Tipi di comunità di organismi (ecosistema, biogeocenosi, biosfera). Definizione degli obiettivi dei principali sistemi biologici: organismo, popolazione, comunità e biosfera Il ruolo del fattore umano nello sviluppo della biosfera

Lo strato superiore della litosfera e nella copertura del suolo. In altre parole, la biosfera è un unico sistema dinamico sulla superficie della Terra, creato e regolato dalla vita. La biosfera è l'habitat degli organismi viventi.

La biosfera, come guscio specifico della terra, unisce la parte inferiore del guscio d'aria (atmosfera) - la cosiddetta troposfera, dove la vita attiva può esistere fino a un'altezza di 10-15 km; l'intero guscio d'acqua (idrosfera), in cui la vita penetra fino alle profondità maggiori superando gli 11 km; la parte superiore del guscio solido (litosfera) è la crosta esposta agli agenti atmosferici, di solito avente uno spessore di 30 - 60 m, e talvolta 100 - 200 m o più. (La crosta esposta agli agenti atmosferici è un insieme di depositi geologici formati dai prodotti della decomposizione e della lisciviazione di rocce di varia composizione, che rimane nel luogo di origine o si sposta per una breve distanza, ma non perde la connessione con la roccia “genitrice”.) Al di fuori della crosta esposta agli agenti atmosferici, la vita può essere rilevata solo in alcuni casi. Pertanto, i microrganismi sono stati trovati nelle acque petrolifere a una profondità di oltre 4500 m. Se includiamo nella biosfera e, in cui è possibile l'esistenza di rudimenti di organismi a riposo, verticalmente raggiungerà i 25-40 km. Speciali trappole installate sui razzi hanno rilevato la presenza di microrganismi ad altitudini fino a 85 km.

I processi vitali influenzano non solo le aree in cui si svolge la vita attiva, ma anche gli strati superiori della litosfera: la stratosfera, la cui composizione mineralogica ed elementare è formata dal passato geologico. Lo spessore della stratosfera, secondo V.I. Vernadsky, è di 5-6 km. La stratosfera è creata principalmente da organismi, acqua e, che trasformano e spostano le rocce sedimentarie dopo che sono state sollevate sopra l'acqua.

Ci sono aree della biosfera dove la vita attiva è impossibile. Pertanto, negli strati superiori della troposfera, così come nelle regioni più fredde e più calde del globo, gli organismi possono esistere solo in uno stato di riposo. L'insieme di queste regioni della biosfera è chiamato parabiosfera. Tuttavia, anche in quelle aree della biosfera dove gli organismi possono esistere in uno stato attivo, la vita è distribuita in modo non uniforme.
"Uno strato continuo di materia vivente", come lo chiamava V. I. Vernadsky, occupa la colonna d'acqua e si estende in una stretta striscia tra la troposfera, compreso il suolo e il sottosuolo con radici di piante, funghi, microrganismi e animali del suolo che si trovano in essi, e il parte terrestre della troposfera dove si trovano le parti fuori terra delle piante e viene trasferita la maggior parte del polline, delle spore e dei semi. Questo “strato continuo di materia vivente” è chiamato fitosfera (o fitogeosfera), poiché le piante sono le principali unità di accumulo di energia al suo interno. Lo spessore della fitosfera è grande solo negli oceani, dove supera di poco gli 11 km, sulla terra si misura in metri o decine di metri e solo in alcune piccole regioni aumenta fino a 100 - 150 m. nella litosfera e nell'idrosfera, così come al confine con la troposfera, gli organismi svolgono l'intero ciclo di sviluppo, mentre nella troposfera stessa gli esseri viventi possono soggiornare solo temporaneamente, poiché qui non possono riprodursi.

Quali sono le caratteristiche principali della biosfera come guscio della Terra?

Il primo segno: la composizione chimica creata dall'attività vitale degli organismi viventi.

Il secondo segno: la presenza di acqua liquida in quantità significative.

Terzo segno: un potente flusso di energia dal Sole.

Il quarto segno: la presenza di un'interfaccia tra sostanze negli stati liquido, solido e gassoso. Anche la presenza di ossigeno libero è molto importante per la biosfera moderna.

V. I. Vernadsky considerava la vita, l'attività totale di tutti gli organismi sulla Terra, il più potente fattore geochimico che trasforma la superficie della Terra, un fattore energetico di scala e significato planetari, di cui scrisse: “In qualunque cosa consistano i fenomeni della vita , l'energia rilasciata dagli organismi è in gran parte, e forse interamente, l'energia radiante del Sole. Attraverso gli organismi regola le manifestazioni chimiche della crosta terrestre”. V. I. Vernadsky intendeva la biosfera come tutti quegli strati della crosta terrestre che nel corso della storia geologica furono influenzati dall'attività degli organismi. E non è un caso che V. I. Vernadsky apra la sua opera “Saggi sulla geochimica” (1934) con il capitolo “La scienza del ventesimo secolo”: solo nel XX secolo. si formarono idee sulle geosfere terrestri, sulla struttura degli atomi di elementi chimici, sugli elementi ciclici o organogeni e sui meccanismi delle trasformazioni geochimiche. Ciò ha permesso allo scienziato di affermare: "Il vortice degli atomi che entrano ed escono da un organismo vivente è stabilito da una certa organizzazione dell'ambiente vivente, un meccanismo geologicamente determinato del pianeta: la biosfera".

INFORMAZIONI SUL CAPITOLO

1. Introduzione

2. Parte analitica

2.1. Struttura della biosfera................................................ .................................... 4

2.2. Evoluzione della biosfera................................................ ..................................... 6

2.3. Le risorse naturali e il loro utilizzo................................................ ....................8

2.4. Stabilità della biosfera............................................ .....................................10

2.5. Bioproduttività degli ecosistemi............................................ .................... 12

2.6. Biosfera e uomo. Noosfera.................................................... ...................... 15

2.7. Il ruolo del fattore umano nello sviluppo della biosfera.................................... 16

2.8. Problemi ecologici della biosfera............................................ ...................... ....

2.9. Conservazione della natura e prospettive per una gestione ambientale razionale................................................ ............................................................ ................ .................................... 17

3. Conclusione

INTRODUZIONE

Tradotto letteralmente, il termine “biosfera” significa la sfera della vita e in questo senso fu introdotto per la prima volta nella scienza nel 1875 dal geologo e paleontologo austriaco Eduard Suess (1831 – 1914). Tuttavia, molto prima, sotto altri nomi, in particolare "spazio della vita", "immagine della natura", "involucro vivente della Terra", ecc., il suo contenuto era considerato da molti altri naturalisti.

Inizialmente, tutti questi termini significavano solo la totalità degli organismi viventi che vivono sul nostro pianeta, anche se a volte veniva indicata la loro connessione con processi geografici, geologici e cosmici, ma allo stesso tempo l'attenzione era piuttosto attirata dalla dipendenza della natura vivente dalle forze e sostanze di natura inorganica. Anche l’autore del termine stesso “biosfera”, E. Suess, nel suo libro “The Face of the Earth”, pubblicato quasi trent’anni dopo l’introduzione del termine (1909), non si accorse dell’effetto inverso della biosfera e lo definì come “un insieme di organismi limitati nello spazio e nel tempo e che vivono sulla superficie della Terra”.

Il primo biologo che indicò chiaramente l'enorme ruolo degli organismi viventi nella formazione della crosta terrestre fu J.B. Lamarck (1744 - 1829). Ha sottolineato che tutte le sostanze situate sulla superficie del globo e che formano la sua crosta si sono formate a causa dell'attività degli organismi viventi.

La biosfera (in senso moderno) è una sorta di guscio della Terra che contiene l’intera totalità degli organismi viventi e quella parte della sostanza del pianeta che è in continuo scambio con questi organismi.

La biosfera copre la parte inferiore dell'atmosfera, l'idrosfera e la parte superiore della litosfera.

Tutti gli organismi viventi che popolano il nostro pianeta non esistono da soli, dipendono dall'ambiente e ne subiscono l'influenza. Questo è un complesso perfettamente coordinato di molti fattori ambientali e l'adattamento degli organismi viventi a essi determina la possibilità dell'esistenza di tutti i tipi di forme di organismi e la più varia formazione della loro vita.

La natura vivente è un sistema gerarchico organizzato in modo complesso. Esistono diversi livelli di organizzazione della materia vivente.

1. Molecolare. Qualsiasi sistema vivente si manifesta a livello di interazione delle macromolecole biologiche: acidi nucleici, polisaccaridi e altre importanti sostanze organiche.

2. Cellulare. La cellula è l'unità strutturale e funzionale di riproduzione e sviluppo di tutti gli organismi viventi che vivono sulla Terra. Non esistono forme di vita non cellulari e l'esistenza dei virus non fa altro che confermare questa regola, perché possono mostrare le proprietà dei sistemi viventi solo nelle cellule.

3. Biologico. Un organismo è un sistema vivente unicellulare o multicellulare integrale capace di esistenza indipendente. Un organismo pluricellulare è formato da un insieme di tessuti e organi specializzati per svolgere varie funzioni.

4. Popolazione-specie. Per specie si intende un insieme di individui simili nell'organizzazione strutturale e funzionale, che hanno lo stesso cariotipo e un'unica origine e occupano un determinato habitat, si incrociano liberamente tra loro e producono prole fertile, caratterizzata da comportamenti simili e determinati rapporti con altre specie e fattori di natura inanimata.

Un insieme di organismi della stessa specie, uniti da un habitat comune, crea una popolazione come sistema di ordine sopraorganismo. In questo sistema vengono eseguite le trasformazioni evolutive più semplici ed elementari.

5. Biogeocenotico. La biogeocenosi è una comunità, un insieme di organismi di specie diverse e di varia complessità organizzativa con tutti i fattori del loro habitat specifico: componenti dell'atmosfera, dell'idrosfera e della litosfera.

6.Biosfera. La biosfera è il livello più alto di organizzazione della vita sul nostro pianeta. Contiene materia vivente - la totalità di tutti gli organismi viventi, materia non vivente o inerte e materia bioinerte (suolo).

PARTE ANALITICA.

1. Struttura della biosfera.

La biosfera comprende: materia vivente, formato da un insieme di organismi; nutriente, che viene creato nel processo di attività vitale degli organismi (gas atmosferici, carbone, petrolio, torba, calcare, ecc.); materia inerte, che si forma senza la partecipazione di organismi viventi; sostanza bioinerte, che è il risultato congiunto dell'attività vitale degli organismi e dei processi non biologici (ad esempio il suolo).

Materia inerte della biosfera.

I confini della biosfera sono determinati da fattori ambientali che rendono impossibile l'esistenza degli organismi viventi. Il confine superiore passa ad un'altitudine di circa 20 km dalla superficie del pianeta ed è limitato da uno strato di ozono, che blocca la radiazione ultravioletta a onde corte del Sole, distruttiva per la vita. Pertanto, gli organismi viventi possono esistere nella troposfera e nella bassa stratosfera. Nell'idrosfera della crosta terrestre, gli organismi penetrano nell'intera profondità dell'Oceano Mondiale, fino a 10-11 km. Nella litosfera la vita si trova ad una profondità di 3,5-7,5 km, determinata dalla temperatura dell’interno della terra e dalle condizioni di penetrazione dell’acqua liquida.

Atmosfera.

