plodno potomstvo, koje karakterizira slično ponašanje i određeni odnosi sa druge vrste i faktori nežive prirode.

Skup organizama iste vrste, ujedinjenih zajedničkim staništem, stvara populaciju kao sistem supraorganizma. U ovom sistemu se provode najjednostavnije, elementarne evolucione transformacije.

5. Biogeocenotika. Biogeocenoza je zajednica, skup organizama različitih vrsta i različite složenosti organizacije sa svim faktorima njihovog specifičnog staništa - komponentama atmosfere, hidrosfere i litosfere.

6.Biosfera. Biosfera je najviši nivo organizacije života na našoj planeti. Sadrži živu materiju – ukupnost svih živih organizama, neživu ili inertnu materiju i bioinertnu materiju (tlo).

ANALITIČKI DIO.

1. Struktura biosfere.

Biosfera uključuje: živa materija, formiran zbirkom organizama; nutrijent, koji nastaje u procesu vitalne aktivnosti organizama (atmosferski gasovi, ugalj, nafta, treset, krečnjak, itd.); inertna materija, koji nastaje bez učešća živih organizama; bioinertna supstanca, što je zajednički rezultat vitalne aktivnosti organizama i nebioloških procesa (na primjer, tla).

Inertna materija biosfere.

Granice biosfere određuju faktori životne sredine koji onemogućavaju postojanje živih organizama. Gornja granica prolazi na visini od približno 20 km od površine planete i ograničena je slojem ozona, koji blokira životno razorno ultraljubičasto zračenje Sunca kratkih talasa. Dakle, živi organizmi mogu postojati u troposferi i nižoj stratosferi. U hidrosferi zemljine kore, organizmi prodiru u cijelu dubinu Svjetskog okeana - do 10-11 km. U litosferi život se nalazi na dubini od 3,5-7,5 km, što je određeno temperaturom zemljine unutrašnjosti i uslovima prodiranja tekuće vode.

Atmosfera.

Preovlađujući elementi hemijskog sastava atmosfere: N 2 (78%), O 2 (21%), CO 2 (0,03%). Stanje atmosfere ima veliki uticaj na fizičke, hemijske i biološke procese na površini Zemlje i u vodenoj sredini. Za biološke procese najvažniji su: kisik koji se koristi za disanje i mineralizaciju mrtve organske tvari, ugljični dioksid, uključen u fotosintezu, i ozon koji štiti površinu zemlje od tvrdog ultraljubičastog zračenja. Dušik, ugljični dioksid i vodena para nastali su uglavnom zbog vulkanske aktivnosti, a kisik kao rezultat fotosinteze.

Hidrosfera.

Preovlađujući elementi hemijskog sastava hidrosfere: Na +, Mg 2+, Ca 2+, Cl -, S, C. Voda je najvažnija komponenta biosfere i jedan od neophodnih faktora za postojanje živih organizama. . Njegov glavni dio (95%) nalazi se u Svjetskom okeanu, koji zauzima oko 70% površine globusa i sadrži 1300 miliona km 3. Površinske vode (jezera, rijeke) obuhvataju samo 0,182 miliona km 3, a količina vode u živim organizmima je samo 0,001 miliona km 3. Glečeri sadrže značajne rezerve vode (24 miliona km 3). Od velike važnosti su plinovi otopljeni u vodi: kisik i ugljični dioksid. Njihova količina uveliko varira u zavisnosti od temperature i prisustva živih organizama. U vodi ima 60 puta više ugljičnog dioksida nego u atmosferi. Hidrosfera je nastala u vezi sa razvojem litosfere, koja je tokom geološke istorije Zemlje oslobađala velike količine vodene pare.

Litosfera.

Preovlađujući elementi hemijskog sastava hidrosfere: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Najveći deo organizama koji žive unutar litosfere nalazi se u sloju tla čija dubina ne prelazi nekoliko metara. Zemljište uključuje minerale koji nastaju prilikom razaranja stijena, te organske tvari - otpadne proizvode organizama.

Živi organizmi (živa materija).

Iako su granice biosfere prilično uske, živi organizmi unutar njih su raspoređeni vrlo neravnomjerno. Na velikim visinama iu dubinama hidrosfere i litosfere, organizmi su relativno rijetki. Život je koncentrisan uglavnom na površini Zemlje, u tlu i u prizemnom sloju okeana. Ukupna masa živih organizama procijenjena je na 2,43x10 12 tona.Biomasa organizama koji žive na kopnu je 99,2% predstavljena zelenim biljkama i 0,8% životinjama i mikroorganizmima. Nasuprot tome, u okeanu biljke čine 6,3%, a životinje i mikroorganizmi 93,7% ukupne biomase. Život je fokusiran uglavnom na zemlju. Ukupna biomasa okeana je samo 0,03x10 12 tona, ili 0,13% biomase svih bića koja žive na Zemlji.

Važan obrazac se uočava u distribuciji živih organizama prema sastavu vrsta. Od ukupnog broja vrsta, 21% su biljke, ali njihov doprinos ukupnoj biomasi iznosi 99%. Među životinjama, 96% vrsta su beskičmenjaci, a samo 4% su kičmenjaci, od kojih su desetina sisari. Masa žive materije je samo 0,01-0,02% inertne materije biosfere, ali igra vodeću ulogu u geohemijskim procesima. Organizmi iz okoline dobijaju supstance i energiju neophodne za metabolizam. Ograničene količine žive materije se ponovo stvaraju, transformišu i razgrađuju. Svake godine, zahvaljujući vitalnoj aktivnosti biljaka i životinja, reprodukuje se oko 10% biomase.

2. Evolucija biosfere.

Sve komponente biosfere su u bliskoj interakciji jedna s drugom, čineći integralni, složeno organizirani sistem, koji se razvija prema vlastitim unutrašnjim zakonima i pod utjecajem vanjskih sila, uključujući i kosmičke (sunčevo zračenje, gravitacijske sile, magnetna polja Sunca, Mjesec i druga nebeska tijela)

Prema savremenim idejama, razvoj beživotne geosfere, tj. ljuska koju je formirala Zemljina supstanca nastala je u ranim fazama postojanja naše planete, prije više milijardi godina. Promjene u izgledu Zemlje bile su povezane s geološkim procesima koji su se odvijali u zemljinoj kori, na površini i u dubokim slojevima planete, a manifestovale su se u vulkanskim erupcijama, zemljotresima, pomjeranju kore i izgradnji planina. Takvi procesi se još uvijek odvijaju na beživotnim planetama Sunčevog sistema i njihovim satelitima - Marsu, Veneri i Mjesecu.

Nastankom života (samorazvijajućih stabilnih oblika), isprva polako i slabo, a zatim sve brže i značajnije, počeo se očitovati utjecaj žive tvari na geološke procese Zemlje.

Aktivnost žive materije, koja je prodrla u sve krajeve planete, dovela je do pojave nove formacije - biosfere - usko povezanog jedinstvenog sistema geoloških i bioloških tela i procesa transformacije energije i materije. Obim transformacija koje provodi živa materija dostigao je planetarne razmjere, značajno promijenivši izgled i evoluciju Zemlje.

Tako je, na primjer, kao rezultat procesa fotosinteze - aktivnosti zelenih biljaka, formiran savremeni plinski sastav atmosfere, u njemu se pojavio kisik. Zauzvrat, na aktivnost fotosinteze značajno utječu koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi, prisutnost vlage i topline.

Tlo je u potpunosti rezultat aktivnosti žive materije u inertnoj (neživoj) sredini. Odlučujuću ulogu u ovom procesu imaju klima, topografija, aktivnost mikroorganizama i biljaka, te matične stijene. Biosfera, koja je nastala i formirana prije 1-2 milijarde godina (prvi otkriveni ostaci živih organizama datiraju iz ovog vremena), nalazi se u stalnoj dinamičkoj ravnoteži i razvoju.

U biosferi, kao iu svakom ekosistemu, postoji ciklus vode, planetarna kretanja vazdušnih masa, kao i biološki ciklus koji karakteriše kapacitet – broj hemijskih elemenata koji su istovremeno deo žive materije u datom ekosistemu, i brzina - količina žive materije koja se formira i razlaže u jedinici vremena. Kao rezultat toga, na Zemlji se održava veliki geološki ciklus supstanci, gdje svaki element karakterizira vlastita stopa migracije u velikim i malim ciklusima. Brzine svih ciklusa pojedinih elemenata u biosferi su usko povezane jedna s drugom.

Ciklusi energije i materije uspostavljeni tokom mnogo miliona godina u biosferi su samoodrživi na globalnom nivou, iako lokalne promjene u strukturi i karakteristikama pojedinačnih ekosistema (biogeocenoza) koji čine biosferu mogu biti značajne.

Čak iu ranim fazama evolucije, živa materija se širila po beživotnim prostorima planete, zauzimajući sva mjesta potencijalno dostupna životu, mijenjajući ih i pretvarajući ih u staništa. I već u davna vremena, razni oblici života i vrste biljaka, životinja, mikroorganizama i gljiva okupirali su cijelu planetu. Živa organska materija može se naći i u dubinama okeana, i na vrhovima najviših planina, i u večnim snegovima polarnog regiona, i u vrelim vodama izvora u vulkanskim predelima.

V. I. Vernadsky je ovu sposobnost raspodjele žive tvari nazvao „sveprisutnošću života“.

Evolucija biosfere išla je putem usložnjavanja strukture bioloških zajednica, umnožavanja broja vrsta i poboljšanja njihove prilagodljivosti. Evolucijski proces je praćen povećanjem efikasnosti pretvaranja energije i materije od strane bioloških sistema: organizama, populacija, zajednica.

Vrhunac evolucije života na Zemlji bio je čovjek, koji je kao biološka vrsta, na osnovu brojnih promjena, stekao ne samo svijest (savršen oblik prikaza okolnog svijeta), već i sposobnost izrade i upotrebe oruđa u svom život.

Pomoću oruđa rada, čovječanstvo je počelo stvarati praktično umjetno okruženje za svoje stanište (naselja, domove, odjeću, hranu, automobile i još mnogo toga). Od tada je evolucija biosfere ušla u novu fazu, u kojoj je ljudski faktor postao moćna prirodna pokretačka snaga.

Prirodni resursi i njihovo korištenje.

Biološki, pa i prehrambeni, resursi planete određuju mogućnosti ljudskog života na Zemlji, a mineralni i energetski resursi služe kao osnova za materijalnu proizvodnju ljudskog društva. Među prirodnim resursima planete postoje iscrpljiva I neiscrpna resurse.

Neiscrpni resursi.

Neiscrpni resursi se dijele na prostor, klimu i vodu. To je energija sunčevog zračenja, morskih valova i vjetra. Uzimajući u obzir ogromnu masu zraka i vode na planeti, atmosferski zrak i voda smatraju se neiscrpnim. Izbor je relativan. Na primjer, slatka voda se već može smatrati ograničenim resursom, budući da je akutna nestašica vode nastala u mnogim regijama svijeta. Možemo govoriti o neravnomjernosti njegove distribucije i nemogućnosti korištenja zbog zagađenja. Atmosferski kiseonik se takođe konvencionalno smatra neiscrpnim resursom.

Savremeni ekološki naučnici smatraju da se uz trenutni nivo tehnologije za korištenje atmosferskog zraka i vode ovi resursi mogu smatrati neiscrpnim samo kada se razvijaju i implementiraju veliki programi usmjereni na vraćanje njihovog kvaliteta.

Iscrpni resursi.

Iscrpni resursi se dijele na obnovljive i neobnovljive.

Obnovljivi resursi uključuju floru i faunu i plodnost tla. Među obnovljivim prirodnim resursima, šume igraju glavnu ulogu u životu ljudi. Šuma je od velikog značaja kao geografski i ekološki faktor. Šume sprječavaju eroziju tla i zadržavaju površinske vode, tj. služe kao akumulatori vlage i pomažu u održavanju nivoa podzemnih voda. Šume su dom životinja od materijalne i estetske vrijednosti za čovjeka: kopitara, krznaša i divljači. U našoj zemlji šume zauzimaju oko 30% ukupne kopnene površine i jedan su od prirodnih resursa.

Neobnovljivi resursi uključuju minerale. Njihova upotreba od strane ljudi počela je u neolitu. Prvi metali koji su našli upotrebu bili su prirodno zlato i bakar. Bili su u stanju da izvade rude koje su sadržavale bakar, kalaj, srebro i olovo već 4000 godina prije Krista. Čovjek je danas u sferu svoje industrijske djelatnosti unio dominantan dio poznatih mineralnih resursa. Ako je u zoru civilizacije osoba koristila samo 20-ak hemijskih elemenata za svoje potrebe, početkom 20. stoljeća - oko 60, a sada više od 100 - gotovo cijeli periodni sistem. Godišnje se iskopa (izvuče iz geosfere) oko 100 milijardi tona rude, goriva i mineralnih đubriva, što dovodi do iscrpljivanja ovih resursa. Sve više raznih ruda, uglja, nafte i gasa vadi se iz utrobe zemlje. U savremenim uslovima značajan dio Zemljine površine je oran ili predstavlja potpuno ili djelimično kultivisane pašnjake za domaće životinje. Razvoj industrije i poljoprivrede zahtijevao je velike površine za izgradnju gradova, industrijskih preduzeća, razvoj mineralnih sirovina i izgradnju komunikacija. Dakle, do danas je oko 20% zemljišta transformisano od strane ljudi.

Značajne površine kopnene površine isključene su iz ljudske ekonomske aktivnosti zbog nagomilavanja industrijskog otpada na njemu i nemogućnosti korištenja površina na kojima se eksploatiraju rudarski i mineralni resursi.

Čovjek je oduvijek koristio okolinu uglavnom kao izvor resursa, međutim, veoma dugo njegove aktivnosti nisu imale primjetan utjecaj na biosferu. Tek krajem prošlog veka promene u biosferi pod uticajem ekonomske aktivnosti privukle su pažnju naučnika. Ove promjene se povećavaju i trenutno utiču na ljudsku civilizaciju. Nastojeći poboljšati svoje životne uvjete, čovječanstvo neprestano povećava tempo materijalne proizvodnje, ne razmišljajući o posljedicama. Ovakvim pristupom većina resursa uzetih iz prirode vraća joj se u obliku otpada, često otrovnog ili neprikladnog za odlaganje. To predstavlja prijetnju i za postojanje biosfere i za samog čovjeka.

4. Stabilnost biosfere.

Koja je stabilnost biosfere, odnosno njena sposobnost da se nakon bilo kakvih uznemirujućih uticaja vrati u prvobitno stanje? Veoma je velika. Biosfera postoji oko 3,8 milijardi godina (Sunce i planete su oko 4,6 milijardi) i za to vrijeme njena evolucija nije prekinuta: to proizilazi iz činjenice da svi živi organizmi, od virusa do ljudi, imaju istu genetsku agenciju. kod napisan u molekuli DNK, a njihovi proteini su izgrađeni od 20 aminokiselina, istih u svim organizmima. I koliko god da su uznemirujući uticaji bili veliki, a neki od njih se mogu klasifikovati kao globalne katastrofe koje su dovele do izumiranja mnogih vrsta, u biosferi su uvek postojale unutrašnje rezerve za obnovu i razvoj.

Samo u posljednjih 570 miliona godina dogodilo se šest velikih katastrofa. Kao rezultat jedne od njih, broj porodica morskih životinja smanjen je za više od 40%. Najveća katastrofa na granici perioda perma i trijasa (prije 240 miliona godina) dovela je do izumiranja oko 70% vrsta, a katastrofa na granici perioda krede i tercijara (prije 67 miliona godina) dovela je do izumiranja oko 70% vrsta. izumiranje gotovo polovine vrsta (tada su izumrli i dinosauri).

Razlozi za takve kataklizme mogu biti različiti: zahlađenje klime, velike vulkanske erupcije sa velikim izlivanjem lave, povlačenje okeana, udari velikih meteorita - biota se još razvijala, prilagođavajući se okruženju i istovremeno vršeći snažan transformativni uticaj na potonje. Formiranje atmosferskog kisika i povećanje njegove koncentracije, inače, također se pokazalo katastrofalnim za neke vrste - izumrle su, dok se u isto vrijeme razvoj drugih ubrzao. Shodno tome se smanjio i sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi. Ugljik se počeo akumulirati u bioti i detritusu (mrtva organska tvar: lišće, osušeno drveće, treset, ugalj, nafta) i pretvarati se u ugalj, naftu i plin. U okeanima su se formirale debele morske naslage karbonata (krečnjak, kreda, mermer) i silikata od školjki i skeleta morskih organizama. Trakaste željezne rude, koje čine glavne industrijske rezerve željeza, uključujući i rezerve Kurske magnetne anomalije, nastale su prije oko 2 milijarde godina pod utjecajem kisika koji oslobađaju fotosintetske bakterije (tek nakon toga kisik se počeo akumulirati u atmosferi ). Brojni organizmi koji akumuliraju određene elemente učestvovali su u stvaranju naslaga drugih minerala.

Biota je prošla ogroman evolucijski put od najjednostavnijih organizama do životinja i biljaka i dosegla raznolikost vrsta, koju istraživači procjenjuju na 2-10 milijuna vrsta životinja, biljaka i mikroorganizama, od kojih je svaka zauzela svoju ekološku nišu.

Stanje biote uslovljeno je uglavnom fizičko-hemijskim karakteristikama životne sredine. Skup prosječnih dugoročnih karakteristika atmosfere, hidrosfere i kopnene klime nazivamo. Glavna klimatska karakteristika - temperatura na površini Zemlje - se relativno malo promijenila tokom evolucije biote (sa trenutnom vrijednošću prosječne globalne temperature od 288 0 K (Kelvinova skala broji stepene od apsolutne nule, 288 0 = 15 0) se mijenja , uzimajući u obzir ledena doba, nije prelazio 10-20 0).

Iako fizički i hemijski procesi u životnoj sredini imaju određeni uticaj na stanje ekosistema i biosfere u celini, snažan je i suprotan uticaj biote na životnu sredinu. Štaviše, utiče i na pozitivne i na negativne povratne informacije, pa se njen razvoj ponekad ubrzava, a ponekad usporava.

Ali ovaj ciklus nije zatvoren, nije stacionaran, kao što pokazuju geološki podaci i teorijski modeli koji sadrže CO 2 u atmosferi (i pripadajući sadržaj O 2) u proteklih 570 miliona godina više puta su fluktuirali, a količina CO 2 svaki put jednom smanjio ili povećao nekoliko puta. U nekim slučajevima to je doprinijelo razvoju biote, dok je u drugim ometalo.

Spori geohemijski ciklus također nije zatvoren: CO 2 ulazi u atmosferu kroz vulkane i troši se na trošenje stijena i formiranje biote. Dio atmosferskog ugljika se taloži i zakopava dugo vremena, stvarajući rezerve fosilnih goriva, a oslobođeni kisik ulazi u atmosferu. Kao rezultat toga, tokom 4 milijarde godina, koncentracija CO 2 u atmosferi se smanjila za 100 - 1000 puta (zbog slabljenja vulkanizma, kao rezultat potrošnje radioaktivnih elemenata u utrobi Zemlje), što je negativno utiče na ishranu biljaka. Istovremeno, akumulacija kisika u atmosferi naglo je ubrzala razvoj biote, ali nije bila korisna za najanaerobnije (bez kisika) organizme, uslijed čije vitalne aktivnosti se pojavio kisik. Gotovo su ih potpuno zamijenili novonastali aerobni organizmi.