Gli elementi predominanti nella composizione chimica dell'atmosfera: N 2 (78%), O 2 (21%), CO 2 (0,03%). Lo stato dell'atmosfera ha una grande influenza sui processi fisici, chimici e biologici sulla superficie terrestre e nell'ambiente acquatico. Per i processi biologici, i più importanti sono: l'ossigeno, utilizzato per la respirazione e la mineralizzazione della materia organica morta, l'anidride carbonica, coinvolta nella fotosintesi, e l'ozono, che protegge la superficie terrestre dalle forti radiazioni ultraviolette. L'azoto, l'anidride carbonica e il vapore acqueo si sono formati in gran parte a causa dell'attività vulcanica e l'ossigeno come risultato della fotosintesi.

Idrosfera.

Gli elementi predominanti della composizione chimica dell'idrosfera: Na +, Mg 2+, Ca 2+, Cl -, S, C. L'acqua è il componente più importante della biosfera e uno dei fattori necessari per l'esistenza degli organismi viventi . La sua parte principale (95%) si trova nell'Oceano Mondiale, che occupa circa il 70% della superficie del globo e contiene 1300 milioni di km 3. Le acque superficiali (laghi, fiumi) comprendono solo 0,182 milioni di km 3 e la quantità di acqua negli organismi viventi è solo 0,001 milioni di km 3. I ghiacciai contengono importanti riserve d'acqua (24 milioni di km 3). Di grande importanza sono i gas disciolti nell'acqua: ossigeno e anidride carbonica. La loro quantità varia molto a seconda della temperatura e della presenza di organismi viventi. Nell’acqua c’è 60 volte più anidride carbonica che nell’atmosfera. L'idrosfera si è formata in connessione con lo sviluppo della litosfera, che durante la storia geologica della Terra ha rilasciato grandi quantità di vapore acqueo.

Litosfera.

Gli elementi predominanti della composizione chimica dell'idrosfera: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. La maggior parte degli organismi che vivono nella litosfera si trovano nello strato di suolo, la cui profondità non supera diversi metri. Il suolo comprende minerali formati durante la distruzione delle rocce e sostanze organiche - prodotti di scarto degli organismi.

Organismi viventi (materia vivente).

Sebbene i confini della biosfera siano piuttosto stretti, gli organismi viventi al loro interno sono distribuiti in modo molto disomogeneo. Ad alta quota e nelle profondità dell'idrosfera e della litosfera gli organismi sono relativamente rari. La vita è concentrata principalmente sulla superficie della Terra, nel suolo e nello strato superficiale dell'oceano. La massa totale degli organismi viventi è stimata in 2,43x10 12 tonnellate.La biomassa degli organismi che vivono sulla terra è rappresentata per il 99,2% da piante verdi e per lo 0,8% da animali e microrganismi. Al contrario, nell’oceano, le piante rappresentano il 6,3% e gli animali e i microrganismi rappresentano il 93,7% della biomassa totale. La vita si concentra principalmente sulla terra. La biomassa totale dell'oceano è solo 0,03x10 12 tonnellate, ovvero lo 0,13% della biomassa di tutte le creature che vivono sulla Terra.

Un modello importante si osserva nella distribuzione degli organismi viventi per composizione delle specie. Del numero totale di specie, il 21% sono piante, ma il loro contributo alla biomassa totale è del 99%. Tra gli animali, il 96% delle specie sono invertebrati e solo il 4% sono vertebrati, di cui un decimo sono mammiferi. La massa della materia vivente rappresenta solo lo 0,01-0,02% della materia inerte della biosfera, ma svolge un ruolo di primo piano nei processi geochimici. Gli organismi ottengono dall'ambiente le sostanze e l'energia necessarie per il metabolismo. Quantità limitate di materia vivente vengono ricreate, trasformate e decomposte. Ogni anno, grazie all'attività vitale di piante e animali, viene riprodotto circa il 10% della biomassa.

2. Evoluzione della biosfera.

Tutti i componenti della biosfera interagiscono strettamente tra loro, formando un sistema integrale e complesso organizzato, sviluppandosi secondo le proprie leggi interne e sotto l'influenza di forze esterne, comprese quelle cosmiche (radiazione solare, forze gravitazionali, campi magnetici del Sole, Luna e altri corpi celesti)

Secondo le idee moderne, lo sviluppo di una geosfera senza vita, ad es. Il guscio formato dalla sostanza terrestre si è verificato nelle prime fasi dell'esistenza del nostro pianeta, miliardi di anni fa. I cambiamenti nell'aspetto della Terra erano associati a processi geologici che si verificavano nella crosta terrestre, sulla superficie e negli strati profondi del pianeta e si manifestavano in eruzioni vulcaniche, terremoti, movimenti crostali e formazione di montagne. Tali processi stanno ancora avvenendo sui pianeti senza vita del sistema solare e sui loro satelliti: Marte, Venere e Luna.

Con l'emergere della vita (forme stabili autosviluppanti), dapprima lentamente e debolmente, poi sempre più velocemente e in modo più significativo, l'influenza della materia vivente sui processi geologici della Terra cominciò a manifestarsi.

L'attività della materia vivente, che è penetrata in tutti gli angoli del pianeta, ha portato all'emergere di una nuova formazione - la biosfera - un sistema unificato strettamente interconnesso di corpi geologici e biologici e processi di trasformazione di energia e materia. L'entità delle trasformazioni operate dalla materia vivente ha raggiunto proporzioni planetarie, modificando significativamente l'aspetto e l'evoluzione della Terra.

Quindi, ad esempio, come risultato del processo di fotosintesi: l'attività delle piante verdi, si formò la moderna composizione gassosa dell'atmosfera e in essa apparve ossigeno. A sua volta, l'attività della fotosintesi è influenzata in modo significativo dalla concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, dalla presenza di umidità e calore.

Il suolo è interamente il risultato dell'attività della materia vivente in un ambiente inerte (non vivente). Il ruolo decisivo in questo processo spetta al clima, alla topografia, all'attività dei microrganismi e delle piante e alle rocce madri. La biosfera, emersa e formata 1-2 miliardi di anni fa (i primi resti scoperti di organismi viventi risalgono a quest'epoca), è in costante equilibrio dinamico e sviluppo.

Nella biosfera, come in ogni ecosistema, esiste un ciclo dell'acqua, movimenti planetari di masse d'aria, nonché un ciclo biologico, caratterizzato dalla capacità - il numero di elementi chimici che fanno contemporaneamente parte della materia vivente in un dato ecosistema, e velocità: la quantità di materia vivente che si forma e si decompone nell'unità di tempo. Di conseguenza, sulla Terra viene mantenuto un ampio ciclo geologico di sostanze, dove ogni elemento è caratterizzato dal proprio tasso di migrazione in cicli grandi e piccoli. Le velocità di tutti i cicli dei singoli elementi nella biosfera sono strettamente correlate tra loro.

I cicli di energia e materia stabiliti nel corso di molti milioni di anni nella biosfera sono autosufficienti su scala globale, sebbene i cambiamenti locali nella struttura e nelle caratteristiche dei singoli ecosistemi (biogeocenosi) che compongono la biosfera possano essere significativi.

Anche nelle prime fasi dell’evoluzione, la materia vivente si è diffusa negli spazi senza vita del pianeta, occupando tutti i luoghi potenzialmente accessibili alla vita, modificandoli e trasformandoli in habitat. E già nell'antichità varie forme di vita e specie di piante, animali, microrganismi e funghi occupavano l'intero pianeta. La materia organica vivente può essere trovata nelle profondità dell'oceano, sulle cime delle montagne più alte, nelle nevi eterne della regione polare e nelle acque calde delle sorgenti nelle regioni vulcaniche.

V.I. Vernadsky chiamò questa capacità di distribuire la materia vivente “l’ubiquità della vita”.

L'evoluzione della biosfera ha seguito il percorso di complicare la struttura delle comunità biologiche, moltiplicando il numero delle specie e migliorando la loro adattabilità. Il processo evolutivo è stato accompagnato da un aumento dell'efficienza di conversione dell'energia e della materia da parte dei sistemi biologici: organismi, popolazioni, comunità.

L'apice dell'evoluzione della vita sulla Terra è stato l'uomo, il quale, come specie biologica, sulla base di numerosi cambiamenti, ha acquisito non solo la coscienza (la forma perfetta di visualizzazione del mondo circostante), ma anche la capacità di creare e utilizzare strumenti nella sua vita. vita.

Attraverso gli strumenti del lavoro, l'umanità ha iniziato a creare un ambiente praticamente artificiale per il suo habitat (insediamenti, case, vestiti, cibo, automobili e molto altro). Da allora, l’evoluzione della biosfera è entrata in una nuova fase, in cui il fattore umano è diventato una potente forza motrice naturale.

Risorse naturali e loro utilizzo.

Le risorse biologiche, compreso il cibo, del pianeta determinano le possibilità della vita umana sulla Terra e le risorse minerali ed energetiche servono come base per la produzione materiale della società umana. Tra le risorse naturali del pianeta ci sono esauribile E inesauribile risorse.

Risorse inesauribili.

Le risorse inesauribili si dividono in spazio, clima e acqua. Questa è l'energia della radiazione solare, delle onde del mare e del vento. Tenendo conto dell'enorme massa di aria e acqua sul pianeta, l'aria e l'acqua atmosferiche sono considerate inesauribili. La selezione è relativa. Ad esempio, l’acqua dolce può già essere considerata una risorsa limitata, poiché in molte regioni del globo si sono verificate gravi carenze idriche. Possiamo parlare dell'irregolarità della sua distribuzione e dell'impossibilità di utilizzarlo a causa dell'inquinamento. Anche l’ossigeno atmosferico è convenzionalmente considerato una risorsa inesauribile.

I moderni scienziati ambientali ritengono che con l'attuale livello di tecnologia per l'utilizzo dell'aria e dell'acqua atmosferiche, queste risorse possono essere considerate inesauribili solo quando si sviluppano e si implementano programmi su larga scala volti a ripristinarne la qualità.

Risorse esauribili.

Le risorse esauribili si dividono in rinnovabili e non rinnovabili.

Le risorse rinnovabili comprendono la flora, la fauna e la fertilità del suolo. Tra le risorse naturali rinnovabili, le foreste svolgono un ruolo importante nella vita umana. La foresta ha un'importanza non trascurabile come fattore geografico e ambientale. Le foreste prevengono l’erosione del suolo e trattengono l’acqua superficiale, vale a dire fungono da accumulatori di umidità e aiutano a mantenere i livelli delle acque sotterranee. Le foreste ospitano animali di valore materiale ed estetico per l'uomo: ungulati, animali da pelliccia e selvaggina. Nel nostro Paese le foreste occupano circa il 30% del territorio totale e costituiscono una delle risorse naturali.