Veliki uticaj biote na životnu sredinu doveo je neke istraživače do zaključka da bi biota u životnoj sredini mogla da održava uslove koji su pogodni za njen život. Ali ova hipoteza je u suprotnosti s nizom faktora (masovno izumiranje, nestanak milijardi vrsta), kao i Darwinovom teorijom evolucije. Biota nije održavala uslove životne sredine optimalne za žive organizme, pa mnogi organizmi i vrste nisu mogli da prežive promene geografskih i klimatskih uslova. Procjenjuje se da je nekoliko milijardi vrsta nestalo tokom postojanja biosfere, dok ih sada postoji nekoliko miliona. Ali organizmi koji su uspjeli preživjeti promjenjive uvjete doveli su do novih vrsta. Upravo je prilagođavanje na promjenjive uvjete okoline stvorilo brojne i prilagođene vrste, odnosno pokretalo evoluciju, kao što je Darwin prvi pokazao. Ako bi bila tačna pretpostavka da bi biota koja postoji u određenom trenutku mogla održavati parametre okoliša u svojim optimalnim granicama, tada bi klima i bogata vegetacija karbonskog perioda sada mogli postojati, ali bi evolucija biote prestala.

Postoje dokazi da je nastanak ljudi kao vrste bio olakšan teškim uslovima životne sredine u kojima su živeli naši preci. Kada je naučio da održava povoljne uslove za svoje postojanje, njegova evolucija kao biološke vrste je prestala, zamenjena evolucijom društva.

Dakle, u procesu razvoja biote postojali su periodi održivog razvoja i periodi katastrofa.

Bioproduktivnost ekosistema.

Stopa kojom proizvođači ekosistema fiksiraju sunčevu energiju u hemijske veze sintetizirane organske tvari određuje produktivnost zajednice. Organska masa koju biljke stvaraju u jedinici vremena naziva se primarna proizvodnja zajednice. Proizvodi se kvantitativno izražavaju u vlažnoj ili suvoj masi biljaka ili u energetskim jedinicama - ekvivalentni broj džula.

Bruto primarna proizvodnja- količina tvari koju biljke stvaraju u jedinici vremena pri datoj brzini fotosinteze. Dio ove proizvodnje odlazi na održavanje vitalne aktivnosti samih biljaka (trošenje na disanje). Ovaj dio može biti prilično velik, kreće se od 40 do 70% bruto proizvodnje. Preostali dio stvorene organske mase karakterizira neto primarnu proizvodnju, koja predstavlja količinu rasta biljaka, rezervu energije za potrošače i razlagače. Budući da se prerađuje u lancima ishrane, koristi se za obnavljanje mase heterotrofnih organizama. Povećanje mase potrošača u jedinici vremena je sekundarni proizvodi zajednice. Izračunava se posebno za svaki trofički nivo, jer Do povećanja mase na svakom od njih dolazi zbog energije koja dolazi iz prethodnog. Heterotrofi, budući uključeni u trofičke lance, na kraju žive od neto primarne proizvodnje zajednice. U različitim ekosistemima konzumiraju ga u različitoj potpunosti. Ako stopa primarne proizvodnje u lancima ishrane zaostaje za stopom rasta biljaka, to dovodi do postepenog povećanja ukupne biomase proizvođača. Biomasa se podrazumijeva kao ukupna masa organizama u datoj grupi ili čitavoj zajednici u cjelini. Biomasa se često izražava u ekvivalentnim energetskim jedinicama.

Nedovoljno iskorišćenje proizvoda stelje u lancima raspadanja dovodi do akumulacije organske materije, što se dešava, na primer, kada močvare postanu tresetne i plitka vodena tela zarastu. Biomasa zajednice sa uravnoteženim ciklusom supstanci ostaje relativno konstantna, jer Gotovo sva primarna proizvodnja se troši za potrebe ishrane i reprodukcije.

Najvažniji praktični rezultat energetskog pristupa proučavanju ekosistema bilo je sprovođenje istraživanja u okviru Međunarodnog biološkog programa, koje od 1969. godine sprovode naučnici iz celog sveta u cilju proučavanja potencijalne biološke produktivnosti Zemlje.

Globalna distribucija primarnih bioloških proizvoda je izuzetno neujednačena. Najveće apsolutno povećanje biljnog života dostiže u prosjeku 25 g dnevno u vrlo povoljnim uvjetima. Na velikim površinama produktivnost ne prelazi 0,1 g/m (vruće pustinje i polarne pustinje). Ukupna godišnja proizvodnja suve organske materije na Zemlji je 150-200 milijardi tona. Otprilike trećina se formira u okeanima, oko dvije trećine na kopnu. Gotovo sva neto primarna proizvodnja na Zemlji služi za održavanje života svih heterotrofnih organizama. Energija koju potrošači nedovoljno koriste pohranjuje se u njihovim tijelima, organskim sedimentima vodnih tijela i humosu tla.

Efikasnost vezivanja sunčevog zračenja za vegetaciju opada sa nedostatkom toplote i vlage, sa nepovoljnim fizičko-hemijskim svojstvima tla, itd. Produktivnost vegetacije se mijenja ne samo tokom prijelaza iz jedne klimatske zone u drugu, već i unutar svake zone.

Za pet kontinenata svijeta prosječna produktivnost varira relativno malo. Izuzetak je Južna Amerika, u kojoj su uslovi za razvoj vegetacije veoma povoljni.

Prehranu ljudi obezbjeđuju uglavnom poljoprivredne kulture, koje zauzimaju oko 10% površine zemljišta (oko 1,4 milijarde hektara). Ukupan godišnji prirast gajenih biljaka iznosi oko 16% ukupne produktivnosti zemljišta, od čega je najveći dio u šumama. Otprilike 1/2 uroda ide direktno u ishranu ljudi, ostatak se koristi za ishranu domaćih životinja, koristi se u industriji i gubi se u otpadu. Ukupno, ljudi troše oko 0,2% primarne proizvodnje na Zemlji.

Biljna hrana je energetski jeftinija za ljude od životinjske hrane. Poljoprivredna područja, uz racionalnu upotrebu i distribuciju proizvoda, mogla bi izdržavati otprilike dvostruko više od sadašnjeg stanovništva Zemlje. Ali to zahtijeva mnogo rada i kapitalnih ulaganja. Posebno je teško obezbijediti stanovništvo sekundarnim proizvodima. Ishrana osobe treba da sadrži najmanje 30 g proteina dnevno. Resursi dostupni na Zemlji, uključujući stočne proizvode i rezultate ribolova na kopnu i u okeanu, mogu godišnje osigurati oko 50% potreba modernog stanovništva Zemlje. Većina svjetske populacije je tako u stanju proteinske gladi, a značajan dio ljudi pati i od opšte pothranjenosti.

Stoga je povećanje bioproduktivnosti ekosistema, a posebno sekundarnih proizvoda, jedan od glavnih izazova s ​​kojima se čovječanstvo suočava.

6. Biosfera i čovjek. Noosfera.

Vernadsky, analizirajući geološku istoriju Zemlje, tvrdi da postoji prelazak biosfere u novo stanje - u noosferu pod uticajem nove geološke sile, naučne misli čovečanstva. Međutim, u djelima Vernadskog ne postoji potpuna i dosljedna interpretacija suštine materijalne noosfere kao transformirane biosfere. U nekim slučajevima pisao je o noosferi u budućem vremenu (još nije stiglo), u drugim u sadašnjem (ulazimo), a ponekad je nastanak noosfere povezivao s pojavom Homo sapiensa ili sa pojava industrijske proizvodnje. Treba napomenuti da kada je, kao mineralog, Vernadsky pisao o geološkoj aktivnosti čovjeka, još nije koristio koncepte "noosfere", pa čak i "biosfere". O nastanku noosfere na Zemlji najdetaljnije je pisao u svom nedovršenom djelu “Naučna misao kao planetarni fenomen”, ali uglavnom sa stanovišta istorije nauke.

Dakle, šta je noosfera: utopija ili prava strategija preživljavanja? Radovi Vernadskog omogućavaju sadržajniji odgovor na postavljeno pitanje, jer ukazuju na niz specifičnih uslova neophodnih za formiranje i postojanje noosfere. Navodimo ove uslove:

1. ljudsko naseljavanje cijele planete;

2. dramatična transformacija u sredstvima komunikacije i razmjene između zemalja;

3. jačanje veza, uključujući i političke, između svih zemalja na Zemlji;

4. početak prevlasti geološke uloge čovjeka nad ostalim geološkim procesima koji se dešavaju u biosferi;

5. proširenje granica biosfere i pristup svemiru;

6. otkrivanje novih izvora energije;

7. ravnopravnost ljudi svih rasa i religija;

8. povećanje uloge naroda u rješavanju pitanja vanjske i unutrašnje politike;

9. sloboda naučne misli i naučnog istraživanja od pritiska religijskih, filozofskih i političkih konstrukata i stvaranje u državnom sistemu uslova povoljnih za slobodnu naučnu misao;

10. dobro osmišljen sistem javnog obrazovanja i povećanje blagostanja radnika. Stvaranje prave mogućnosti za sprečavanje pothranjenosti i gladi, siromaštva i značajno smanjenje bolesti;

11.razumna transformacija primarne prirode Zemlje kako bi ona bila sposobna da zadovolji sve materijalne, estetske i duhovne potrebe brojčano rastuće populacije;

12. isključivanje ratova iz života društva.

7. Uloga ljudskog faktora u razvoju biosfere.

Centralna tema doktrine noosfere je jedinstvo biosfere i čovečanstva. Vernadsky u svojim djelima otkriva korijene ovog jedinstva, važnost organizacije biosfere u razvoju čovječanstva. To nam omogućava da shvatimo mjesto i ulogu povijesnog razvoja čovječanstva u evoluciji biosfere, obrasce njenog prelaska u noosferu.

Jedna od ključnih ideja koja leži u osnovi Vernadskyjeve teorije noosfere je da čovjek nije samodovoljno živo biće, da živi odvojeno prema vlastitim zakonima, on koegzistira u prirodi i dio je nje. Ovo jedinstvo je prvenstveno posledica funkcionalnog kontinuiteta životne sredine i čoveka, što je Vernadski pokušao da pokaže kao biogeohemičar. Čovečanstvo je samo po sebi prirodni fenomen i prirodno je da uticaj biosfere utiče ne samo na životnu sredinu već i na način razmišljanja.

Ali ne samo da priroda utiče na ljude, postoji i povratna informacija. Štoviše, nije površan, odražavajući fizički utjecaj čovjeka na okolinu, mnogo je dublji. To dokazuje činjenica da su planetarne geološke sile u posljednje vrijeme postale primjetno aktivnije. „...sve jasnije vidimo geološke sile oko nas u akciji. To se, nimalo slučajno, poklopilo sa prodorom u naučnu svest uverenja o geološkom značaju Homo sapiensa, sa identifikacijom novog stanja biosfere - noosfere - i jedan je od oblika njenog izražavanja. Povezan je, naravno, prvenstveno sa razjašnjavanjem prirodno-naučnog rada i mišljenja unutar biosfere, gde živa materija igra glavnu ulogu.” Tako se u poslednje vreme dramatično promenio odraz živih bića na okolnu prirodu. Zahvaljujući tome, proces evolucije se prenosi na područje minerala. Zemlja, voda i vazduh se dramatično menjaju. Odnosno, sama evolucija vrsta pretvorila se u geološki proces, budući da se u procesu evolucije pojavila nova geološka sila. Vernadsky je napisao: “Evolucija vrsta prelazi u evoluciju biosfere.”

Vernadsky je vidio neizbježnost noosfere, pripremljene i evolucijom biosfere i istorijskim razvojem čovječanstva. Sa stanovišta noosferskog pristupa, moderne bolne tačke u razvoju svjetske civilizacije gledaju se drugačije. Varvarski odnos prema biosferi, opasnost od globalne ekološke katastrofe, proizvodnja sredstava za masovno uništenje - sve to treba da ima prolazan značaj. Pitanje radikalnog okretanja poreklu života, organizaciji biosfere u savremenim uslovima trebalo bi da zvuči kao zvono za uzbunu, poziv na razmišljanje i delovanje u biosferi – planetarnom aspektu.

Ekološki problemi biosfere.

Ekološki problemi biosfere su efekat staklene bašte, propadanje ozonskog omotača, masovna seča šuma, koja remeti proces kruženja kiseonika i ugljika u biosferi, otpad iz proizvodnje, poljoprivrede, proizvodnje energije (hidroelektrane nanose štetu prirodi i ljudima - plavljenje ogromnih površina za akumulacije, nepremostive prepreke na putevima migracije anadromnih i poluanadromnih riba koje se mrijeste u gornjim tokovima rijeka, dolazi do stagnacije vode, usporavanja toka, što utiče na život svih živih stvorenja koja žive u rijeci i u blizini rijeke; lokalno povećanje vode utječe na tlo akumulacije, što dovodi do poplava, močvare, erozije obale i klizišta; postoji opasnost od brana u područjima s visokom seizmičnošću). Sve to dovodi do globalne ekološke krize i zahtijeva hitan prijelaz na racionalno upravljanje okolišem.

Očuvanje prirode i izgledi za racionalno upravljanje životnom sredinom.

Racionalno korištenje prirodnih resursa jedini je izlaz iz situacije.

Opšti cilj upravljanja prirodnim resursima je pronalaženje najboljih ili optimalnih načina za eksploataciju prirodnih i vještačkih (npr. poljoprivrednih) ekosistema. Eksploatacija se odnosi na sakupljanje i uticaj pojedinih vidova privredne aktivnosti na uslove postojanja biogeocenoza.

Rješavanje problema stvaranja optimalnog sistema upravljanja prirodnim resursima značajno je komplicirano prisustvom ne jednog, već više kriterija optimizacije. To uključuje: postizanje maksimalnog prinosa, smanjenje troškova proizvodnje, očuvanje prirodnih krajolika, održavanje raznolikosti vrsta zajednica, osiguranje čiste životne sredine, održavanje normalnog funkcionisanja ekosistema i njihovih kompleksa.

Zaštita životne sredine i obnova prirodnih resursa treba da obuhvati:

Racionalna strategija suzbijanja štetočina, poznavanje i poštovanje agrotehničke prakse, doziranja mineralnih đubriva, dobro poznavanje ekoloških agrocenoza i procesa koji se u njima odvijaju, kao i na njihovim granicama sa prirodnim sistemima;

Unapređenje tehnologije i vađenje prirodnih resursa;

Maksimalno potpuno i sveobuhvatno izvlačenje svih korisnih komponenti iz ležišta;

Rekultivacija zemljišta nakon korištenja depozita;

Ekonomična i bezotpadna upotreba sirovina u proizvodnji;

Dubinsko čišćenje i tehnologije za korištenje proizvodnog otpada;

Recikliranje materijala nakon što proizvodi više nisu u upotrebi;

Upotreba tehnologija koje omogućavaju ekstrakciju dispergovanih minerala;

Upotreba prirodnih i fosilnih nadomjestaka za rijetke mineralne spojeve;

Zatvoreni proizvodni ciklusi (razvoj i primjena);

Primjena tehnologija za uštedu energije;

Razvoj i korištenje novih ekološki prihvatljivih izvora energije.

Općenito, ciljevi zaštite okoliša i obnove prirodnih resursa trebaju uključivati:

Lokalno i globalno logičko praćenje, tj. mjerenje i kontrola stanja najvažnijih karakteristika životne sredine, koncentracije štetnih materija u atmosferi, vodi, zemljištu;

Obnova i očuvanje šuma od požara, štetočina, bolesti;

Proširenje i povećanje broja rezervata, zona referentnih ekosistema, jedinstvenih prirodnih kompleksa;

Zaštita i uzgoj rijetkih vrsta biljaka i životinja;

Široko obrazovanje i ekološko obrazovanje stanovništva;

Međunarodna saradnja u zaštiti životne sredine.

Ovakav aktivan rad u svim oblastima ljudskog djelovanja na formiranju odnosa prema prirodi, razvoju racionalnog korištenja prirodnih resursa i ekološki prihvatljivim tehnologijama budućnosti moći će riješiti ekološke probleme današnjice i preći na skladnu saradnju sa prirodom. .

U današnje vrijeme potrošački odnos prema prirodi, povlačenje njenih resursa bez poduzimanja mjera za njihovu obnovu, postaju stvar prošlosti. Problem racionalnog korišćenja prirodnih resursa i zaštite prirode od destruktivnih posledica ljudske ekonomske delatnosti dobija nacionalni značaj.

Očuvanje prirode i racionalno upravljanje životnom sredinom kompleksan je problem, a njegovo rješavanje zavisi kako od dosljedne primjene državnih mjera usmjerenih na očuvanje ekosistema, tako i od širenja naučnih saznanja, koje je isplativo i isplativo društvu da finansira svoje vlastite blagostanje.

Za štetne materije u atmosferi zakonom su utvrđene maksimalno dozvoljene koncentracije koje ne izazivaju vidljive posledice po ljude. Kako bi se spriječilo zagađenje zraka, razvijene su mjere koje osiguravaju pravilno sagorijevanje goriva, prelazak na gasifikovano centralno grijanje i postavljanje postrojenja za tretman u industrijskim preduzećima. Osim zaštite zraka od zagađenja, postrojenja za tretman vam omogućavaju uštedu sirovina i vraćanje mnogih vrijednih proizvoda u proizvodnju. Na primjer, hvatanje sumpora iz ispuštenih plinova omogućava povećanje proizvodnje sumporne kiseline; hvatanje cementa štedi proizvodnju jednaku produktivnosti nekoliko tvornica. U topionicama aluminijuma, postavljanje filtera na cevi sprečava ispuštanje fluorida u atmosferu. Pored izgradnje postrojenja za tretman, u toku je potraga za tehnologijom kojom bi se nastanak otpada sveo na minimum. Isti cilj služi i poboljšanjem dizajna automobila i prelaskom na druge vrste goriva (tečni plin, etil alkohol), čijim sagorijevanjem nastaje manje štetnih tvari. Automobil sa električnim motorom se razvija za kretanje po gradu. Pravilan raspored grada i zelenih površina je od velikog značaja. Drveće čisti vazduh od tečnih i čvrstih čestica (aerosola) suspendovanih u njemu i apsorbuje štetne gasove. Na primjer, sumpor dioksid dobro apsorbiraju topola, lipa, javor, divlji kesten, fenoli - jorgovan, dud i bazga.

Kućne i industrijske otpadne vode se podvrgavaju mehaničkom, fizičkom i biološkom tretmanu. Biološki tretman uključuje uništavanje otopljenih organskih tvari mikroorganizmima. Voda se propušta kroz posebne rezervoare koji sadrže samo takozvani aktivni mulj, koji uključuje mikroorganizme koji oksidiraju fenole, masne kiseline, alkohole, ugljovodonike itd.

Pročišćavanje otpadnih voda ne rješava sve probleme. Stoga sve više preduzeća prelazi na novu tehnologiju - zatvoreni ciklus, u kojem se prečišćena voda ponovo ulazi u proizvodnju. Novi tehnološki procesi omogućavaju smanjenje količine vode potrebne za industrijske potrebe za desetine puta.

Zaštita tla se prvenstveno sastoji u sprečavanju neproduktivnog rasipanja organskih resursa u njihovoj integralnoj upotrebi. Na primjer, mnogo uglja se gubi u podzemnim požarima, a zapaljivi plin gori u baklji u naftnim poljima. Razvoj tehnologije za složenu ekstrakciju metala iz ruda omogućava dobijanje dodatnih vrijednih elemenata kao što su titan, kobalt, volfram, molibden itd.