Le risorse non rinnovabili includono i minerali. Il loro utilizzo da parte dell'uomo ebbe inizio nel Neolitico. I primi metalli a trovare impiego furono l'oro e il rame nativi. Erano in grado di estrarre minerali contenenti rame, stagno, argento e piombo già nel 4000 a.C. Attualmente l'uomo ha portato nell'ambito della sua attività industriale la parte preponderante delle risorse minerarie conosciute. Se agli albori della civiltà una persona utilizzava solo circa 20 elementi chimici per i suoi bisogni, all'inizio del XX secolo - circa 60, ma ora più di 100 - quasi l'intera tavola periodica. Ogni anno vengono estratti dalla geosfera circa 100 miliardi di tonnellate di minerali, combustibili e fertilizzanti minerali, il che porta all’esaurimento di queste risorse. Dalle viscere della terra vengono estratti sempre più minerali diversi, carbone, petrolio e gas. Nelle condizioni moderne, una parte significativa della superficie terrestre è arata o rappresenta pascoli completamente o parzialmente coltivati ​​per animali domestici. Lo sviluppo dell'industria e dell'agricoltura richiedeva vaste aree per la costruzione di città, imprese industriali, lo sviluppo delle risorse minerarie e la costruzione delle comunicazioni. Pertanto, ad oggi, circa il 20% del territorio è stato trasformato dall’uomo.

Aree significative della superficie terrestre sono escluse dall'attività economica umana a causa dell'accumulo di rifiuti industriali su di essa e dell'impossibilità di utilizzare aree in cui vengono estratte risorse minerarie e minerarie.

L'uomo ha sempre utilizzato l'ambiente principalmente come fonte di risorse, tuttavia, per molto tempo, le sue attività non hanno avuto un impatto notevole sulla biosfera. Solo alla fine del secolo scorso, i cambiamenti nella biosfera sotto l'influenza dell'attività economica attirarono l'attenzione degli scienziati. Questi cambiamenti sono in aumento e stanno attualmente influenzando la civiltà umana. Nel tentativo di migliorare le proprie condizioni di vita, l'umanità aumenta costantemente il ritmo della produzione materiale, senza pensare alle conseguenze. Con questo approccio, la maggior parte delle risorse sottratte alla natura le vengono restituite sotto forma di rifiuti, spesso tossici o non idonei allo smaltimento. Ciò rappresenta una minaccia sia per l'esistenza della biosfera che per l'uomo stesso.

4. Stabilità della biosfera.

Qual è la stabilità della biosfera, cioè la sua capacità di ritornare al suo stato originale dopo eventuali influenze perturbatrici? È molto grande. La biosfera esiste da circa 3,8 miliardi di anni (il Sole e i pianeti sono circa 4,6 miliardi) e durante questo tempo la sua evoluzione non si è interrotta: ciò deriva dal fatto che tutti gli organismi viventi, dai virus all'uomo, hanno la stessa genetica codice scritto in una molecola di DNA e le loro proteine ​​sono costituite da 20 aminoacidi, gli stessi in tutti gli organismi. E non importa quanto grandi fossero gli influssi disturbanti, e alcuni di essi possono essere classificati come catastrofi globali che portarono all’estinzione di molte specie, nella biosfera ci sono sempre state riserve interne per il ripristino e lo sviluppo.

Solo negli ultimi 570 milioni di anni si sono verificate sei grandi catastrofi. Come risultato di uno di questi, il numero di famiglie di animali marini è diminuito di oltre il 40%. La più grande catastrofe al confine tra il Permiano e il Triassico (240 milioni di anni fa) portò all’estinzione di circa il 70% delle specie, e la catastrofe al confine tra il Cretaceo e il Terziario (67 milioni di anni fa) portò all’estinzione estinzione di quasi la metà delle specie (poi si estinsero anche i dinosauri).

Le ragioni di tali cataclismi potrebbero essere diverse: raffreddamento del clima, grandi eruzioni vulcaniche con estese fuoriuscite di lava, ritiro degli oceani, impatti di grandi meteoriti - il biota si è ancora sviluppato, adattandosi all'ambiente e allo stesso tempo esercitando una potente influenza trasformativa sul più recente. La formazione di ossigeno atmosferico e l'aumento della sua concentrazione, tra l'altro, si rivelarono catastrofici anche per alcune specie: si estinsero, mentre allo stesso tempo lo sviluppo di altre accelerò. Il contenuto di anidride carbonica nell’atmosfera è diminuito di conseguenza. Il carbonio cominciò ad accumularsi nel biota e nei detriti (materia organica morta: lettiera di foglie, alberi secchi, torba, carbone, petrolio) e ad essere convertito in carbone, petrolio e gas. Negli oceani si formarono spessi depositi marini di carbonati (calcare, gesso, marmo) e silicati dai gusci e dagli scheletri degli organismi marini. I minerali di ferro fasciati, che costituiscono le principali riserve industriali di ferro, comprese le riserve dell'anomalia magnetica di Kursk, si formarono circa 2 miliardi di anni fa sotto l'influenza dell'ossigeno rilasciato dai batteri fotosintetici (solo dopo che l'ossigeno cominciò ad accumularsi nell'atmosfera ). Numerosi organismi che accumulano determinati elementi hanno partecipato alla creazione di depositi di altri minerali.

Il biota ha attraversato un enorme percorso evolutivo dagli organismi più semplici agli animali e alle piante e ha raggiunto la diversità delle specie, che i ricercatori stimano in 2-10 milioni di specie di animali, piante e microrganismi, ciascuno dei quali ha occupato la propria nicchia ecologica.

Lo stato del biota è determinato principalmente dalle caratteristiche fisico-chimiche dell'ambiente. Chiamiamo clima l'insieme delle caratteristiche medie a lungo termine dell'atmosfera, dell'idrosfera e del territorio. La principale caratteristica climatica - la temperatura sulla superficie terrestre - è cambiata relativamente poco durante l'evoluzione del biota (con il valore attuale della temperatura media globale di 288 0 K (la scala Kelvin conta i gradi dallo zero assoluto, 288 0 = 15 0) cambia , tenendo conto delle ere glaciali, non ha superato 10-20 0).

Sebbene i processi fisici e chimici nell'ambiente abbiano una certa influenza sullo stato degli ecosistemi e sulla biosfera nel suo insieme, anche l'influenza opposta del biota sull'ambiente è forte. Inoltre, influenza sia i feedback positivi che quelli negativi, quindi il suo sviluppo a volte accelera e talvolta rallenta.

Ma questo ciclo non è chiuso, né stazionario, come dimostrato dai dati geologici e dai modelli teorici, il contenuto di CO 2 nell'atmosfera (e il contenuto di O 2 associato) negli ultimi 570 milioni di anni ha fluttuato ripetutamente, e la quantità di CO 2 ogni volta diminuito o aumentato più volte una volta. In alcuni casi ciò ha contribuito allo sviluppo del biota, mentre in altri ha interferito.

Anche il lento ciclo geochimico non è chiuso: la CO 2 entra nell'atmosfera attraverso i vulcani e viene spesa per l'erosione delle rocce e la formazione del biota. Parte del carbonio atmosferico viene depositato e sepolto per lungo tempo, creando riserve di combustibili fossili, e l'ossigeno rilasciato entra nell'atmosfera. Di conseguenza, in 4 miliardi di anni, la concentrazione di CO 2 nell'atmosfera è diminuita di 100 - 1000 volte (a causa dell'indebolimento del vulcanismo, a seguito del consumo di elementi radioattivi nelle viscere della Terra), che negativamente ha influenzato la nutrizione delle piante. Allo stesso tempo, l'accumulo di ossigeno nell'atmosfera ha accelerato bruscamente lo sviluppo del biota, ma non è stato vantaggioso per gli organismi più anaerobici (privi di ossigeno), a causa della cui attività vitale appariva l'ossigeno. Sono stati quasi completamente sostituiti da organismi aerobi emergenti.

La grande influenza del biota sull'ambiente ha portato alcuni ricercatori alla conclusione che il biota potrebbe mantenere condizioni ambientali favorevoli alla sua vita. Ma questa ipotesi contraddice una serie di fattori (estinzioni di massa, scomparsa di miliardi di specie), nonché la teoria dell’evoluzione di Darwin. Il biota non manteneva le condizioni ambientali ottimali per gli organismi viventi, quindi molti organismi e specie non potevano sopravvivere ai cambiamenti delle condizioni geografiche e climatiche. Si stima che diversi miliardi di specie siano scomparse durante l’esistenza della biosfera, mentre ora ne esistono diversi milioni. Ma gli organismi che sono riusciti a sopravvivere al cambiamento delle condizioni hanno dato origine a nuove specie. È stato l'adattamento alle mutevoli condizioni ambientali a creare specie numerose e adattate, cioè a guidare l'evoluzione, come ha dimostrato per primo Darwin. Se fosse corretto il presupposto che il biota esistente in un certo momento potesse mantenere i parametri ambientali entro i limiti ottimali, allora il clima e la ricca vegetazione del periodo Carbonifero potrebbero ora esistere, ma l'evoluzione del biota cesserebbe.

Esistono prove che l'emergere dell'uomo come specie è stato facilitato dalle difficili condizioni ambientali in cui vivevano i nostri antenati. Quando imparò a mantenere condizioni favorevoli alla sua esistenza, la sua evoluzione come specie biologica cessò, sostituita dall'evoluzione della società.

Quindi, nel processo di sviluppo del biota ci sono stati periodi di sviluppo sostenibile e periodi di disastri.

Bioproduttività degli ecosistemi.

Determina la velocità con cui i produttori dell’ecosistema fissano l’energia solare nei legami chimici della materia organica sintetizzata produttività comunità. Si chiama la massa organica creata dalle piante nell'unità di tempo produzione primaria della comunità. I prodotti sono espressi quantitativamente nella massa umida o secca delle piante o in unità di energia - il numero equivalente di joule.

Produzione primaria lorda- la quantità di sostanza creata dalle piante per unità di tempo ad un dato tasso di fotosintesi. Parte di questa produzione è destinata al mantenimento dell'attività vitale delle piante stesse (spese per la respirazione). Questa parte può essere piuttosto ampia e varia dal 40 al 70% della produzione lorda. La restante parte della massa organica creata caratterizza la produzione primaria netta, che rappresenta la quantità di crescita delle piante, la riserva energetica per i consumatori e i decompositori. Essendo trasformato nelle catene alimentari, viene utilizzato per ricostituire la massa di organismi eterotrofi. L'aumento della massa dei consumatori per unità di tempo è prodotti secondari comunitari. Viene calcolato separatamente per ciascun livello trofico, perché L'aumento di massa su ciascuno di essi avviene per effetto dell'energia proveniente dal precedente. Gli eterotrofi, essendo inclusi nelle catene trofiche, alla fine vivono della produzione primaria netta della comunità. In diversi ecosistemi lo consumano con diversa completezza. Se il tasso di produzione primaria nelle catene alimentari è inferiore al tasso di crescita delle piante, ciò porta ad un aumento graduale della biomassa totale dei produttori. La biomassa è intesa come la massa totale di organismi in un dato gruppo o nell'intera comunità nel suo insieme. La biomassa è spesso espressa in unità di energia equivalenti.

L'utilizzo insufficiente dei rifiuti prodotti nelle catene di decomposizione provoca l'accumulo di materia organica, che si verifica, ad esempio, quando le torbiere diventano torbose e i corpi idrici poco profondi vengono ricoperti di vegetazione. La biomassa di una comunità con un ciclo equilibrato di sostanze rimane relativamente costante, perché Quasi tutta la produzione primaria è destinata alla nutrizione e alla riproduzione.

Il risultato pratico più importante dell'approccio energetico allo studio degli ecosistemi è stata l'implementazione della ricerca nell'ambito del Programma biologico internazionale, condotta da scienziati di tutto il mondo dal 1969 al fine di studiare la potenziale produttività biologica della Terra.