Za povećanje poljoprivredne produktivnosti od velike je važnosti ispravna poljoprivredna tehnologija i provođenje posebnih mjera zaštite tla. Na primjer, borba protiv gudura uspješno se provodi sadnjom biljaka - drveća, grmlja, trave. Biljke štite tlo od ispiranja i smanjuju brzinu protoka vode. Obrada jaruga omogućava njihovo korištenje u ekonomske svrhe. Sjetva amorfe uvezene iz Amerike, koja ima moćan korijenski sistem, ne samo da efikasno sprječava gubitak tla: sama biljka daje pasulj visoke vrijednosti hrane. Raznolikost zasada i usjeva uz jarugu doprinosi formiranju postojanih biocenoza. Ptice se naseljavaju u šikarama, što je od velikog značaja za suzbijanje štetočina. Zaštitne šumske plantaže u stepama sprječavaju eroziju polja vodom i vjetrom. Razvoj bioloških metoda suzbijanja štetočina omogućava smanjenje upotrebe pesticida u poljoprivredi. Trenutno je potrebno zaštititi 2.000 biljnih vrsta, 236 vrsta sisara i 287 vrsta ptica. Međunarodna unija za očuvanje prirode uspostavila je posebnu Crvenu knjigu, koja daje informacije o ugroženim vrstama i daje preporuke za njihovo očuvanje. Mnoge ugrožene životinjske vrste sada su povratile svoj broj. Ovo se odnosi na losa, saigu, čaplju i gagu.

Očuvanje flore i faune olakšava se organizacijom prirodnih rezervata i svetilišta. Osim zaštite rijetkih i ugroženih vrsta, rezervati služe kao baza za pripitomljavanje divljih životinja s vrijednim ekonomskim svojstvima. Rezervati prirode su također centri za preseljenje životinja koje su nestale na tom području i pomažu obogaćivanju lokalne faune. Sjevernoamerički muskrat uspješno se ukorijenio u Rusiji, osiguravajući vrijedno krzno. U teškim uslovima Arktika, mošusni bikovi uvezeni iz Kanade i Aljaske uspješno se razmnožavaju. Broj dabrova, koji je početkom stoljeća gotovo nestao, je obnovljen.

Slični primjeri su brojni. Oni pokazuju da briga o prirodi, zasnovana na dubokom poznavanju biologije biljaka i životinja, ne samo da je čuva, već daje i značajan ekonomski efekat.

Mnogi ljudi vjeruju da prirodu treba zaštititi samo zbog njenih stvarnih ili potencijalnih koristi za ljude, pristup koji se naziva antropocentrični (usredsređen na čovjeka) pogled na svijet. Neki ljudi se drže biocentričnog pogleda na svijet i uvjereni su da je nedostojno čovjeka da ubrza izumiranje bilo koje vrste, jer čovjek nije ništa važniji od drugih vrsta na zemlji. “Čovjek nema superiornost nad drugim vrstama, jer je sve taština taštine”, smatraju oni. Drugi imaju ekocentričan (centar-ekosistemski) stav i vjeruju da su opravdane samo one radnje koje imaju za cilj održavanje zemaljskih sistema za održavanje života.

ZAKLJUČAK.

Dakle, vidimo da su prisutni svi ti specifični znaci, svi ili skoro svi uslovi koje je V. I. Vernadsky ukazao da bi razlikovao noosferu od prethodno postojećih stanja biosfere. Proces njenog formiranja je postepen i verovatno nikada neće biti moguće tačno naznačiti godinu ili čak deceniju od koje se prelazak biosfere u noosferu može smatrati završenim. Naravno, mišljenja o ovom pitanju mogu se razlikovati. F. T. Yanshina piše: „Učenje akademika V. I. Vernadskog o prelasku biosfere u noosferu nije utopija, već prava strategija za opstanak i postizanje razumne budućnosti za cijelo čovječanstvo.“ Mišljenje R.K. Balandina je nešto drugačije: „Biosfera se ne kreće na viši nivo složenosti, savršenstva, već se pojednostavljuje, zagađuje, degradira (neviđena stopa izumiranja vrsta, uništavanje šumskih zona, strašna erozija zemljišta...) Prelazi na niži nivo, tj. u njemu najaktivnija transformativna i regulaciona sila postaje tehno-supstanca, skup tehničkih sistema pomoću kojih osoba – uglavnom nehotice – menja čitavo područje ​​​ Sam Vernadsky, primjećujući nepoželjne, destruktivne posljedice upravljanja ljudima na Zemlji, smatrao ih je nekim troškovima. Vjerovao je u ljudski um, humanizam naučne djelatnosti, trijumf dobrote i ljepote. Neke je stvari predvidio sjajno, ali je možda u nekima pogriješio. Noosferu treba prihvatiti kao simbol vjere, kao ideal razumne ljudske intervencije u procese biosfere pod uticajem naučnih dostignuća. Moramo vjerovati u to, nadati se njegovom dolasku i poduzeti odgovarajuće mjere.

BIBLIOGRAFIJA:

1. Chernova N.M., Bylova A.M., Ekologija. Udžbenik za pedagoške institute, M., Prosveshchenie, 1988;

2. Kriksunov E.A., Pasečnik V.V., Sidorin A.P., Ekologija, M., Izdavačka kuća droplja, 1995;

3. Opća biologija. Referentni materijali, sastavio V.V. Zakharov, M., Publishing House Bustard, 1995.

4. “Vernadsky V.I.: O temeljnoj materijalnoj i energetskoj razlici između živih i inertnih tijela biosfere.” // “Vladimir Vernadsky: Biografija. Odabrani radovi. Memoari savremenika. Presude potomaka.” Comp. G.P.Aksenov. - M.: Sovremennik, 1993.

5. V.I. Vernadsky "Razmišljanja prirodnjaka. - Naučna misao kao planetarni fenomen." M., Nauka, 1977. “Proučavanje životnih pojava i nove fizike”, 1931; Biogeohemijski eseji. M.-L., izdavačka kuća Akademije nauka SSSR-a, 1940

6. Sat. "Biosfera" Art. “Nekoliko riječi o noosferi” M., Mysl, 1967.

7. "V.I. Vernadsky. Materijali za biografiju" M., izdavačka kuća "Mlada garda", 1988.

8. Lapo A.V. "Tragovi prošlih biosfera." – Moskva, 1979.

Koncept biosfere. Biosfera je ljuska života koja uključuje biljke, životinje i mikroorganizme. U određenom smislu, ljudi kao biološka vrsta i tlo kao proizvod aktivnosti živih organizama mogu se svrstati u biosferu.

Termin "biosfera" prvi je upotrebio E. Suess (austrijski geolog) 1875. godine, a doktrina biosfere nastala je tek početkom 20. veka radovima V.I. Vernadsky.

Trenutno se pojam „biosfera“ tumači na dva načina: u širem smislu – biosfera se poistovjećuje sa geografskim omotačem (sa jedinom razlikom što je geografski omotač stariji od biosfere); u užem smislu, biosfera je film, „grud života“ i posmatra se paralelno sa drugim ljuskama Zemlje.

Za gornju granicu biosfere uzima se ozonski ekran, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 25-27 km (to je visina na kojoj se još mogu naći spore i bakterije). Donja granica biosfere prolazi u litosferi na dubini od 3-5 km (gdje se pojavljuju organogene stijene i mogu postojati bakterije). Ove granice su određene za biosferu, shvaćenu u širem smislu.

Najveća koncentracija života nalazi se u relativno uskim granicama, u kontaktnoj zoni tri medija: vode, vazduha i zemlje (zemlja). Većina

Hidrosfera, donji dio troposfere i tlo su naseljeni. Ovaj tanki horizont sa najvećom koncentracijom žive materije naziva se biostroma (live cover).

Vjeruje se da je nastanak života nastao prije otprilike 3 milijarde godina (na kraju arheja) u plitkim vodenim tijelima, iz kojih se život širio u okean, a tek onda na kopno (u nedostatku ozonskog zaslona, ​​voda bio je dobar u blokiranju štetnog ultraljubičastog zračenja). Tokom perioda nastanka života, klima na Zemlji bila je topla i vlažna.

Život je dugo vremena bio „lociran“ u geografskoj ljusci u tačkama, tj. biosfera je bila slabo razvijena i vrlo diskontinuirana. Tokom geološke istorije, diverzitet živih organizama se povećao, njihova organizacija je postala složenija, a njihova ukupna masa se povećala. Razvoj života bio je neujednačen. Neke vrste su preživjele od Arheja do danas (na primjer, plavo-zelene alge), razvoj drugih linija doveo je do pojave složenih oblika života (primati, ljudi), razvoj drugih završio je njihovim izumiranjem ( dinosaurusi, mamuti itd.).

Kroz istoriju biosfere postojalo je oko 500 miliona vrsta, ali trenutno postoji samo oko 2 miliona vrsta.

Širokoj rasprostranjenosti živih organizama na Zemlji pomogla je njihova sposobnost da se prilagode raznim uvjetima okoline i njihova visoka sposobnost reprodukcije. Tako su mikroorganizmi pronađeni u islandskim gejzirima na temperaturi od +93 o C, pa čak iu permafrost zemljištu na vrlo niskim temperaturama. Spore nekih bakterija ostaju održive na temperaturama od +100 o C i ispod –200 o C. Potomak jedne od bakterija, pod odgovarajućim povoljnim uslovima, mogao bi ispuniti cijeli Svjetski okean za 5 dana, a djetelina bi mogla prekriti cijelu površinu Zemlje za 11 godina.

Trenutno sastavom biosfere dominiraju životinje - postoji oko 1,7 miliona vrsta. Na Zemlji postoji oko 400 hiljada vrsta biljaka, ali masa biljnih tvari je mnogo puta veća od mase životinja. Biljke čine skoro 97% ukupne biomase Zemlje i samo 3% - mase životinja i mikroorganizama. Ogromna većina biomase je koncentrisana na kopnu; ona premašuje biomasu okeana 1000 puta. Raznolikost vrsta u okeanu je mnogo siromašnija.

Vegetacija na kopnu čini gotovo neprekidan pokrivač - fitosferu. Biljna masa se sastoji od nadzemne (debla sa granama, listovima, iglicama; grmlje, zeljasti i mahovino-lišajevi pokrivač) i podzemne (korijenje biljaka). Na primjer, za mješovitu šumu, biljna masa iznosi skoro 400 t/ha, od čega na nadzemni dio otpada oko 300 t/ha, a na podzemni dio 100 t/ha. Na kopnu se biomasa općenito povećava od polova prema ekvatoru, a broj biljnih i životinjskih vrsta raste u istom smjeru. U tundri je biomasa oko 12 t/ha, u tajgi - oko 320 t/ha, u mješovitim i listopadnim šumama - 400 t/ha, u stepama se smanjuje na 25 t/ha, au pustinjama čak i na 12 t/ha, u savanama opet raste do 100 t/ha ili više, u tropskim šumama dostiže najviše 500 t/ha. Najmanji broj biljnih i životinjskih vrsta je u arktičkim pustinjama i tundri, a najveći u ekvatorijalnim šumama.