La distribuzione globale dei prodotti biologici primari è estremamente disomogenea. Il maggiore incremento assoluto della vita vegetale raggiunge una media di 25 g al giorno in condizioni molto favorevoli. Su vaste aree, la produttività non supera 0,1 g/m (deserti caldi e deserti polari). La produzione annuale totale di materia organica secca sulla Terra è di 150-200 miliardi di tonnellate. Circa un terzo si forma negli oceani, circa due terzi sulla terraferma. Quasi tutta la produzione primaria netta della Terra serve a sostenere la vita di tutti gli organismi eterotrofi. L’energia sottoutilizzata dai consumatori viene immagazzinata nei loro corpi, nei sedimenti organici dei corpi idrici e nell’humus del suolo.

L’efficienza del legame della radiazione solare da parte della vegetazione diminuisce con la mancanza di calore e umidità, con proprietà fisiche e chimiche sfavorevoli del suolo, ecc. La produttività della vegetazione cambia non solo durante la transizione da una zona climatica all'altra, ma anche all'interno di ciascuna zona.

Per i cinque continenti del mondo, la produttività media varia relativamente poco. L'eccezione è il Sud America, nella maggior parte dei quali le condizioni per lo sviluppo della vegetazione sono molto favorevoli.

La nutrizione delle persone è fornita principalmente dalle colture agricole, che occupano circa il 10% della superficie terrestre (circa 1,4 miliardi di ettari). L’aumento annuo totale delle piante coltivate è pari a circa il 16% della produttività totale del terreno, la maggior parte del quale è costituito da foreste. Circa la metà del raccolto va direttamente all'alimentazione umana, il resto viene utilizzato per nutrire gli animali domestici, viene utilizzato nell'industria e va disperso nei rifiuti. In totale, gli esseri umani consumano circa lo 0,2% della produzione primaria della Terra.

Il cibo vegetale è energeticamente più economico per l’uomo rispetto al cibo animale. Le aree agricole, con un uso e una distribuzione razionale dei prodotti, potrebbero sostenere circa il doppio dell’attuale popolazione della Terra. Ma ciò richiede molto lavoro e investimenti di capitale. È particolarmente difficile fornire alla popolazione prodotti secondari. La dieta di una persona dovrebbe includere almeno 30 g di proteine ​​al giorno. Le risorse disponibili sulla Terra, compresi i prodotti zootecnici e i risultati della pesca terrestre e oceanica, possono soddisfare ogni anno circa il 50% del fabbisogno della moderna popolazione della Terra. La maggior parte della popolazione mondiale si trova quindi in uno stato di carenza proteica e una percentuale significativa di persone soffre anche di malnutrizione generale.

Pertanto, aumentare la bioproduttività degli ecosistemi, e in particolare dei prodotti secondari, è una delle principali sfide che l’umanità deve affrontare.

6. Biosfera e uomo. Noosfera.

Vernadsky, analizzando la storia geologica della Terra, sostiene che c'è una transizione della biosfera in un nuovo stato - nella noosfera sotto l'influenza di una nuova forza geologica, il pensiero scientifico dell'umanità. Tuttavia, nelle opere di Vernadsky non esiste un'interpretazione completa e coerente dell'essenza della noosfera materiale come biosfera trasformata. In alcuni casi ha scritto della noosfera al futuro (non è ancora arrivata), in altri al presente (vi stiamo entrando), e talvolta ha associato la formazione della noosfera con l'apparizione dell'Homo sapiens o con l’emergere della produzione industriale. Va notato che quando, come mineralogista, Vernadsky scrisse sull'attività geologica dell'uomo, non aveva ancora usato i concetti di “noosfera” e persino di “biosfera”. Ha scritto in modo più dettagliato sulla formazione della noosfera sulla Terra nella sua opera incompiuta "Il pensiero scientifico come fenomeno planetario", ma principalmente dal punto di vista della storia della scienza.

Allora, cos’è la noosfera: un’utopia o una vera strategia di sopravvivenza? Le opere di Vernadsky consentono di rispondere in modo più sostanziale alla domanda posta, poiché indicano una serie di condizioni specifiche necessarie per la formazione e l'esistenza della noosfera. Elenchiamo queste condizioni:

1. insediamento umano dell'intero pianeta;

2. una trasformazione drammatica nei mezzi di comunicazione e di scambio tra i paesi;

3. rafforzare i legami, anche politici, tra tutti i paesi della Terra;

4. l'inizio della predominanza del ruolo geologico dell'uomo rispetto ad altri processi geologici che si verificano nella biosfera;

5. espansione dei confini della biosfera e accesso allo spazio;

6. scoperta di nuove fonti energetiche;

7. uguaglianza delle persone di tutte le razze e religioni;

8. aumentare il ruolo delle persone nella risoluzione delle questioni di politica estera e interna;

9. libertà del pensiero scientifico e della ricerca scientifica dalla pressione di costruzioni religiose, filosofiche e politiche e creazione nel sistema statale di condizioni favorevoli al libero pensiero scientifico;

10. un sistema ben ponderato di istruzione pubblica e un aumento del benessere dei lavoratori. Creare una reale opportunità per prevenire la malnutrizione, la fame e la povertà e ridurre notevolmente le malattie;

11.trasformazione ragionevole della natura primaria della Terra per renderla capace di soddisfare tutti i bisogni materiali, estetici e spirituali di una popolazione numericamente crescente;

12.esclusione delle guerre dalla vita della società.

7. Il ruolo del fattore umano nello sviluppo della biosfera.

Il tema centrale della dottrina della noosfera è l'unità della biosfera e dell'umanità. Vernadsky nelle sue opere rivela le radici di questa unità, l'importanza dell'organizzazione della biosfera nello sviluppo dell'umanità. Ciò ci consente di comprendere il luogo e il ruolo dello sviluppo storico dell'umanità nell'evoluzione della biosfera, i modelli della sua transizione alla noosfera.

Una delle idee chiave alla base della teoria della noosfera di Vernadsky è che l’uomo non è un essere vivente autosufficiente, vive separatamente secondo le proprie leggi, convive nella natura e ne fa parte. Questa unità è dovuta principalmente alla continuità funzionale dell'ambiente e dell'uomo, che Vernadsky ha cercato di mostrare come biogeochimico. L'umanità stessa è un fenomeno naturale ed è naturale che l'influenza della biosfera influenzi non solo l'ambiente della vita ma anche il modo di pensare.

Ma non solo la natura ha un impatto sull’uomo, c’è anche un feedback. Inoltre, non è superficiale, riflettendo l'impatto fisico dell'uomo sull'ambiente, è molto più profondo. Ciò è dimostrato dal fatto che le forze geologiche planetarie sono diventate recentemente notevolmente più attive. “...vediamo sempre più chiaramente in azione le forze geologiche intorno a noi. Ciò ha coinciso, non a caso, con la penetrazione nella coscienza scientifica della convinzione del significato geologico dell'Homo sapiens, con l'identificazione di un nuovo stato della biosfera - la noosfera - ed è una delle forme della sua espressione. Ciò è ovviamente legato soprattutto al chiarimento del lavoro scientifico e del pensiero sulla biosfera, dove la materia vivente gioca il ruolo principale”. Pertanto, recentemente la riflessione degli esseri viventi sulla natura circostante è cambiata radicalmente. Grazie a ciò, il processo di evoluzione viene trasferito nel campo dei minerali. Il suolo, l’acqua e l’aria stanno cambiando radicalmente. Cioè, l'evoluzione delle specie stessa si è trasformata in un processo geologico, poiché nel processo di evoluzione è apparsa una nuova forza geologica. Vernadsky ha scritto: “L’evoluzione delle specie passa nell’evoluzione della biosfera”.

Vernadsky vedeva l'inevitabilità della noosfera, preparata sia dall'evoluzione della biosfera che dallo sviluppo storico dell'umanità. Dal punto di vista dell’approccio noosferico, i moderni punti critici nello sviluppo della civiltà mondiale sono visti in modo diverso. L'atteggiamento barbaro nei confronti della biosfera, la minaccia di una catastrofe ambientale globale, la produzione di mezzi di distruzione di massa: tutto ciò dovrebbe avere un significato passeggero. La questione di una svolta radicale alle origini della vita, all'organizzazione della biosfera nelle condizioni moderne dovrebbe suonare come un campanello d'allarme, un appello a pensare e agire nell'aspetto biosfera-planetario.

Problemi ecologici della biosfera.

I problemi ambientali della biosfera sono l’effetto serra, l’assottigliamento dello strato di ozono, la massiccia deforestazione, che interrompe il processo di riciclaggio dell’ossigeno e del carbonio nella biosfera, i rifiuti derivanti dalla produzione, dall’agricoltura, dalla produzione di energia (le centrali idroelettriche causano danni alla natura e alle persone - inondazioni di vaste aree per bacini idrici, ostacoli insormontabili sulle rotte migratorie dei pesci anadromi e semi-anadromi che salgono per deporre le uova nei tratti superiori dei fiumi, c'è ristagno d'acqua, rallentamento del flusso, che influisce sulla vita di tutti i viventi creature che vivono nel fiume e nelle vicinanze del fiume; un aumento locale dell'acqua colpisce il suolo del bacino, provocando inondazioni, paludi, erosione costiera e smottamenti; pericolo di dighe in aree ad alta sismicità). Tutto ciò porta ad una crisi ambientale globale e richiede una transizione immediata verso una gestione ambientale razionale.

Conservazione della natura e prospettive per una gestione ambientale razionale.

L’uso razionale delle risorse naturali è l’unica via d’uscita da questa situazione.

L'obiettivo generale della gestione delle risorse naturali è trovare i modi migliori o ottimali per sfruttare gli ecosistemi naturali e artificiali (ad esempio agricoli). Lo sfruttamento si riferisce alla raccolta e all'impatto di alcuni tipi di attività economica sulle condizioni di esistenza delle biogeocenosi.

Risolvere il problema della creazione di un sistema ottimale di gestione delle risorse naturali è notevolmente complicato dalla presenza non di uno, ma di molti criteri di ottimizzazione. Questi includono: ottenere il massimo rendimento, ridurre i costi di produzione, preservare i paesaggi naturali, mantenere la diversità delle specie delle comunità, garantire un ambiente pulito, mantenere il normale funzionamento degli ecosistemi e dei loro complessi.

La protezione dell’ambiente e il ripristino delle risorse naturali dovrebbero includere:

Una strategia razionale per il controllo dei parassiti, la conoscenza e il rispetto delle pratiche agrotecniche, il dosaggio dei fertilizzanti minerali, una buona conoscenza delle agrocenosi ecologiche e dei processi che si verificano in esse, nonché ai loro confini con i sistemi naturali;

Miglioramento della tecnologia e dell’estrazione delle risorse naturali;

Massima estrazione completa ed esaustiva di tutti i componenti utili dal deposito;

Bonifica dei terreni dopo l'utilizzo dei depositi;

Utilizzo economico e senza sprechi delle materie prime nella produzione;

Pulizie profonde e tecnologie per l'utilizzo degli scarti di produzione;

Riciclaggio dei materiali dopo che i prodotti non sono più in uso;

Utilizzo di tecnologie che consentono l'estrazione dei minerali dispersi;

Utilizzo di sostituti naturali e fossili per composti minerali scarsi;

Cicli produttivi chiusi (sviluppo e applicazione);

Applicazione di tecnologie di risparmio energetico;

Sviluppo e utilizzo di nuove fonti energetiche rispettose dell'ambiente.