Biljke na kopnu sadrže više od 99% ukupne biomase zemljišta, dok životinje i mikroorganizmi sadrže samo manje od 1%. U okeanu je ovaj omjer obrnut: biljke čine više od 6%, a životinje i mikroorganizmi oko 94%. Ukupna biomasa okeana je samo 0,13% biomase cijele biosfere, iako okean zauzima površinu jednaku 71%. Dakle, otvoreni okean je u suštini vodena pustinja.

Pogledajmo bliže komponente biosfere i njihovu ulogu u geografskom omotaču Zemlje.

Mikroorganizmi (klice) je najmanji oblik života i sveprožimajući. Mikrobi su otkriveni u 17. veku. A. Levenguk. Razlikuju se sljedeće grupe mikroba:

a) po građi: jednoćelijski organizmi (alge, gljive, jednoćelijske protozoe) - imaju relativno veliku ćeliju složenog tipa (eukarioti); bakterije su strukturno jednostavniji organizmi (prokarioti);

b) prema hemijskim karakteristikama (izvor energije za biohemijske procese): fotosintetski mikroorganizmi - koriste energiju zračenja Sunca kao izvor energije i pretvaraju ugljen-dioksid u organski ugljenik (primarni proizvođači); heterotrofni mikroorganizmi - dobijaju energiju razgradnjom molekula organskog ugljika (molekularni predatori); fotosintetski i heterotrofni mikroorganizmi igraju ogromnu ulogu u geografskom omotaču: održavaju ugljik dostupan na Zemlji u stalnom kretanju;

c) o upotrebi kiseonika: aerobni - troše kiseonik; anaerobni - ne troše kiseonik.

Broj vrsta mikroorganizama je ogroman, a rasprostranjeni su svuda po Zemlji. Oni razgrađuju organsku materiju, asimiliraju atmosferski dušik itd.

Biljke - jedno od kraljevstava organskog svijeta. Njihova glavna razlika od ostalih živih organizama je sposobnost stvaranja organskih tvari iz neorganskih, zbog čega se nazivaju autotrofi . Istovremeno, zelene biljke provode fotosintezu - proces pretvaranja sunčeve energije u organsku tvar. Biljke su glavni primarni izvor hrane i energije za sve ostale oblike života na Zemlji.

Biljke su izvor kiseonika na Zemlji (ekvatorijalne šume se nazivaju "pluća" naše planete). Biljke se smatraju primarnim proizvođačima – proizvođačima. Biljke hrane cijelo čovječanstvo i na kraju su izvori energije i sirovina. Biljke štite tlo od erozije, regulišu oticanje i sastav gasova u atmosferi.

Trenutno je poznato skoro 400 hiljada vrsta biljaka koje se dijele na niže i više. Od sredine 20. veka. Od biljnog carstva izdvaja se nezavisno carstvo - gljive, koje su ranije bile klasifikovane kao niže.

Od 40 hiljada biljnih vrsta na Zemlji, 25 hiljada vrsta su angiosperme (cvjetnice). Najbogatija flora na Zemlji je tropska flora.

Životinje - organizmi koji čine jedno od kraljevstava organskog svijeta. Životinje su heterotrofi , tj. hrane se gotovim organskim jedinjenjima. Gotovo sve životinje su aktivno pokretne. Na Zemlji postoji više od 1,7 miliona vrsta životinja, od kojih su najveći broj vrsta insekata (oko 1 milion)

Životinje stvaraju sekundarne proizvode, utiču na vegetacijski pokrivač, tlo, uništavaju i mineraliziraju organsku materiju. Životinje, kao i biljke, igraju veliku ulogu u ljudskom životu.

U određenom smislu, tlo može biti i komponenta biosfere. Zemlja – gornji labavi plodni sloj zemljine kore u kojem je raspoređeno korijenje biljaka. Tlo je složena formacija koja se sastoji od dva glavna dijela: mineralnog (razrušene stijene) i organskog (humus). Tla pokrivaju većinu Zemljine površine tankim slojem - od 0 do 2 m.

Važno svojstvo tla je njegova plodnost, tj. sposobnost tla da proizvodi biljke. Tlo je osnova za rast biljaka i stanište velikog broja živih bića. Tla regulišu ravnotežu vode i utiču na formiranje pejzaža. Čuveni ruski naučnik o tlu V. V. Dokučajev nazvao je tlo „ogledalom pejzaža“.

Tla akumuliraju i pretvaraju sunčevu energiju. Zemljište je osnova poljoprivredne proizvodnje.

Biološki (mali) ciklus se kontinuirano odvija u biosferi. Interakcija živih organizama sa atmosferom, hidrosferom i litosferom odvija se kroz biološki ciklus supstanci i energije.

Biološki ciklus se sastoji od dva procesa:

– formiranje žive materije iz nežive materije usled sunčeve energije;

– razlaganje i transformacija organske materije u prostu mineralnu (inertnu).

Prvi proces je povezan sa fotosintezom koju provode zelene biljke na kopnu iu okeanu (voda). U zelenom listu biljke, zbog sunčeve svjetlosti uz sudjelovanje hlorofila, iz ugljičnog dioksida i vode nastaje organska tvar i oslobađa se slobodni kisik. Osim toga, biljke sa svojim korijenskim sistemom apsorbiraju rastvorljive mineralne tvari iz tla: dušikove, kalijeve, kalcijeve, sumporne, fosforne soli - i također pretvaraju ove tvari u organske.

Razgradnja organske materije se uglavnom dešava pod uticajem mikroorganizama. Mikroorganizmi koriste organsku materiju za svoje životne procese, a iako dio odlazi na stvaranje nove organske tvari (tijelo mikroorganizma), značajan dio organske tvari je mineraliziran, tj. organska materija se razlaže do svojih najjednostavnijih jedinjenja.

Formiranje i uništavanje organske materije su suprotni, ali neodvojivi procesi. Odsustvo jednog od njih neminovno će dovesti do izumiranja života. Savremeni život na Zemlji postoji zahvaljujući biološkom ciklusu.

Zahvaljujući biološkom ciklusu, živi organizmi utiču na sve ljuske Zemlje. Dakle, skoro sav kiseonik u Zemljinoj atmosferi je biogenog porekla. Ako se proces fotosinteze zaustavi, slobodni kisik će brzo nestati.

Velika je i uloga živih bića u hidrosferi. Organizmi kontinuirano troše i izlučuju vodu. Posebno je intenzivan proces transpiracije (isparavanje vode od strane biljaka). Sastav plina i soli oceanskih voda također je određen aktivnošću živih organizama. Kopnene vode takođe postaju hemijski aktivne uglavnom pod uticajem živih organizama.

Uticaj živih organizama na litosferu je posebno dubok i raznolik. Manifestuje se u razaranju stijena (biološko trošenje), u stvaranju organogenih stijena: krečnjaka, treseta, mrkog i kamenog uglja, nafte, plina, uljnih škriljaca. Rezerve organske materije akumulirane u zemljinoj kori su ogromne. Oni su višestruko bolji od žive organske materije. Rude željeza i mangana i fosforiti također mogu biti biogenog porijekla. Njihovo stvaranje povezano je s djelovanjem posebnih bakterija.

Tek pod uticajem živih organizama nastala su tla na Zemlji. Tla se smatraju složenom bio-inertnom formacijom, koja nastaje u procesu interakcije žive materije sa neživom materijom. Osnova za formiranje tla su planinske zemljišne stijene, a glavni faktori formiranja tla su mikroorganizmi i biljke, au manjoj mjeri i životinje u zemljištu.

Biosfera (od grčkog bios - život, sphaira - sfera)- školjka planete Zemlje u kojoj je prisutan život. Razvoj pojma "biosfera" povezan je sa engleskim geologom Eduardom Suesseom i ruskim naučnikom V. I. Vernadskyjem. Biosfera, zajedno sa litosferom, hidrosferom i atmosferom, čini četiri glavne ljuske Zemlje.

Poreklo pojma "biosfera"

Termin "biosfera" prvi je skovao geolog Eduard Suess 1875. godine kako bi označio prostor na površini Zemlje u kojem postoji život. Potpuniju definiciju pojma "biosfera" predložio je V. I. Vernadsky. On je prvi dao životu dominantnu ulogu transformativne sile naše planete, uzimajući u obzir vitalnu aktivnost organizama kako u sadašnjosti tako i u prošlosti. Geohemičari definišu pojam "biosfera" kao ukupan zbir živih organizama ("biomasa" ili "biota" kako je nazivaju biolozi i ekolozi).

Granice biosfere

Svaki dio planete, od polarnih ledenih kapa do ekvatora, naseljen je živim organizmima. Najnovija dostignuća u oblasti mikrobiologije pokazala su da mikroorganizmi žive duboko ispod površine zemlje i da možda njihova ukupna biomasa premašuje biomasu sve flore i faune na površini Zemlje.

Trenutno se stvarne granice biosfere ne mogu izmjeriti. Obično većina vrsta ptica leti na visinama između 650 i 1.800 metara, a ribe su pronađene čak i do 8.372 metra u rovu Portorika. Ali postoje i ekstremniji primjeri života na planeti. Afrički sup, ili Rüppelov sup, viđen je na visinama od preko 11.000 metara, planinske guske obično migriraju na nadmorske visine od najmanje 8.300 metara, divlji jakovi žive u planinskim predjelima Tibeta na nadmorskoj visini od oko 3.200 - 5.400 metara. nivoa, a planinske koze žive na visinama do 3000 metara.