In generale, gli obiettivi di protezione ambientale e di ripristino delle risorse naturali dovrebbero includere:

Monitoraggio logico locale e globale, ad es. misurazione e controllo dello stato delle caratteristiche più importanti dell'ambiente, della concentrazione di sostanze nocive nell'atmosfera, nell'acqua, nel suolo;

Ripristino e preservazione delle foreste da incendi, parassiti, malattie;

Espansione e aumento del numero di riserve, zone di ecosistemi di riferimento, complessi naturali unici;

Tutela e allevamento di specie rare di piante e animali;

Educazione diffusa ed educazione ambientale della popolazione;

Cooperazione internazionale nella tutela dell'ambiente.

Un lavoro così attivo in tutti i settori dell'attività umana per formare un atteggiamento nei confronti della natura, lo sviluppo dell'uso razionale delle risorse naturali e le tecnologie rispettose dell'ambiente del futuro saranno in grado di risolvere i problemi ambientali di oggi e passare a una cooperazione armoniosa con la Natura .

Al giorno d'oggi, l'atteggiamento del consumatore nei confronti della natura, il ritiro delle sue risorse senza adottare misure per ripristinarle, stanno diventando un ricordo del passato. Il problema dell'uso razionale delle risorse naturali e della protezione della natura dalle conseguenze distruttive dell'attività economica umana sta acquisendo importanza nazionale.

La conservazione della natura e la gestione razionale dell’ambiente sono problemi complessi e la loro soluzione dipende sia dall’attuazione coerente delle misure governative volte a preservare gli ecosistemi, sia dall’espansione della conoscenza scientifica, che è economicamente vantaggiosa e redditizia per la società da finanziare. benessere.

Per le sostanze nocive nell'atmosfera sono stabilite dalla legge concentrazioni massime consentite che non causano conseguenze evidenti per l'uomo. Al fine di prevenire l'inquinamento atmosferico, sono state sviluppate misure per garantire una corretta combustione del carburante, il passaggio al riscaldamento centralizzato gassificato e l'installazione di impianti di trattamento nelle imprese industriali. Oltre a proteggere l'aria dall'inquinamento, gli impianti di trattamento consentono di risparmiare materie prime e riportare in produzione molti prodotti preziosi. Ad esempio, la cattura dello zolfo dai gas rilasciati consente di aumentare la produzione di acido solforico; la cattura del cemento consente di risparmiare una produzione pari alla produttività di diverse fabbriche. Nelle fonderie di alluminio, l'installazione di filtri sui tubi impedisce il rilascio di fluoro nell'atmosfera. Oltre alla costruzione di impianti di trattamento, è in corso la ricerca di una tecnologia in cui la produzione di rifiuti possa essere ridotta al minimo. Lo stesso obiettivo viene raggiunto migliorando la progettazione delle automobili e passando ad altri tipi di carburante (gas liquefatto, alcol etilico), la cui combustione produce meno sostanze nocive. È in fase di sviluppo un'auto con motore elettrico per gli spostamenti in città. La corretta disposizione della città e degli spazi verdi è di grande importanza. Gli alberi puliscono l'aria dalle particelle liquide e solide (aerosol) in essa sospese e assorbono i gas nocivi. Ad esempio, l'anidride solforosa è ben assorbita dal pioppo, dal tiglio, dall'acero, dall'ippocastano, dai fenoli, dal lillà, dal gelso e dal sambuco.

Le acque reflue domestiche e industriali sono sottoposte a trattamenti meccanici, fisici e biologici. Il trattamento biologico prevede la distruzione delle sostanze organiche disciolte da parte dei microrganismi. L'acqua viene fatta passare attraverso appositi serbatoi contenenti solo i cosiddetti fanghi attivi, che comprendono microrganismi che ossidano fenoli, acidi grassi, alcoli, idrocarburi, ecc.

Il trattamento delle acque reflue non risolve tutti i problemi. Pertanto, sempre più aziende stanno passando a una nuova tecnologia: un ciclo chiuso, in cui l'acqua purificata viene reimmessa nella produzione. Nuovi processi tecnologici consentono di ridurre di decine di volte la quantità di acqua necessaria per scopi industriali.

La tutela del sottosuolo consiste innanzitutto nel prevenire lo spreco improduttivo delle risorse organiche nella loro utilizzazione integrata. Ad esempio, molto carbone viene disperso negli incendi sotterranei e il gas infiammabile brucia nelle torce nei giacimenti petroliferi. Lo sviluppo della tecnologia per l'estrazione complessa dei metalli dai minerali consente di ottenere ulteriori elementi preziosi come titanio, cobalto, tungsteno, molibdeno, ecc.

Per aumentare la produttività agricola sono di grande importanza la corretta tecnologia agricola e l’attuazione di misure speciali di protezione del suolo. Ad esempio, la lotta contro i burroni viene effettuata con successo piantando piante: alberi, arbusti, erba. Le piante proteggono il suolo dal dilavamento e riducono la velocità del flusso dell'acqua. La coltivazione dei burroni ne consente l'utilizzo a fini economici. La semina dell'amorfa importata dall'America, che ha un potente apparato radicale, non solo previene efficacemente la perdita di terreno: la pianta stessa produce fagioli ad alto valore nutritivo. La diversità delle piantagioni e delle colture lungo il burrone contribuisce alla formazione di biocenosi persistenti. Gli uccelli si sistemano nei boschetti, il che non ha poca importanza per il controllo dei parassiti. Le piantagioni forestali protettive nelle steppe prevengono l'erosione dei campi da parte dell'acqua e del vento. Lo sviluppo di metodi biologici di controllo dei parassiti consente di ridurre l'uso di pesticidi in agricoltura. Attualmente necessitano di protezione 2.000 specie di piante, 236 specie di mammiferi e 287 specie di uccelli. L'Unione Internazionale per la Conservazione della Natura ha creato uno speciale Libro rosso che fornisce informazioni sulle specie in via di estinzione e fornisce raccomandazioni per la loro conservazione. Molte specie animali in via di estinzione hanno ora recuperato il loro numero. Questo vale per l'alce, la saiga, la garzetta e l'edredone.

La conservazione della flora e della fauna è facilitata dall'organizzazione di riserve naturali e santuari. Oltre a proteggere le specie rare e in via di estinzione, le riserve fungono da base per l’addomesticamento di animali selvatici con preziose proprietà economiche. Le riserve naturali sono anche centri di reinsediamento degli animali scomparsi nella zona e contribuiscono ad arricchire la fauna locale. Il topo muschiato nordamericano ha messo radici con successo in Russia, fornendo pelliccia preziosa. Nelle dure condizioni dell'Artico, il bue muschiato importato dal Canada e dall'Alaska si riproduce con successo. Il numero dei castori, quasi scomparso all'inizio del secolo, è stato ripristinato.

Esempi simili sono numerosi. Dimostrano che la cura della natura, basata sulla profonda conoscenza della biologia delle piante e degli animali, non solo la preserva, ma fornisce anche un significativo effetto economico.

Molte persone credono che la natura debba essere protetta solo per i suoi benefici effettivi o potenziali per le persone, un approccio chiamato visione del mondo antropocentrica (centrata sull’uomo). Alcune persone aderiscono a una visione del mondo biocentrica e sono convinte che sia indegno dell'uomo accelerare l'estinzione di qualsiasi specie, poiché l'uomo non è più importante delle altre specie sulla terra. "L'uomo non ha alcuna superiorità sulle altre specie, perché tutto è vanità delle vanità", credono. Altri hanno una visione ecocentrica (centro-ecosistema) e credono che siano giustificate solo le azioni volte a mantenere i sistemi di supporto vitale della terra.

CONCLUSIONE.

Vediamo quindi che sono presenti tutti quei segni specifici, tutte o quasi tutte le condizioni indicate da V. I. Vernadsky per distinguere la noosfera dagli stati preesistenti della biosfera. Il processo della sua formazione è graduale e probabilmente non sarà mai possibile indicare con precisione l'anno o addirittura il decennio a partire dal quale la transizione dalla biosfera alla noosfera potrà considerarsi completa. Naturalmente, le opinioni su questo tema possono differire. F.T. Yanshina scrive: "L'insegnamento dell'accademico V.I. Vernadsky sulla transizione dalla biosfera alla noosfera non è un'utopia, ma una vera strategia per la sopravvivenza e il raggiungimento di un futuro ragionevole per tutta l'umanità". L'opinione di R.K. Balandin è leggermente diversa: "La biosfera non raggiunge un livello superiore di complessità, di perfezione, ma si semplifica, si inquina, si degrada (un tasso di estinzione delle specie senza precedenti, distruzione di zone forestali, terribile erosione del territorio...) Si sposta ad un livello inferiore, cioè in esso la forza trasformatrice e regolatrice più attiva diventa tecno-sostanza, un insieme di sistemi tecnici attraverso i quali una persona - per lo più involontariamente - modifica l'intero ambito della vita." Lo stesso Vernadsky, notando le conseguenze indesiderabili e distruttive della gestione umana sulla Terra, le considerava alcuni costi. Credeva nella mente umana, nell'umanesimo dell'attività scientifica, nel trionfo della bontà e della bellezza. Aveva previsto brillantemente alcune cose, ma forse si sbagliava su altre. La noosfera dovrebbe essere accettata come un simbolo di fede, come un ideale di ragionevole intervento umano nei processi della biosfera sotto l'influenza delle conquiste scientifiche. Dobbiamo crederci, sperare che arrivi e adottare misure adeguate.

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Il concetto di biosfera. Biosfera è l'involucro della vita che comprende piante, animali e microrganismi. In un certo senso, l'uomo come specie biologica e il suolo come prodotto dell'attività degli organismi viventi possono essere classificati come biosfera.

Il termine "biosfera" fu usato per la prima volta da E. Suess (geologo austriaco) nel 1875, e la dottrina della biosfera fu creata solo all'inizio del XX secolo dalle opere di V.I. Vernadsky.

Attualmente il termine “biosfera” viene interpretato in due modi: in senso lato – la biosfera si identifica con l'involucro geografico (con l'unica differenza che l'involucro geografico è più antico della biosfera); in senso stretto, la biosfera è una pellicola, un “grumo di vita”, ed è considerata parallelamente agli altri gusci della Terra.

Il limite superiore della biosfera è considerato lo schermo dell'ozono, situato ad un'altitudine di 25-27 km (questa è l'altitudine alla quale si possono ancora trovare alcune spore e batteri). Il limite inferiore della biosfera passa nella litosfera a una profondità di 3-5 km (dove si trovano le rocce organogeniche e possono esistere i batteri). Questi confini sono determinati per la biosfera, intesa in senso lato.

La maggiore concentrazione di vita si trova entro limiti relativamente ristretti, nella zona di contatto di tre mezzi: acqua, aria e terra (suolo). Maggior parte

L'idrosfera, la parte inferiore della troposfera e il suolo sono popolati. Viene chiamato questo orizzonte sottile con la più alta concentrazione di materia vivente biostroma (copertina dal vivo).