Mikroskopski organizmi su sposobni živjeti u ekstremnijim uvjetima, a ako ih uzmemo u obzir, debljina biosfere je mnogo veća nego što smo zamišljali. Neki mikroorganizmi otkriveni su u gornjim slojevima Zemljine atmosfere na visini od 41 km. Malo je vjerovatno da su mikrobi aktivni na visinama gdje su temperatura i tlak zraka ekstremno niski, a ultraljubičasto zračenje vrlo intenzivno. Najvjerovatnije su ih u gornju atmosferu prenijeli vjetrovi ili vulkanske erupcije. Takođe, jednoćelijski oblici života pronađeni su u najdubljem dijelu Marijanske brazde na dubini od 11.034 metra.

Uprkos svim gore navedenim primjerima ekstrema života, općenito je sloj Zemljine biosfere toliko tanak da se može usporediti s korom jabuke.

Struktura biosfere

Biosfera je organizirana u hijerarhijsku strukturu u kojoj pojedinačni organizmi formiraju populacije. Nekoliko populacija koje međusobno djeluju čine biocenozu. Zajednice živih organizama (biocenoza) koji žive u određenim fizičkim staništima (biotop) čine ekosistem. je skupina životinja, biljaka i mikroorganizama koji međusobno djeluju i sa svojom okolinom na način da osiguravaju njihovo postojanje. Stoga je ekosistem funkcionalna jedinica održivosti života na Zemlji.

Poreklo biosfere

Biosfera postoji oko 3,5-3,7 milijardi godina. Prvi oblici života bili su prokarioti - jednoćelijski živi organizmi koji su mogli živjeti bez kisika. Neki prokarioti su razvili jedinstveni hemijski proces koji poznajemo kao . Bili su u stanju da koriste sunčevu svjetlost za proizvodnju jednostavnog šećera i kisika od vode i ugljičnog dioksida. Ovi fotosintetski mikroorganizmi bili su toliko brojni da su radikalno transformisali biosferu. Tokom dugog vremenskog perioda, atmosfera se formirala od mešavine kiseonika i drugih gasova koji su mogli da podrže novi život.

Dodavanje kiseonika u biosferu omogućilo je brzi razvoj složenijih oblika života. Pojavili su se milioni različitih biljaka i životinja koje su jele biljke i druge životinje. evoluirao da razgradi mrtve životinje i biljke.

Zahvaljujući tome, biosfera je napravila veliki skok u svom razvoju. Razloženi ostaci mrtvih biljaka i životinja otpuštali su hranjive tvari u tlo i ocean, koje su biljke ponovo apsorbirale. Ova razmjena energije omogućila je biosferi da postane samoodrživi i samoregulirajući sistem.

Uloga fotosinteze u razvoju života

Biosfera je jedinstvena u svojoj vrsti. Do sada nije bilo naučnih činjenica koje potvrđuju postojanje života na drugim mestima u Univerzumu. Život na Zemlji postoji zahvaljujući Suncu. Kada su izloženi sunčevoj svjetlosti, dolazi do procesa koji se naziva fotosinteza. Kao rezultat fotosinteze, biljke, neke vrste bakterija i protozoa pretvaraju ugljični dioksid u kisik i organske spojeve poput šećera pod utjecajem svjetlosti. Ogromna većina životinjskih, gljivičnih, biljnih i bakterijskih vrsta direktno ili indirektno ovisi o fotosintezi.

Faktori koji utiču na biosferu

Mnogo je faktora koji utiču na biosferu i naš život na Zemlji. Postoje globalni faktori kao što je udaljenost između Zemlje i Sunca. Kada bi naša planeta bila bliže ili dalje od Sunca, tada bi Zemlja bila previše vruća ili hladna da bi nastao život. Ugao nagiba Zemljine ose je takođe važan faktor koji utiče na klimu planete. Godišnja doba i sezonske klimatske promjene su direktne posljedice Zemljinog nagiba.

Lokalni faktori takođe imaju značajan uticaj na biosferu. Ako pogledate određeno područje Zemlje, možete vidjeti utjecaj klime, dnevnog vremena, erozije i samog života. Ovi mali faktori neprestano mijenjaju prostor i živi organizmi moraju reagirati u skladu s tim, prilagođavajući se promjenama u svom okruženju. Iako ljudi mogu kontrolirati većinu svog neposrednog okruženja, oni su i dalje ranjivi na prirodne katastrofe.

Najmanji faktori koji utiču na izgled biosfere su promene koje se dešavaju na molekularnom nivou. Reakcije oksidacije i redukcije mogu promijeniti sastav stijena i organske tvari. Postoji i biološka degradacija. Sićušni organizmi poput bakterija i gljivica sposobni su za obradu i organskih i neorganskih materijala.

Rezervati biosfere

Ljudi igraju važnu ulogu u održavanju energetske razmjene biosfere. Nažalost, naš uticaj na biosferu često je negativan. Na primjer, nivoi kisika u atmosferi se smanjuju i razina ugljičnog dioksida raste zbog ljudi koji prekomjerno sagorevaju fosilna goriva, a izlijevanje nafte i ispuštanje industrijskog otpada u okean uzrokuju ogromnu štetu hidrosferi. Budućnost biosfere zavisi od toga kako ljudi komuniciraju sa drugim živim bićima.

Početkom 1970-ih, Ujedinjene nacije su uspostavile projekat pod nazivom Čovjek i biosfera (MAB), koji promovira održiv, uravnotežen razvoj. Trenutno postoje stotine rezervata biosfere širom svijeta. Prvi rezervat biosfere osnovan je u Jangambiju, Demokratska Republika Kongo. Yangambi se nalazi u plodnom slivu rijeke Kongo i dom je za oko 32.000 vrsta drveća i životinja, uključujući endemske vrste kao što su šumski slon i svinja sa ušima. Rezervat biosfere Yangambi podržava važne aktivnosti kao što su održiva poljoprivreda, lov i eksploatacija.

Vanzemaljske biosfere

Biosfera do sada nije otkrivena izvan Zemlje. Stoga, postojanje vanzemaljskih biosfera ostaje hipotetičko. S jedne strane, mnogi naučnici smatraju da je život na drugim planetama malo vjerojatan, a ako negdje postoji, najvjerovatnije je u obliku mikroorganizama. S druge strane, može postojati mnogo analoga Zemlje, čak iu našoj galaksiji - Mliječnom putu. S obzirom na ograničenja naše tehnologije, trenutno je nepoznato koji postotak ovih planeta može imati biosferu. Također je nemoguće isključiti mogućnost da će umjetne biosfere u budućnosti stvoriti ljudi, na primjer, na Marsu.

Biosfera je vrlo krhak sistem u kojem je svaki živi organizam važna karika u ogromnom lancu života. Moramo shvatiti da je čovjek, kao najinteligentnije stvorenje na planeti, odgovoran za očuvanje čuda života na našoj planeti.

Interakcija populacija određuje prirodu funkcionisanja sljedećeg, višeg nivoa organizacije živih bića - biotičke zajednice, odnosno biocenoze. Ispod biocenoza odnosi se na biološki sistem koji je skup populacija različitih vrsta koje koegzistiraju u prostoru i vremenu. Studija zajednica ima za cilj da otkrije kako se održava njihovo održivo postojanje i kakav uticaj biotičke interakcije i uslovi životne sredine imaju na promene u zajednicama.

Zajednica, ekosistem, biogeocenoza, biosfera

Zajednica (biocenoza) je skup organizama različitih vrsta koji dugo koegzistiraju na određenom prostoru i predstavljaju ekološko jedinstvo. Kao i populacija, zajednica ima svoja svojstva (i pokazatelje) svojstvene njoj kao cjelini. Svojstva zajednice su stabilnost (sposobnost izdržavanja vanjskih utjecaja), produktivnost (sposobnost proizvodnje žive tvari). Indikatori zajednice su karakteristike njenog sastava (raznolikost vrsta, struktura ishrane), odnos pojedinih grupa organizama. Jedan od glavnih zadataka ekologije je da razjasni odnose između svojstava i sastava zajednice, koji se javljaju bez obzira na to koje vrste su u nju uključene.

Ekosistem je druga ekološka kategorija; to je svaka zajednica živih bića, zajedno sa svojim fizičkim staništem, koja funkcionira kao jedinstvena cjelina. Primjer ekosistema je ribnjak, koji uključuje zajednicu hidrobionta, fizička svojstva i hemijski sastav vode, karakteristike topografije dna, sastav i strukturu tla, atmosferski zrak u interakciji s površinom vode i solarni zračenje. U ekosistemima postoji stalna razmjena energije i materije između žive i nežive prirode. Ova razmjena je održiva. Elementi žive i nežive prirode su u stalnoj interakciji.

Ekosistem je vrlo širok pojam i odnosi se i na prirodne komplekse (na primjer, tundra, ocean) i na umjetne (na primjer, akvarij). Stoga se za označavanje elementarnog prirodnog ekosistema u ekologiji koristi termin "biogeocenoza".

Biogeocenoza je istorijski uspostavljen skup živih organizama (biocenoza) i abiotičke sredine, zajedno sa površinom zemljine površine koju zauzimaju. Granica biogeocenoze se uspostavlja duž granice biljne zajednice (fitocenoza) - najvažnije komponente bilo koje biogeocenoze. Svaku biogeocenozu karakteriše sopstveni tip razmene materijala i energije.

Biogeocenoza je sastavni dio prirodnog krajolika i elementarna bioteritorijalna jedinica biosfere. Često se klasifikacija prirodnih ekosistema zasniva na karakterističnim ekološkim karakteristikama staništa, ističući zajednice morskih obala ili šeta, jezera ili bara, poplavnih ili planinskih livada, kamenitih ili pješčanih pustinja, planinskih šuma, ušća (ušća velikih rijeka), itd. Svi prirodni ekosistemi (biogeocenoze) su međusobno povezani i zajedno čine živu ljusku Zemlje, koja se može smatrati najvećim ekosistemom – biosferom.

Funkcionisanje ekosistema

Energija u ekosistemima. Ekosistem je skup živih organizama koji kontinuirano razmjenjuju energiju, materiju i informacije međusobno i sa okolinom. Razmotrimo prvo proces razmjene energije. Energija se definiše kao sposobnost proizvodnje rada. Svojstva energije opisuju se zakonima termodinamike.