Si ritiene che l'origine della vita sia avvenuta circa 3 miliardi di anni fa (alla fine dell'Archeano) in corpi d'acqua poco profondi, da cui la vita si diffuse nell'oceano, e solo allora sulla terra (in assenza di uno schermo di ozono, l'acqua era efficace nel bloccare le dannose radiazioni ultraviolette). Durante il periodo dell'origine della vita, il clima sulla Terra era caldo e umido.

Per molto tempo la vita è stata “localizzata” nel guscio geografico in punti, cioè la biosfera era poco sviluppata e molto discontinua. Nel corso della storia geologica, la diversità degli organismi viventi è aumentata, la loro organizzazione è diventata più complessa e la loro massa totale è aumentata. Lo sviluppo della vita non è stato uniforme. Alcune specie sono sopravvissute dall'Archeano ai giorni nostri (ad esempio le alghe blu-verdi), lo sviluppo di altre linee ha portato all'emergere di forme di vita complesse (primati, umani), lo sviluppo di altre si è concluso con la loro estinzione ( dinosauri, mammut, ecc.).

Nel corso della storia della biosfera sono esistite circa 500 milioni di specie, ma attualmente ne esistono solo circa 2 milioni.

L’ampia distribuzione degli organismi viventi sulla Terra è stata favorita dalla loro capacità di adattarsi a un’ampia varietà di condizioni ambientali e dalla loro elevata capacità di riprodursi. Pertanto, i microrganismi sono stati trovati nei geyser islandesi a una temperatura di +93 o C e persino nei terreni permafrost a temperature molto basse. Le spore di alcuni batteri rimangono vitali a temperature di +100 o C e inferiori a –200 o C. La progenie di uno dei batteri, in condizioni favorevoli adeguate, potrebbe riempire l'intero oceano mondiale in 5 giorni e il trifoglio potrebbe ricoprire l'intera superficie della Terra in 11 anni.

Attualmente la composizione della biosfera è dominata dagli animali: ci sono circa 1,7 milioni di specie. Esistono circa 400mila specie di piante sulla Terra, ma la massa delle sostanze vegetali è molte volte maggiore della massa degli animali. Le piante rappresentano quasi il 97% della biomassa totale della Terra e solo il 3% della massa di animali e microrganismi. La stragrande maggioranza della biomassa è concentrata sulla terraferma e supera di 1000 volte la biomassa dell’oceano. La diversità delle specie nell’oceano è molto più scarsa.

La vegetazione sulla terra forma una copertura quasi continua: la fitosfera. La massa vegetale è costituita da superfici fuori terra (tronchi con rami, foglie, aghi; arbusti, copertura erbacea e muschi-licheni) e sotterranee (radici delle piante). Ad esempio, per un bosco misto, la massa vegetale è di quasi 400 t/ha, di cui la parte fuori terra rappresenta circa 300 t/ha e la parte sotterranea circa 100 t/ha. Sulla terraferma, la biomassa generalmente aumenta dai poli all’equatore e il numero di specie vegetali e animali aumenta nella stessa direzione. Nella tundra la biomassa è di circa 12 t/ha, nella taiga - circa 320 t/ha, nelle foreste miste e decidue - 400 t/ha, nelle steppe diminuisce a 25 t/ha e nei deserti anche a 12 t/ha, nelle savane aumenta nuovamente fino a 100 t/ha e più, nelle foreste tropicali raggiunge un massimo di 500 t/ha. Il numero più piccolo di specie animali e vegetali si trova nei deserti artici e nelle tundre, il più grande nelle foreste equatoriali.

Le piante sulla terra contengono più del 99% di tutta la biomassa terrestre, mentre gli animali e i microrganismi ne contengono solo meno dell'1%. Nell’oceano, questo rapporto è invertito: le piante rappresentano più del 6% e gli animali e i microrganismi rappresentano circa il 94%. La biomassa totale dell'oceano rappresenta solo lo 0,13% della biomassa dell'intera biosfera, sebbene l'oceano occupi un'area pari al 71%. Pertanto, l'oceano aperto è essenzialmente un deserto acquatico.

Diamo uno sguardo più da vicino ai componenti della biosfera e al loro ruolo nell'involucro geografico della Terra.

Microrganismi (germi) è la più piccola delle forme di vita e onnipervasiva. I microbi furono scoperti nel XVII secolo. A. Levenguk. Si distinguono i seguenti gruppi di microbi:

a) per struttura: organismi unicellulari (alghe, funghi, protozoi unicellulari) - hanno una cellula relativamente grande di tipo complesso (eucarioti); i batteri sono organismi strutturalmente più semplici (procarioti);

b) in base alle caratteristiche chimiche (fonte di energia per processi biochimici): microrganismi fotosintetici - utilizzano l'energia radiante del Sole come fonte di energia e convertono l'anidride carbonica in carbonio organico (produttori primari); microrganismi eterotrofi: ottengono energia decomponendo le molecole di carbonio organico (predatori molecolari); i microrganismi fotosintetici ed eterotrofi svolgono un ruolo enorme nell'involucro geografico: mantengono il carbonio disponibile sulla Terra in costante movimento;

c) sull'uso dell'ossigeno: aerobico - consumare ossigeno; anaerobico: non consumare ossigeno.

Il numero di tipi di microrganismi è enorme e sono distribuiti ovunque sulla Terra. Decompongono la materia organica, assimilano l'azoto atmosferico, ecc.

Impianti - uno dei regni del mondo organico. La loro principale differenza rispetto agli altri organismi viventi è la capacità di creare sostanze organiche da sostanze inorganiche, motivo per cui vengono chiamate autotrofi . Allo stesso tempo, le piante verdi eseguono la fotosintesi, il processo di conversione dell'energia solare in materia organica. Le piante sono la principale fonte primaria di cibo ed energia per tutte le altre forme di vita sulla Terra.

Le piante sono una fonte di ossigeno sulla Terra (le foreste equatoriali sono chiamate i “polmoni” del nostro pianeta). Le piante sono considerate produttori primari - produttori. Le piante nutrono tutta l’umanità e sono in definitiva fonti di energia e materie prime. Le piante proteggono il suolo dall'erosione, regolano il deflusso e la composizione del gas nell'atmosfera.

Attualmente si conoscono quasi 400mila specie di piante, suddivise in inferiori e superiori. Dalla metà del 20° secolo. Dal regno vegetale si distingue un regno indipendente: i funghi, che in precedenza erano classificati come inferiori.

Delle 40mila specie di piante presenti sulla Terra, 25mila specie sono angiosperme (piante da fiore). La flora più ricca della Terra è la flora dei tropici.

Animali - organismi che compongono uno dei regni del mondo organico. Gli animali lo sono eterotrofi , cioè. si nutrono di composti organici già pronti. Quasi tutti gli animali sono attivamente mobili. Esistono più di 1,7 milioni di specie di animali sulla Terra, di cui la maggior parte sono insetti (circa 1 milione)

Gli animali creano prodotti secondari, influenzano la copertura vegetale, il suolo e distruggono e mineralizzano la materia organica. Gli animali, come le piante, svolgono un ruolo enorme nella vita umana.

In un certo senso anche il suolo può essere una componente della biosfera. Il suolo – lo strato fertile superiore e sciolto della crosta terrestre in cui sono distribuite le radici delle piante. Il suolo è una formazione complessa costituita da due parti principali: minerale (rocce distrutte) e organica (humus). I suoli ricoprono la maggior parte della superficie terrestre con uno strato sottile, da 0 a 2 m.

Una proprietà importante del suolo è la sua fertilità, cioè. la capacità del suolo di produrre piante. Il suolo è la base per la crescita delle piante e l’habitat di un gran numero di esseri viventi. I suoli regolano il bilancio idrico e influenzano la formazione del paesaggio. Il famoso scienziato del suolo russo V.V. Dokuchaev definì il suolo uno “specchio del paesaggio”.

I suoli accumulano e convertono l’energia solare. Il suolo è la base della produzione agricola.

Il (piccolo) ciclo biologico avviene continuamente nella biosfera. L'interazione degli organismi viventi con l'atmosfera, l'idrosfera e la litosfera avviene attraverso il ciclo biologico delle sostanze e dell'energia.

Il ciclo biologico è costituito da due processi:

– formazione di materia vivente da materia non vivente a causa dell’energia solare;

– decomposizione e trasformazione della materia organica in minerale semplice (inerti).

Il primo processo è associato alla fotosintesi, effettuata dalle piante verdi sulla terra e nell'oceano (acqua). Nella foglia verde di una pianta, a causa della luce solare con la partecipazione della clorofilla, si forma materia organica da anidride carbonica e acqua e viene rilasciato ossigeno libero. Inoltre, le piante con il loro apparato radicale assorbono sostanze minerali solubili dal terreno: sali di azoto, potassio, calcio, zolfo, fosforo - e convertono anche queste sostanze in sostanze organiche.

La decomposizione della materia organica avviene principalmente sotto l'influenza di microrganismi. I microrganismi utilizzano la materia organica per i loro processi vitali e, sebbene una parte di essa vada alla formazione di nuova materia organica (il corpo del microrganismo), una parte significativa della materia organica è mineralizzata, cioè la materia organica si decompone nei suoi composti più semplici.

La formazione e la distruzione della materia organica sono processi opposti, ma inseparabili. L’assenza di uno di essi porterà inevitabilmente all’estinzione della vita. La vita moderna esiste sulla Terra grazie al ciclo biologico.

Grazie al ciclo biologico, gli organismi viventi influenzano tutti i gusci della Terra. Pertanto, quasi tutto l'ossigeno nell'atmosfera terrestre è di origine biogenica. Se il processo di fotosintesi si interrompe, l'ossigeno libero scomparirà rapidamente.

Anche il ruolo degli esseri viventi nell'idrosfera è grande. Gli organismi consumano ed espellono continuamente acqua. Il processo di traspirazione (evaporazione dell'acqua da parte delle piante) è particolarmente intenso. La composizione di gas e sale delle acque oceaniche è determinata anche dall'attività degli organismi viventi. Anche le acque terrestri diventano chimicamente attive in gran parte sotto l'influenza degli organismi viventi.

L'influenza degli organismi viventi sulla litosfera è particolarmente profonda e diversificata. Si manifesta nella distruzione delle rocce (alterazione biologica), nella formazione di rocce organogeniche: calcare, torba, lignite e carbon fossile, petrolio, gas, scisti bituminosi. Le riserve di materia organica accumulate nella crosta terrestre sono enormi. Sono molte volte superiori alla materia organica vivente. Anche i minerali e i fosforiti di ferro e manganese possono essere di origine biogenica. La loro formazione è associata all'attività di batteri speciali.

Solo sotto l'influenza degli organismi viventi si sono formati i terreni sulla Terra. I suoli sono considerati una complessa formazione bioinerte, che si forma nel processo di interazione della materia vivente con la materia non vivente. La base per la formazione del suolo sono le rocce che formano il suolo di montagna e i principali fattori di formazione del suolo sono microrganismi e piante e, in misura minore, animali del suolo.

Biosfera (dal greco bios - vita, sphaira - sfera)- il guscio del pianeta Terra in cui è presente la vita. Lo sviluppo del termine "biosfera" è associato al geologo inglese Eduard Suesse e allo scienziato russo V.I. Vernadsky. La biosfera, insieme alla litosfera, all'idrosfera e all'atmosfera, forma i quattro gusci principali della Terra.