Prvi zakon (zakon) termodinamike ili zakon održanja energije kaže da energija može prelaziti iz jednog oblika u drugi, ali ne nestaje niti se stvara iznova. Drugi zakon (zakon) termodinamike ili zakon entropije kaže da se u zatvorenom sistemu entropija može samo povećati. Što se tiče energije u ekosistemima, zgodna je sljedeća formulacija: procesi povezani s energetskim transformacijama mogu nastati spontano samo ako energija prelazi iz koncentrisanog oblika u dispergovani, odnosno degradira.

Mera količine energije koja postaje nedostupna za upotrebu, ili na neki drugi način mera promene redosleda koja se dešava tokom degradacije energije je entropija. Što je viši red sistema, to je niža njegova entropija. Dakle, svaki živi sistem, uključujući ekosistem, održava svoju vitalnu aktivnost zahvaljujući, prvo, prisustvu u okruženju viška slobodne energije (energija Sunca); drugo, sposobnost, zbog dizajna njegovih komponenti, da uhvati i koncentriše ovu energiju, a kada se koristi, da je rasprši u okolinu. Dakle, prvo hvatanje, a zatim koncentriranje energije s prijelazom s jednog trofičkog nivoa na drugi osigurava povećanje uređenosti i organizacije živog sistema, odnosno smanjenje njegove entropije.

Energija i produktivnost ekosistema. Dakle, život u ekosistemu se održava zahvaljujući kontinuiranom prolasku energije kroz živu materiju, koja se prenosi sa jednog trofičkog nivoa na drugi; Istovremeno, postoji stalna transformacija energije iz jednog oblika u drugi. Osim toga, tokom energetskih transformacija, dio se gubi u obliku topline. Tada se postavlja pitanje: u kakvim kvantitativnim odnosima i proporcijama bi članovi zajednice različitih trofičkih nivoa u ekosistemu trebali biti među sobom da bi zadovoljili svoje energetske potrebe?

Cjelokupna zaliha energije koncentrirana je u masi organske tvari – biomasi, pa je intenzitet stvaranja i uništavanja organske tvari na svakom nivou određen prolaskom energije kroz ekosistem (biomasa se uvijek može izraziti u energetskim jedinicama). Brzina formiranja organske tvari naziva se produktivnost. Postoje primarna i sekundarna produktivnost. U svakom ekosistemu se formira i uništava biomasa, a ti procesi su u potpunosti determinisani životom nižeg trofičkog nivoa – proizvođača. Svi ostali organizmi samo troše organsku materiju koju su biljke već stvorile i stoga ukupna produktivnost ekosistema ne zavisi od njih. Visoke stope proizvodnje biomase primjećuju se u prirodnim i umjetnim ekosustavima gdje su abiotički faktori povoljni, a posebno kada se dodatna energija dovodi izvana, što smanjuje troškove samog sistema za održavanje života.

Ova dodatna energija može doći u različitim oblicima: na primjer, u obrađenom polju - u obliku energije fosilnih goriva i rada koji obavljaju ljudi ili životinje. Dakle, za obezbjeđivanje energije svim jedinkama zajednice živih organizama u ekosistemu neophodan je određeni kvantitativni odnos između proizvođača, potrošača različitih redova, detritojeda i razlagača. Međutim, za životnu aktivnost bilo kojeg organizma, a time i sustava u cjelini, sama energija nije dovoljna, oni moraju primiti različite mineralne komponente, elemente u tragovima i organske tvari potrebne za izgradnju molekula žive tvari.

Ciklus elemenata u ekosistemu

Odakle u živoj materiji u početku dolaze komponente neophodne za izgradnju organizma? Isporučuju ih u lanac ishrane isti proizvođači. Iz zemlje izdvajaju neorganske minerale i vodu, iz vazduha CO2, a od glukoze koja nastaje tokom fotosinteze uz pomoć nutrijenata dalje grade složene organske molekule – ugljene hidrate, proteine, lipide, nukleinske kiseline, vitamine itd. Da bi potrebni elementi bili dostupni živim organizmima, moraju biti dostupni u svakom trenutku. U tom odnosu ostvaruje se zakon održanja materije. Pogodno je to formulirati na sljedeći način: atomi u kemijskim reakcijama nikada ne nestaju, ne formiraju se i ne pretvaraju jedni u druge; oni se samo preuređuju kako bi formirali različite molekule i spojeve (istovremeno se energija apsorbira ili oslobađa).

Zbog toga se atomi mogu koristiti u velikom broju jedinjenja i njihova zaliha se nikada ne iscrpljuje. Upravo to se dešava u prirodnim ekosistemima u obliku ciklusa elemenata. U ovom slučaju razlikuju se dva ciklusa: veliki (geološki) i mali (biotički). Kruženje vode je jedan od najvećih procesa na površini planete. On igra važnu ulogu u povezivanju geoloških i biotičkih ciklusa. U biosferi, voda, neprekidno prelazeći iz jednog stanja u drugo, čini male i velike cikluse. Isparavanje vode sa površine okeana, kondenzacija vodene pare u atmosferi i padavine na površini okeana čine mali ciklus. Ako se vodena para prenosi vazdušnim strujama do kopna, ciklus postaje mnogo komplikovaniji. U ovom slučaju, dio padavina isparava i vraća se u atmosferu, drugi hrani rijeke i rezervoare, ali se na kraju ponovo vraća u okean riječnim i podzemnim otjecanjem, čime se završava veliki ciklus.

Važno svojstvo kruženja vode je da, u interakciji s litosferom, atmosferom i živom materijom, povezuje sve dijelove hidrosfere: okean, rijeke, vlagu tla, podzemne vode i atmosfersku vlagu. Voda je najvažnija komponenta svih živih bića. Podzemne vode, prodirući kroz biljno tkivo tokom procesa transpiracije, unose mineralne soli neophodne za život samih biljaka. Sumirajući zakonitosti funkcionisanja ekosistema, da još jednom formulišemo njihove glavne odredbe: 1) prirodni ekosistemi postoje zahvaljujući besplatnoj sunčevoj energiji, koja ne zagađuje životnu sredinu, čija je količina prevelika i relativno konstantna;
2) prenos energije i materije kroz zajednicu živih organizama u ekosistemu odvija se duž lanca ishrane; sve vrste živih bića u ekosustavu podijeljene su prema funkcijama koje obavljaju u ovom lancu na proizvođače, potrošače, detritovore i razlagače - to je biotička struktura zajednice; kvantitativni odnos broja živih organizama između trofičkih nivoa odražava trofičku strukturu zajednice, koja određuje brzinu prolaska energije i materije kroz zajednicu, odnosno produktivnost ekosistema; 3) prirodni ekosistemi zbog svoje biotičke strukture održavaju stabilno stanje neograničeno dugo, a da ne trpe iscrpljivanje resursa i zagađenje sopstvenim otpadom; dobijanje resursa i otklanjanje otpada odvijaju se unutar ciklusa svih elemenata.

Ljudski uticaj na ekosistem

Uticaj čovjeka na prirodnu okolinu može se razmatrati u različitim aspektima, ovisno o svrsi proučavanja ove problematike. Sa ekološke tačke gledišta, od interesa je sagledavanje uticaja čoveka na ekološke sisteme sa stanovišta usklađenosti ili kontradiktornosti ljudskog delovanja sa objektivnim zakonima funkcionisanja prirodnih ekosistema. Na osnovu pogleda na biosferu kao globalni ekosistem, sva raznolikost ljudskih aktivnosti u biosferi dovodi do promjena u: sastavu biosfere, ciklusima i ravnoteži njenih sastavnih supstanci; energetski bilans biosfere; biota. Smjer i obim ovih promjena su takvi da im je sam čovjek dao naziv ekološka kriza.

Modernu ekološku krizu karakteriziraju sljedeće manifestacije: postepena promjena klime planete zbog promjena ravnoteže plinova u atmosferi, općih i lokalnih (preko polova, pojedinačnih kopnenih područja); uništavanje ozonskog zaslona biosfere; zagađenje Svjetskog okeana sa teškim metalima, složenim organskim jedinjenjima, naftnim derivatima, radioaktivnim supstancama, zasićenjem voda ugljičnim dioksidom, gasnim poremećajem prirodnih ekoloških veza između oceanskih i kopnenih voda kao rezultat izgradnje brana na rijekama, što dovodi do promjene čvrstog oticaja, puteva mrijesta, itd. zagađenje atmosfere sa stvaranjem kiselih padavina, visoko toksičnih materija kao rezultat hemijskih i fotohemijskih reakcija; zagađenje kopnenih voda, uključujući i rečne vode, koje se koriste za snabdevanje pitkom vodom, visokotoksičnim materijama, uključujući dioksine, teške metale, fenole; dezertifikacija planete; degradacija sloja tla; smanjenje površine plodnog zemljišta; pogodno za poljoprivredu; radioaktivna kontaminacija određenih teritorija zbog odlaganja radioaktivnog otpada, nesreća uzrokovanih ljudskim djelovanjem itd. nakupljanje kućnog smeća i industrijskog otpada na površini zemlje, posebno praktično nerazgradive plastike; smanjenje područja tropskih i sjevernih šuma, što dovodi do neravnoteže atmosferskih plinova, uključujući smanjenje koncentracije kisika u planeti atmosfera; zagađenje podzemnog prostora, uključujući i podzemne vode, koje ih čini nepogodnim za vodosnabdijevanje i ugrožava još uvijek malo proučeni život u litosferi; masovno i brzo, lavinsko nestajanje vrsta žive tvari; pogoršanje životne sredine u naseljenim područjima , posebno urbanizovana područja; opšte iscrpljivanje i nedostatak prirodnih resursa za razvoj čovečanstva; promena veličine, energetske i biogeohemijske uloge organizama; reorganizacija lanaca ishrane, masovna reprodukcija pojedinih vrsta organizama, narušavanje hijerarhije ekosistema, povećanje sistemske uniformnosti na planeti.