Origine del termine "biosfera"

Il termine "biosfera" fu coniato per la prima volta dal geologo Eduard Suess nel 1875 per riferirsi allo spazio sulla superficie terrestre dove esiste la vita. Una definizione più completa del concetto di "biosfera" è stata proposta da V.I. Vernadsky. Fu il primo ad assegnare alla vita il ruolo dominante della forza trasformatrice del nostro pianeta, tenendo conto dell'attività vitale degli organismi sia nel presente che nel passato. I geochimici definiscono il termine "biosfera" come la somma totale degli organismi viventi ("biomassa" o "biota" come la chiamano biologi ed ecologisti).

Confini della biosfera

Ogni parte del pianeta, dalle calotte polari all'equatore, è abitata da organismi viventi. I recenti progressi nel campo della microbiologia hanno dimostrato che i microrganismi vivono in profondità sotto la superficie terrestre e forse la loro biomassa totale supera la biomassa di tutta la flora e la fauna sulla superficie terrestre.

Al momento, i confini effettivi della biosfera non possono essere misurati. In genere, la maggior parte delle specie di uccelli vola ad altitudini comprese tra 650 e 1.800 metri, e i pesci sono stati trovati fino a 8.372 metri di profondità nella fossa di Porto Rico. Ma ci sono anche esempi più estremi di vita sul pianeta. L'avvoltoio africano, o avvoltoio di Rüppel, è stato visto ad altitudini superiori a 11.000 metri, le oche di montagna di solito migrano ad altitudini di almeno 8.300 metri, gli yak selvatici vivono nelle regioni montuose del Tibet ad un'altitudine di circa 3.200 - 5.400 metri sul livello del mare livello e le capre di montagna vivono ad altitudini fino a 3000 metri.

Gli organismi microscopici sono in grado di vivere in condizioni più estreme e, se li prendiamo in considerazione, lo spessore della biosfera è molto maggiore di quanto immaginassimo. Alcuni microrganismi sono stati scoperti negli strati superiori dell'atmosfera terrestre ad un'altitudine di 41 km. È improbabile che i microbi siano attivi ad altitudini dove la temperatura e la pressione atmosferica sono estremamente basse e la radiazione ultravioletta è molto intensa. Molto probabilmente, furono trasportati nell'atmosfera superiore da venti o eruzioni vulcaniche. Inoltre, forme di vita unicellulari sono state trovate nella parte più profonda della Fossa delle Marianne ad una profondità di 11.034 metri.

Nonostante tutti gli esempi sopra riportati degli estremi della vita, in generale lo strato della biosfera terrestre è così sottile che può essere paragonato alla buccia di una mela.

Struttura della biosfera

La biosfera è organizzata in una struttura gerarchica in cui i singoli organismi formano popolazioni. Diverse popolazioni interagenti costituiscono una biocenosi. Le comunità di organismi viventi (biocenosi) che vivono in determinati habitat fisici (biotopo) formano un ecosistema. è un gruppo di animali, piante e microrganismi che interagiscono tra loro e con l'ambiente in modo tale da garantire la propria esistenza. Pertanto, l’ecosistema è l’unità funzionale della sostenibilità della vita sulla Terra.

Origine della biosfera

La biosfera esiste da circa 3,5-3,7 miliardi di anni. Le prime forme di vita erano procarioti, organismi viventi unicellulari che potevano vivere senza ossigeno. Alcuni procarioti hanno sviluppato un processo chimico unico che conosciamo come . Erano in grado di utilizzare la luce solare per produrre zucchero semplice e ossigeno dall'acqua e dall'anidride carbonica. Questi microrganismi fotosintetici erano così numerosi da trasformare radicalmente la biosfera. Per un lungo periodo di tempo, un'atmosfera si è formata da una miscela di ossigeno e altri gas che potrebbe supportare nuova vita.

L’aggiunta di ossigeno alla biosfera ha consentito il rapido sviluppo di forme di vita più complesse. Apparvero milioni di piante e animali diversi che mangiavano piante e altri animali. si è evoluto per decomporre animali e piante morti.

Grazie a ciò, la biosfera ha fatto un enorme passo avanti nel suo sviluppo. I resti decomposti di piante e animali morti rilasciavano sostanze nutritive nel suolo e nell’oceano, che venivano riassorbite dalle piante. Questo scambio di energia ha permesso alla biosfera di diventare un sistema autosufficiente e autoregolamentato.

Il ruolo della fotosintesi nello sviluppo della vita

La biosfera è unica nel suo genere. Fino ad ora non ci sono stati fatti scientifici che confermino l'esistenza della vita in altri luoghi dell'Universo. La vita sulla Terra esiste grazie al Sole. Quando esposti all'energia solare, si verifica un processo chiamato fotosintesi. Come risultato della fotosintesi, le piante, alcuni tipi di batteri e protozoi convertono l'anidride carbonica in ossigeno e composti organici come lo zucchero sotto l'influenza della luce. La stragrande maggioranza delle specie animali, fungine, vegetali e batteriche dipende direttamente o indirettamente dalla fotosintesi.

Fattori che influenzano la biosfera

Ci sono molti fattori che influenzano la biosfera e la nostra vita sulla Terra. Ci sono fattori globali come la distanza tra la Terra e il Sole. Se il nostro pianeta fosse più vicino o più lontano dal Sole, la Terra sarebbe troppo calda o troppo fredda perché possa sorgere la vita. Anche l'angolo di inclinazione dell'asse terrestre è un fattore importante che influenza il clima del pianeta. Le stagioni e i cambiamenti climatici stagionali sono il risultato diretto dell'inclinazione della Terra.

Anche i fattori locali hanno un impatto importante sulla biosfera. Se guardi una certa area della Terra, puoi vedere l'influenza del clima, del tempo quotidiano, dell'erosione e della vita stessa. Questi piccoli fattori cambiano costantemente lo spazio e gli organismi viventi devono rispondere di conseguenza, adattandosi ai cambiamenti del loro ambiente. Anche se le persone possono controllare gran parte del loro ambiente immediato, sono comunque vulnerabili ai disastri naturali.

Il più piccolo dei fattori che influenzano l'aspetto della biosfera sono i cambiamenti che si verificano a livello molecolare. Le reazioni di ossidazione e riduzione possono modificare la composizione delle rocce e della materia organica. C'è anche il degrado biologico. Piccoli organismi come batteri e funghi sono in grado di elaborare materiali sia organici che inorganici.

Riserve della biosfera

Le persone svolgono un ruolo importante nel mantenimento dello scambio energetico della biosfera. Sfortunatamente, il nostro impatto sulla biosfera è spesso negativo. Ad esempio, i livelli di ossigeno nell’atmosfera stanno diminuendo e i livelli di anidride carbonica stanno aumentando a causa dell’eccessivo consumo di combustibili fossili da parte delle persone, mentre le fuoriuscite di petrolio e gli scarichi di rifiuti industriali nell’oceano causano enormi danni all’idrosfera. Il futuro della biosfera dipende da come le persone interagiscono con gli altri esseri viventi.

All’inizio degli anni ’70, le Nazioni Unite hanno istituito un progetto chiamato Man and the Biosphere (MAB), che promuove uno sviluppo sostenibile ed equilibrato. Attualmente ci sono centinaia di riserve della biosfera in tutto il mondo. La prima riserva della biosfera è stata istituita a Yangambi, nella Repubblica Democratica del Congo. Yangambi si trova nel fertile bacino del fiume Congo e ospita circa 32.000 specie di alberi e animali, tra cui specie endemiche come l'elefante della foresta e il maiale dalle orecchie a spazzola. La Riserva della Biosfera di Yangambi sostiene attività importanti come l'agricoltura sostenibile, la caccia e l'estrazione.

Biosfere extraterrestri

Fino ad ora, la biosfera non è stata scoperta al di fuori della Terra. Pertanto, l’esistenza di biosfere extraterrestri rimane ipotetica. Da un lato, molti scienziati ritengono che la vita su altri pianeti sia improbabile e, se esiste da qualche parte, è molto probabile sotto forma di microrganismi. D'altra parte, possono esserci molti analoghi della Terra, anche nella nostra galassia: la Via Lattea. Considerati i limiti della nostra tecnologia, attualmente non è noto quale percentuale di questi pianeti sia in grado di avere una biosfera. È anche impossibile escludere la possibilità che in futuro gli esseri umani creino biosfere artificiali, ad esempio su Marte.

La biosfera è un sistema molto fragile in cui ogni organismo vivente è un anello importante di un'enorme catena di vita. Dobbiamo renderci conto che l'uomo, in quanto creatura più intelligente del pianeta, è responsabile della preservazione del miracolo della vita sul nostro pianeta.

L'interazione delle popolazioni determina la natura del funzionamento del livello successivo e più elevato di organizzazione degli esseri viventi: la comunità biotica o biocenosi. Sotto biocenosi si riferisce ad un sistema biologico che è un insieme di popolazioni di specie diverse che coesistono nello spazio e nel tempo. Lo studio delle comunità mira a scoprire come viene mantenuta la loro esistenza sostenibile e quale impatto hanno le interazioni biotiche e le condizioni ambientali sui cambiamenti nelle comunità.

Comunità, ecosistema, biogeocenosi, biosfera

Una comunità (biocenosi) è un insieme di organismi di varie specie che convivono a lungo in un determinato spazio e rappresentano un'unità ecologica. Come una popolazione, una comunità ha le proprie proprietà (e indicatori) inerenti al suo insieme. Le proprietà della comunità sono la stabilità (la capacità di resistere alle influenze esterne), la produttività (la capacità di produrre materia vivente). Gli indicatori di una comunità sono le caratteristiche della sua composizione (diversità delle specie, struttura della rete alimentare), il rapporto tra i singoli gruppi di organismi. Uno dei compiti principali dell'ecologia è chiarire le relazioni tra le proprietà e la composizione di una comunità, che appaiono indipendentemente dalle specie che vi sono incluse.

L'ecosistema è un'altra categoria ecologica; è qualsiasi comunità di esseri viventi, insieme al suo habitat fisico, che funziona come un tutto unico. Un esempio di ecosistema è uno stagno, che comprende una comunità di idrobionti, le proprietà fisiche e la composizione chimica dell'acqua, le caratteristiche della topografia del fondale, la composizione e la struttura del suolo, l'aria atmosferica che interagisce con la superficie dell'acqua e l'energia solare. radiazione. Negli ecosistemi avviene un costante scambio di energia e materia tra la natura vivente e quella inanimata. Questo scambio è sostenibile. Gli elementi della natura vivente e inanimata sono in costante interazione.

L'ecosistema è un concetto molto ampio e si applica sia ai complessi naturali (ad esempio la tundra, l'oceano) che a quelli artificiali (ad esempio un acquario). Pertanto, per designare un ecosistema naturale elementare in ecologia, si usa il termine “biogeocenosi”.

La biogeocenosi è un insieme storicamente stabilito di organismi viventi (biocenosi) e dell'ambiente abiotico, insieme all'area della superficie terrestre che occupano. Il confine della biogeocenosi è stabilito lungo il confine della comunità vegetale (fitocenosi), la componente più importante di qualsiasi biogeocenosi. Ogni biogeocenosi è caratterizzata da un proprio tipo di scambio di materia ed energia.

La biogeocenosi è parte integrante del paesaggio naturale e un'unità bioterritoriale elementare della biosfera. Spesso la classificazione degli ecosistemi naturali si basa sulle caratteristiche ecologiche caratteristiche degli habitat, evidenziando le comunità delle coste o piattaforme marittime, laghi o stagni, prati alluvionali o montani, deserti rocciosi o sabbiosi, foreste montane, estuari (foci di grandi fiumi), ecc. Tutti gli ecosistemi naturali (biogeocenosi) sono interconnessi e insieme formano il guscio vivente della Terra, che può essere considerato il più grande ecosistema: la biosfera.

Funzionamento dell'ecosistema

Energia negli ecosistemi. Un ecosistema è un insieme di organismi viventi che scambiano continuamente energia, materia e informazioni tra loro e con l'ambiente. Consideriamo innanzitutto il processo di scambio energetico. L’energia è definita come la capacità di produrre lavoro. Le proprietà dell'energia sono descritte dalle leggi della termodinamica.

La prima legge (legge) della termodinamica o legge di conservazione dell'energia afferma che l'energia può cambiare da una forma all'altra, ma non scompare né si crea di nuovo. La seconda legge (legge) della termodinamica o legge dell'entropia afferma che in un sistema chiuso l'entropia può solo aumentare. In relazione all'energia negli ecosistemi è conveniente la seguente formulazione: i processi associati alle trasformazioni energetiche possono avvenire spontaneamente solo se l'energia passa dalla forma concentrata a quella dispersa, cioè si degrada.

La misura della quantità di energia che diventa indisponibile per l'uso, o altrimenti la misura del cambiamento nell'ordine che avviene durante la degradazione dell'energia, è l'entropia. Più alto è l’ordine del sistema, minore è la sua entropia. Pertanto, qualsiasi sistema vivente, compreso un ecosistema, mantiene la sua attività vitale grazie, in primo luogo, alla presenza nell'ambiente di un eccesso di energia libera (l'energia del Sole); in secondo luogo, la capacità, dovuta alla progettazione dei suoi componenti, di catturare e concentrare questa energia e, una volta utilizzata, di dissiparla nell'ambiente. Pertanto, prima catturare e poi concentrare l'energia con il passaggio da un livello trofico all'altro garantisce un aumento dell'ordine e dell'organizzazione di un sistema vivente, cioè una diminuzione della sua entropia.

Energia e produttività degli ecosistemi. Quindi, la vita in un ecosistema si mantiene grazie al continuo passaggio di energia attraverso la materia vivente, trasferita da un livello trofico all'altro; Allo stesso tempo, c'è una costante trasformazione dell'energia da una forma all'altra. Inoltre, durante le trasformazioni energetiche, parte di essa viene dispersa sotto forma di calore. Quindi sorge la domanda: in quali relazioni e proporzioni quantitative dovrebbero essere tra loro i membri della comunità di diversi livelli trofici nell'ecosistema per soddisfare i loro bisogni energetici?

L'intero approvvigionamento energetico è concentrato nella massa di materia organica - biomassa, pertanto l'intensità della formazione e distruzione della materia organica ad ogni livello è determinata dal passaggio di energia attraverso l'ecosistema (la biomassa può sempre essere espressa in unità energetiche). Il tasso di formazione della materia organica è chiamato produttività. Ci sono produttività primaria e secondaria. In qualsiasi ecosistema, la biomassa si forma e viene distrutta e questi processi sono interamente determinati dalla vita del livello trofico inferiore: i produttori. Tutti gli altri organismi consumano solo la materia organica già creata dalle piante e, quindi, la produttività complessiva dell'ecosistema non dipende da loro. Alti tassi di produzione di biomassa si osservano negli ecosistemi naturali e artificiali dove i fattori abiotici sono favorevoli, e soprattutto quando l’energia aggiuntiva viene fornita dall’esterno, il che riduce i costi propri del sistema per il mantenimento della vita.

Questa energia aggiuntiva può presentarsi in diverse forme: ad esempio, in un campo coltivato, sotto forma di energia da combustibili fossili e lavoro svolto da esseri umani o animali. Pertanto, per fornire energia a tutti gli individui di una comunità di organismi viventi in un ecosistema, è necessaria una certa relazione quantitativa tra produttori, consumatori di diversi ordini, detritivori e decompositori. Tuttavia, per l'attività vitale di qualsiasi organismo, e quindi del sistema nel suo insieme, l'energia da sola non è sufficiente, devono ricevere vari componenti minerali, oligoelementi e sostanze organiche necessarie per la costruzione di molecole di materia vivente.

Ciclo degli elementi in un ecosistema

Da dove provengono inizialmente nella materia vivente i componenti necessari per costruire un organismo? Vengono forniti alla catena alimentare dagli stessi produttori. Estraggono minerali inorganici e acqua dal suolo, CO2 dall'aria e dal glucosio formato durante la fotosintesi, con l'aiuto di sostanze nutritive costruiscono ulteriormente molecole organiche complesse: carboidrati, proteine, lipidi, acidi nucleici, vitamine, ecc. Affinché gli elementi necessari siano disponibili per gli organismi viventi, devono essere sempre disponibili. In questo rapporto si realizza la legge di conservazione della materia. È conveniente formularlo così: gli atomi nelle reazioni chimiche non scompaiono mai, non si formano né si trasformano l'uno nell'altro; si riorganizzano solo per formare varie molecole e composti (allo stesso tempo, l'energia viene assorbita o rilasciata).

Per questo motivo, gli atomi possono essere utilizzati in un’ampia varietà di composti e la loro riserva non viene mai esaurita. Questo è esattamente ciò che accade negli ecosistemi naturali sotto forma di cicli di elementi. In questo caso si distinguono due cicli: grande (geologico) e piccolo (biotico). Il ciclo dell’acqua è uno dei processi più grandiosi sulla superficie del globo. Svolge un ruolo importante nel collegare i cicli geologici e biotici. Nella biosfera l'acqua, spostandosi continuamente da uno stato all'altro, compie cicli piccoli e grandi. L'evaporazione dell'acqua dalla superficie dell'oceano, la condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera e le precipitazioni sulla superficie dell'oceano formano un piccolo ciclo. Se il vapore acqueo viene trasportato dalle correnti d'aria verso la terraferma, il ciclo diventa molto più complicato. In questo caso, una parte delle precipitazioni evapora e ritorna nell'atmosfera, l'altra alimenta fiumi e bacini artificiali, ma alla fine ritorna nuovamente nell'oceano attraverso il deflusso fluviale e sotterraneo, completando così il grande ciclo.

Una proprietà importante del ciclo dell'acqua è che, interagendo con la litosfera, l'atmosfera e la materia vivente, collega insieme tutte le parti dell'idrosfera: l'oceano, i fiumi, l'umidità del suolo, le falde acquifere e l'umidità atmosferica. L’acqua è il componente più importante di tutti gli esseri viventi. Le acque sotterranee, penetrando attraverso i tessuti vegetali durante il processo di traspirazione, apportano sali minerali necessari alla vita delle piante stesse. Riassumendo le leggi del funzionamento degli ecosistemi, formuliamo ancora una volta le loro principali disposizioni: 1) gli ecosistemi naturali esistono grazie all'energia solare gratuita, che non inquina l'ambiente, la cui quantità è eccessiva e relativamente costante;
2) il trasferimento di energia e materia attraverso la comunità di organismi viventi nell'ecosistema avviene lungo la catena alimentare; tutte le specie di esseri viventi in un ecosistema sono divise in base alle funzioni che svolgono in questa catena in produttori, consumatori, detritivori e decompositori: questa è la struttura biotica della comunità; il rapporto quantitativo del numero di organismi viventi tra i livelli trofici riflette la struttura trofica della comunità, che determina la velocità di passaggio di energia e materia attraverso la comunità, cioè la produttività dell'ecosistema; 3) gli ecosistemi naturali, grazie alla loro struttura biotica, mantengono uno stato stabile indefinitamente, senza soffrire di esaurimento delle risorse e inquinamento da parte dei propri rifiuti; l'ottenimento delle risorse e l'eliminazione dei rifiuti avvengono all'interno del ciclo di tutti gli elementi.

Impatto umano sull’ecosistema

L'impatto dell'uomo sull'ambiente naturale può essere considerato sotto diversi aspetti, a seconda dello scopo dello studio di questo problema. Da un punto di vista ecologico, è interessante considerare l'impatto umano sui sistemi ecologici dal punto di vista della conformità o contraddizione delle azioni umane con le leggi oggettive del funzionamento degli ecosistemi naturali. Basandosi sulla visione della biosfera come ecosistema globale, tutta la diversità delle attività umane nella biosfera porta a cambiamenti nella: composizione della biosfera, nei cicli e nell'equilibrio delle sue sostanze costituenti; bilancio energetico della biosfera; biota. La direzione e la portata di questi cambiamenti sono tali che l’uomo stesso ha dato loro il nome di crisi ecologica.

La moderna crisi ambientale è caratterizzata dalle seguenti manifestazioni: cambiamento graduale del clima del pianeta dovuto a cambiamenti nell'equilibrio dei gas nell'atmosfera, generale e locale (sopra i poli, singole aree terrestri); distruzione dello schermo di ozono della biosfera; inquinamento dell'Oceano Mondiale con metalli pesanti, composti organici complessi, prodotti petroliferi, sostanze radioattive, saturazione delle acque con anidride carbonica, gas, interruzione delle connessioni ecologiche naturali tra l'oceano e le acque terrestri a seguito della costruzione di dighe sui fiumi, con conseguente cambiamenti nel deflusso solido, nei percorsi di deposizione delle uova, ecc. inquinamento atmosferico con formazione di precipitazioni acide, sostanze altamente tossiche a seguito di reazioni chimiche e fotochimiche; inquinamento delle acque terrestri, comprese quelle fluviali, utilizzate per l'approvvigionamento di acqua potabile, con sostanze altamente tossiche, tra cui diossine, metalli pesanti, fenoli; desertificazione del pianeta; degrado dello strato di suolo; riduzione dell'area delle terre fertili; adatte all'agricoltura; contaminazione radioattiva di alcuni territori dovuta allo smaltimento di rifiuti radioattivi, incidenti causati dall'uomo, ecc. accumulo di rifiuti domestici e rifiuti industriali sulla superficie terrestre, in particolare di plastica praticamente non degradabile; riduzione dell'area delle foreste tropicali e settentrionali, con conseguente squilibrio dei gas atmosferici, compresa una riduzione della concentrazione di ossigeno nel pianeta atmosfera; inquinamento dello spazio sotterraneo, comprese le falde acquifere, che lo rende inadatto all'approvvigionamento idrico e minaccia la vita ancora poco studiata nella litosfera; scomparsa massiccia e rapida, simile a una valanga, di specie di materia vivente; deterioramento dell'ambiente di vita nelle aree popolate , in particolare le aree urbanizzate; esaurimento generale e mancanza di risorse naturali per lo sviluppo dell'umanità; cambiamento delle dimensioni, del ruolo energetico e biogeochimico degli organismi; riorganizzazione delle catene alimentari, riproduzione di massa di singole specie di organismi, sconvolgimento della gerarchia degli ecosistemi, crescente uniformità sistemica sul pianeta.